专利名称：降低混浊度的cvd法的温度控制的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种制造镀膜玻璃基材的方法。更具体地，本发明是一种制造呈现低混浊度的镀膜玻璃基材的方法。
在生产镀膜玻璃基材过程中，希望最大限度地降低镀膜玻璃基材所呈现的混浊度。
在玻璃的镀膜过程中，特定涂层的晶体结构是玻璃呈现混浊度的原因之一。传统的知识是在涂敷到玻璃基材上的每种涂层中所含的晶体结构越大，镀膜基材呈现的混浊度越大。因此，以前将混浊度降至最低的工作涉及控制涂层材料的晶体生长速率。
在CVD涂敷过程中公知的是，通过控制进行镀膜的温度可以操控晶体生长。通常的知识是进行镀膜的温度越低，在涂敷到玻璃基材上的涂层中所含的晶体尺寸越小。因此，以前减小镀膜玻璃基材呈现的混浊度的尝试是在较低温度下对玻璃进行镀膜。
在钠钙玻璃的情况下，镀膜玻璃基材呈现混浊的另一个原因是玻璃中所含的钠阳离子的扩散，其与卤素形成盐，该卤素常常与形成涂层所用的前体在一起。钠通常扩散到玻璃表面上并在玻璃表面上或者在最初的涂层中形成盐。过去减小与这种成盐相关的混浊度的尝试要求使用不合卤素的前体材料。这些不含卤素的前体材料比含卤素的对应材料更昂贵。同时，不含卤素的前体材料还不如含卤素的对应材料稳定。
提供了至少一个表面上沉积有涂层的钠钙玻璃基材。把该玻璃基材加热并在足以使在涂层直接沉积在该玻璃基材上的过程中可能形成的任何盐挥发的温度下保温。把包含含卤素前体、金属前体、氧化剂和惰性载气的气态前体混合物向着并沿着待涂敷表面引入，并在玻璃基材表面处或靠近玻璃基材表面处反应，以形成含有金属氧化物涂层的第一涂层。
然后把该玻璃基材冷却到一定温度，以减少在第一涂层之上涂覆的第二涂层中的晶体生长。把包含第二种金属前体、氧化剂和惰性载气的第二种气态前体混合物向着并沿着该玻璃基材的镀膜表面引入，并在镀膜表面处或镀膜表面附近反应，以形成含金属的涂层。随后，把该玻璃基材冷却到常温。本发明还包括根据上述方法生产的镀膜玻璃基材。
本发明可以用来生产具有低混浊度的镀膜玻璃基材。本发明可以用来生产混浊度小于2％，优选小于1％的镀膜玻璃基材。本发明还可以用来降低生产镀膜玻璃基材的成本。通过应用本发明，可以使用较便宜的含卤素前体材料代替较昂贵的不合卤素的替代物。使用含卤素前体材料的使用也是有益的，因为含卤素材料在制造过程中比其不含卤素的对应材料更稳定且更容易操控。
优选实施方案详述应该理解，在附图中表示和在下面的说明中描述的特定装置和方法仅是在所附权利要求书中限定的发明概念的示例性实施方案。因此，与本文中所公开的实施方案相关的具体尺寸和其它物理特性不应该理解为限制性的，除非权利要求中另外说明。
在镀膜玻璃基材的情况下，大多数薄膜层叠中有两种混浊形成机理。一种机理与特定薄膜或涂层的成分的晶体尺寸有关。即晶体尺寸越大，薄膜的上表面越粗糙。因此，薄膜的上表面越粗糙，镀膜玻璃基材呈现出越大的混浊度。晶体尺寸还与涂层的厚度有关。很明显，涂层越厚，产生增大玻璃基材表现出的混浊度的更大晶体结构的可能性越大。
如前所述，在CVD镀膜领域中公知的是温度是决定晶体尺寸的重要因素。涂敷涂层的温度越高，晶体尺寸越大。因此，以前的许多减小混浊度的努力都要求向玻璃基材上涂敷CVD涂层的温度尽可能低。
导致镀膜玻璃基材呈现混浊的第二种机理是钠(下文表示为Na)向玻璃基材表面扩散或者向涂敷到玻璃基材上的最初涂层扩散。扩散的钠是反应性的，并且将与含有卤素的任何前体混合物形成盐。所形成的盐一般分布在涂敷到玻璃基材表面上的最初涂层中。
已经发现，为了减小由所述盐引起的混浊度，所述盐可以在高温下从基材表面蒸发出去。蒸发所形成的盐还可以称作所述盐的挥发。蒸发所形成的盐需要的温度取决于该盐的蒸气压以及所形成的盐的浓度。随着所形成的盐的浓度增大，蒸发更高盐含量所需的热量也会增大。
因此，形成镀膜玻璃基材呈现出的混浊的两种主要机理都是温度控制型的。这两种机理在其与温度的关系方面正好相反，如
图1所示。
现参考图2，表示了镀膜玻璃基材10。镀膜玻璃基材10包括至少一个表面14被涂敷的玻璃基材12。玻璃基材10优选为钠钙玻璃基材。玻璃基材10通常具有4毫米的标称厚度。表面14涂有第一涂层16。第一涂层16也可以称为底涂层或最初涂层。
在优选的实施方案中，第一涂层16是金属氧化物涂层，优选是氧化锡。但是，本发明不限于使用金属氧化物，也不限于使用锡。在第一涂层16中可以代替锡的其它金属至少包括钛、硅、锌和镁。本发明还可以向玻璃基材12上涂敷金属氮化物涂层，如氮化钛。在优选的实施方案中，涂层16的厚度可以为约200-500埃，优选为约250埃。
第一涂层16的厚度是一个重要因素。在第一涂层16的沉积过程中必须相当细心，使得第一涂层16的厚度在指定的范围内。假定第一涂层16深度不足(或相对薄些)，则第一涂层16不会为第一涂层16的金属氧化物晶体生长提供足够的区域，所述金属氧化物的晶体生长对镀膜玻璃基材10的总混浊度有明显作用。可以认为，如果第一涂层16与以下说明的表层20一样厚，则在第一涂层16中的金属氧化物晶体生将明显对镀膜玻璃制品10呈现的总混浊度起作用。
也可以在第一涂层16上涂敷中间涂层18。在优选的实施方案中，中间涂层18是二氧化硅涂层。中间涂层18厚约200-300埃，优选为250埃。实施本发明并不要求有中间涂层18。
使用中间涂层18作为颜色抑制层，即抑制镀膜玻璃基材10的本征反射色。中间涂层18也可以通过抑制玻璃基材12中含有的Na扩散进入任何在第一涂层16之后涂敷的层而用作Na扩散阻挡层。
含金属表层20涂在底涂层上或者任选的中间涂层18上。优选地，表层20是一种掺杂卤素的金属氧化物，如掺杂氟的氧化锡。但是，本发明不限于使用掺杂氟的氧化锡作为表层20。可以涂敷其它合适的金属涂层作为表层20。表层20通常厚2000-3500埃。
参见图3，制备图2所示的镀膜玻璃基材10的优选实施方案的方法包括，提供至少一个表面14待涂敷的钠钙玻璃基材12(方框40)。
把玻璃基材12加热到足以挥发任何在第一涂层14的涂敷过程中形成的盐的温度(方框42)。但是，不应该将玻璃基材12加热到玻璃的虹彩温度(iridescence temperature)以上。例如，在挥发氯化钠盐的情况下，把玻璃基材12加热到超过1260°F，优选超过1280°F，但是不超过1370°F的温度。
把第一种气态前体混合物朝向并沿着玻璃基材12的表面14引入，以形成表面14上的第一涂层16(方框44)。第一种气态混合物在待涂敷的表面14处或其附近反应。第一种气态混合物包括至少一种金属前体、含卤素的前体、氧化剂和惰性载气。
在优选的实施方案中，第一涂层16是金属氧化物，如氧化锡。本发明不限于使用氧化锡涂层。在该实施方案中，第一种气态混合物可至少包括二甲基氯化锡(下文称为DMT)、氧气和氦气。涂敷第一涂层的温度为至少约1260°F，优选为至少约1280°F，最高约1370°F。
优选实施方案还包括在第一涂层16上涂敷任选的中间涂层18。在形成二氧化硅中间涂层18的过程中，将至少包含硅烷物料、氧气和惰性载气的气态前体混合物朝向并沿着玻璃基材12的表面14引入。该气态混合物在待涂敷表面14处或其附近反应。在涂敷中间涂层18过程中，施用气态混合物的温度范围可以为涂敷第一涂层16后玻璃基材12的温度或更低。用于反应形成中间涂层18的气态混合物的合适成分的非穷举性实例包括二氯硅烷(下文称为DCS)、氧气和氦。本发明不限于上面列举的化学成分。将授予Soubeyrand的美国专利5,798,142关于涂敷二氧化硅中间层18的方面如同在此完全重写一样引入作为参考。
至少在涂敷表层20之前，把玻璃基材冷却到降低顶层20的材料的晶体生长的温度(方框46)。任选地，玻璃基材12可以在涂敷中间层18之前冷却。在优选的实施方案中，把玻璃基材12在涂敷表层20之前冷却到1200°F或更低的温度。但是，玻璃基材12优选不应冷却到低于1090°F。对于其它玻璃处理步骤如在Lehr退火炉中退火，1090°F的最低温度也是优选的。
优选地，在1200°F-1090°F的温度下把表层20涂敷到玻璃基材12上。为涂敷表层20，把第二种气体前体混合物朝向并沿着玻璃基材12的表面14引入(方框48)。第二种气态混合物在第一涂层16或任选的中间层18处或附近反应。第二种气态前体混合物至少含有金属前体、氧化剂和惰性载气。
如上所述，在优选的实施方案中，表层20含有掺杂氟的氧化锡。形成优选的表层20的第二种气态混合物合适的成分包括DMT、氧气、水、氢氟酸和氦。三氟乙酸是氢氟酸的可能替代物。
在涂敷表层20之后，玻璃可以任选地进行后续处理。但是，后续处理对于实施本发明不是必需的。在任一后续处理和所有的后续处理之后，把镀膜玻璃基材10冷却到室温(方框50)。
根据上述方法制造的镀膜玻璃基材10呈现出小于2％，优选小于1％的混浊度。上述方法还可以用来更经济地生产镀膜玻璃基材10，因为使用了比不含卤素的替代物更便宜的含卤素前体物料。
权利要求
1.一种制造表现出低混浊度的镀膜玻璃基材的方法，其包括a)提供可在其表面上沉积涂层的钠钙玻璃基材；b)把玻璃基材的表面加热到足以挥发掉在涂敷第一涂层期间可能形成的盐的第一温度；c)把包含含卤素前体和金属前体的第一种气态前体混合物朝向并沿着待涂敷表面引入，并在该表面处于所述第一温度时，使混合物在表面处或其附近反应以形成第一涂层；d)把镀膜玻璃基材的表面冷却到低于所述第二温度的第二温度，以减少第二涂层中的晶体生长；e)朝向并沿着玻璃基材的镀膜表面引入包含金属前体的第二种气态前体混合物，并使该混合物在镀膜表面处或其附近反应，以形成含金属的第二涂层；和f)把镀膜玻璃基材冷却到室温。
2.权利要求1的方法，其中在所述步骤c)中，玻璃基材表面的温度不超过约1370°F。
3.权利要求1的方法，其中在所述步骤e)中，玻璃基材表面的温度不低于1090°F。
4.权利要求1的方法，其中所述卤素是氯。
5.权利要求1的方法，其中第一种气态前体混合物的含金属前体中的金属是锡。
6.权利要求1的方法，其中在所述步骤e)中涂敷的金属是一种金属氧化物。
7.权利要求1的方法，其中在该方法的整个过程中，玻璃基材表面的温度保持在该玻璃基材的虹彩温度以下。
8.一种由权利要求1的方法形成的镀膜玻璃基材。
9.一种生产低混浊度镀膜玻璃基材的方法，其包括a)提供可在其至少一个表面上沉积涂层的钠钙玻璃基材；b)把玻璃基材表面加热到高于1260°F，以挥发在涂敷第一种涂层期间可能形成的盐；c)把至少包含含卤素前体和金属前体的第一种气态前体混合物朝向并沿着待涂敷表面引入，并在该表面温度高于1260°F时，使混合物在表面处或其附近反应，以形成第一涂层；d)把镀膜玻璃基材表面冷却到低于1200°F；和e)朝向并沿着玻璃基材的镀膜表面引入至少包含金属前体的第二种气态前体混合物，并使该混合物在镀膜表面处或其附近反应，以形成含金属的涂层。
10.权利要求9的方法，其中在所述步骤c)过程中，玻璃基材表面温度不超过1370°F。
11.权利要求9的方法，其中在所述步骤e)过程中，玻璃基材表面温度不低于1090°F。
12.权利要求9的方法，其中所述卤素是氯。
13.权利要求9的方法，其中第一种气态前体的含金属前体中的金属是锡。
14.权利要求9的方法，其中在所述步骤e)过程中涂敷的金属是金属氧化物。
15.一种生产低混浊度镀膜玻璃基材的方法，其包括a)提供可在其至少一个表面上沉积涂层的钠钙玻璃基材；b)把玻璃基材表面加热到高于1260°F，以挥发在涂敷第一涂层期间可能形成的盐；c)把至少包含含卤素前体和金属前体的第一种气态前体混合物朝向并沿着待涂敷表面引入，并在该表面温度高于1260°F时，使混合物在表面处或其附近反应，以形成第一涂层；d)朝向并沿着待涂敷表面引入包含含硅烷的前体材料、氧气和惰性载气的中间层气态前体混合物，并使所述混合物在所述表面处或在其附近反应，以在第一涂层上形成二氧化硅涂层；e)把镀膜玻璃基材表面冷却到低于1200°F；和f)朝向并沿着玻璃基材的镀膜表面引入至少包含金属前体的第二种气态前体混合物，并使该混合物在镀膜表面处或其附近反应，以形成含金属的涂层；从而使镀膜玻璃基材的混浊度小于2％。
16.一种低混浊度的镀膜玻璃基材，其包含a)可在其至少一个表面上涂敷涂层的钠钙玻璃基材；b)通过使第一种气态混合物在所述玻璃基材的所述表面处或其附近反应形成的第一涂层，所述第一种气态混合物至少包含含卤素前体和金属前体；和c)含金属的第二涂层；从而使该镀膜玻璃基材的混浊度小于2％。
17.权利要求16的镀膜玻璃基材，其中镀膜玻璃基材的混浊度小于1％。
18.权利要求16的镀膜玻璃基材，其还包括在所述第一涂层与所述第二涂层之间的二氧化硅中间层。
全文摘要
本发明是一种制造低混浊度镀膜玻璃基材的方法。提供了可在其至少一个表面上沉积涂层的钠钙玻璃基材。所述玻璃基材被加热并在一定温度下保温，该温度足以使在玻璃基材上沉积第一涂层期间可能形成的盐挥发。包含含卤素前体、金属前体、氧化剂和惰性载气的第一种气态前体混合物朝向并沿着待涂敷表面引入，并在玻璃基材表面处或其附近反应，以形成含金属氧化物涂层的第一涂层。把该玻璃基材冷却到一定温度，以减少在第一涂层上涂敷的第二涂层中的晶体生长。将包含第二种金属前体、氧化剂和惰性载气的第二种气态前体混合物朝向并沿着玻璃基材的镀膜表面引入，并使该混合物在镀膜表面处或其附近反应，以形成含金属的涂层。把该玻璃基材冷却到室温。本发明还包括根据上述方法生产的镀膜玻璃基材。
文档编号C03C17/34GK1424989SQ00818636
公开日2003年6月18日 申请日期2000年12月7日 优先权日2000年1月27日
发明者D·内尔森, S·菲利普斯 申请人:皮尔金顿北美公司