BR112016028600B1

BR112016028600B1 - processo de ativação de uma camada suportada por um substrato de vidro

Info

Publication number: BR112016028600B1
Application number: BR112016028600-6A
Authority: BR
Inventors: Driss Lamine
Original assignee: Saint-Gobain Glass France
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2021-02-23
Also published as: PL3160882T3; EA201790100A1; EP3160882B1; US20170158557A1; TR201808495T4; CN106458722B; FR3022904B1; BR112016028600A2; DK3160882T3; JP2017519712A; WO2015197948A1; CN106458722A; EP3160882A1; EA032631B1; KR20170020809A; FR3022904A1; ES2673866T3; US10450228B2

Abstract

A invenção se refere a um processo de ativação de uma camada suportada por um substrato de vidro compreendendo o tratamento térmico em um recinto de um empilhamento de vários exemplares do substrato de vidro, os substratos de vidro sendo separados por um pó intercalar. A camada a ativar pode ser uma camada ITO, ou uma camada de óxido de titânio, ou uma camada de SiO2 ou uma camada de prata.

Description

[0001] A invenção refere-se a um processo para ativar uma camada depositada sobre um substrato de vidro, notadamente uma camada baixo-emissiva à base de ITO ou de prata ou uma camada autolimpante.

[0002] Atualmente, para aquecer vidros de camada, notadamente de tamanho industrial, por exemplo de tamanho de, pelo menos, 4 m2, por exemplo, um substrato de tamanho 3mx2m a temperaturas superiores a 200°C, a fim de conferir aos mesmos seus desempenhos finais, como, por exemplo, a atividade fotocatalítica de uma camada autolimpante ou a baixa emissividade de uma camada de ITO ou de prata, e sem modificar como, por exemplo, sem temperar nem endurecer o substrato de vidro suportando a camada, existem diferentes processos de tratamento térmico: - ativação da camada por um processo repousando sobre uma tecnologia de tipo laser ou lâmpada flash; graças à absorção da radiação da fonte, a camada pode ser aquecida sem aquecimento excessivo do substrato de vidro; este processo pode ser realizado em linha no fim do processo de fabricação da camada, por exemplo, após o depósito da camada por pulverização magnetron; este processo apresenta os seguintes inconvenientes: custo de desenvolvimento muito elevado para tamanhos industriais e riscos tecnológicos consideráveis; o tratamento é dificilmente homogênea, sobretudo para os maiores tamanhos de substratos, notadamente superiores a 15 m2; riscos de segurança em relação ao pessoal operando a linha devido à potência das radiações necessárias; o empilhamento deve ser inicialmente absorvente no domínio espectral da fonte, o que pode requerer a aplicação de camadas absorventes suplementares. Certas camadas, notadamente SiO2 para uma aplicação antirreflexo, são transparentes à radiação laser e não podem, portanto, ser aquecidas por este meio; - ativação da camada por um processo de aquecimento mais clássico, por radiação e/ou convecção, por passagem em um forno aquecendo o substrato de vidro revestido com a camada a ativar; cada vidro é aquecido separadamente um após o outro como, por exemplo, em um forno túnel; este processo apresenta os inconvenientes seguintes: a escolha do binário tempo / temperatura é, na prática, limitada pelo comprimento do forno o que introduz as tensões para a ativação de certas camadas; a título de exemplo, para ativar uma camada de TiO2 com função autolimpante a uma temperatura de 400°C, é necessário aplicar um tempo de recozimento de, pelo menos, 30 minutos, o que é muito muito longo e incapacitante para um forno contínuo; custo da instalação elevado, levando em conta os elementos periféricos necessários (no caso de um forno tipo off-line, isto é, com armazenamento intermediário dos substratos) ou de comprimento grande dos fornos para limitar os riscos de rupturas térmicas (em particular se o forno é de tipo on-line, isto é, realizado em contínuo na sequência do depósito da camada).

[0003] Nestes dois em tipos de processo, os substratos de vidro suportando a camada a ativar desfilam uns após os outros em um recinto aplicando um tratamento em cada substrato, um após o outro. Como documentos do estado da técnica, podem ser citados WO2013/026817 e US 2013/0320241. Uma camada de ITO referida pela presente invenção é notadamente descrita em EP2598455.

[0004] Os substratos de vidro compreendem uma folha de vidro e pelo menos uma camada a ativar, recobrindo parcialmente ou totalmente pelo menos uma de suas faces principais. A invenção refere-se mais particularmente aos substratos de vidro de grande tamanho, notadamente de superfície principal de, pelo menos, 4 m2, até mesmo de, pelo menos, 10 m2, até mesmo de, pelo menos, 15 m2. É feita referência, pela presente invenção, aos substratos de vidro com dimensões dos saindo diretamente das fábricas de fabricação de vidro plano, notadamente os painéis ditos PLF (6000 mm x 3210 mm) ou DLF (3210 mm x 2250 mm; 3210 mm x 2200 mm; etc.). O termo painel é frequentemente utilizado para designar substratos de vidro ou folhas de vidro de grande dimensão. Os substratos de vidro a ativar podem ter uma espessura compreendida no domínio indo de 2 mm a 14 mm. A invenção refere-se em primeiro lugar aos substratos de vidro cortados e planos.

[0005] A invenção repousa sobre a utilização em descontínuo de um recinto de tipo batch (off-line) de tamanho modesto, notadamente cujo volume interno está compreendido no domínio indo de 20 a 200 m3, em que é possível colocar e aquecer pelo menos uma pilha (sinônimo de “empilhamento”) de substratos de vidro simultaneamente, podendo controlar separadamente a temperatura e o tempo durante o qual o vidro é aquecido. Pelo menos um empilhamento de substratos de vidro revestidos, cada, com uma camada a ativar é colocado em um recinto, os diferentes substratos de um mesmo empilhamento sendo separados por um pó intercalar facilitando sua separação (isto é, desempilhamento) após o tratamento térmico procurado pelo recinto.

[0006] O pó intercalar é compatível com este tratamento térmico sendo estável quimicamente, notadamente em armazenamento em armazém. O pó intercalar pode ser à base de SiO2, notadamente como comercializado sob a marca SEPAROL DP. O pó intercalar pode ser à base de CaCO3, notadamente como comercializado sob a marca ESKAL. O pó intercalar pode ser aplicado sobre os substratos por pulverização com a ajuda de um dispositivo pulverizador. O pó intercalar apresenta, com vantagem, um D90 inferior a 400 microns e preferivelmente inferior a 200 microns. Assim, o pó intercalar é geralmente à base de silicato ou de carbonato de cálcio, e de D90 inferior a 400 microns e preferivelmente inferior a 200 microns.

[0007] Assim, a invenção refere-se, em primeiro lugar, a um processo de ativação de uma camada suportada por um substrato de vidro compreendendo o aquecimento em um recinto de um empilhamento, geralmente de vários empilhamentos, de vários exemplares do substrato de vidro revestidos com uma camada a ativar situada sobre uma face principal do substrato de vidro, conforme o caso, sobre as duas faces principais do substrato de vidro, os substratos de vidro sendo separados em mesmo empilhamento por um pó intercalar. O que foi dito logo acima, abrange a possibilidade de que o substrato compreenda várias camadas a ativar, as camadas se encontrando sobre a mesma face ou sendo compartilhadas sobre as duas faces do substrato de vidro, um substrato de vidro podendo, aliás, compreender camadas a ativar de natureza diferente. Graças ao processo de acordo com a invenção, a camada a ativar é ativada sem que as propriedades mecânicas do substrato de vidro sejam modificadas. Isto significa que o tratamento térmico não modifica notadamente os valores das tensões no vidro, nem seu comportamento aos choques. Geralmente, os substratos de vidro revestidos com a camada a ativar não são temperados termicamente. O vidro do substrato de vidro não é geralmente temperado termicamente. A camada a ativar é geralmente depositada por pulverização catódica por magnetron e a ativação térmica, de acordo com a invenção, aumenta seu caráter cristalino.

[0008] Pode-se colocar no recinto, por exemplo, de 1 a 20 empilhamentos de substratos. Cada empilhamento pode compreender, por exemplo, 2 a 30 substratos de vidro revestidos.

[0009] É possível colocar pelo menos um empilhamento no recinto para que os substratos de vidro estejam na horizontal. No entanto, prefere-se deixar repousar pelo menos um empilhamento no recinto de modo que os substratos de vidro repousem, pelo menos em parte, sobre sua borda fina. Para isto, pode-se utilizar um suporte de tipo cavalete. Notadamente, o ângulo entre um empilhamento e a vertical pode estar compreendido no domínio indo de 0 a 10° e, preferivelmente, no domínio indo de 2 a 4°.

[0010] Geralmente, os substratos de vidro revestidos com a camada a ativar são planos. O recinto é fechado após a colocação do empilhamento no recinto e o tratamento térmico é aplicado enquanto que o recinto é fixo e, geralmente, qualquer empilhamento no recinto é igualmente fixo.

[0011] Os substratos de vidro empilhados são aquecidos no recinto segundo um perfil térmico compreendendo um máximo em temperatura. O máximo em temperatura é a temperatura a mais alta sofrida pelo substrato de vidro durante o tratamento térmico. Conforme o caso, este máximo em temperatura pode ser mantido em um patamar de certa duração, notadamente pelo menos 0,5 hora. O máximo em temperatura é inferior ao ponto dito ponto de ruptura (isto é, temperatura inferior de recozimento, “ponto de ruptura” sendo uma expressão em inglês correntemente utilizada pelo versado na técnica) do vidro contido no substrato. Assim, o tratamento térmico não gera, na folha de vidro contida no substrato, nenhuma deformação irreversível indesejável, e não modifica, portanto, suas propriedades mecânicas. O versado na técnica sabe medir o ponto de ruptura de um vidro, notadamente pelo método de flexão como descrito na norma ASTM C598-93. Geralmente, o máximo em temperatura pode ser inferior a 495°C e mesmo inferior a 450°C. A invenção refere-se, em primeiro lugar, aos substratos de vidro cujo vidro tem um ponto de ruptura superior a 495°C.

[0012] O tratamento térmico aplica um perfil térmico de natureza a ativar a camada a ativar. A temperatura mínima acima da qual o substrato deve ser levado depende da natureza da camada a ativar. A duração pela qual o substrato deve ser aquecido acima uma temperatura mínima depende da natureza da camada a ativar. O máximo em temperatura do tratamento térmico é geralmente de, pelo menos, 200°C e de modo geralmente preferido de, pelo menos, 250°C ou mesmo se necessário de, pelo menos, 300°C. Quanto maior a temperatura do tratamento térmico, mais sua duração pode ser curta. Por exemplo, um tratamento de um substrato à base de ITO de, pelo menos, uma hora a 350°C é conveniente. Os desempenhos da camada não são modificados com tempos de recozimento mais longos acima da temperatura mínima. Em geral, o substrato de vidro é aquecido pelo menos 0,5 hora e preferivelmente pelo menos 1 hora a uma temperatura de, pelo menos, 200°C e, mais geralmente, de pelo menos 300°C.

[0013] Para o caso onde a camada a ativar é do tipo ITO (contendo geralmente de 80% a 98% em peso de óxido de In e 2 a 20% em peso de óxido de Sn), o tratamento térmico tem por objetivo cristalizar a camada e ativar seu dopante, podendo notadamente ser Sn, de modo que a função baixoemissiva (low-e) seja conferida à mesma. Para este tipo de camada (ITO), um tratamento térmico do substrato de vidro acima de uma temperatura mínima de, pelo menos, 300°C e preferivelmente de, pelo menos, 350°C é conveniente. A temperatura do substrato é mantida acima desta temperatura mínima durante pelo menos 0,5h, notadamente pelo menos 2h. Para a ativação de uma camada ITO, o máximo em temperatura do perfil térmico pode ser geralmente inferior a 400°C.

[0014] Para o caso onde a camada a ativar é do tipo autolimpante e compreendendo óxido de titânio, o tratamento térmico tem por objetivo a formação da fase anatase no seio da camada. Neste caso, um tratamento térmico do substrato de vidro acima de uma temperatura mínima de, pelo menos, 350°C e preferivelmente pelo menos 400°C é conveniente. A temperatura do substrato é mantida acima desta temperatura mínima durante pelo menos 0,5h, notadamente pelo menos 2h.

[0015] A camada a ativar pode também ser uma camada de sílica, notadamente com função antirreflexo. Esta função antirreflexo pode notadamente ser obtida graças à inserção na camada de um material porogênico orgânico, o qual é retirado quando do tratamento térmico, de acordo com a invenção. A porosidade assim produzida na camada é a origem da propriedade antirreflexo. Neste caso, um tratamento térmico do substrato de vidro acima de uma temperatura mínima de, pelo menos, 300°C e preferivelmente pelo menos 350°C é conveniente. A temperatura do substrato é mantida acima desta temperatura mínima durante pelo menos 0,5h, notadamente pelo menos 2h. A título de exemplo, pode-se realizar uma elevação em temperatura da temperatura ambiente até a 400°C em 9 horas, observar um patamar de 2 horas a 400°C, então retornar até a temperatura ambiente em 9h. Este tipo de camada é depositado com vantagem sobre as duas faces principais de cada substrato.

[0016] A camada a ativar pode ser também uma camada de prata, notadamente com função baixoemissiva. Uma camada de prata obtida por pulverização catódica necessita ser aquecida para aumentar seu caráter cristalino e, assim, fazer reduzir sua emissividade. Neste caso, um tratamento térmico do substrato de vidro acima de uma temperatura mínima de, pelo menos, 250°C e preferivelmente pelo menos 300°C é conveniente. A temperatura do substrato sendo mantida acima desta temperatura mínima durante pelo menos 0,5h, notadamente pelo menos 2h. Preferivelmente, o máximo em temperatura é inferior a 400°C.

[0017] Quando da aplicação do tratamento térmico para ativar a camada, o recinto é geralmente fechado. No recinto, o aquecimento é geralmente realizado por convecção de ar quente. O ar é geralmente o objeto de uma reciclagem interna no recinto. É preferível exercer a elevação em temperatura a partir da temperatura ambiente até, no máximo, em temperatura, observar um tempo de patamar nesta temperatura e, por fim, fazer retornar a temperatura do máximo em temperatura até temperatura ambiente de modo controlado. Para esta subida e esta descida, pode- se utilizar cada vez uma duração compreendida entre 5 e 20 horas, geralmente da ordem de 10 horas. Estas durações longas reduzem os riscos de rupturas termomecânicas. Existe um retardo entre a temperatura real do vidro no seio de um empilhamento e a temperatura do ar quente cercando este empilhamento. Este retardo é da ordem de 1 a 4 horas, conforme o caso. O tempo de patamar no máximo em temperatura é assim determinado para que o conjunto dos vidros seja levado a, pelo menos, este máximo em temperatura durante um tempo mínimo de ativação, geralmente pelo menos 0,5 hora.

[0018] Para reduzir ainda os riscos de quebra, é preferível modelar a borda dos substratos antes do tratamento térmico, isto é, passar rapidamente um abrasivo sobre suas bordas o que ainda notadamente arredonda os mesmos um pouco. Esta modelagem elimina os defeitos que podem desempenhar o papel de início de fissura.

[0019] O substrato de vidro portando a camada a ativar pode compreender igualmente pelo menos uma outra camada, a ativar ou não. Esta outra camada pode se encontrar sobre a mesma face do substrato de vidro que a camada a ativar ou sobre sua outra face. Esta outra camada pode notadamente se encontrar entre o vidro do substrato de vidro e a camada a ativar. A título de exemplo, no caso de uma camada de óxido de titânio autolimpante a ativar, pode-se depositar, logo a princípio, uma camada de SiO2 sobre uma face principal do vidro, depois, a camada de óxido de titânio é depositada sobre a camada de SiO2. Neste caso, a camada de SiO2 pode ter notadamente uma espessura compreendida entre 5 e 100 nm. A camada de óxido de titânio pode ter uma espessura compreendida entre 1 e 100 nm.

[0020] Os substratos de vidro podem ser empilhados para formar empilhamentos, depois estes empilhamentos podem ser em seguida manipulados sob forma de pilhas com equipamentos padronizados de fábrica e depositados sobre um suporte, notadamente do tipo cavalete, o suporte sendo depois inserido no recinto de aquecimento. Dois empilhamentos próximos são preferivelmente separados de uma distância de, pelo menos, um centímetro. Esta distância serve para uma boa circulação do ar entre os empilhamentos para aquecer de modo mais homogêneo todos os substratos de vidro no recinto. Assim, a distância entre as pilhas de substratos pode ser reduzida ou aumentada para encontrar o compromisso preciso entre uma forte capacidade de carga e uma forte eficácia de aquecimento.

[0021] Com vantagem, os empilhamentos repousam sobre um material isolante térmico, por exemplo do tipo tecido de fibra de vidro.

[0022] Preferivelmente, as faltas de homogeneidades de temperatura são evitadas no vidro podendo resultar da geometria do cavalete ou transferências térmicas pelos suportes sob os empilhamentos.

[0023] O modo de aquecimento no recinto é do tipo fluxo de ar convectivo a fim de homogeneizar as temperaturas na superfície dos substratos. Este fluxo de ar pode ser quer vertical quer horizontal e tem, preferivelmente, uma direção perpendicular na maior dimensão do vidro.

[0024] Quando o tratamento térmico é terminado, os substratos são retirados do recinto. Eles são, então, geralmente colocados sobre um outro suporte, geralmente um cavalete, para serem transportados ou novamente armazenados.

[0025] A invenção refere-se notadamente às seguintes vantagens: - custos de equipamento reduzidos, - poucos riscos tecnológicos, - possibilidade de ajustar separadamente a temperatura de aquecimento e o tempo de aquecimento, notadamente um tempo de patamar no máximo em temperatura, - ocupa pouco espaço na fábrica.

[0026] Com o objetivo de reduzir o custo energético do processo de acordo com a invenção, um sistema de recuperação da energia pode ser instalado para recuperar o calor quando do resfriamento dos substratos de vidro.

[0027] Assim, o processo de ativação de acordo com a invenção pode se desenvolver de acordo com o processo seguinte, após formação de vidro plano, corte em painéis, aplicação eventual de uma ou várias camadas sobre, pelo menos, uma face principal das folhas de vidro: - eventual modelagem das bordas, então - deposição da camada a ativar, então - aplicação dp pó intercalar, então - armazenamento em pilhas, então - colocação das pilhas em um recinto e ativação de acordo com a invenção, então - armazenamento em pilhas.

[0028] Figura 1 mostra um recinto 1 no interior do qual é disposto um cavalete 2 portando vários empilhamentos 3 de substratos de vidro. Um espaço 4 permite ao ar circular entre dois empilhamentos próximos. Os empilhamentos são mantidos em posição graças a espaçadores 5 deixando o ar circular.

[0029] Figura 2 dá um exemplo de perfil térmico podendo ser aplicado aos substratos de vidro empilhados. A temperatura de um substrato de vidro é dada em ordenada e o tempo em abscissa. A temperatura Sp é o ponto de ruptura, isto é, a temperatura inferior de recozimento que o perfil térmico não deve ultrapassar sob pena de modificar as propriedades mecânicas do vidro. Neste exemplo, um patamar de temperatura de uma duração Dp é aplicado ao máximo em temperatura MT. A camada é ativada essencialmente durante a duração de ativação Da, durante a qual o substrato está acima de uma temperatura mínima de ativação Tm.

Claims

1. Processo de ativação de uma camada suportada por um substrato de vidro caracterizadopelo fato de compreender o tratamento térmico em um recinto de um empilhamento de vários exemplares do substrato de vidro, os substratos de vidro sendo separados por um pó intercalar.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o empilhamento compreende 2 a 30 substratos de vidro.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o empilhamento repousa no recinto pelo menos parcialmente sobre a borda fina de seus substratos.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que o empilhamento repousa sobre um cavalete.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que 1 a 20 empilhamentos são colocados no recinto.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de que vários empilhamentos são colocados no recinto, dois empilhamentos próximos sendo separados um do outro por uma distância de, pelo menos, 1 cm.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que, durante o tratamento térmico, o recinto é fixo e qualquer empilhamento no recinto é fixo.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que os substratos de vidro são aquecidos em uma temperatura suficientemente baixa para que as propriedades mecânicas da folha de vidro do substrato de vidro não sejam modificadas.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que as tensões no vidro e o comportamento aos choques do substrato de vidro não são modificados pelo tratamento térmico.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizadopelo fato de que o vidro do substrato de vidro não é temperado.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico compreende um máximo em temperatura inferior ao ponto de ruptura do vidro contido no substrato.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico compreende um máximo em temperatura inferior a 495°C e mesmo inferior a 450°C.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o máximo em temperatura é de, pelo menos, 200°C e geralmente de, pelo menos, 300°C.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o substrato de vidro é aquecido pelo menos 0,5 hora e, preferivelmente, pelo menos 1 hora a uma temperatura de, pelo menos, 300°C.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a camada a ativar é depositada por pulverização catódica por magnetron, o tratamento térmico aumentando seu caráter cristalino.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a camada a ativar é uma camada ITO, ou uma camada de óxido de titânio, ou uma camada de SiO2 ou uma camada de prata.

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o aquecimento é realizado por convecção de ar quente no recinto.

18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o pó intercalar é à base de silicato ou carbonato de cálcio e de D90 inferior a 400 microns e, preferivelmente, inferior a 200 microns.