專利名稱：涂層平板玻璃的制造方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及涂層平板玻璃的制造，更具體講是涉及用浮法制造平板玻璃，例如，在玻璃制造過程中進行涂層而制成具改進的能量效率和光學性質的涂層玻璃產品。
浮法制造平板玻璃是將熔融的玻璃注到包含在一個長形池窯結構中的熔融金屬浴槽的一端，即其熱端。通常，該熔融金屬浴中是熔融的錫或以錫為主的合金。應用引拉裝置將所成玻璃帶從浴中取出，通常是使用帶驅動的引拉輥子，并常稱為提出輥子，并置于該浴槽的出口端，這種引拉裝置施加引拉力，使玻璃帶沿其行徑前進。
業(yè)已發(fā)現，某些玻璃涂層的設計是用于防止能量傳送和發(fā)射。例如，金屬氧化物涂層可用于使所涂玻璃制品的紅外線輻射的輻射系數減小;以及使太陽輻射的總能量傳送減少。使紅外線輻射減小即可使經涂層的玻璃制品節(jié)省熱能;并且減少太陽輻射可使涂層的玻璃制品減少吸收太陽能和減小眩光。
此外，已發(fā)現使用涂層玻璃作為建筑物的鑲窗玻璃時，這種玻璃容易搬動和安裝而不容易被劃傷和使涂層脫落，并且光學性質均勻，沒有影響到玻璃外表美觀的不良光學效果。
從耐磨損角度來講，已知高溫涂層方法是合要求的。例如，已發(fā)現施加到玻璃上的高溫涂層能夠比玻璃本身的表面更為耐磨。大多數節(jié)能和光學性質合格的涂層是在玻璃制成之后隨即施涂上去。一般做法是，將玻璃切成適當尺寸的坯料，然后將坯料進行真空淀積涂層、濺射涂層或用其他不需向玻璃另外加熱的涂層方法;或采用需要將玻璃再加熱的噴涂或化學汽相淀積方法。在需要適當溫度進行涂層的方法中，必須在控溫環(huán)境中施加涂層。在制成玻璃帶之后將之冷卻，以便切割成一定尺寸的坯料，然后將之再加熱進行涂層，這顯然是浪費能源的。因此，相信先有技術是不利于節(jié)能的，并在許多情況下需要過高的成本才能付諸工業(yè)生產。
因此，本發(fā)明的主要目的是為制造具耐磨性、無色、并具有節(jié)能涂層的玻璃制品提供一種在線制造方法。
本發(fā)明提供一種平板玻璃制造方法和設備，所制玻璃耐磨、無色，并以在線方式在玻璃帶前進方向使之通過一個熔融金屬浴槽而形成節(jié)能涂層。
已發(fā)現有一些涂層設備，例如化學汽相淀積型涂層設備若是位于該溶融金屬浴槽的上方空間，則保持潔凈而無淀積，因為這里沒有稀釋前體物質(例如金屬氧化物，氧化錫)的外部氧。這種稀釋作用的結果是在涂層設備的出口端形成氧化物粉屑，這對于在玻璃表面淀積一層均勻的膜是不利的。
在玻璃帶從浮法浴槽出來時在玻璃表面涂層所遇到的問題之一是周圍空氣趨向于滲入反應區(qū)并且滲入量不受控制。影響滲入速率的因素包括該玻璃帶的速率、涂層設備出口和相鄰的玻璃帶表面之間的間隙、相鄰于玻璃帶的密封方式、以及排出氣體流量。這樣的環(huán)境導致在涂層設備出口端底部形成氧化的粉屑，造成玻璃表面的涂層淀積不均勻，有條紋。此外，還發(fā)現玻璃帶的上表面在從浴槽中出來之后即散失熱能，使玻璃表面溫度下降，結果是淀積速率減慢。還有，存在有外部空氣會引起涂層前體材料燃燒。
為克服前述問題，本發(fā)明的迫切任務是在鄰近該浴槽的出口處提供一個受控氣氛的涂層工序，以保證其中的涂層過程是處于實質上無氧的氣氛中。所述的受控氣氛可防止其上形成不希望的氧化物質，并減少通過的玻璃帶上表面的熱能散失，從而可提高淀積效率并改進所成膜的耐磨和無色性質。


圖1是實施本發(fā)明所用設備的中心縱剖立面圖，包括熔融金屬浴的池窯結構和其上的頂蓋結構，在此設備中，送入的熔融玻璃是以帶式而引出。
圖2是圖1所示設備的池窯結構的頂視圖。
圖3是沿圖13-3線的橫剖面圖。
圖4是圖1-3所示設備出口端相鄰處的受控氣氛小室的中央縱剖立面圖。
圖5是位于受控氣氛室內的涂層裝置之一的豎向剖面示意圖。
按本發(fā)明是提供一種制造涂層玻璃的方法，包括以下步驟以受控的速度將熔融玻璃送至一個池窯結構中的熔融金屬浴液中，該池窯結構在所述熔融金屬浴上方有一個密閉的空間;在高溫條件下，使玻璃沿該熔融金屬浴的表面而向前前進，并保證在該浴液上出現一個有向上表面的玻璃帶;保持在該玻璃帶之上在所述密閉空間之內有一種保護性氣氛;使該玻璃帶充分冷卻并使之從該熔融金屬浴中拉出時不發(fā)生損壞;該方法的特征在于該玻璃帶離開所述熔融金屬浴而前進時是托在一系列引拉輥子上而通過相鄰的、密閉的受控氣氛小室;還在于當該玻璃帶在所述相鄰的受控氣氛小室內在所述輥子上前進時，在其表面施加至少一層涂層。
此外，按本發(fā)明還提供一種設備，用以在浮法玻璃帶的向上表面上淀積至少一層涂層材料，包括如下部分一座長形的池窯結構，其中包括入口和出口端并包括熔融金屬的浴液;在所述池窯結構上方有一個密閉結構，由之限定了一個上方空間，并在此空間內保持保護性氣氛;在所述入口端送入熔融玻璃的裝置，以及使玻璃在高溫條件下沿浴液表前進到達所述出口端的裝置，并保證在該浴上形成一個玻璃帶并且該玻璃帶具有向上的表面;以及多個引拉輥子，其安裝位置是在所述密閉結構之外相鄰于所述出口端位置，用于從所述液浴接受玻璃帶并傳送出去;該設備的特征在于鄰近于所述池窯結構和密閉結構有密閉的受控氣氛小室，并且將所述引拉輥子包圍進去;還在于在所述受控氣氛小室內的涂層裝置，用于對所述牽引輥子上的所述玻璃帶淀積至少一層所述涂層。
優(yōu)選實施方案圖中示明按本發(fā)明在浮法玻璃帶上部表面施加均勻涂層的裝置形式。按本發(fā)明，可在該熔融金屬浴槽的出口端相鄰處的受控氣氛小室中設置一個或多個涂層工序，并且把位于該池窯結構相鄰處并用于從熔融金屬中取出玻璃帶的輥子包圍進去。
參照圖1-3所示的結構，熔融玻璃10是以常規(guī)方式沿一個溝槽12而從熔融池窯(未示出)放出，溝槽12的末端是一個流槽，其中是由側墻14和流槽緣16相對而成。熔融玻璃(通常是鈉鈣硅石玻璃)流至該溝槽的流量控制是利用一個調節(jié)閘門或爐閘門18。該溝槽延伸至超出池窯結構的入口端墻20，該池窯包括窯底22，出口端墻24和側墻26。
該池窯結構包括熔融金屬浴28，其中通常是熔融錫或以錫為主的合金。熔融玻璃10的流動如30所示而流過構槽緣16，從而在池窯結構入口處流到熔融金屬浴28的表面上。應用窯頂結構34之下所安裝的加熱器32使入口處溫度保持在要求的水平，所述窯頂結構是支持在池窯結構的上方并使熔融金屬浴28上方成為限定的窯頂空間36。頂結構有一個入口和墻38，這個墻向下延伸至接近熔融金屬浴28的表面，從而將入口40限定在一定高度。頂結構34的延伸部分42是延長至爐閘門18處，使該溝槽成為密閉的空間。
頂結構34還有一個向下延伸的出口端墻44。在頂結構34的出口端墻44的下表面與該浴槽的出口端墻24上表面之間限定了在熔融金屬浴28上所成玻璃帶48的出口46。帶驅動的引拉輥或提出輥50是安裝在出口46之外。在安裝輥子50時，使其支持表面稍高于浴槽端墻24的上部表面，從而使玻璃帶48被從該浴槽表面稍稍抬起，以便以水平向從出口46引拉而出，到達輥子50之上。
所用保護性氣氛例如包含氮為主要成分，還含有少量氫。用這種氣體保持在該浴槽頂的上部空間36，這些氣體是經管52送入，該管穿過頂結構34而向下延伸，各管用總管54連到一起。該保護氣氛從入40流出而注入在延伸段42之下并包圍溝槽的小室。
沿該浴的玻璃帶前進方向保持一個溫度梯度，在浴的入口處40約為1000℃，在出口處46約700℃左右。于是在出口46處的玻璃已足夠硬化，于是與引拉輥或提出輥50接觸已不致損壞，但(如圖示)仍可以從浴表面提起來。
如30，從溝槽緣16流出并流到浴28之上的熔融玻璃10是使之以側向流到熔融金屬浴28上，從而形成一層熔融玻璃56。然后這層玻璃56在受熱和機械作用條件下前進，并保證形成玻璃帶48，這個帶被冷卻并從浴中排出。在該池窯結構的兩個側墻26之間的寬度是大于玻璃帶48的寬度。應用涂布器58和60向玻璃帶48的表面供應涂層氣體，并從圖1，2可以看到是沿玻璃帶48前進的橫向配置，并且是在靠近浴槽的出口端。后文對涂布器進行詳述。
在池窯排料端之外是安裝引拉或提出輥50。如前所述，這些輥子的安裝位置是稍高于浴槽端墻24的上表面，并調節(jié)成對玻璃帶48施加向外的引拉力，由這個引拉力使玻璃帶48從浴槽處出來，進入并在輥子50之上通過該受控氣氛小室70(圖4為其詳圖)。
借助于溫度調節(jié)器(未示出)來調節(jié)池窯結構中熔融金屬浴28的從入口端到出口端的溫度，這些調節(jié)器是浸沒在熔融金屬中或伸出其外，同時也利用頂結構34處安裝的加熱器32。
玻璃帶48離開含有熔融金屬浴28的設備的出口46之后，進入受控氣氛的小室70，這個小室是由帶有出口74的入口端墻72，間隔開的出口端墻76(其上有出口78)，間隔開的側墻80和頂部82所限定。一般，該受控氣氛小室70也包括底部構件84，并通過導管85向小室內提供適當的氣氛，由一個氣源(未示出)向85供氣。由上述構件相配合構成該小室并將引拉或提出輥子50以及通過的玻璃帶48完全包圍在內。
在小室內安裝有涂布器86，最好是一對相互隔開的涂布器86和86′，它們的結構和含有熔融金屬浴28的池窯結構中的涂布器58及60相似。應用適當的密封裝置包括密封90和92以便將受控氣氛小室70密閉，辦法是分別接觸到玻璃帶48和靠近出口78的輥子50的下部表面。密封件90和92有效地產生足夠密封作用，以保持小室70之內所需的氣氛，并且一般是使用能耐受該溫度的石墨材料所制成。
用于本發(fā)明的化學汽相淀積方法的反應物的物理及化學特性決定了該氣體以及涂布器58、60、86和86′的表面所要保持的溫度范圍。這些規(guī)定是很必要的，因為若未能保持正確的環(huán)境和有關溫度，則會發(fā)生凝結，膜的過早淀積，分解以及氣相成核作用(形成粉末)。一般情況下，位于熔融金屬浴之內的涂布器保持無淀積物，因為這里不存在稀釋此處所用前體的外部氧氣。用于產生金屬氧化物，例如氧化錫的氧量可以精確地預混合到其中。然而，在使用所述類型的涂布器并位于該熔融金屬浴28之外部時，已發(fā)現周圍大氣的空氣趨向于滲入到該反應器區(qū)，并且其量不受控制并且是不合要求的，從而引起淀積并且送出的玻璃的上表面溫度降低。綜合的結果是涂層的淀積不均勻，并且涂層淀積速率下降。通過建立受控氣氛小室70而緩解了這些問題。
在操作時，小室70最好保持在比外部壓力稍高的內部壓力。借助于導管85使小室內有適當的氣氛，使內部氣氛包含選定的組成，其壓力等于或大于外部壓力，于是可防止外部大氣滲入小室中。當然，若小室70內的氣氛與上部空間36的氣氛相同，則小室70內的壓力可以保持在稍低于熔融金屬浴槽28之上部空間36內的壓力。這種相對壓力條件使熔融金屬浴28之上的上部空間36的氣氛通過出口46和入口74而流入受控氣氛小室70。
于是在小室70之內有適當的氣氛以防在涂布器86和86′之上形成不希望的氧化物。
由于入口和出口墻72和76，側墻80，頂82，以及底面84能夠防止熱能發(fā)散，使通過的玻璃帶48的溫度保持在適于由涂布器86和86′有效地淀積涂層材料的范圍。但若必要，在小室70之內還可由加熱元件89補充熱量。
涂層材料可以淀積一層或多層，或將數種涂層材料按序以不同組合方式淀積上去，這時可用本發(fā)明的涂布器58、60、86、86′其中任一或用全部。
例如，若設定以在線連續(xù)方式生產的玻璃帶含有無色、耐磨、低模量涂層，可采用以下的操作程序。
首先，由位于熔融金屬浴28之上的涂布器58在玻璃帶48上施涂一層厚度為250埃的摻雜的氧化錫膜，然后由涂布器60在第一涂層上再涂上一層厚度250-280埃的氧化硅。這時已涂層玻璃帶48離開熔融金屬浴28而送出，通過入口72而進入受控氣氛小室70，并使之先后從涂布器86和86′之下通過。由涂布器86施涂一層厚度為1500埃的氧化錫，涂布器86′施涂一層厚度為1500埃的摻雜的氧化錫。涂層過程完成后，已涂層的玻璃帶48通過出口78而送出，送入并通過控溫的退火爐(未示出)。
上述的涂布器的操作方式與US4504526(Hofer等，標題為“沿一基質產生恒速流體層流的設備與方法”)所述的涂布器相似。
如圖5所示，涂布器86和86′包括一個真空源91，其作用是有效地除掉在玻璃帶48之上、在小室70入口區(qū)方向的氣氛氣體;還包括一個向下流動的前體源93，并帶有長形的出口噴咀94，用以在通過的玻璃帶48整個寬度上產生前體的恒速層流。涂布器還包括真空源96，用于除去玻璃帶之上沿前體源93向下游區(qū)域的氣氛氣體。于是前體源93以及長形的出口噴咀94在通過的玻璃帶48整個寬度上，沿該前體源的上游及下游方向產生前體流體的恒速層流。
從按序排列的涂布器86和86′的出口噴咀94所排出的選定前體流體即按序在玻璃帶48之上淀積所要的膜，若先前已在玻璃帶上淀積有膜，則是在該膜上再淀積新膜。由于涂布器中配置有真空源91和96，從出口噴咀排出的前體就淀積在正在前進的玻璃帶上，并且未發(fā)生淀積的前體就分別由真空源91和96從噴咀的上游區(qū)和下游區(qū)完全除掉。采用上述方式，就是在前體流體源86和86′之下、在玻璃帶48之上保持一個前體流體區(qū)。通過控制玻璃帶48的速率、小室70內的溫度、從涂布器86和86′中排出的前體的量、和/或真空源91和96，就可以控制各該前體的淀積層厚度。
本文所述的方法適用于制造多種用途的涂層玻璃。特別重要之處是涂層可降低涂層玻璃的紅外輻射的輻射系數，也可以降低太陽輻射的總能量傳送率。
權利要求
1.一種制造涂層玻璃的方法，該方法包括以受控的速率將熔融玻璃送至一個池窯結構中的熔融金屬浴液中，該池窯結構在所述熔融金屬浴上方有一個密閉的空間；在高溫條件下，使玻璃沿該熔融金屬浴的表面而向前前進，并保證在該浴液上出現一個有向上表面的玻璃帶；保持在該玻璃帶之上在所述密閉空間之內有一種保護性氣氛；使該玻璃帶充分冷卻并使之從該熔融金屬浴中拉出時不發(fā)生損壞；該方法的特征在于該玻璃帶離開所述熔融金屬浴而前進時是托在一系列引拉輥子上而通過相鄰的、密閉的受控氣氛小室；還在于當該玻璃帶在所述相鄰的受控氣氛小室內在所述輥子上前進時，在其表面施加至少一層涂層。
2.按權利要求1的方法，其特征在于向位于所述熔融金屬上的玻璃帶的向上表面上施加一層涂層的步驟。
3.按權利要求1或2的方法，其特征在于所述密閉的受控氣氛室是與所述上方密閉空間相連通并從這個空間得到所述保護性氣氛。
4.按權利要求3的方法，其特征在于保持所述相鄰受控氣氛小室中除有所述上方密閉空間的所述保護性氣氛外，實質上不含其他氣氛。
5.按權利要求4的方法，其特征在于保持所述受控氣氛小室的內部壓力是高于外部環(huán)境壓力并且低于所述上方密閉空間中的壓力。
6.按權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于所述至少一層涂層是由一種涂布器機構所施涂，該涂布器能夠向所述玻璃帶的表面供應前體并能同時將該施涂層上游和下游的區(qū)域抽空。
7.按權利要求1-6的方法，其特征在于在所述相鄰受控氣氛小室之內還可選擇施加補充的熱能。
8.一種在制造浮法玻璃時于玻璃上高溫涂層的方法，該方法包括在一個上方密閉空間中，使一玻璃帶沿一熔融金屬浴的表面向前前進，并且所述的浴具有一個出口端和一個入口端;在所述上方密閉空間內保持一種保護性氣氛;該方法的特征在于在該熔融金屬浴和上方密閉空間的出口端相鄰處保持一個密閉的受控氣氛小室;使該已涂層的玻璃帶通過該受控氣氛小室而前進;在該受控氣氛小室內的玻璃帶的向上表面施加至少一層涂層。
9.按權利要求8的方法，其特征在于當所述玻璃帶在所述浴槽的入口端及出口端之間前進時，向玻璃帶的向上表面上施加至少一層涂層。
10.向浮法玻璃帶的向上表面上淀積至少一層涂層材料所用的設備，該設備包括一座長形池窯結構，該池窯具有出口端及入口端并含有熔融金屬浴;在所述入口端向該浴送入熔融玻璃的裝置以及在高溫條件下使該玻璃沿該浴的表面前進至所述出口端的裝置，并保證在該浴上形成具有向上表面的玻璃帶;安裝于所述密閉裝置之外相鄰于所述出口端處的多個引拉輥子，用于從所述的浴接受所述玻璃帶并使之向前傳送;該設備的特征在于在所述池窯結構和密閉裝置相鄰處有一個密閉的受控氣氛小室，并由這個小室包圍所述的引拉輥子;在所述受控氣氛小室內有涂布裝置，用于對所述引拉輥子之上的所述玻璃帶淀積至少一層所述的涂層。
11.按權利要求10的設備，該設備可以按序淀積多層涂層材料，其特征在于在所述密閉空間內由涂布裝置來淀積至少一層所述涂層。
12.按權利要求10的設備，其特征在于在所述密閉小室內在所述玻璃帶之上有一入口，用以與所述上方空間相連通，使所述保護性氣氛從所述上方空間流入所述密閉小室。
13.按權利要求10的設備，其特征在于所述密閉空間內的涂布裝置是按序淀積兩層所述涂層。
14.按權利要求11的設備，其特征在于所述受控氣氛小室之內的所述涂布裝置是按序淀積兩層所述涂層。
15.按權利要求12的設備，其特征在于所述池窯結構和所述密閉空間包括有出口端墻。由此墻限定一個開口，所述玻璃帶通過這個開口前進到所述引拉輥子之上，從而所述由玻璃帶通過的開口包括與所述上方空間連通的所述入口開口。
16.按權利要求15的設備，其特征在于所述涂布裝置包括一對互相間隔開的涂布器，該等涂布器是設置在所述受控氣氛小室之內的玻璃帶之上并且是橫向伸展的。
17.按權利要求15的設備，其特征在于包圍所述輥子的所述受控氣氛小室包括入口和出口端墻，相對而的側墻，一個頂和一個底，所述入口端墻和所述池窯結構和密閉空間的出口端墻是共用一堵墻。
全文摘要
制造涂層平板玻璃的方法和設備，包括將玻璃以受控速率送至一溶融金屬浴上；在高溫條件下使玻璃沿該浴表面前進并保證在該浴上形成一個有向上表面的玻璃帶；使已涂層玻璃帶充分冷卻并可從浴中取出而不損壞；將已涂層的玻璃帶再通過相鄰的受控氣氛小室；在此室內對玻璃帶的向上表面施加至少一層涂層。
文檔編號C03C17/00GK1048021SQ9010063
公開日1990年12月26日 申請日期1990年2月6日 優(yōu)先權日1989年6月13日
發(fā)明者彼得·H·霍弗 申請人:利比-歐文斯-福特公司