可加熱玻璃及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種玻璃的結(jié)構(gòu)及制造方法，具體是一種主要用于汽車擋風(fēng)玻璃的可加熱玻璃及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車內(nèi)外溫差大的情況下，車身玻璃表面容易起霧，影響駕駛員的視野，需要通過加熱玻璃的方式去除玻璃表面的水霧；在冬季寒冷的氣候下，長時(shí)間停在戶外車身玻璃表面會(huì)凝結(jié)薄冰或者有冰雪沉積，會(huì)阻擋駕駛員的視線，在正常駕駛之前，通常駕駛員要花一定的時(shí)間去除玻璃表面的積雪和結(jié)冰，通常這項(xiàng)工作也需要玻璃加熱的輔助，以確保更快的去除玻璃表面的冰凍。目前市面普遍采用的車身玻璃加熱的方案有I)熱空氣傳熱型，即通過鼓風(fēng)機(jī)或者外加熱風(fēng)裝置對(duì)擋風(fēng)玻璃吹熱風(fēng)，將熱量傳遞給擋風(fēng)玻璃，使擋風(fēng)玻璃升溫達(dá)到除霜化冰的效果；2)直接電加熱型，即在玻璃內(nèi)表面均勻分布加熱單元，對(duì)加熱單元通電發(fā)熱實(shí)現(xiàn)玻璃的升溫。前一種方式是間接加熱的方式，熱損失較大，能量效率低，且加熱均勻性差，但是成本低，只需要配合車內(nèi)送風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)就能工作；第二種方式可以實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)玻璃均勻加熱，并且具有較高的能量效率，但是需要在玻璃上布置發(fā)熱單元，因此造價(jià)比較高。
[0003]電加熱在后擋風(fēng)玻璃上已經(jīng)非常普及，如市面上的汽車后窗普遍采用均勻分布的電阻絲。與后窗玻璃不同，在前檔風(fēng)玻璃上粘貼明顯的加熱絲會(huì)影響到開車的視野和安全性。旭硝子(AGC)公司在專利US5798499中提到采用10~35um的鎢絲或者鉬絲加熱的方法，絲與絲之間的間距在1.5-4.0mm,由于鎢絲很細(xì)，可以保證玻璃一定程度的透光度，但是由于視野中存在密集的金屬絲，對(duì)駕駛員的視覺有一定的影響。福特(Ford Motor)公司在US4668270專利中披露了采用連續(xù)導(dǎo)電薄膜銀Ag/氧化鋅ZnO結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)前擋風(fēng)玻璃加熱的方法。在此方法中，若干納米厚的Ag薄膜均勻分布在玻璃表面作為導(dǎo)電發(fā)熱的主體，金屬銀薄膜只要薄到幾納米下對(duì)可見光就具有較好的透光性(>70%)，并且對(duì)紅外光具有較好的阻隔率，具有良好的節(jié)能作用。采用金屬Ag薄膜作為前擋風(fēng)玻璃的導(dǎo)電層，需要復(fù)雜的保護(hù)膜層結(jié)構(gòu)，如專利CN 102795793 A中披露的:玻璃基板I氮化硅SiNx |氧化鈦T1x I氧化鋅ZnO I銀Ag |氧化镲絡(luò)NiCrOx |氧化鋅ZnO |氧化鋅錫ZnSnOx
I氧化銦錫ΙΤ0，使其能夠耐受600度的玻璃彎曲成型工藝，而不至于被氧化，如果是在玻璃成型之后再進(jìn)行Ag的鍍膜，在彎曲表面上鍍膜的工藝成本將會(huì)非常高。Ford Motor在US5756192專利中提出了采用透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)材料作為連續(xù)導(dǎo)電薄膜制作可加熱的前檔風(fēng)玻璃的方法。物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積(CVD)獲得的TCO薄膜通常具有80%以上的可見光透過率(相同加熱效率的Ag薄膜的透光率通常低于70%)，同時(shí)又具有較低的電阻率，通過沉積若干Mffl厚的薄膜，TCO的方塊電阻能夠下降到lOohm/sq以下，滿足前擋風(fēng)玻璃加熱的需求。同樣的，大部分TCO材料在玻璃彎曲成型工藝中，需要復(fù)雜的保護(hù)層結(jié)構(gòu)來防止因?yàn)門CO氧化造成的導(dǎo)電率和透光率下降等問題，如專利US5756192中披露的:玻璃基板I氧化硅S1x I摻鋁氧化鋅AZO (—種TCO材料)I氮化硅SiNx |摻氟氧化錫FTO，保護(hù)層的存在提高的工藝的復(fù)雜性，如果在玻璃成型之后進(jìn)行TCO的鍍膜，雖然不需要復(fù)雜的保護(hù)層，在彎曲表面上鍍膜的成本同樣是非常高的，這使得先玻璃熱成型再鍍膜變得不現(xiàn)實(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種制造工藝簡單、制造成本低、導(dǎo)電發(fā)熱均勻的可加熱玻璃及其制造方法。
[0005]本發(fā)明可加熱玻璃的第一種技術(shù)方案包括有雙層玻璃基體和層壓在雙層的玻璃基體之間的導(dǎo)電功能層，所述導(dǎo)電功能層由下述各層材料組成:厚度0.2mm~0.7mm半柔性超薄玻璃層、通過PVD或者CVD方法沉積在半柔性超薄玻璃層一側(cè)表面的導(dǎo)電膜層。所述導(dǎo)電功能層兩側(cè)與兩層玻璃基體之間具有聚乙烯醇縮丁醛PVB或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA材料的粘結(jié)層。所述玻璃基體可以為鋼化玻璃或半鋼化玻璃。所述半柔性超薄玻璃層可以是各種能夠在0.2mm~0.7mm厚度下具有柔性的玻璃材料，如傳統(tǒng)的鈉鈣玻璃(sodalime)，也可以采用表面經(jīng)過化學(xué)強(qiáng)化的玻璃，如康寧公司的大猩猩玻璃(Gorilla)或者旭硝子公司的龍跡玻璃(Dragontrail)等。
[0006]本發(fā)明的第二種技術(shù)方案包括有一層玻璃基體和層壓在玻璃基體一側(cè)表面的導(dǎo)電功能層，所述導(dǎo)電功能層由下述各層材料組成:厚度0.2mm~0.7mm半柔性超薄玻璃層、通過PVD或者CVD方法沉積在半柔性超薄玻璃層一側(cè)表面的導(dǎo)電膜層。所述導(dǎo)電功能層與玻璃基體之間具有PVB或EVA材料的粘結(jié)層，并且導(dǎo)電膜層一側(cè)與粘結(jié)層接觸。
[0007]所述導(dǎo)電膜層可以為一層TCO層。該方案中:TC0層可以是ITO(摻錫氧化銦)、AZO(摻鋁氧化鋅)、BZO (摻硼氧化鋅)、GZO (摻鎵氧化鋅)、FTO (摻氟氧化錫)幾種材料中的一種，其厚度為500~2000nm。
[0008]所述導(dǎo)電膜層還可以由依次逐層沉積在半柔性超薄玻璃層表面的氮化硅SiNx層、銀Ag薄膜層和TCO層組成。該方案中:氮化娃SiNx層厚度為10~30nm ;銀Ag薄膜層的厚度為2~10nm ； TCO厚度為20~200nm，可以是ITO (摻錫氧化銦)，AZO (摻鋁氧化鋅)，GZO(摻鎵氧化鋅)幾種材料中的一種。
[0009]所述導(dǎo)電膜層邊緣貼有用來引入電流的匯流帶；所述匯流帶隱藏在玻璃基體邊緣的陶瓷框中，以避免影響視線。
[0010]擋風(fēng)玻璃加熱通常需要200~1000W/m2的能量密度，加熱涂層的單位加熱功率密度Pspe。通過公式Pspec=U2/RSq*D2來計(jì)算，其中U為輸入電壓，Rsq為涂層的方塊電阻(面電阻)，D為兩個(gè)匯流電極之間的間距。一般車載系統(tǒng)的電壓不大于50V，考慮兩個(gè)匯流電極沿著擋風(fēng)玻璃的長邊布置，電極的距離在80cm左右，因此對(duì)于不同的加熱結(jié)構(gòu)，通常都要求方塊電阻〈lOohm/sq。如果是車前窗的擋風(fēng)玻璃，同時(shí)還要求可見光的透過率>70%。特別在含有Ag薄膜的結(jié)構(gòu)中，比較容易實(shí)現(xiàn)較低的方塊電阻，即較大的能量密度，但是通常方塊電阻都受限于薄膜的透光率>70%的要求，在2~10ohm/sq的范疇，隨著Ag薄膜厚度的增加，透光率隨方塊電阻下降而下降的趨勢(shì)非常明顯，因此優(yōu)化的銀Ag薄膜層的厚度在3~5nm，發(fā)熱的功率密度在400~1000W/m2。對(duì)于采用玻璃/TCO的加熱結(jié)構(gòu)，可見光透過率幾乎不隨方塊電阻下降有明顯變化，方塊電阻主要取決于導(dǎo)電氧化物的類型和薄膜的厚度，因此優(yōu)化的500nm的ITO薄膜，方塊電阻可以達(dá)到5ohm/sq，在36V下發(fā)熱的功率密度可以達(dá)到400W/m2，透過率在80%以上；另一種廉價(jià)的BZO薄膜，優(yōu)化的厚度在2000nm，方塊電阻可達(dá)到6ohm/sq,在36V下發(fā)熱的功率密度可以達(dá)到340W/m2，可見光透過率在80%以上。
[0011]本發(fā)明可加熱玻璃的制造方法是:首先通過PVD或者CVD方法在平面形態(tài)的半柔性超薄玻璃層一側(cè)表面沉積形成導(dǎo)電膜層，再將沉積有導(dǎo)電膜層的半柔性超薄玻璃層層壓在單層的玻璃基體上，或者層壓在雙層玻璃基體之間。層壓的過程中抽出玻璃和導(dǎo)電膜層之間的空氣，并且通過加熱使PVB或者EVA將所述半柔性超薄玻璃層與單層或雙層玻璃粘合在一起。層壓可以在專門的層壓設(shè)備中進(jìn)行，通過使用與所壓玻璃具有相同弧度的層壓磨具實(shí)現(xiàn)多層彎曲玻璃的貼合，也可以采用汽車行業(yè)成熟的高壓釜工藝來實(shí)現(xiàn)合片。
[0012]本發(fā)明提出了將玻璃基體熱成型和導(dǎo)電薄膜沉積這兩個(gè)工藝過程徹底分離的加熱玻璃制作方法。具有加熱功能的導(dǎo)電薄膜可以先在半柔性超薄玻璃層上沉積完成。玻璃基體在熱成型至所需形狀之后，再將半柔性超薄玻璃層連帶導(dǎo)電薄膜一起貼合到所要應(yīng)用的玻璃基體表面。該方法及產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是:由于導(dǎo)電薄膜不再需要經(jīng)受玻璃的熱加工，因此無需復(fù)雜的保護(hù)膜層，鍍膜成本更低；同時(shí)簡單的導(dǎo)電薄膜結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)與匯流帶的歐姆接觸，可以避免由于接觸不良引起的熱點(diǎn)問題。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖