制造高透射率玻璃涂层的方法技术

本发明专利技术涉及在玻璃表面上制造高透射率涂层的方法，其中将硅酸钾水溶液施加在玻璃表面上，其特征在于，在将硅酸钾溶液施加在玻璃表面上之后并且在硅酸钾在液相中时，将硅酸钾溶液暴露于工艺气氛，其中控制所述工艺气氛的相对湿度。

Method for producing high transmittance glass coating

The invention relates to a method for manufacturing a high transmittance coating on the glass surface, wherein the potassium silicate solution is applied on the glass surface, which is characterized in the potassium silicate solution is applied after the glass surface and the potassium silicate in the liquid phase, the potassium silicate solution exposed to the process which control the relative humidity of the atmosphere. The process of the atmosphere.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在玻璃表面上制造高透射率涂层的方法，其中将硅酸钾水溶液施加在玻璃表面上。
技术介绍
已知将透明的涂层施加在玻璃基材上以改善其光学性质。一种通过降低其表面反射率提高光线穿过玻璃基材的透射率的特殊种类的光学涂层是干涉抗反射涂层。玻璃上有效的干涉抗反射涂层要求涂料是透明的并且具有比玻璃基材更低的折射率。涂层的最佳折射率n(涂层)应当等于玻璃基材的折射率n(玻璃)的平方根。对于n(玻璃)～1.52–1.56的典型平板玻璃而言，这要求n(涂层)低至1.3–1.4。反射率在光线波长λ(min)=4×n(涂层)×d(涂层)附近的情况下被抑制，其中d(涂层)是涂层的厚度。因此，在该波长附近的情况下提高了光线穿过玻璃的透射率。低折射率的透明材料，如LiF（n～1.39）、MgF2（n～1.38）、CaF2（n～1.43），通常用作抗反射涂层。此类涂层的缺点是涂料与玻璃基材的粘着性弱，而且用于其制造的PVD法复杂。US3,326,715还公开了通过在玻璃表面上施加硅酸钾水溶液接着在环境空气气氛中对液体薄膜实施干燥或热固化从而在玻璃基材上制造硅酸盐抗反射涂层。以此方式制造的涂层具有显著降低的反射率，但是其折射率接近于玻璃，这对于最佳干涉抗反射涂层而言是过高的，并因此导致透射率的提高不明显。此外，如此制造的涂层在其制造之后不久由于涂层中的过量碱金属与来自空气的CO2的相互作用而形成碱金属碳酸盐，因而显示出模糊有雾的外观，称作“起霜”现象。“起霜”现象在其形成之后难以消除，额外地降低了玻璃/涂层系统的透射率。第4,578,100号美国专利公开了一种通过在产生固体涂层之后但是在出现“起霜”现象之前用酸处理涂层从而防止出现“起霜”现象的方法。因此避免了起霜现象对于玻璃透射率的负面影响。然而，通过快速干燥制造的此类涂层的折射率接近于玻璃基材的折射率，并因此对于最佳干涉涂层而言是过高的。第3,301,701号美国专利公开了一种通过使用硅酸钠水溶液作为前体在玻璃上制造纳米结构化的非反射二氧化硅涂层的方法。将硅酸盐水溶液与凝聚剂混合，然后将其施加至活化的玻璃表面。然而，玻璃表面的活化过程及涂层的沉淀过程耗费时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供制造具有高的光学透射率的玻璃的方法。本发明的目的还在于提供沉积透明的纳米多孔二氧化硅薄膜的方法，该薄膜是折射率明显低于玻璃基材的折射率的有效光学介质。该目的是通过在玻璃表面上制造高透射率涂层的方法实现的，其中将硅酸钾水溶液施加在玻璃表面上，其特征在于，在将硅酸钾溶液施加在玻璃表面上之后并且在硅酸钾在液相中时，将硅酸钾溶液暴露于工艺气氛，其中控制工艺气氛的相对湿度。本专利技术提供二氧化硅涂层，其折射率低于通过现有技术中已知的方法所实现的折射率。该方法使用硅酸钾水溶液作为涂层的前体。根据本专利技术的方法是基于溶液中的硅酸根离子之间的普通交联反应，但是采用能够控制最终涂层的孔隙率并由此能够结构性控制其折射率的工艺条件。硅酸钾是通式Kx(SiO3)y的化学化合物，其通过离解出K+阳离子和角顶共用的硅酸盐阴离子（SiO4–）而溶解在水中。在水环境中K+离子与H+离子的交换导致在溶液中形成硅酸[Si(OH)4、H2SiO3等]。一般而言，硅酸钾水溶液是溶解的硅酸钾和硅酸以取决于溶液的pH的比例的混合物。表征此类混合物的简略方式采用在溶液中存在的硅氧化物与钾氧化物的比例X=SiO2:K2O。此类水溶液通常称作钾水玻璃。一般而言，摩尔比SiO2:K2O小于6并且硅酸盐在水中的浓度高达10％的硅酸钾溶液（钾水玻璃）在典型地约为10至12的pH因素的情况下是稳定的。该溶液是可商购获得的，可以长期储存，并且可以用作形成所期望的光学涂层的液体前体。通过由硅酸钾溶液蒸发出水，可以提高活性硅酸盐物质的总浓度。由此，通过引发硅酸交联使硅酸钾溶液不稳定–最初导致低聚反应生成更高级的硅酸，并进一步形成线性或环状(SiO2)n聚合物，最终导致固体三维SiO2结构的缩合。术语“交联”应当理解为通过形成硅氧烷键（.Si–O–Si.）而使硅酸盐单元（离子）低聚和聚合成为一维、二维或三维网络。具体而言，交联应当理解为溶液中的硅酸分子通过其OH端基的脱水作用根据如下反应形成硅氧烷键而发生相互作用：→Si–O–H+H–O–Si←→→Si–O–Si←+H2O其中，符号→代表与三个相邻的O的键，是OH基或来自于已形成的硅氧烷键的O。可以两种一般的方式通过提高硅酸组分的浓度促进硅酸钾水溶液中的交联反应：i）通过由溶液蒸发出水，提高活性硅酸盐物质（包括硅酸和硅酸钾）的总浓度。由此促进硅酸分子通过交联发生的相互作用–最初导致低聚反应生成更高级的硅酸，并进一步形成线性或环状(SiO2)n聚合物，最终导致固体三维SiO2网络的缩合。ii）通过将酸加入溶液而提高H+离子的浓度–即降低溶液的pH。这导致K+离子与H+离子发生额外的交换，因此提高了硅酸浓度，相应地减少了硅酸钾组分。过量的K+阳离子趋向于与酸的阴离子键结从而产生可溶的盐（例如若添加HCl，则H+取代来自K2SiH3的K+，后者与Cl–键结形成KCl）。因此，通过特别地增加硅酸组分，提高了交联反应的可能性。现有技术中的通过在不受控制的环境或更高温度的气氛中对溶液进行干燥而形成硅酸盐抗反射涂层的方法采用的是如上所述的方式i）。在此情况下，由于蒸发出水而导致的硅酸盐溶液的液体层收缩以及在玻璃表面上硅酸浓度的升高，交联反应局限于玻璃表面附近。因此，通过交联，在玻璃上主要生长具有过高的折射率的紧密的SiO2涂层。与现有技术不同，本专利技术的特征在于，在施加硅酸钾水溶液之后，对玻璃表面上的液体层进行处理，然后在具有受控制的相对湿度的工艺气氛中干燥特定的时间。水蒸汽用于抑制H2O从液体溶液蒸发出。优选地，保持水蒸汽在气体混合物中的分压PPGH2O等于H2O在玻璃表面的温度下的标准蒸汽压SVPH2O。在此条件下，H2O的蒸发速率等于H2O的冷凝速率–即这是一种“零净蒸发方式”。因此，硅酸钾层可以保持为液态历时如所期望的久的时间，特别是历时工艺气氛处理的全部持续时间。工艺气氛处理还可以低蒸发方式（PPGH2O<SVPH2O）或者以增加溶液中的水含量的方式（PPGH2O>SVPH2O）进行。通过工艺气氛处理的持续时间确定固体SiO2颗粒的最终尺寸，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
在玻璃表面（1）上制造高透射率涂层的方法，其中将硅酸钾水溶液（9）施加在玻璃表面（1）上，其特征在于，在将硅酸钾溶液（9）施加在玻璃表面（1）上之后并且在硅酸钾在液相中时，将硅酸钾溶液（9）暴露于工艺气氛，其中控制所述工艺气氛的相对湿度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.02 EP 11006350.01.在玻璃表面（1）上制造高透射率涂层的方法，其中将硅酸钾水
溶液（9）施加在玻璃表面（1）上，其特征在于，在将硅酸钾溶液（9）
施加在玻璃表面（1）上之后并且在硅酸钾在液相中时，将硅酸钾溶液（9）
暴露于工艺气氛，其中控制所述工艺气氛的相对湿度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将具有受控制的湿度的空
气，尤其是具有预定的湿度的空气用作所述工艺气氛。
3.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，使空气和/或惰性
气体、优选氮气通过水中以使空气和/或惰性气体加载水蒸汽，并将硅酸
钾溶液暴露于加载有水蒸汽的所述空气和/或惰性气体。
4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述工艺气氛的相
对湿度高于周围的环境气氛的相对湿度。
5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述工艺气氛的相
对湿度高于60％、70％、75％、80％或90％。
6.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在暴露于所述工艺
气氛时，所述玻璃表面（1）的温度在15℃与80℃之间。
7.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，硅酸钾在所述硅酸
钾溶液（9）中的浓度在0.5体积％与10体积％...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·卡尼，E·胡尔特斯泰因，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE