用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱制造技术

本发明专利技术公开了一种具有成层的支柱的真空隔热玻璃单元。该玻璃单元包括两个窗格玻璃和在窗格玻璃之间的边缘密封件，其中窗格玻璃之间具有足够的真空间隙。多根支柱位于窗格玻璃之间作为隔离物，以保持真空间隙。支柱具有烧结陶瓷、α氧化铝或氧化锆主体和在该主体的表面上的功能层，该主体具有楔形侧壁。

Glass pillars for vacuum windows used in insulating glass units

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于隔热玻璃单元的真空窗用玻璃支柱
技术介绍
窗户是较差的热隔热体并且显著地促进建筑物热量损失和低能量效率。符合绿色建筑标准的需要推动对包括真空设计的节能隔热玻璃单元的采用。图1和图2示出真空隔热玻璃单元10。单元10包括由真空间隙隔开的两个窗格玻璃11和12。间隙中的支柱14保持窗格玻璃11和窗格玻璃12的分隔，窗格玻璃11和窗格玻璃12由边缘密封件13，通常是低熔点玻璃料，气密地密封在一起。有效地且具有成本效益地制造真空隔热玻璃单元可存在挑战，特别是合适支柱的选择、支柱的布置以及将窗格玻璃与真空间隙密封在一起。因此，存在对用于真空隔热玻璃单元的改进的支柱及制造它们的方法的需要。
技术实现思路
符合本专利技术的具有成层的支柱的真空隔热玻璃单元包括两个窗格玻璃和在窗格玻璃之间的边缘密封件，其中窗格玻璃之间具有足够的真空间隙。多根支柱位于第一窗格玻璃和第二窗格玻璃之间。支柱具有包括任选的功能层或涂层的主体。附图说明附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图连同具体实施方式阐明本专利技术的优点和原理。在这些附图中，图1是真空隔热玻璃单元的分解透视图；图2是真空隔热玻璃单元的侧面剖视图；图3A-图3H是示例性支柱主体几何形状图；图3I-图3K是具有功能涂层的示例性支柱主体几何形状图；图3L是示出支柱的拔模斜度的图；图4是示出模具中的支柱的机械取向的图；图5A是理想支柱主体形状的侧面剖视图；图5B是具有粗糙度的支柱主体的侧面剖视图；图5C是具有粗糙度和翘曲的主体形状的侧面剖视图；图6A是支柱第一实施例的侧面剖视图；图6B是支柱第二实施例的侧面剖视图；图6C是支柱第三实施例的侧面剖视图；图6D是支柱第四实施例的侧面剖视图；图6E是支柱第五实施例的侧面剖视图；图6F是支柱第六实施例的侧面剖视图；图6G是具有功能涂层的示例性支柱的侧面剖视图；图7是用于支柱第一实施例的支柱递送膜模具的侧面剖视图；图8是用于第一实施例的制造过程图；图9A是用于支柱第二实施例的第一制造过程图；图9B是用于支柱第二实施例的第二制造过程图；图10是用于支柱第三实施例的制造过程图；图11是用于支柱第四实施例的制造过程图；以及图12是用于支柱第五实施例的制造过程图。具体实施方式本专利技术的实施例包括部分地通过复制过程形成的分立的支柱，其适于在真空隔热玻璃单元中使用。支柱材料包括陶瓷和纳米粒子填充的聚合物复合物。可使用拾取和放置技术(机械传送诸如机器人技术)、递送膜以及叠层转印膜来将支柱结合到真空隔热玻璃单元中。用于真空隔热玻璃单元的递送膜的示例在M.B.Free等人于2013年9月13日提交的名称为“VacuumGlazingPillarsDeliveryFilmsandMethodsforInsulatedGlassUnits”(真空窗用玻璃支柱递送膜以及用于隔热玻璃单元的方法)的美国专利申请14/025,931中有所描述，该专利申请如同全文陈述一样以引用方式并入本文。叠层转印膜的示例在美国专利申请公布2014/0021492中有所描述，该专利申请公布如同全文陈述一样以引用方式并入本文。用于真空窗用玻璃的支柱高强度支柱是具有确定形状的分立的精密模制或复制的部件，并且用于如图1和图2所示的真空隔热玻璃单元。支柱用作隔离物以保持窗格玻璃隔开以及隔热玻璃单元内的至少足够的真空间隙。如图所示，窗格玻璃通常基本上彼此共同延伸，以形成完整的隔热玻璃单元。支柱可永久性地附着到窗格玻璃，并且任选地包括涂层，以允许窗格相对于彼此的一些移动。支柱由支柱主体和下列任选层中的一者或多者构成：粘结剂(持久的、短效的，或两者)；高强度平面化层；柔顺层；粘合剂层；取向层；玻璃料玻璃涂层；防静电涂层；低系数摩擦(COF)层；低导热率层；金属层；和类金刚石玻璃(DLG)层。这些任选层可以被实现为例如涂层。支柱优选为具有约600μm或更小的直径(最大尺寸)以及约100μm至200μm的厚度的圆盘状。另选地，支柱可具有小于1000μm、或800μm、或600μm、或400μm、或200μm、或100μm的直径(最大尺寸)。支柱对真空窗用玻璃制造条件必须是稳定的，包括高温边缘玻璃料密封(～400℃)。它们通常还必须经受多种环境中外部窗户应用的多年使用，并且因此需要显著的光稳定性、机械稳定性以及热稳定性。支柱主体是成形的陶瓷或复合部件，其具有优选地大约大于400MPa、或600MPa、或800MPa、或1GPa或2GPa的抗压强度，以及小于约40Wm-2°K-1，更优选地小于20Wm-2°K-1，以及最优选地小于10Wm-2°K-1的热导率。在一些实施例中，支柱主体包括陶瓷，诸如α氧化铝，并且通过溶胶凝胶前体(“溶胶凝胶法”)的模制而制造。在其他实施例中，支柱主体包括由热稳定丙烯酸酯单体或低聚物，或两者和纳米粒子填料诸如纳米氧化锆制成(“浇铸和固化法”)的热或辐射固化的复合物。用于支柱主体的材料包括下列各项：陶瓷纳米粒子(Al2O3、SiO2、ZrO2、SiC、Si3N4和它们的组合)；陶瓷前体诸如SSQ和聚硅氧烷；烧结陶瓷(Al2O3、SiO2、ZrO2、SiC、Si3N4等等)；玻璃陶瓷(MACOR产品、LAS系统、MAS系统、ZAS系统)；玻璃料；玻璃珠或玻璃泡；金属；以及它们的组合。由于陶瓷中的孔对光的散射，陶瓷外观通常是不透明的。为了实现甚至有限的半透明水平，陶瓷密度通常大于理论值的99％。较高的清晰度可需要99.9％之上或甚至99.9％的水平。本领域中已知的用于实现非常高的陶瓷材料密度的两种方法是热等静压和放电等离子烧结。然而，这些方法所需的设备是相对昂贵的，需要保护性大气环境，并且/或者在此设备中使用的石墨模具可导致通过化学还原(金属氧化物失去氧)的陶瓷的变色。本专利技术的一个实施例提供了无裂缝结晶金属氧化物制品，所述制品具有等于或小于600m的x、y和z维度，以及至少98.5％(在一些实施例中，99％、99.5％、99.9％或甚至至少99.99％)理论密度的密度，其中至少70摩尔％的结晶金属氧化物为Zr02，其中1摩尔％至15摩尔％(在一些实施例中1摩尔％至9摩尔％)的结晶金属氧化物为Y2O3，并且其中Zr02具有75纳米至400纳米的范围内的平均晶粒尺寸。在计算理论密度时，通过XRD针对每种组合物测量单位晶胞的体积，或经由离子半径和晶型来计算。其中N＝单位晶胞中的原子数；A＝原子重量[kgmol']；V＝单位晶胞体积[m3]；以及N＝阿伏伽德罗数[原子mol']。支柱主体可通过模制方法制造。如图3A-3F所示，主体的形状由在制造过程中使用的模具确定，并且优选具有用于侧壁的六边形或八边形。主体还在侧壁之间具有表面，用于抵靠真空隔热玻璃单元的窗格玻璃放置。以下内容是示例性支柱形状。支柱16具有楔形六边形形状(图3A)。支柱17具有包括缺口18的楔形六边形形状(图3B)。支柱19具有包括缺口20和凹口21的楔形六边形形状(图3C)。支柱22具有楔形八边形形状(图3D)。支柱23具有包括缺口24的楔形八边形形状(图3E)。支柱25具有包括缺口26和凹口27的楔形八边形形状(图3F)。支柱28具有楔形圆盘形状(图3G)。支柱29具有包括成形的侧壁的楔形圆盘形状(图3H)。其它形状是可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有成层的支柱的真空隔热玻璃单元，包括：第一窗格玻璃；第二窗格玻璃，所述第二窗格玻璃与所述第一窗格玻璃相对并且与所述第一窗格玻璃基本上共同延伸；边缘密封件，所述边缘密封件位于所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间，其中所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间具有足够的真空间隙；和多根支柱，所述多根支柱位于所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间，所述支柱包括：模制主体，所述模制主体具有在所述模制主体的中心区域内的中心锥形缺口以及从所述中心锥形缺口侧向延伸并贯通侧壁的凹口，所述模制主体包含烧结陶瓷、α氧化铝和/或氧化锆；和功能层，所述功能层在所述模制主体的至少一部分上，其中所述支柱的直径等于或小于600微米，并且所述支柱的抗压强度等于或大于400Mpa。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.13 US 14/025,9581.一种具有成层的支柱的真空隔热玻璃单元，包括：第一窗格玻璃；第二窗格玻璃，所述第二窗格玻璃与所述第一窗格玻璃相对并且与所述第一窗格玻璃基本上共同延伸；边缘密封件，所述边缘密封件位于所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间，其中所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间具有足够的真空间隙；和多根支柱，所述多根支柱位于所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间，所述支柱包括：模制主体，所述模制主体具有在所述模制主体的中心区域内的中心锥形缺口以及从所述中心锥形缺口侧向延伸并贯通侧壁的凹口，所述模制主体包含烧结陶瓷、α氧化铝和/或氧化锆；和功能层，所述功能层在所述模制主体的至少一部分上，其中所述支柱的直径等于或小于600微米，并且所述支柱的抗压强度等于或大于400Mpa。2.根据权利要求1所述的真空隔热玻璃单元，其中所述功能层包括包含无机纳米粒子的柔顺层。3.根据权利要求1所述的真空隔热玻璃单元，其中所述功能层包括导电层或静电耗散层。4.根据权利要求1所述的真空隔热玻璃单元，其中所述功能层包括粘合剂。5.根据权利要求1所述的真空隔热玻璃单元，其中所述模制主体具有楔形侧壁，所述楔形侧壁具有在95°和100°之间的拔模斜度。6.一种具有支柱的真空隔热玻璃单元，包括：第一窗格玻璃；第二窗格玻璃，所述第二窗格玻璃与所述第一窗格玻璃相对并且与所述第一窗格玻璃基本上共同延伸；边缘密封件，所述边缘密封件位于所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间，其中所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间具有足够的真空间隙；和多根支柱，所述多根支柱位于所述第一窗格玻璃和所述第二窗格玻璃之间，所述支柱包括：包含烧结陶瓷或氧化锆的模制主体，其中，所述模制主体包括在所述模...

【专利技术属性】
技术研发人员：玛格丽特·M·沃格尔马丁，马丁·B·沃克，迈克尔·本顿·弗里，奥勒斯特尔·小本森，埃文·L·施瓦茨，罗伯特·F·卡姆拉特，布兰特·U·科尔布，凯瑟琳·M·洪帕尔，马克·J·亨德里克森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US