ТЕПЛООТРАЖАЮЩЕЕ СТЕКЛО

Полезная модель относится к энергосберегающим оконным стеклам с покрытием и может быть использована при строительстве зданий и других сооружений, например, теплиц.
В настоящее время при нарастающем объеме строительства имеется острая необходимость в создании и изготовлении энергосберегающих стекол, которые позволят сэкономить значительное количество тепла для отопления зданий и промышленных сооружений. Поэтому изготовление таких стекол, особенно в странах с холодными климатическими условиями, является важной и необходимой задачей.
Известно теплоотражающее стекло, включающее стеклянную подложку, слой меди и защитный слой, который выполнен из стеклянной пленки толщиной 100-300 нм следующего состава, вес %:
SiO<sub>2</sub> -
35-48,5
ВаО -
25-35
ZrO<sub>2</sub> -
23-34,5
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> -
1,5-3,0
2
3
3
2
3
Стекло, используемое в качестве защитного слоя, приготавливают из химических реактивов: SiO, BaCO, ZrO, FeO марок «ч» и «чда» при 1450-1500°C (выдержка 0,5-1 час) с последующей грануляцией стеклообразующего расплава. Полученные гранулы применяют для получения защитного слоя. (см. Авторское свидетельство СССР №726044 СО3С 17/02, опубликовано 05.04.1980 г.)
Основным недостатком этого теплосберегающего стекла, является многокомпонентность и сложность получения его защитного слоя.
Наиболее близким по технической сущности, решаемой задаче и достигаемому техническому результату к заявляемому является установленное в стеклопакете теплоотражающее стекло с нанесенным покрытием, состоящем из тонкой пленки серебра и защитного слоя, выполненного в виде пленок на основе нержавеющей стали и титана, (см. Свидетельство на полезную модель РФ №18395 СО3С 17/36, опубликовано 20.06.2001 г.)
Однако это теплоотражающее стекло не лишено недостатков в виду сложности технологии его изготовления и прежде всего сложности изготовления защитного покрытия, состоящего из двух слоев на основе титана и нержавеющей стали, которые включают в свой состав кроме упомянутых металлов еще и не указанные добавки.
Поэтому расширение арсенала теплосберегающих стекол по упрощенной технологии, их изготовления следует считать необходимой технической задачей и общественной пользой.
2
Решить эту задачу стало возможным за счет устранения недостатков прототипа, а именно путем создания по упрощенной технологии изготовления разновидности теплоотражающего стекла, в котором в качестве адгезионной и защитной пленок используется диэлектрик SiO.
2
2
Технический результат - расширение арсенала теплоотражающих стекол с одновременным упрощением технологии их изготовления достигается тем, что толщина низкоэмиссионного слоя из серебра или золота составляет 5-40 нм, а между стеклянной подложкой и слоем серебра или золота дополнительно размещена адгезивная пленка из оксида кремния SiO, при этом защитное покрытие выполнено в виде просветляющей пленки также из оксида кремния SiO
Притом толщина всех трех пленок соотносятся между собой как (0,5÷1):1:(1÷2).
Выбор используемых проделов толщины металлического слоя от 5 до 40 нм определяется тем, что Ag и Au толщиной менее 5 нм не являются сплошными и обладают, следовательно более низким отражением в ИК-области (5-20 мкм), а слой толщиной более 40 нм не обеспечивает достаточную прозрачность в видимой области спектра.
2
Адгезивная пленка из оксида кремния SiO предназначена обеспечивать более плотное прилегание металлического слоя из серебра или золота к стеклянной подложке, а ее толщина составляет также как и металлического слоя в пределах от 5 до 40 нм.
Толщина защитной пленки выбирается исходя из условия прочности покрытия и составляет от 5 до 40 нм.
В целом толщина адгезивной и защитной пленок определяется с учетом обеспечения прозрачности их к видимому свету, которая не должна быть ниже 65% от максимальной чувствительности человеческого глаза (0,55 мкм).
Следует иметь в виду, что толщина каждой пленки не должна превышать 40 нм и общая их толщина, в общем случае, не должна превышать размера 100 нм, которая регламентируется необходимой прозрачностью готового стекла для видимого света и отражением энергии теплового излучения в ИК-диапазоне не менее 80%.
Выбор металлов серебра и золота в качестве теплоотражающего слоя обусловлен наиболее высокой их прозрачностью при высоком коэффициенте отражения от покрытия, хотя и приводит к некоторому удорожанию готового изделия. Также близки и их физико-химические свойства, такие, например, как стойкость к окислению, что является важным особенно при изготовлении оконных стекол, так как значительно повышается долговечность их службы.
2
Сущность полезной модели заключается в том, что и адгезионная, и защитная пленки, выполненные из одного и того же материала, оксида кремния SiO, обеспечивают и надежное сцепление слоя серебра или золота с стеклянной подложкой и в то же время надежно защищают металлический слой от повреждения.
2
Изготовление теплоотражающего стекла производят с использованием известного способа вакуумного магнетронного напыления (1, 2), при котором изделие после очистки поступает в камеру установки и под действием электрического и магнитного полей с мишени из серебра, или золота, а также оксида кремния SiO происходит нанесение ионов этих материалов на стеклянную подложку толщиной, преимущественно от 3 до 5 мм.
Указанный способ ввиду его универсальности позволяет наносить на стекло пленки серебра и золота, а также оксида кремния.
2
Наличие скрещенных магнитного и электрических полей обусловливает высокую скорость напыления и возможность ее регулирования в широких пределах, получать высокую чистоту пленок с высокой их адгезионной прочностью к стеклянной подложке и низким температурным воздействием на поверхность изделий, содержащих пленки из Ag, Au и SiO.
Контроль за толщиной пленок проводится с помощью растрового микроскопа, путем напыления всех пленок на «свидетель» и проведения замеров на его сколе после нанесения тончайшего золотого покрытия.
Проведение испытания предлагаемого теплоотражающего стекла показали, что его прозрачность в области максимальной чувствительности глаза (0,55 мкм) составляет около 80%, а коэффициент отражения от покрытия в инфракрасном диапазоне составляет 85-90°, что соответствует требованиям, предъявляемым к лучшим образцам подобного назначения (типа).
Коэффициент излучения с использованием стекол с таким покрытием находится в пределах 0,15-0,20, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к мягким селективным покрытиям.
Теплоотражающее стекло, изготовленное с таким покрытием, имеет низкую эмиссию и может использоваться не только в стеклопакете, но и может устанавливаться отдельно в раму окна, что упрощает его конструкцию. Окна с такими стеклами актуальны для стран с холодным климатом и длительным снежным покровом (Россия, Финляндия, Норвегия).
Энергосбережение с применением теплосберегающих окон может достигнуть 30%, что адекватно экономии 10% энергии, выработанной в стране.
Источники информации, принятые во внимание при проведении патентного поиска и общетехнического исследования.
1. В.Е.Минайчев. Нанесение пленок в вакууме. Изд-во «Высшая школа», 1985 г.Москва. С.47-51.
2. П.В.Корчагин, В.И.Орлов. Нанесение металлов и их соединений методами магнетронного диодного распыления. Обзоры по электронной технике. Серия 7, технология, организация производства и оборудование. Изд-ние ЦНИИ «Электроника», 1986 г., г.Москва, стр.10-18.
3. Патент РФ №2043932 В32В 15/08, опуб. 20.09.1995 г.
4. Патент РФ №1174616 СО3С 17/34, опуб. 20.04.2006 г.