CN1039625A - 氧化铋的化学气相沉积 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有有机铋化合物的新型的有机金属涂层组合物，以及一种用于在基体(如玻璃)表面上形成氧化铋膜的化学气相沉积方法。

Description

本发明是关于反红外涂层玻璃产品技术，更具体地说，是关于无彩虹色的、高透射率、低辐射率的反红外涂层玻璃产品。
可以通过各种方法使氧化锡之类的透明反红外薄膜沉积在玻璃之类的基体上，所说的各种方法包括将能热分解的化合物施用到加热的表面上的方法。成形透明反红外氧化锡薄膜的有用方法公开于Saunders等人的U.S.Patent        No.3，107，177，Gillery的U.S.Patent        No.3，677，814和Wagner等人的U.S.Patent        No.4，263，335。
厚度约为1000～8000埃的氧化锡膜为特别有效的红外反射层。但是，这一厚度下的薄膜趋向于表现出干涉的效果，即通常称为彩虹色的多种可见颜色。这种干涉效果使这种涂层玻璃对大多数建筑应用不符合美学要求。在比较薄的薄膜中观察不到彩虹色;但是，这些薄膜的红外反射率不足以满足实际应用。同样，在较厚的薄膜中观察不到彩虹色;但是，这些薄膜趋于混浊并且难于均匀沉积。因此，研制了各种掩盖干涉作用的方法。
Stewart的U.S.Patent        No.3，710，074公开了一种电加热多层玻璃窗构件，该构件在封闭的表面上具有导电涂层，和具有至少0.7的绝对红外反射率的选择性反射薄膜，以改进该构件的热绝缘性能和减少导电膜的可见彩虹。
Chess等人的U.S.Patent        No.4，069，630公开了一种热反射多层釉面窗，该窗包括一个着色的内表面具有反热氧化锡膜的吸热外部玻璃板，和一个内层玻璃板，该板可以是无色玻璃也可以是着色的。这种氧化锡薄膜典型地具有从第一级红到第四级红的干涉色，这种可见的效应可以通过着色的吸热玻璃降低。
Gordon的U.S.Patent        Nos.4，187，336;4，206，252和4，308，316公开了透明玻璃窗结构，该结构包括一个具有反红外的第一涂层的玻璃板，其中由该第一涂层引起的虹彩可由具有特殊反射指数和厚度的第二涂层来减少，该第二涂层有至少两个形成反射和折射光线的界面，以干扰惯常的彩虹。
Gordon的U.S.Patent        No.4，377，613公开了一种透明窗结构，该窗结构由一种带红外反射材料涂层的玻璃板组成，在其中，惯常的彩虹通过在红外反射涂层下面的一种很薄的涂层系统构造而减少，该涂层系统构造反射和折射光线以干扰惯常的彩虹。
1985年8月23日V.A.Hevery等人的U.S.申请系列号768，922公开另一种在窗构件上掩蔽红外反射膜可见虹彩效应的方法。该方法是通过一种第二层膜的方法掩蔽红外反射膜的可见干涉效应，该第二层膜具有在可见波长范围的均匀反射率，并具有显著高于红外反射膜光反射率的光反射率。为产生一种高透明性、低辐射性的构件，最好选择与反射曲线上第一个最低点相应的红外反射膜厚度。
本发明提供一种通过有机铋涂层反应物特别是芳基铋、烷氧基芳基
Figure 89104552X_IMG14
和链烯基 的氧化热解而进行的氧化铋膜化学气相沉淀的方法。
屏蔽可见干涉效应的红外反射薄膜在一种单片薄板上可能是有用的。按照本发明的最好制品是多层釉面玻璃构件，该构件包括至少两层板，最好都是玻璃的。传统的玻璃组份是有效的，尤其是典型浮法线生产的钠-钙-硅玻璃。吸热着色玻璃可以采用，但对高透明的应用来说，最好是透明玻璃。
可对太阳能控制有用的各种红外反射薄膜的成份最好是氧化锡。氧化锡膜可通过各种不同的方法沉积在玻璃表面上，比如热解沉淀、粉末涂层、化学气相沉积和阴极溅射。适宜的方法有Gillery的U.S.Patent        Nos.3，677，814和Wagner等人的4，263，335中所述的氟化烷基锡热解、Sopko的U.S.Patent        No.3，850，679所述的化学气相沉淀、Wagner的U.S.Patent        No.4，325，988和Hevery的No.4，344，986所述的粉末涂层，以及Gillery的U.S.Petent        Nos.3，477，936和3，506，556所述的阴极溅射。
优选的氧化锡红外反射膜具有低于约50Ω/平方的电阻率，最好的是在20～30Ω/平方的范围，并具低辐射率，最好的低于0.4。膜的厚度选择与光反射率曲线上最低点相适。最好，薄厚度相应于第一最低点，因为该点代表对氧化锡膜来说可得到的最低可见反射率。该点相应于在约1400
Figure 89104552X_IMG16
的厚度上第二级兰干涉效应。把涂层工艺参数控制到对已知厚度产生最低的阻抗，以提供最大红外反射率和最小辐射率。如果较高的太阳能性能要求较低的阻抗，则可形成一种较厚的红外反射氧化锡膜，其厚度最好接近于光反射曲线上第二个最低点，厚度相应于第三级兰干涉效应则极好，约2750埃。
在氧化锡红外反射膜的厚度相应于光反射曲线上第一个最低点的优选具体实例中，膜由于干涉效应一般呈兰色，可见反射率约10%，阻抗通常约45～50Ω/平方。
当氧化锡除其红外反射性质外还因其耐久性而得到广泛应用时，在某些光学应用中就要求较高的红外折射指数（即大于0.2）的涂层。两种众所周知的高折射指数涂层是硫酸锌和氧化钛，但各有其严重的缺陷。硫酸锌对许多应用不够耐久，而氧化钛则具有吸收的特性而产生一种兰色。折射指数为2.4的氧化铋是无色的，但当用溅射法制作时是不耐久的。按照本发明由化学气相沉积制作氧化铋则耐久而无色，并具有2.4的高折射指数。
按照本发明用于氧化铋化学气相沉积的优选的有机铋化合物为芳基 ，较好的是三芳基
Figure 89104552X_IMG18
，最好的是三苯基 。然而其它具有适当的热稳定性和热解性的有机铋如烷基、链烯基、烷氧基、芳烷基及其氟衍生物也可使用。最好的有机铋化合物包括对空气和水稳定、无色、无毒和相对无味的结晶化合物。
三烷基铋对化学气相沉积不是特别好的，因其太易于与氧或水反应，象大多数芳烷基
Figure 89104552X_IMG20
一样。然而大多数同时对空气敏感的三链烯基 是具有合适蒸气压的透明液体并对化学气相沉积具有足够的稳定性，象是类似于三芳基
Figure 89104552X_IMG22
的烷氧芳基
Figure 89104552X_IMG23
。无色的液态二苯乙基
Figure 89104552X_IMG24
也可适用。通过以下专门实例会更进一步地了解本发明。
例1
用一个实验室规模的动力涂敷器、改良的冷壁反应器制做涂层玻璃试样。将该玻璃试样置于通过感应加热到约950°F（约510℃）的金属块上。将具有约0.01摩尔%三苯基
Figure 89104552X_IMG25
的空气载体流以10cm/秒的流速在试样上面通过约8分钟。积沉淀成约150 厚的氧化铋膜。
例2
将一玻璃基体置于直径约1英寸、长约8英寸的陶瓷管中，将一高温加热带置于基体所在区域的周围。将一带进气口的聚四氟乙烯（Teflon）阀装在陶瓷管的一端。将一个出气口连同热偶装在陶瓷管的另一端。将基体加热到约1200°F（约649℃）。将带有约0.1mole%三苯基铋的空气载体流以约5cm/秒的流速通过该陶瓷管。用此方法制成五个试样，膜厚度从100到1200
Figure 89104552X_IMG27
。
上述实例只用于说明本发明。希望涂层装置、工艺参数及组份的优化提供改善的耐久、无色、高折射指数的氧化铋膜，并包括在本发明中。其它芳基、烷氧基和链烯基的铋化合物，基于其热稳定性和热解性，可用于按照本发明制作氧化铋膜。本发明范围由以下权利要求书来限定。

Claims (10)

1、一种通过化学气相沉积而形成氧化铋涂层的方法，该方法包括在一种氧化气氛中用一种有机铋化合物接触一基体的表面，接触时的温度足以使所说的有机铋化合物发生热反应，在所说的表面上沉积一层氧化铋膜。
2、一种按照权利要求1的方法，其中所说的基体是玻璃。
3、一种按照权利要求2的方法，其中所说的有机铋化合物与载体气体结合形成混合物。
4、一种按照权利要求3的方法，其中所说的载体气体是空气。
5、一种按照权利要求4的方法，其中所说的有机铋化合物选自包括芳基 和链烯基 。
6、一种按照权利要求5的方法，其中所说的有机铋选自包括三芳基
Figure 89104552X_IMG3
、芳烷基
Figure 89104552X_IMG4
、烷氧基芳基 和三链烯基
Figure 89104552X_IMG6
中。
7、一种按照权利要求6的方法，其中所说的三芳基
Figure 89104552X_IMG7
选自包括三苯基
Figure 89104552X_IMG8
和三-2，4-二甲苯基 。
8、一种按照权利要求7的方法，其中所说的芳基
Figure 89104552X_IMG10
化合物是三苯基
Figure 89104552X_IMG11
。
9、一种按照权利要求8的方法，其中所说的基体在至少350℃的温度下和三苯基 接触。
10、一种按照权利要求9的方法，其中所说的基体在500～650℃范围的温度下与三苯基 接触。
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