沉积氧化铝涂层的方法技术

一种通过使基底表面与含铝前体和羧酸酯的流体混合物接触而将氧化铝涂层沉积到所述基底上的方法。

Process for depositing alumina coating

A process for depositing an alumina coating onto the substrate by contacting a substrate surface with a fluid mixture of an aluminum precursor and a carboxylate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在基底(其在优选实施方案中是玻璃基底，更优选实施方案中是在浮法玻璃生产工艺中生产的连续玻璃带)的表面上沉积氧化铝涂层的新型方法；涉及在其至少一个表面上具有氧化铝涂层的基底，特别是玻璃基底；以及涉及涂布的基底，特别是涂布的玻璃基底，在其至少一个表面上具有多层涂层，在所述多层涂层中至少一层包括氧化铝。已知氧化铝涂层可用于各种应用，包括电气和光学工业。该涂层是耐磨的，并且可在涂层中作为唯一的层或者在多层涂层中作为顶层以利用这些耐磨性能。氧化铝涂层已被沉积在各种基底上，所述基底包括金属、半导体材料和玻璃。可以使用各种方法，如化学气相沉积、喷雾热解和磁控溅射，使涂层沉积。还有人建议使用化学气相沉积(在下文中为方便起见称为CVD)方法在玻璃上沉积氧化铝涂层。美国专利4308316建议使用三甲基铝作为前体来沉积无定形氧化铝层。WO97/20963建议使用二烷基铝醇盐作为前体来在二氧化硅基底上或者在玻璃基底上沉积氧化铝涂层。美国专利6037003建议使用烷基二铝醇盐作为前体来沉积氧化铝涂层。美国专利5217753建议在工艺中使用三乙基铝或者二乙基铝氯化物作为前体来在涂布的玻璃基底上沉积氧化铝涂层，所述涂布的玻璃基底具有二氧化钛第一层和硅复合物第二层，氧化铝沉积其上。在浮法玻璃生产工艺中使用常压CVD方法来在玻璃带的表面上沉积各种涂层。涂层可以被沉积在玻璃带上，同时其处于足以驱动沉积反应的温度。涂布机可以被置于浮法浴(float bath)中、浮法浴和退火炉间的空隙中或退火炉中，蒸气通过涂布机与玻璃带的表面接触。一直需要这样的方法，其可以在长时间内制造具有均质性的涂布的玻璃，并由此提高生产方法的经济性。我们业已发现，当羧酸酯存在于与玻璃接触的蒸气中时，在常压使用CVD方法可以快速且均匀地进行氧化铝涂层的沉积。这样将酯引入到蒸气提供了一种方法，该方法以较高的沉积速率沉积具有均质性的氧化铝涂层，并且该方法能够在浮法玻璃生产方法中使涂层沉积在连续玻璃带上而长时间运行。我们还发现从这些新型沉积方法中的某些所获得的涂层显示出新的和改进的性能，并且这些新型涂布的基底、特别是涂布的玻璃基底提供了本专利技术的第二方面。在第一方面，本专利技术提供一种在处于高温的基底的表面上，所述方法包括使所述基底的表面与含铝前体和羧酸酯的流体混合物接触。铝前体可以是任何铝化合物，所述铝化合物可以在常压在低于其与酯或者任何可能存在的助氧化剂反应的温度的温度气化。已先前建议用于沉积氧化铝的CVD方法的任何铝化合物可用于本专利技术的方法。可用作前体的有机铝化合物的实例包括三烷基铝化合物如三甲基铝和三乙基铝；烷基二铝醇盐，例如具有通式RnAl2(OR1)6-n的那些，其中可以相同或不同的R和R1表示含1-5个碳原子的烷基，并且n是1-5的整数；二烷基铝醇盐，例如具有通式R2AlOR1的那些，其中可以相同或不同的R和R1表示具有1-5个碳原子的烷基；具有通式RnAlX3-n的烷基铝卤化物，其中R表示含1-5个碳原子的烷基，X表示卤素原子，优选氯原子，并且n是1或2的整数；优选的用于本专利技术方法的有机铝化合物是二甲基铝氯化物和二乙基铝氯化物。在特别优选的实施方案中，铝前体是无机铝化合物。可在本专利技术方法中用作前体的无机铝化合物的实例是具有通式AlX3的三卤化铝，其中X表示卤素原子，并且最优选是氯原子。可用于本专利技术方法的羧酸酯是具有通式R-C(O)-O-C-(X)(X1)-C(Y)(Y1)-R1的化合物，其中可以相同或不同的R和R1表示氢原子或者具有1-8个碳原子的烷基，并且X、X1、Y和Y1表示含1-4个碳原子的烷基或者氢原子；优选地Y或者Y1中的至少一个表示氢原子。优选地，该酯包括3-18个碳原子，并且优选地3-6个碳原子。优选的用于本专利技术方法的酯包括甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、甲酸正丙酯、乙酸正丙酯、丙酸正丙酯、丁酸正丙酯、甲酸异丙酯、乙酸异丙酯、丙酸异丙酯、丁酸异丙酯、甲酸正丁酯、乙酸正丁酯、乙酸仲丁酯和乙酸叔丁酯。最优选的用于本专利技术方法的酯是乙酯，特别是甲酸乙酯、乙酸乙酯和丙酸乙酯。这些中最优选的是乙酸乙酯。本专利技术方法需要制备含铝源和羧酸酯的流体混合物。该混合物应该维持在低于铝源反应而形成氧化铝的温度的温度。该混合物优选维持在低于酯分解温度的温度。在流体混合物是蒸气的情况下，铝源和酯优选是可以在适当低温蒸发的化合物。优选的铝源是在室温为液体的那些或者可溶解在溶剂中而形成可气化的溶液的那些。流体混合物优选是气体混合物。气体混合物的组分可以在基底表面上或在基底表面结合，但通常它们结合而形成前体气体混合物，其然后与基底表面结合。气体混合物通常包括载气如氮气或者氦气。该混合物被维持在低于酯分解温度并且足够高以使组分保持在蒸气相中的温度。前体气体混合物被引入恰在基底表面上方的空间中。此表面应处于高温下，所述高温足够高以引发铝前体和羧酸酯间的反应并且导致氧化铝涂层沉积在基底表面上。基底的温度通常为350-700℃，更优选为550-700℃，最优选为600-650℃。可使用已知的技术和装置进行沉积方法。优选的CVD的形式是平流CVD，虽然可以使用湍流CVD。基底通常是具有平整表面的基底，涂层沉积在该平整表面上。优选的基底是玻璃基底。基底可以是玻璃片，但在优选实施方案中，基底是作为浮法玻璃生产方法的一部分所生产的连续玻璃带。浮法玻璃生产方法中所生产的玻璃带离开熔炉时，其温度下降。玻璃的温度为浮法浴卸料端的约1100℃至玻璃带离开退火炉时的约200℃。CVD方法通常在玻璃带尺寸稳定并且其温度数量级为800℃时进行。通常，浮法浴出口处的温度数量级为600℃，退火炉入口处的温度数量级为580℃。本专利技术的方法可以在浮法浴中、浮法浴和退火炉间的空隙中、或退火炉中进行。在优选实施方案中，涂布在浮法浴中进行。在浮法玻璃生产方法中使金属氧化物或者氧化硅涂层沉积在玻璃带表面上的CVD方法是众所周知的并且广泛用于生产涂布的玻璃。本专利技术的CVD方法可以使用已知的装置和技术进行。流体混合物的流速应被调节以提供所期望的沉积速率和所需厚度与质量的涂层。最佳速率受各种因素影响，所述因素包括基底的性质和温度、基底的表面积、浮法玻璃生产方法中玻璃带的线速度和从涂布装置中除去废气的速率。铝前体和羧酸酯将通常包括1.0-15.0体积％、优选2.0-8.0体积％的前体气体混合物。铝前体与羧酸酯的摩尔比将优选为0.1∶1.0-0.5∶1.0，更优选为0.2∶1.0-0.4∶1.0。其余的流体混合物可包括惰性载气，其优选是氮气或者氦气。在流体混合物中，羧酸酯通常是唯一的含氧物质。然而，可以使用较少比例的其他含氧化合物，具体地说是氧气(或者空气)。本专利技术方法提供了比现有技术方法(即那些未使用羧酸酯的方法)更高的沉积速率。与使用现有技术方法获得的涂层相比，本专利技术方法可以导致更少粉末的氧化铝涂层的沉积。氧化铝涂层将通常具有与氧化铝即Al2O3相当的化学计量。略缺氧的涂层也可以被生产并且是有用的。涂层可以直接沉积到裸露的玻璃上，或者沉积到其上已预先沉积一层或多层涂层的玻璃上。通过沿着玻璃带设置多个涂布点，在浮法玻璃制造方法中可以将这种多层涂层沉积到玻璃带上。一种可以在氧化铝层前之前沉积到玻璃上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使处于高温的基底表面与含铝前体的流体混合物接触而将氧化铝涂层沉积到所述表面上的方法，其特征在于该流体混合物还包括羧酸酯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MP小雷明顿，DA斯特里克勒，S瓦拉纳斯，L叶，
申请(专利权)人：皮尔金顿北美公司，皮尔金顿集团有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]