Теплоотражающее стекло

Полезная модель относится к энергосберегающим оконным стеклам с покрытием и может быть использована при строительстве зданий и других сооружений, например теплиц для выращивания овощей и цветов.

Теплоотражающее стекло состоит из стеклянной подложки, низкоэмиссионного слоя металла, преимущественно серебра или золота, адгезионной и защитной пленок. Адгезионная и защитная пленки выполнены из оксида кремния SiO₂, которые, как и металлический слой наносятся на стеклянную подложку магнетронным методом. Адгезионная пленка размещена между стеклянной подложкой и металлическим слоем, обеспечивая их надежное сцепление. При этом толщина каждой пленки не должна превышать 40 нм. Общая их суммарная толщина, которая обусловлена необходимой прозрачностью готового стекла для видимого света и отражением энергии теплового излучения в ИК-диапазоне не менее 80%, не должна превышать 100 нм. 1 н.з.и 1 з.п. ф-лы.

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 %:

Стекло, используемое в качестве защитного слоя, приготавливают из химических реактивов: SiO₂, BaCO₃, ZrO₃, Fe₂ O₃ 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.

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 SiO₂.

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 SiO₂, при этом защитное покрытие выполнено в виде просветляющей пленки также из оксида кремния SiO₂

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.

Адгезивная пленка из оксида кремния SiO₂ 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.

Сущность полезной модели заключается в том, что и адгезионная, и защитная пленки, выполненные из одного и того же материала, оксида кремния SiO₂, обеспечивают и надежное сцепление слоя серебра или золота с стеклянной подложкой и в то же время надежно защищают металлический слой от повреждения.

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 ₂ 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.

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 SiO₂.

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.

1. Теплоотражающее стекло, содержащее стеклянную подложку, слой низкоэмиссионного металла, преимущественно из серебра или золота, отличающееся тем, что защитное покрытие выполнено в виде просветляющей пленки из оксида кремния SiO₂, а между слоем низкоэмиссионного металла и стеклянной подложкой дополнительно размещена адгезивная пленка также из оксида кремния SiО₂ , при этом толщины всех трех пленок соотносятся между собой как (0,5÷1):1:(1÷2).

2. Теплоотражающее стекло по п.1, отличающееся тем, что толщина слоя низкоэмиссионного металла составляет от 5 до 40 нм.