Пою перед тобой в восторге похвалу -  не камням дорогим, не злату,

но стеклу...


 

М.В.Ломоносов

 

Общество с ограниченной ответственностью

"Украинский научно-исследовательский институт стекла"

(ООО "УкрНИИСтекла")


 

 

СТЕКЛА С ОКСИДНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПЛЕНОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ И СПОСОБЫ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Традиционное производство ряда строительных стекол, обладающих специфическими свойствами и избирательным пропусканием в различных областях спектра, целиком зависит от их химического состава и технологии изготовления.

         Практика стеклоделия показала, что не всегда возможно и целесообразно изменять свойства стекол путем воздействия на их химический состав. В отдельных случаях экономичнее модифицировать поверхностные свойства, путем соответствующего синтеза на поверхности тонких слоев с заданными свойствами.

         Получение стекол с заданными свойствами за счет нанесения на них пленочных покрытий позволяет в широких пределах регулировать свойства листового стекла независимо от его химического состава и толщины. Большую роль в создании таких стекол играют пленки оксидов металлов. Промышленности хорошо известны оксиды, отличающиеся высокой стойкостью по отношению к воздействию различных температур, инертностью в агрессивных средах, высокой механической прочностью и хорошей электропроводностью. Некоторым оксидам присуще избирательное пропускание в видимой части спектра, благодаря чему они приобретают характерное окрашивание.

         В настоящее время на основе тонких пленочных покрытий из оксидов металлов создана серия новых видов строительного и технического стекла. К таким стеклам следует отнести токопроводящие, теплозащитные, селективно пропускающие и отражающие различные области теплового спектра, светофильтры с избирательным поглощением в видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра, декоративные с новой, необычной гаммой цветов.

Стекла с пленочными покрытиями можно классифицировать по областям их применения и по химическому составу покрытия.  

         По областям применения они могут быть разделены на стекла:

1)    поглощающие УФ излучение;

2)    избирательно поглощающие видимую часть спектра (цветные, тонированные);

3)    с высоким отражением света в видимой области спектра (полупрозрачные зеркала);

4)    задерживающие часть тепловой радиации солнца (теплозащитные);

5)    отражающие длинноволновую инфракрасную радиацию (теплоотражающие);

6)    токопроводящие;

7)    экранирующие электромагнитную энергию радиодиапазона (радиозащитные).

По химическому составу пленок различают стекла с пленками из: оксида олова (SnO2) без добавок и с добавками различных модифицирующих примесей:

         - индия (In2O3);

- цинка (ZnO);

- железа (Fe2O3);

- меди (CuO);

- кобальта (Co3O4);

- хрома (Cr2O3);

- титана (TiO2).

Создание оксидно-металлического покрытия на стекле может осуществляться несколькими способами:

1)                            обработкой разогретой поверхности стекла мелко распыленными растворами солей соответствующих металлов пульверизацией (метод пульверизации) или погружением в раствор (золь-гель технология);

2)                            обработкой разогретой поверхности стекла в парах гидролизующихся солей металлов (метод пиролиза);

3)                            окислением металлического слоя, осажденного испарением или катодным распылением в вакууме.

Для получения строительного и крупногабаритного стекла с пленочными покрытиями целесообразнее применять метод пульверизации. Химизм синтеза пленок, получаемых методами пульверизации и пиролиза имеет много общего: оба они основаны на реакциях гидролиза солей металлов при высоких температурах на поверхности теплостойкого материала, но метод пульверизации имеет ряд существенных отличий, благодаря которым приобрел широкое распространение в промышленности. Эти отличия заключаются в следующем:

- процесс пленкообразования протекает при более высоких температурах, порядка 500-800˚С;

- скорость реакции резко возрастает и измеряется секундами (2-30 сек.);

- исходные вещества предварительно растворяются и растворы в мелкодисперсном состоянии подаются в зону реакции на разогретую поверхность;

- поверхность, на которой протекает синтез и конденсация оксидов, не подвергается специальной подготовке, кроме очистки от загрязнений.

Технология не требует создания сложного оборудования. Пленки можно наносить в процессе закалки, отжига, моллирования при повторном нагревании изделий или в процессе формования, как различного вида изделий, так и листового стекла.

Для синтеза пленок методом пульверизации поверхность стекла обрабатывается пленкообразующим раствором в мелкодисперсном состоянии, который подается через распылители. Температура обрабатываемой поверхности должна быть 500-800˚С. Пленкообразующие растворы предварительно нагревать нельзя во избежание возникновения в них реакций гидролиза.

Синтез оксидных пленок основан на реакциях обменного разложения между пленкообразующей солью и водяным паром, образующимся на поверхности стекла при соприкосновении ее с мельчайшими капельками распыляемого раствора. В результате реакций образуются твердые оксиды металлов и газообразные продукты разложения. Твердый продукт в момент образования адсорбируется поверхностью стекла, частично взаимодействует с ней и распределяется на ней в виде тонкой прозрачной пленки.

Образующиеся при этом газообразные продукты могут перемешиваться со свежими струями раствора и, вторично попадая в зону реакции, включаться в состав покрытия, изменяя его свойства. Исходя из этого, при синтезе пленок большое внимание уделяется правильной организации эвакуации газов из зоны реакции. Большинство пленкообразующих растворов являются агрессивными, поэтому распылители для них изготовляются из химически устойчивых материалов – титана, эбонита, фторопласта, кварца и стекла.

При нанесении пленок на стекло, если только процесс ведется не в ходе тепловой обработки (моллировании, отжиге, закалке), стекло нагревают в щелевых электрических печах, подобных закалочным, или используют для этой цели закалочные печи. Установка состоит из нагревательной печи, камеры пленкообразования и агрегата для охлаждения. Для ввода в печь стекло укрепляют в вертикальном положении в каретке на подвесках или в рамке с зажимами по торцам. Нагревают стекло при температуре, несколько превышающей температуру его размягчения. Время нагревания ограничивают, чтобы исключить деформацию стекла. Нагретое стекло по выходе из печи поступает в камеру пленкообразования, где обрабатывается пленкообразующим раствором. Размеры камеры определяются размером обрабатываемых стекол. Внутри камеры расположены распылители раствора, количество их также определяется размером стекол. Распылители располагают на расстоянии 30-60 см от стекла, так чтобы распыляемый факел раствора подавался перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Обычно обработке подвергается одна сторона стекла и лишь в исключительных случаях наносят пленку с двух сторон. Распылители устанавливаются неподвижно или им придается качательное движение в вертикальной плоскости для более равномерного распределения раствора на поверхности стекла. Продолжительность обработки стекла обычно не превышает 15 с. Этого времени достаточно для образования пленки заданной толщины. Камера пленкообразования снабжается мощной отсасывающей вентиляцией для удаления дымов и газов, образующихся при синтезе пленок.

Обработанное стекло выводится из камеры пленкообразования для охлаждения, которое может осуществляться обдуванием его сжатым воздухом (при получении закаленного стекла), просто на воздухе (при получении отожженного стекла).

Оксидно-металлические пленки удобнее наносить непосредственно на горячую свежеотформованную поверхность стекла в зоне отжига. Организация такого производственного процесса не требует установки дорогостоящего специального оборудования и не нарушает обычный технологический процесс изготовления листового строительного стекла.                


Сайт создан на Setup.ru Создать сайт бесплатно