专利名称：用于涂覆玻璃基材的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂覆玻璃基材的涂覆方法，特别涉及根据权利要求1前序部分在正常空气压力下涂覆玻璃基材表面的涂覆方法。本发明还涉及涂覆玻璃基材的涂覆设备，特别涉及根据权利要求14前序部分在正常空气压力下于玻璃基材表面上提供涂层的涂覆设备。一般已知使用液体起始材料用来涂覆玻璃，其通过将液体起始材料雾化成小滴 (droplet)并且将形成的小滴导引在待涂覆的玻璃表面上用以产生涂层。换言之，根据现有技术，将小滴以液滴引至待涂覆的基材表面，由此在基材表面上形成涂层使得首先将引至表面的小滴热解或小滴的可气化物质气化后用以在基材表面上提供涂层。上述所确定的现有技术涂覆方法的问题是涂层的生长速率缓慢，这是因为被引至玻璃表面的液滴于玻璃表面上产生液膜。液膜的热解与气化缓慢。缓慢的生长速率限制该涂覆方法用于许多应用，例如在移动的平板玻璃上形成涂层时。此外，在现有技术涂覆方法中所产生的涂层的均一性难以控制。Ford Motor Company于1988年4月5日的美国专利4，735，861描述了在玻璃基材上产生灰色涂层。该涂层是通过在溶剂中配制溶解金属化合物的溶液来形成，就所述溶剂而言其将在热和氧存在下挥发，从而使金属与氧反应以产生附着于玻璃表面的多金属氧化物涂层。溶液喷射在玻璃表面上。金属被氧化并且部分如此产生的金属氧化物变得附着至玻璃基材表面从而在其上形成膜。因此，涂层的形成是基于金属氧化物颗粒的沉积而不是表面反应。在玻璃基材上提供涂层的其它现有技术方法，是使用已知的气相沉积法例如 CVD(化学气相沉积)。在这些常规的气相沉积方法中，待涂覆的玻璃基材表面易受限制于与玻璃表面反应或者彼此反应从而在玻璃表面形成涂层的蒸气起始材料。这些常规现有技术的气相沉积方法的问题在于，使起始材料远离待涂覆的基材表面气化，以及将气化的起始材料通过载气输送至基材。在气化的起始材料的输送期间，气化的起始材料的长输送距离导致不期望的颗粒形成。这些不期望形成的颗粒最终到达待涂覆的基材表面并因此降低所产生的涂层的质量。发明简述本发明的目的是提供一种涂覆方法和涂覆设备，使得所述现有技术的问题得以解决。本发明的目的用根据权利要求1特征部分的涂覆方法得以实现。本发明的目的还用根据权利要求14特征部分的涂覆设备得以实现。本发明的优选实施方案在独立权利要求中进行限定。本发明是基于如下构想将起始材料以液滴供应到沉积腔室中并且导引小滴朝向待涂覆的玻璃基材表面。进一步使玻璃基材以这样的温度进入涂覆工艺，所述温度使得玻璃基材的热能能够将接近于待涂覆玻璃基材表面的小滴基本上在所述小液滴与待涂覆玻璃基材表面接触之前气化。根据本发明的一个实施方案，在将小滴导引朝向待涂覆玻璃基材表面之前，玻璃基材或玻璃基材的至少一个表面层用加热装置加热，使得玻璃基材能够将接近于待涂覆表面的小滴基本上气化。或者，玻璃基材或玻璃基材的表面层可在涂覆过程之后、因此在玻璃基材已传递用以小滴气化的热能之后进行加热。玻璃基材的加热用于弥补从玻璃基材逸散用以使小滴气化的热能，使得可避免由涂覆引起的玻璃基材不期望的冷却。玻璃基材的加热也可用于将玻璃基材的温度提升至使得玻璃基材可传递使小滴气化所需热能的程度。气化的起始材料在基材表面上发生反应以在基材上产生所需的涂层或膜。在起始材料接近于基材表面气化时，基材表面处的起始材料的蒸气压力高，因此提供高的涂层生长速率。本发明的涂覆方法和涂覆设备的优点在于，它们结合现有技术涂覆方法的优点， 使得有关现有技术涂覆方法的问题得以解决。本发明的涂覆方法和涂覆设备，由于在起始材料气化时发生表面反应这样的事实，使得关于其中将起始材料以液滴引至玻璃基材表面的现有技术涂覆方法而言提供了提高的生长速率。此外，由于液滴的气化基本上发生在接近于待涂覆的基材表面，因为气化的起始材料并未长距离地输送至基材表面，可避免不期望的颗粒形成。将起始材料以小滴供给到沉积腔室中与将起始材料以气相供给到沉积腔室中相比需要较为简单的装置。这使得该涂覆方法可容易地应用于不同种类的应用，例如生产线及工艺线。
在下文将结合附图更为详细地披露本发明，其中图1示意性地显示了根据本发明的涂覆设备的一个实施方案；图2示意性地显示了根据本发明的涂覆设备的另一个实施方案；和图3-5显示了涂覆设备的不同设计对涂覆过程的影响。发明详述根据本发明的涂覆方法优选在正常空气压力下进行。在上下文中正常空气压力是指大气压力或基本上相应于大气压力的压力。在该涂覆方法中，用一个或多个雾化器将一种或多种液体起始材料雾化成小滴。可以将一种或多种液体起始材料导入雾化器中，此外可以将相同或不同的起始材料导入相邻的雾化器。可以根据待产生的涂层对起始材料进行选择。优选在沉积腔室内，将雾化的小滴导引朝向待涂覆的玻璃基材表面。雾化器例如可以为二流体雾化器，其中气体流用于将液体起始材料雾化。优选提供雾化器，使得其可向小滴赋予朝向待涂覆玻璃基材表面的一定速度。或者，可以使用不同种类的雾化器用于提供微滴(small droplet) ο将玻璃基材以升高温度的温度或者玻璃基材的至少一个表面或表面层处于升高温度送至涂覆工艺。导引朝向待涂覆玻璃基材表面的液滴在基本上接近于待涂覆表面气化。使小滴气化所需的热能传递自热的或加热的玻璃基材。因此，不需要单独的装置用来使小滴气化，而是从玻璃基材散发的热能使小滴在接触待涂覆表面之前接近于待涂覆表面基本上气化。换言之，用玻璃基材将小滴气化所需的热能引至至涂覆工艺。可以将玻璃基材完全加热。替代地或另外地，可以加热玻璃基材的表面或表面层。当使小滴气化时，在气相中发生表面反应或其它反应。因此，用一种或多种气化的起始材料在玻璃基材表面提供涂层。当一种或多种气化的起始材料直接与待涂覆玻璃基材表面反应时，可由于待涂覆的玻璃基材表面而形成涂层。或者，当两种或更多种气化的起始材料彼此反应时，由此形成的反应产物可与待涂覆的玻璃基材表面反应，可以在待涂覆的玻璃基材表面上形成涂层。一种或多种气化的起始材料也可以在它们与待涂覆的基材表面接触之前反应成为颗粒。这些颗粒也被导引至待涂覆的玻璃基材表面用以提供由颗粒所产生的涂层的至少一部分。除供给到沉积腔室中的起始材料外，还可以将参与涂层形成的一种或多种气体供给到沉积腔室中。例如，这种气体例如可以是参与形成氧化物涂层的氧气或一些其它含氧气体。为了使小滴在它们接触待涂覆玻璃基材表面之前且基本上接近于待涂覆玻璃基材表面气化，必须提供适合于气化的气化条件。小滴的气化主要受小滴的尺寸、温度和升高温度下的停留时间的影响。因此，对雾化器进行设置以产生平均直径小于10微米，优选约3 微米的小滴。替代地或另外地，形成的小滴的尺寸分布在1-10微米范围内，这意味着大于 80%的小滴落入该范围内。换言之，较小的小滴由于它们较大的比表面积而更容易气化，由此有利地使用这些较小的小滴。通过在涂覆工艺之前加热，还可以为玻璃基材提供所需的温度。小滴在升高温度下的停留时间可以通过调节小滴在它们朝向待涂覆玻璃基材表面进行导引的速度而加以改变。因此，小滴的气化至少取决于上述参数，因而上述参数的绝对值通常是对于每个实施方案和应用具体而言。玻璃基材可为平板玻璃或任何其它玻璃产品。可以将玻璃基材从该玻璃基材的生产工艺或生产工艺的工艺步骤直接引至涂覆工艺，其中玻璃基材具有使小滴接近于待涂覆玻璃基材表面基本上气化的热能。或者，可以将涂覆方法应用于玻璃基材的生产工艺或加工工艺。因此，本发明的涂覆方法可以用于在平板玻璃生产线(浮法生产线)上涂覆平板玻璃，或用于在平板玻璃硬化(hardening)生产线上涂覆平板玻璃，和/或用于在光伏电池所用玻璃基材的生产线上涂覆玻璃基材。在所述应用中，玻璃基材的温度最优选低于650°C， 优选低于玻璃硬化温度。本发明还允许在玻璃基材下侧的温度保持基本上低于玻璃硬化温度时，将顶部表面或顶部表面层加热超过玻璃硬化温度。现参考图1，其示意性地显示了根据本发明用于涂覆玻璃基材6的涂覆设备的一个实施方案。该实施方案的涂覆设备例如可供用于涂覆移动的玻璃基材6的表面。该涂覆设备包括沉积腔室2，其中基本上隔绝环境气氛实施涂覆。沉积腔室2可以例如用气帘(未显示)与环境气氛隔绝。根据图1，沉积腔室2用涂覆设备壁、气帘和玻璃基材6的顶面8 构成。连同沉积腔室2提供了至少一个雾化器10，用以将一种或多种液体起始材料雾化成小滴12。雾化器10优选为二流体雾化器，其中雾化气体用以将液体雾化成小滴12。或者，雾化器10可以是产生微滴的一些其它种类的雾化器。有利地将雾化器10设置以产生平均直径小于10微米、优选约3微米的小滴12。此外，将雾化器10进行设置以产生尺寸分布在1-10微米范围中的小滴。用雾化器10或者用载气将产生的小滴12导引朝向待涂覆玻璃基材6的表面8。涂覆设备可以包含加热装置14，该装置用于将玻璃基材6或玻璃基材6的表面8 或表面层加热至所需温度。加热装置14可以包含一个或多个火焰、炉、加热电阻或加热气流用以将玻璃基材6或待涂覆玻璃基材6表面8的至少一个表面层加热。一个优选的实施方案是利用强制对流的导引朝向玻璃基材6表面用以加热的热气流。对加热装置14进行放置使得在将小滴12导引朝向待涂覆基材6的表面8用以使小滴12在它们接触待涂覆表面8前气化之前，可以加热待涂覆玻璃基材6或待涂覆玻璃基材6表面8的表面层。根据图1，将玻璃基材6设置成在涂覆设备下沿图1中从左至右的箭头L方向进行输送。根据图1，加热装置14沿玻璃基材6移动方向设置在沉积腔室2之前，使得玻璃基材6或玻璃基材6的表面8可以在玻璃基材6进入沉积腔室2之前被加热。或者，加热装置14也可以设置在沉积腔室2内部，优选使得在将小滴导引朝向玻璃基材6表面8的时刻 (point)前，将玻璃基材6或玻璃基材6表面8加热至所需温度。在又一个备选实施方案中，可以对加热装置14进行设置，使得它们在涂覆表面8之后，因而在使小滴12气化之后， 加热玻璃基材6或玻璃基材6表面8。还可以将加热设置成使得它们可在涂覆基材6之前与之后加热玻璃基材6。如果基材6在将该基材6供给涂覆设备中之前具有足够温度，则并非必须在涂覆之前将玻璃基材6加热。从玻璃基材6传递使小滴气化所需的热能，将使待涂覆玻璃基材6表面8冷却。用加热装置14加热玻璃基材的一个目的因而是补偿玻璃基材6的表面8在涂覆之前或之后的冷却。换言之，优选对加热装置14进行设置以给玻璃基材提供与小滴12气化所需基本上相同量的热能。可以将优选地将加热装置设置在沉积腔室2之前、沉积腔室2之后或沉积腔室2之内。在小滴接触表面8之前，玻璃基材6的热能使小滴12接近于待涂覆玻璃基材6的表面8基本上气化成气化的起始材料16。气化的起始材料16进一步与待涂覆表面8反应以在表面8上提供涂层。因此可随着玻璃基材8移动通过沉积腔室2连续地实施涂覆。用排气装置(exhaust) 18将气化的起始材料16从沉积腔室2移出，所述排气装置提供了进入沉积腔室2的吸力。因此，气化的起始材料16沿图1中从左至右的箭头K的方向移动通过沉积腔室2。根据该实施方案，排气装置18沿玻璃基材8移动方向设置在雾化器10的下游。因此，在该实施方案中，显示沉积腔室2内玻璃基材6的移动方向L和气化的起始材料 16的流动方向K基本上相同，因此玻璃基材6与气化的起始材料16沿相同方向移动。图2显示根据本发明的涂覆设备的另一个实施方案。在该实施方案中，在沉积腔室2内，气化的起始材料16和玻璃基材6设置成沿相对方向移动。在该情形中，雾化器10 和排气装置的位置也需要关于基材6的移动方向L而改变。因此，提供了进入沉积腔室2 的吸力的排气装置18沿玻璃基材6的移动方向L设置在雾化器10的上游。小滴12在雾化器10处，基本上雾化器10下方，进入沉积腔室2并朝向玻璃基材6。玻璃基材6的热能使小滴12接近于玻璃基材6的表面8基本上气化。由图2可看出，排气装置18提供进入沉积腔室2内的吸力，从而使气化的起始材料16沿着与玻璃基材6的移动方向L相对的K 方向移动。气化的起始材料16的移动在玻璃基材6表面8上提供了蒸气层。蒸气层沿方向K从雾化器10移动至排气装置18。在图1中蒸气层沿着与玻璃基材6相同的方向移动， 而在图2中蒸气层沿着关于玻璃基材6相对的方向移动。由上文和由图2可理解，其中蒸气层和玻璃基材6沿相对方向移动的实施方案具有以下优点使小滴12气化所需的热能吸收自已与气化的起始材料16接触的玻璃基材6 的部分表面8。因此，用以使小滴12气化的热能吸收自已被涂覆的部分基材6。这具有以下优点从基材6和基材6的表面8吸收热能，并不影响表面8的涂覆以及在表面8上沉积气化的起始材料16。当将图1和图2的设备设置成连续操作用以对输送通过沉积腔室2的玻璃基材6进行涂覆时，还可以将根据本发明的设备按间歇操作进行设置。在间歇方法中，首先将待涂覆的玻璃基材6给进到沉积腔室2内部，然后将玻璃基材6或待涂覆的表面8的至少一个表面层用加热装置14加热至所需温度。在加热之后通过用一个或多个雾化器10使至少一种起始材料雾化并且导引形成的小滴12朝向玻璃基材6的待涂覆表面8来开始涂覆。加热的玻璃基材的热能使小滴基本上接近于待涂覆的表面8气化。还可以将该设备设置成使得气化的起始材料16沿待涂覆表面8从沉积腔室2被抽吸出，用以涂覆整个表面。替代地或另外地，可以将雾化器设置成移动式使得能够一次或多次地在待涂覆的表面上扫过，优选平行于待涂覆的表面8。根据上文，本发明的设备使能够通过使至少一种液体起始材料雾化成小滴12并且导引小滴12朝向玻璃基材6的待涂覆表面8，在正常空气压力下于玻璃基材上提供涂层。 加热装置14用于加热待涂覆表面8的至少一个表面层，以补偿由小滴12的气化引起的冷却6的基材。可以将该设备设置成涂覆平板玻璃或其它玻璃产品。还可以将该设备关于玻璃基材的生产设备或加工设备进行设置，或者可以将其作为单独工艺进行设置。在本发明的一个实施例中，将该设备设置与平板玻璃的生产线(浮法生产线)和/或平板玻璃的硬化生产线和/或光伏电池所用玻璃基材的生产线相连。图3-5显示了沉积腔室2的不同设计对小滴12行为的影响。在所有图2_4中，图 A是指计算流体力学(CFD)模型，其中所有小滴12是以1微米的小滴直径呈单分散；图B是指以10微米的小滴单分散。小滴12通过雾化器10产生，它们的轨迹绘于该图上。还显示了玻璃基材6。由图2-4可以看出，在玻璃基材6上，小滴12的实际蒸发和沉积很大程度上取决于沉积腔室2的设计。然而，本发明人发现了一个通用准则，即直径小于1微米的小滴12倾向容易扩散在沉积腔室2的壁上，而直径大于10微米的小滴容易撞击在玻璃基材 6上。因此，尺寸为1-10微米的小滴12在确保良好的小滴蒸发、较少地弄污沉积腔室2和良好的去往玻璃基材6的蒸气流动方面是优选的。优选地，小滴的平均直径应约为3微米。根据以上所述，在本发明中，使用热的玻璃基材用以向涂覆工艺提供用于使由至少一种液态起始材料形成且导引朝向玻璃基材待涂覆表面的小滴接近于待涂覆的表面基本上气化所需的热能量。对本领域技术人员明显的是，随着技术的进展，本发明的基本想法可以各种方式实现。因此，本发明及其实施方案不限于上述实施例，而是可在权利要求的范围内变化。
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权利要求
1.一种在正常空气压力下涂覆玻璃基材表面的涂覆方法，在该涂覆方法中，将至少一种液体起始材料雾化成小滴，和将形成的小滴导引至待涂覆表面，使得起始材料在基材表面上发生反应，其特征在于通过用玻璃基材给该涂覆方法带来使小滴气化所需的热能，使形成的小滴在所述起始材料于基材表面上发生反应之前接近于待涂覆的表面基本上气化。
2.根据权利要求1的涂覆方法，其特征在于，通过用玻璃基材给该涂覆方法带来使小滴气化所需的热能，使形成的小滴在所述小滴接触待涂覆的表面之前接近于待涂覆的表面基本上气化。
3.根据权利要求1或2的涂覆方法，其特征在于，在实施涂覆方法之前或实施涂覆方法之后，将玻璃基材或至少一个待涂覆表面加热。
4.根据前述权利要求1-3中任一项的涂覆方法，其特征在于，将玻璃基材从该玻璃基材的制造工艺或者从该玻璃基材的制造工艺步骤直接供给至涂覆工艺，其中玻璃基材具有使小滴在待涂覆表面附近基本上气化所需的热能。
5.根据前述权利要求1-4中任一项的涂覆方法，其特征在于，用一种或多种气化的起始材料给待涂覆表面提供涂层。
6.根据权利要求5的涂覆方法，其特征在于，当一种或多种气化的起始材料与玻璃基材的待涂覆表面反应时，给待涂覆表面提供了涂层。
7.根据权利要求5或6的涂覆方法，其特征在于，当两种或更多种起始材料一起反应时，给待涂覆表面提供了涂层。
8.根据前述权利要求5-7中任一项的涂覆方法，其特征在于，当一种或多种由于至少一种气化的起始材料的反应而产生的反应产物与待涂覆表面反应时，给待涂覆表面提供了涂层。
9.根据前述权利要求1-8中任一项的涂覆方法，其特征在于，一种或多种气化的起始材料反应成为颗粒，并且将该颗粒导弓I至待涂覆表面。
10.根据前述权利要求1-9中任一项的涂覆方法，其特征在于，形成的小滴的平均直径小于10微米。
11.根据前述权利要求1-10中任一项的涂覆方法，其特征在于，形成的小滴的平均直径为约3微米。
12.根据前述权利要求1-11中任一项的涂覆方法，其特征在于，形成的小滴的尺寸分布为1-10微米。
13.根据前述权利要求1-12中任一项的涂覆方法，其特征在于，玻璃基材为平板玻璃或其它玻璃产品。
14.根据前述权利要求1-12中任一项的涂覆方法，其特征在于，该涂覆方法用于在平板玻璃生产线(浮法生产线)上涂覆平板玻璃，和/或用于在平板玻璃硬化生产线上涂覆平板玻璃，和/或用于在光伏电池所用玻璃基材的生产线上涂覆玻璃基材。
15.一种在正常空气压力下于玻璃基材(6)表面上提供涂层的涂覆设备，该涂覆设备包含沉积腔室O)，其提供有至少一个雾化器(10)，该雾化器用以将至少一种用于涂覆玻璃基材(6)的液体起始材料雾化成小滴(12)，并且导引小滴(1 朝向玻璃基材(6)的待涂覆表面(8)，使得起始材料在基材表面上发生反应，其特征在于该涂覆设备经设置以使导引朝向玻璃基材(6)的待涂覆表面(8)的小滴(12)在所述小滴(12)于玻璃基材(6)的待涂覆表面(8)上反应之前接近于该待涂覆表面基本上气化。
16.根据权利要求15的涂覆设备，其特征在于，该涂覆设备经设置以使导引朝向玻璃基材(6)的待涂覆表面⑶的小滴(12)在所述小滴(12)接触玻璃基材(6)的待涂覆表面 (8)之前接近于该待涂覆表面基本上气化。
17.根据权利要求15或16的涂覆设备，其特征在于，该涂覆设备经设置以从玻璃基材 (6)或玻璃基材(6)的表面层吸收使小滴(1 气化所需的热能。
18.根据前述权利要求第15-17中任一项的涂覆设备，其特征在于，其包含至少一个用于将玻璃基材(6)或玻璃基材(6)的表面层加热的加热装置(14)。
19.根据权利要求18的涂覆设备，其特征在于，加热装置(14)经设置以基本上给玻璃基材(6)或玻璃基材(6)的表面层供给使小滴(1 气化所需的热能量。
20.根据权利要求18或19的涂覆设备，其特征在于，加热装置经设置，以在将玻璃基材给进到沉积腔室( 中之前，和/或在将玻璃基材(6)从沉积腔室( 取出之后，和/或在玻璃基材(6)处于沉积腔室O)内时，将玻璃基材(6)或玻璃基材(6)的表面层加热。
21.根据前述权利要求18-20中任一项的涂覆设备，其特征在于，加热装置(14)包含一个或多个火焰、炉、加热电阻或加热气流用以将玻璃基材(6)或玻璃基材(6)待涂覆表面 (8)的至少一个表面层加热。
22.根据前述权利要求15-21中任一项的涂覆设备，其特征在于，提供沉积腔室O)，使得在基本上隔绝环境气氛下进行玻璃基材(6)的涂覆。
23.根据前述权利要求15-22中任一项的涂覆设备，其特征在于，涂覆设备经设置进行操作，以涂覆连续通过沉积腔室O)的玻璃基材(6)。
24.根据前述权利要求15-23中任一项的涂覆设备，其特征在于，涂覆设备经设置以按间歇方法进行操作。
25.根据前述权利要求15-M中任一项的涂覆设备，其特征在于，雾化器(10)经设置以形成平均直径小于3微米的小滴(12)。
26.根据前述权利要求15-25中任一项的涂覆设备，其特征在于，雾化器(10)经设置以形成平均直径小于1微米的小滴(12)。
27.根据前述权利要求1546中任一项的涂覆设备，其特征在于，雾化器(10)经设置以形成尺寸分布为1-10微米的小滴。
28.根据前述权利要求15-27中任一项的涂覆设备，其特征在于，玻璃基材(6)是平板玻璃或其它玻璃产品。
29.根据前述权利要求15-28中任一项的涂覆设备，其特征在于，该装置设置与平板玻璃的生产线(浮法生产线)和/或平板玻璃的硬化生产线和/或光伏电池所用玻璃基材的生产线相连。
30.热玻璃基材在涂覆方法中的用途，用于给所述涂覆方法提供使小滴(1 接近于待涂覆表面(8)基本上气化所需的热能，使得起始材料在基材表面上发生反应，其中小滴 (12)由至少一种液体起始材料形成并且被导引朝向玻璃基材(6)的待涂覆表面(8)。
全文摘要
本发明涉及在正常空气压力下涂覆玻璃基材(6)的表面(8)的涂覆方法，在该涂覆方法中将至少一种液体起始材料雾化成为小滴(12)，并且将形成的小滴(12)引导至待涂覆的表面(8)。通过用玻璃基材(6)给该涂覆方法带来使小滴(12)气化所需的热能，使形成的小滴(12)在所述小滴(12)接触待涂覆的表面(8)之前接近于待涂覆的表面(8)基本上气化。
文档编号C23C16/448GK102459109SQ201080025507
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月10日
发明者M·拉加拉, S·考皮南 申请人:Beneq有限公司