CN1031874C - 在玻璃制品上沉积金属氧化层的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于镀覆玻璃制品的护罩具有形成供热的玻璃制品从中通过的隧道的两侧壁和一顶部，护罩的活动部分的吹气和吸气通道制成为实质上的线接触，并以这种线接触面对被镀覆的器皿，通过采用相对增大了的受辐射表面，使反应产物在设备内表面上积结成硬皮的现象大大减小了。

Description

在玻璃制品上沉积金属氧化层的设备

本发明涉及通过热分解金属化合物将一个基层连同一个金属氧化物层镀覆在热的玻璃表面上的方法和设备，本发明尤其涉及将保护性镀层镀覆到中空玻璃容器上时用的护罩。

长期以来将保护性镀层镀覆到玻璃上尤其是中空玻璃容器的外表面上已经被公认为是合乎需要的。这类镀层，包括镀锡、钛和其他金属化合物或其他受热分解的金属有机化合物产生的镀层，可保护玻璃表面不受磨损，和擦伤之类的损伤，而损伤会使玻璃容器的抗拉强度降低。对于大批量生产的、在高速传送线上相互靠近地快速移动的、且随后充以碳酸类饮料、啤酒、果汁酒、食品和其他能在容器内产生气压的物料的玻璃容器，更需要其有高的抗拉强度。保护层通常是当玻璃制品，一般为容器，刚从玻璃制品成形机出来处于完全成形后的热态时，亦即是在系统的热端施镀的，然后由传送线将容器从成形机处送出。其时玻璃容器的表面温度超过400℃，以致当将可热分解的金属无机或金属有机化合物施镀到这些表面上时，化合物就会分解，而转变成金属氧化物层。

一种众所周知且以前广泛采用的将保护层施镀到热的玻璃容器上的方法是当容器在传送线上排成一列通过喷头时喷镀容器的内外表面，喷头设置成能使特定容器的玻璃表面上有最佳镀层，各接收器与各喷头成一直线地设置在传送线的另一侧。携带镀覆化合物的压缩空气或惰性气体以足够大的正压力从一个或多个喷头中喷出，而接收器通常保持在相当低的压力下，总的压力差使镀层起始化合物的速度提高，进而使其有效性提高。这种类型的喷镀系统特别在Gatchet等人的美国专利第3,516,811号和Goetzer等人的美国专利第3,684,469中有所揭示。

Gatchet等人承认，将金属氧化物层沉积到在传送线上通过已有技术中侧面开着的喷镀设备的玻璃容器的表面上是不可取的，如美国专利第3,516,811号中第三栏第21至57行所述。Gatchet等人依靠喷头产生侧向通过传送线宽度的理论上的层流来控制金属氧化物沉积的位置和均匀性，如该专利的图4所示。

然而，上述喷镀系统都可以称为“侧面开着的”系统，因此其受玻璃容器成形装置中的环境条件的不利影响，首要关心的环境条件是快速流动的空气流、空气中的水份和从喷头中喷出的毒性和腐蚀性气雾和污染物。空气流会使喷头处出现湍流状态，而湍流可能导致保护层偏析或不均匀，因此，一些镀层将积聚在瓶子的“终颈”上，这一术语在这一行业中是指瓶子的收口区。快速流动的空气流会扰乱侧面开着的系统中理论上可能的层流的形态，这样，均匀地、始终如一地镀覆同样厚度的镀层的能力就大大降低了。

为了抵消上述的气流，这些系统就以较高的压力运转，同时用比在无气流状态下所需的量多的镀覆化合物，工艺过程调整的结果也必然是要用比最经济的状态所需的量多的镀覆化合物。

上述有害气氛中的水份会引起水解损失，这样将产生一些不利于其预定用途的化合物。而且，逸散于工作场所大气中的潜在毒性气雾，可能构成一种对职业健康的危害，还可能违反有关法律。这些气雾一般还有相当大的腐蚀性，可能损害玻璃厂的各种设备，例如鼓风机、排气系统、传送机和房顶，进而明显增加工厂的维修费用。另外，由于浪费大量相当昂贵的镀覆化合物，这类侧面开着的系统的效率很低。

用于将保护层镀覆到热的玻璃容器上的第二种众所周知且广泛采用的方法依靠一个成形的金属板镀覆护罩，其内设置有喷头和与其配用的接收器。护罩可以避免上述端部开着的喷镀系统所带来的许多问题，例如，它将玻璃容器与环境条件隔开且提供一种能加强喷镀操作的受控气氛。护罩有一排气系统，它收集并排出大部分没有附着到容器上而浮悬于空气中的镀覆化合物，这样就减轻了对系统通风问题的要求并减少了镀覆化合物腐蚀生产设备的机会。而且，这种护罩能大大提高系统的镀覆效率，节省附带发生的费用。

Scholes等人的美国专利第3,819,404号、Scholes的美国专利第3,933,457号和Lindner的美国专利第4,389,234号中揭示了已有技术中有代表性的喷镀护罩。Lindner等人的最近的专利提出了一种喷镀护罩，它包括一供容器从中通过的隧道和适应各种大小容器的垂向可调的平顶。每一侧壁上设置至少二个喷气槽，至少二个接收器或吸气槽与喷气槽相对准，喷气槽和吸气槽互相交替相对地设置在每一侧壁上。镀覆化合物通过至少一个供入点导入，固定在侧壁上的各鼓风机提供高速空气的内和外环流到护罩的内部，其中内环流含有镀覆化合物。有导流片设置在高速空气的流动路径上，以便很好地限定从喷气槽喷出的气流，这样更适于其预定的功用。

本发明的目的是提供一种用于在玻璃制品上均匀地沉积金属氧化层的设备，用以降低喷镀护罩内表面的温度从而明显减少所形成的硬皮。

本发明是一种用于在玻璃上镀覆金属氧化物层的设备，它使用大气压下的化学蒸气沉积法(CVD)，其特点是，它具有至少二个侧壁和一个顶部，以形成一供热玻璃制品从中通过的隧道；还有一种循环流动的运载气体，镀覆用的化学物质在其中被蒸发，由此在玻璃制品的表面上形成金属氧化物膜；还有用于使运载气体循环流动的装置，在护罩的活动部分有以这种方式形成的吹气和吸气通道，即在隧道内部没有任何内侧壁，而是在毗邻的各吹气和吸气通道的各壁之间为线接触，各吹气和吸气通道以线接触面对玻璃制品；各吹气和吸气通道之间有供冷却空气通过的开口。

图1显示已有技术中用于瓶或罐的喷镀护罩，护罩有带蒸气槽的平的内壁；

图2是沿图1中的“2—2”线的平面图；

图3是显示本发明的喷镀护罩的平面图，它具有为降低内表面温度而设计的一种内壁形状。

本发明包括用于镀覆玻璃制品的设备，该设备有至少两个侧壁和一个顶部，它们一起形成一供热的玻璃制品从中通过的隧道；载有镀覆用化学物质的循环运载气体被引导而撞击在玻璃制品表面上，由此在玻璃制品的表面上形成金属氧化物膜；该设备有用于使运载气体循环流动的装置，该装置在护罩的活动或镀覆部分有以这种方式形成的吹气和吸气通道，即在隧道内部没有任何内侧壁，而是在各毗邻的吹气和吸气通道的各壁之间为线或刃状接触，吹气和吸气通道以其线接触面对玻璃制品，各吹气和吸气通道之间有供冷却空气通过的开口。

本发明适用于用单丁基氯化锡(MBTC)镀覆玻璃瓶子的一般情况；然而，这里所述的设备一般适用于用金属有机化合物、金属卤化物或其他合适的化合物作为化学镀覆的起始原料在玻璃上镀覆氧化锡、氧化钛或其他单一金属氧化物膜，或者多种金属氧化物的混合物的膜。

在本发明的其他实施例中，设有单一的或多重的空气循环回路，冷却空气由鼓风机通过各吹气通道之间和各吸气通道之间的开口压送进入，而且用液体冷却介质从外部冷却吸气和吹气通道。

通过简单讨论一下已有技术中的喷镀护罩，可以更好地理解本发明。图1和2显示美国专利第4,389,234号中用于瓶子的双蒸气回路喷镀护罩100的部分示意图，每一蒸气回路有吹气槽101和在传送带另一侧的吸气槽102，它们引导循环蒸气以高速撞击到连续通过的瓶子103上。液态的镀覆用化学物质由鼓风机105从合适的供应源(这里未示，但该技术领域的内行人员都周知的)通过管路104送到护罩的每一侧。在这种型式的护罩中用MBTC可以以相当低的化学物质消耗给瓶子镀上一层均匀的氧化锡镀层。然而，为了保持良好的镀覆效率，这种护罩却需要经常清理，以除去其内部结成的硬皮。吹气槽101和吸气槽102都具有平的侧面106，在使玻璃制品成形那样的高温条件下，由于来自瓶子103的大量热辐射，侧面106会变热。

在图1所示的护罩的镀覆应用中，循环蒸气会变得很热，如上所述，在护罩的内壁和吸气槽102的内部会发现有积结的金属氧化物硬皮。

现参见图3，它显示了双回路镀覆护罩300，这一护罩类似于图1和2中描述的已有技术中的高效常规镀覆护罩。但是令人惊奇地发现，通过改变槽101和102的结构形状，可以大大改善玻璃制品生产的经济性。

在图3中，本发明的镀覆护罩总的用标号300表示，图1和2中的吹气槽101和吸气槽102改成护罩300中所示的吹气槽301和吸气槽302，所做的修改是消除了平的侧面106，这样吹气槽301和吸气槽302的侧壁310在护罩的内部交汇成垂直线312。

由于吹气槽301和吸气槽302的这种结构，来自热瓶子的热辐射分散在吹气和吸气槽的各壁的内表面314上，由于该表面明显大于图1中的常规镀覆护罩的内壁表面，单位壁面上收到的辐射能将降低到几分之一，这一分数是各个槽的壁面比的函数；在本发明的情况下，这一分数是常规护罩能量的三分之一。因此，这种护罩活动部分的内表面温度比常规护罩低约50至150℃。已经令人惊奇地发现，这使硬皮的积结大为降低了，因此对清洁工作的需要也减少了。

除活动镀覆区之外，镀覆设备的各平壁部分也可以象活动区一样制成为尖劈壁部分，以减少硬皮的形成。顶面部分的情况也一样，平的顶棚可以制成为尖劈状的。至此，本技术领域中的内行人员可认识到，只要不用带垂直壁的垂直槽，任何位置上的槽都可以是有壁面尖劈、顶棚尖劈或地板尖劈的任何形状的，最重要的是面对玻璃器皿的应是由许多尖刃构成的表面，面不是平的辐射表面。而且，尖劈的取向并不需要完全一致。

在确定本发明的实用性时，曾将这里所描述的镀覆护罩安装在一条玻璃瓶生产线上，该生产线生产容量330毫升的啤酒瓶，其直径为66毫米、高度为160毫米、重量为150克，生产率是每分钟470个瓶子。镀覆护罩总长为1.3米，宽度为160毫米，活动气流区的长度为900毫米。

运行八个星期后对护罩进行了检查，打开护罩，没有发现硬皮积结。从吸气槽中取出了一些玻璃片，但实际上未曾影响运转。

又运转了八个星期，再检查护罩，仍没有发现硬皮形成，但有疏松的灰尘状的氧化锡粉末，很容易地清除掉了。在这里所述的护罩的整个工作期间，图1和2中所述的已有技术中的镀覆设备通常所发生的那种硬皮积结现象是极其微小的，因而停机时间和清洁工作是大大少于以前的护罩。

本技术领域的内行人员，在理解了本发明的原理和方案后，可对这里揭示和描述的其最佳形式作出变型和改进。因此，后文所提出的专利保护范围不应被仅局限于这里所显示的本发明的实施例，而应该仅由本发明对该技术的促进作用的先进性来限定。

Claims (5)

1.一种用于在玻璃制品上均匀地沉积金属氧化层的设备，它包括：至少两个侧壁和一个顶部，它们一起形成一供热的玻璃制品从中通过的隧道；一喷镀护罩，用于将载有镀覆用化学物质的循环运载气体引导而撞击在玻璃制品表面上以形成金属氧化物膜；以及用于使运载气体循环流动的装置，其特征在于，所述护罩的活动部分以这样一种方式形成吹气和吸气通道，即除毗邻的各吹气和吸气通道的各壁之间的线接触外，隧道内没有任何内侧壁，吹气和吸气通道以线接触面对玻璃制品，各通道之间有供冷却空气通过的开口。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它具有一空气循环流动回路。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它具有多个空气循环流动回路。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，冷空气由一鼓风机通过各吹气通道之间和各吸气通道之间的开口压送进入。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，使用一种液体冷却介质从外部冷却吸气和吹气通道。

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