CN104641065A - 密封高度变化被减少的真空绝缘玻璃(vig)窗单元以及制备其的方法 - Google Patents

密封高度变化被减少的真空绝缘玻璃(vig)窗单元以及制备其的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种真空绝缘玻璃(VIG)窗组件和制备其的方法，其中，最终边缘密封高度变化优选是等于或小于0.20mm，更优选是等于或小于约0.15mm。控制最终边缘密封高度变化，可在真空泵送玻璃基片之间的腔时减少VIG窗组件的玻璃基片的破损。边缘密封高度变化可被控制，例如通过控制绿色熔块材料的初始分配、控制烧制期间的温度变化、和/或控制烧制期间的周期时间。

Description

密封高度变化被减少的真空绝缘玻璃(VIG)窗单元以及制备其的方法
技术领域
本发明涉及一种制备真空绝缘玻璃(VIG)窗单元配置及制备VIG窗单元的方法。特别是，本发明涉及一种用于VIG窗单元边缘密封的配置和应用边缘密封材料的方法，来减少最终边缘密封高度的变化，以及减少在真空泵送过程期间可能发生的边缘密封周围VIG窗单元的破损，所述真空泵送过程是用来排空基片之间所形成的腔，其由VIG窗单元的边缘密封的周长定义。本发明还涉及一种结构安排和单元的尺寸化，减少在排空所述腔之前的边缘密封高度的变化幅度(例如，公差)。
背景和示例性实施例概述
真空绝缘玻璃(VIG)单元通常包括至少两个分离的玻璃基片，其中附有排空或低压空间/腔。上述基片由外边缘密封互相连接并通常包括隔离片，位于玻璃基片之间，来保持玻璃基片之间的间距，防止由于基片之间的低压环境而造成的玻璃基片损毁。一些示例性VIG配置在类似美国专利Nos.5,657,607,5,664,395,5,657,607,5,902,652,6,506,472和6,383,580中被公开，在此其公开的内容被纳入此处作为参照。
图1和图2示出现有的VIG单元1和用于形成VIG单元1的元件。例如VIG单元1可包括两个分离的玻璃基片2、3，其中附有排空的低压空间/腔6。玻璃片或基片2、3由外边缘密封4互相连接，其可由熔融焊料玻璃被制成。玻璃基片2、3之间可包括一组支承柱/隔离片5，鉴于基片2、3之间存在的低压空间/间隙6，来维持VIG单元1的基片2、3的间距。
泵出管8可通过焊料玻璃9被气密密封至空穴/孔10，从玻璃基片2的内表面通向玻璃基片2外表面中的凹槽11底部，或选择性地至玻璃基片2的外表面。真空被连接至泵出管8，将内部腔6排空至低压，例如，使用连续的泵送操作。在腔6排空后，管8的部分(例如，顶端)被熔化来密封低压腔/空间6中的真空。凹槽11用来固定密封的泵出管8。选择性地，凹槽13中可包括化学吸气剂12，其配置在玻璃基片，例如，玻璃基片2的内表面中。化学吸气剂12可用来吸收或混合腔6被排空和密封之后剩下的残余杂质。
通常，具熔融焊料玻璃外边缘密封4的VIG单元，通过在基片2的外围沉积溶液状(例如，熔块浆)的玻璃熔块被制造。该玻璃熔块浆最终形成玻璃焊料边缘密封4。其他基片(例如基片3)被配置在基片2上，从而将隔离片/支承柱5和玻璃熔块溶液夹在两个基片2，3之间。整个组件包括玻璃基片2，3、隔离片/支承柱5、和密封材料(例如，溶液状或浆状的玻璃熔块)，然后加热到至少约500℃的温度，此时玻璃熔块被熔化弄湿玻璃基片2，3的表面，并最终形成气密密封的外围/边缘密封4。
边缘密封4形成之后，真空通过泵出管8被抽出，在基片2，3之间形成低压空间/腔6。空间6中的压力可通过排空处理方式产生且水平低于大气压力，例如约10-2托以下。为了在空间/腔6中维持低压力，基片2，3被气密密封。在基片之间提供小的高强度隔离片/支承柱5，以维持基本平行的基片分离来对抗大气压力。当基片2，3之间的空间6被排空，泵出管8可被密封，例如，通过激光或类似等来熔融其顶端。
在将腔排空至低于大气压的压力之后，可加热用于将腔排空或清洗的泵出管的末端，来熔融开口并密封VIG窗单元的腔，从而完成泵出管的密封。例如，所述加热和熔融可通过激光辐射泵出管的顶端被完成。
在一些情况下，发现在腔排空过程期间边缘密封周围的VIG单元玻璃破损。花了大量的时间和资源来试图确定腔排空期间该破损的原因。最后发现该破损问题可能与密封高度变化有关。例如，在一些情况下，用于形成边缘密封的材料为，例如含有粘合剂的熔块材料或类似，有关定义腔的密封周长的高度变化可能太大。在实施多个实验之后，发现密封厚度变化公差与腔排空(或泵送)过程期间的破损示例之间存在相关性。此外发现该密封高度的变化，在排空VIG单元的玻璃基片之间所形成的腔的过程期间影响密封周围VIG单元上的压力大小。在一些情况下，该排空过程可涉及下拉或泵送过程。同样发现密封高度变化太大有时会导致泵送期间足够的压力，密封周长内以及通常密封周围的VIG单元的玻璃会损坏。例如，且不局限于此，密封高度的变化太大，导致支柱或隔离片与至少一个玻璃基片之间的间隙使玻璃基片在泵送期间被弯曲或折曲。在此发现，当密封周长的密封高度变化太大时玻璃容易损坏。
此外还发现，造成较大密封高度变化的一些原因。其可能包括，例如，绿色(例如，未燃烧的)密封材料(例如，玻璃料)初期应用时的均匀度，以及烧制过程期间玻璃基片的翘曲或弯曲，但并不局限于此。该两个条件被发现是促成最终密封高度较大的变化程度(例如，非均匀性)的原因。
为了克服由于泵送期间玻璃弯曲或折曲造成玻璃破损的有关缺陷，进一步决定，减少有关边缘密封的周长的密封高度变化，可减轻泵送期间VIG单元上的压力(例如，减少玻璃基片中的大量弯曲或折曲)，并减少泵送期间VIG单元玻璃的破损情况。根据实验结果，密封高度变化或公差可被减少到较小水平，例如，通过控制初始分配的密封材料(例如，熔块材料)的高度，在烧制期间控制密封材料的流动，以及在密封期间控制温度均匀性。例如，在此发现，优选是将最终边缘密封高度变化控制在，小于约0.20mm，更优选是小于约0.15mm，且甚至更优选是小于约0.10mm，可显著地减少泵送期间的玻璃破损，但并不局限于此。其还有助于烧制过程，可在烧制期间减少玻璃基片的翘曲，并控制密封材料的流动，来帮助减少边缘密封高度变化。
为了降低最终边缘密封高度变化，发明人发现，例如，经机器应用处理来控制初始分配的未燃烧密封材料的高度，可显著地提高最终密封高度均匀性，从而使最终密封高度变化处于如上所述的可接受范围内，但并不局限于此。此外，例如，在烧制期间控制温度均匀性，减少玻璃基片的翘曲或折曲的数量，进一步减少最终密封高度的变化。此外，在烧制期间控制密封材料的流动，也可改进最终密封高度变化，例如，通过执行更长时间的烧制过程，使密封材料在烧制期间流动来与支柱/隔离片的高度匹配。
上述和其他优点可通过一种真空绝缘玻璃窗单元被提供，包括：第一基片和第二基片；密封材料，夹在所述第一和第二基片之间，定义所述第一和第二基片之间所形成的外围腔，并在所述第一和第二基片之间形成气密密封，其中，围绕低气压腔的所述密封材料的高度变化优选是小于约0.20mm，更优选是小于或等于约0.15mm，且甚至更优选是小于或等于约0.10mm。
进一步的优点可通过一种制备真空绝缘玻璃窗单元的方法被提供，所述方法包括以下步骤：将密封材料沉积在第一玻璃基片上，所述密封材料具有周长，所述密封材料通过机器被沉积并具有未燃烧高度，范围为约0.6mm-0.9mm；以及烧制含有所述第一玻璃基片、第二玻璃基片、和夹在所述第一和第二玻璃基片之间的所述密封材料的子组件，来制备真空绝缘玻璃窗单元，其燃烧的密封材料高度变化优选是小于约0.20mm，更优选是小于或等于约0.15mm，且甚至更优选是小于或等于约0.10mm。
以下，针对示例性实施例并参照附图对上述和其他实施例的优点进行说明，其中，相同的参照符号表示相同的元件。
附图简要说明
图1是示出现有的VIG单元的横截面示图。
图2是现有的VIG单元的俯视图。
图3是示出根据示例性实施例的示例性VIG单元的边缘部分的部分横截面示图。
图4是示出根据示例性实施例的制备VIG单元的方法的流程图，其中包括多个处理条件，例如控制密封材料高度。
示例性实施例的具体说明
在此参照附图对示例性实施例进行详细说明，相同的参照符号表示相同的元件。应理解，在此所述的实施例仅用于说明，并不局限于此，本技术领域的技术人员在不脱离后附的权利要求书的精神和范围下可进行各种修改。
参照图3，示出示例性VIG窗单元1的部分横截面示图。VIG窗单元1包括隔开的第一和第二透明玻璃基片2、3，可通过边缘密封4被互连，例如含有钒基或VBZ型密封或焊料玻璃型密封，但并不局限于此。示例性钒基或VBZ型密封组合物，其在2012年1月20日提交的美国专利申请No.13/354,963中被公开，其全部内容被纳入此处作为参考。基于VBZ(例如，钒，钡，锌)的密封组合物在No.13/354,963中被公开，并可在示例性实施例中用于边缘密封4。在示例性实施例中，现有的焊料玻璃熔块材料也可用于边缘密封4。但是，与用于在VIG单元中形成密封的其他常规玻璃熔块组合物(例如，约500℃)相比，由于VBZ组合物具有更低的燃烧温度(例如，<250℃)，因此在使用VBZ类型的密封组合物时，使用低温密封热属性来维持VIG单元的玻璃的回火。应注意，在此公开的实施例同样适用于使用任何合适的密封材料的VIG配置。如上所述，边缘密封4的周长在基片之间定义气密密封的腔6，并如上所述被排空。
根据示例性实施例，透明玻璃基片2、3可具有几乎相同的尺寸。但是，在其他示例性实施例中，一个玻璃基片可大于所提供的另一个玻璃基片，例如，接近VIG单元的边缘具有L形阶梯。玻璃基片2、3中的一个或两者可选择性地包括至少一个涂层材料(未示图)，例如低辐射涂层，但并不局限于此。应理解，玻璃基片2、3中的至少一个的内表面上可存在多种涂层，且该涂层可向VIG窗单元1提供多种优秀性能特征。在示例性实施例中，VIG窗单元具有至少约30％的可见光透射率，更优选是至少约40％，甚至更优选是至少约50％，且甚至更优选是至少约60％或70％。
考虑到低于基片2、3之间的腔6中最终所提供的大气压力，玻璃基片2，3之间可包括一组支承柱/隔离片5，来维持基片的间距。在示例性实施例中，该隔离片的高度约为0.1-1.0mm，更优选是约0.2-0.4mm。隔离片的高度可定义真空腔6的高度。如上所述，隔离片5优选是不引人注目的小尺寸。根据示例性实施例，隔离片可由焊料玻璃、玻璃、陶瓷、金属、聚合物，或任何其他合适的材料制成。此外，隔离片5可以是，例如，常规圆柱形，圆形，球形，硬币状，C状，枕状和/或任何其他合适的形状。
泵出管(图3中未示出)在过程中被用来排空基片2，3之间的腔6，例如通过将真空泵与泵出管连接，并以低压将腔排空，例如低于大气压的压力。在优选的示例中，腔6中的压力优选是约10-2托以下，且更优选是约10-3托以下，甚至更优选是约5x10-4托以下。将腔6排空后，泵出管可被密封，例如通过合适的方式来熔融管的顶端，类似激光。VIG单元可在住宅、商业大楼、公寓大楼、门、和/或类似中作为玻璃窗被使用，但并不局限于此。
根据示例性实施例，控制密封高度的变化来减轻泵送期间VIG单元上的压力(例如，减少玻璃基片中的大量弯曲或折曲)并减少泵送期间VIG单元玻璃的破损情况。根据实验结果，密封高度变化或公差可被减少，例如，通过控制初始分配的密封材料(例如，熔块材料)的高度，在烧制期间控制密封材料的流动，和/或在密封期间控制温度均匀性。例如，在此发现，优选是将最终边缘密封高度变化控制在，小于约0.20mm，更优选是小于约0.15mm，且甚至更优选是小于约0.10mm，可显著地减少泵送期间的破损，但并不局限于此。"变化"可被视为最大密封高度和最小密封高度之间的差异。因此，在围绕低压腔的边缘密封的整个外围，边缘密封的最大高度至边缘密封的最小高度的变化小于0.20mm，更优选是小于约0.15mm，且甚至更优选是小于约0.10mm。根据示例性实施例，例如，可通过提供一种机器应用处理来减少密封高度变化，更好地控制初始分配的密封材料(例如，熔块)的高度，但并不局限于此。此外，减少VIG窗单元的玻璃基片的翘曲或弯曲，可有助于最终边缘密封高度变化，来更好地控制烧制过程，例如具有较小的温度变化和/或使用更长的烧制时间。此外，根据进一步的示例性实施例，长时间的烧制过程可用来控制烧制期间密封材料的流动，例如在烧制期间使密封材料流动来更好地匹配支柱或隔离片的高度，进一步减少密封高度变化。
根据示例性实施例，提出一种用于制备VIG窗单元的方法。根据示例性方法，可通过使用机器，将初始密封材料分配在VIG单元的玻璃基片上，来控制初始密封材料高度。初始分配的密封材料高度可取决于用于后续烧制的过程类型。例如，短波红外(SWIR)烧制的初始密封材料沉积，优选是具有绿色未燃烧(例如，基于标准的干燥)熔块(例如，密封材料)的高度，约为0.4mm-0.9mm，或优选是约0.5mm-0.8mm，且甚至更优选是约0.6mm-0.7mm，但并不局限于此。由于使用相对较短时间来进行SWIR处理，因此初始绿色熔块高度沉积的公差低于较长周期烧制过程。例如，在较长周期常规类型的烧制中，例如，绿色未燃烧熔块高度可优选是约0.4mm-1.0mm，或更优选是约0.5mm-0.9mm，且甚至更优选是约0.6mm-0.9mm，由于较长的峰值加热时间，使密封材料流动或沉淀至支柱或隔离片的高度。根据进一步的实施例，可控制热周期来提供附加的控制，通过减少VIG单元的玻璃基片的翘曲或扭曲数量来减少密封高度变化。例如，温度差异可使玻璃基片变形并扭曲，导致进一步不利的密封高度变化。因此，根据示例性实施例，控制燃烧条件，提供较好的温度均匀性(例如，<2.0℃)和足够的加热时间(例如，20-30分钟)，通过使玻璃基片实现均匀温度和变平，从而使玻璃更稳固和平坦。
参照图3，示出边缘密封4的最终密封高度H。根据示例性实施例，沿VIG单元1的边缘密封4周长的边缘密封4的高度H的变化可被控制，例如，通过控制初始分配的密封材料(例如，熔块材料)的高度变化，但并不局限于此。如上所述，优选的示例性初始分配熔块高度可取决于，例如，用于烧制VIG单元的过程类型。根据使用SWIR类型烧制过程的示例性实施例，初始分配的密封材料高度可优选地是，例如，范围约0.4mm-0.9mm，或更优选是约0.5mm-0.8mm，甚至更优选是约0.6mm-0.7mm。根据其他示例性实施例，例如使用较长周期的常规类型烧制，初始分配的密封材料高度(例如，绿色未燃烧的熔块高度)可优选是约0.4mm-1.0mm，或更优选是约0.5mm-0.9mm，甚至更优选是约0.6mm-0.9mm。由于该类型的烧制过程通常具有较长的峰值加热时间，因此较长周期的常规类型过程中的变化可能较大。根据示例性实施例，针对上述示例性实施例说明的精密公差，初始熔块分配可通过使用机器处理被执行。此外，根据示例性实施例，最选是具有较长的峰值加热时间，促进烧制期间密封材料的流动并使玻璃基片变平，来进一步减少最终密封高度的变化。此外，如上所述，温差可使玻璃基片翘曲并扭曲，导致进一步不良的密封高度变化。因此，根据示例性实施例，控制燃烧条件，例如，提供较好的温度均匀性(例如，约<2.0℃)和足够的加热时间(例如，约20-30分钟)，通过使玻璃基片实现均匀温度并使密封材料流动，从而使玻璃更稳固和平坦。由此制成的VIG单元具有减少的最终密封高度变化，例如，其中最终边缘密封高度变化优选是约小于0.20mm，更优选是小于或等于0.15mm，且甚至更优选是小于或等于约0.10mm。
图4是示出根据示例性实施例的制备VIG窗单元的方法的流程图。如图4所示出的，在步骤S1中提供第一玻璃基片。玻璃基片可被处理来配置典型VIG窗单元的一些结构特征，例如隔离片或支柱等。然后，在步骤S3中，第一玻璃基片可配置密封材料，例如，区域周长被密封，但并不局限于此，并连同第二玻璃基片(以下说明)定义腔。如上所述，可使用任意数量的合适熔块或密封材料，在VIG窗单元中形成密封。例如，可以是基于钒的或VBZ类型的密封或焊料玻璃类型的密封。示例性基于钒的或VBZ类型的密封组合物在2012年1月20日提交的U.S专利申请No.13/354,963中被说明，其全部内容被纳入此处作为参考。基于VBZ(例如，钒、钡、锌)密封组合物在13/354,963中被说明，并可用于示例性实施例中的边缘密封4。常规的焊料玻璃熔块材料也可用于示例性实施例的边缘密封4。根据优选的示例性实施例，在步骤S3中，可基于所使用的后续烧制类型，通过机器将密封材料沉积至绿色熔块高度。例如，在短波红外(SWIR)烧制中，绿色未燃烧熔块(例如，密封材料)高度优选是约0.4mm-0.9mm，或更优选是约0.5mm-0.8mm，且甚至更优选是约0.6mm-0.7mm。如上所述，由于使用相对较短时间来进行SWIR处理，因此初始绿色熔块高度沉积的公差可能低于较长周期烧制过程。例如，如上所述的，在较长周期常规类型的烧制中，例如，绿色未燃烧熔块高度可优选是约0.4mm-1.0mm，或更优选是约0.5mm-0.9mm，且甚至更优选是约0.6mm-0.9mm，由于较长的峰值加热时间，使密封材料流动或沉淀至支柱或隔离片的高度。在提供密封材料的步骤S3以后，在步骤S5中提供第二玻璃基片，将支柱和未燃烧熔块材料夹在第一和第二玻璃基片中间。在步骤S7中，通过任何合适的技术，将第一和第二玻璃基片以及熔块密封材料一起烧制，例如，SWIR或长周期对流，但并不局限于此。由此制成的VIG单元具有减少的最终密封高度变化，例如，最终边缘密封高度变化优选是约小于0.20mm，更优选是小于或等于约0.15mm，且甚至更优选是小于或等于约0.10mm。
因此，在本发明的示例性实施例中，提供一种真空绝缘玻璃(VIG)窗单元，包括：第一基片和第二基片；密封材料，夹在所述第一和第二基片之间，定义所述第一和第二基片之间所形成的外围腔，位于所述基片之间的所述腔在低于大气压的压力下，且所述密封材料在所述第一和第二基片之间形成气密密封，其中，围绕整个所述腔的所述密封材料的高度变化小于约0.20mm。
如前段落所述的VIG窗单元，其中，围绕整个所述腔的所述密封材料的所述高度变化小于或等于约0.15mm，更优选是小于或等于约0.10mm。
如前两个段落中任何一项的VIG窗单元，其中，可进一步包括：多个隔离片，配置在所述第一和第二基片之间。
如前三个段落中任何一项的VIG窗单元，其中，所述密封材料的高度可与所述隔离片的高度基本匹配。
如前四个段落中任何一项的VIG窗单元，其中，所述第一和第二基片可以是玻璃基片。
如前五个段落中任何一项的VIG窗单元，其中，所述密封材料可包括：含有粘合剂的熔块。
如前六个段落中任何一项的VIG窗单元，其中，所述密封材料可包括钒。
在此所使用的用语“在…之上”，“由…支撑”，以及类似等，除非有明确声明，不应解释为两个元件直接彼此相邻。也就是说，就算第一个层和第二个层之间具有一个或多个其他层，第一个层也可被解释为在第二个层之上或是由第二层支撑。
如上所述，虽然参照示例性实施例对本发明进行了说明，但是应理解，本发明并不局限于所述实施例，本领域的普通技术人员可进行各种修改和变形，修改将由后附的权利要求范围定义。

Claims (19)

1.一种真空绝缘玻璃(VIG)窗单元，包括：
第一基片和第二基片；
密封材料，夹在所述第一和第二基片之间，定义所述第一和第二基片之间所形成的外围腔，位于所述基片之间的所述腔在低于大气压的压力下，且
所述密封材料在所述第一和第二基片之间形成气密密封，其中，围绕整个所述腔的所述密封材料的高度变化小于约0.20mm。
2.如权利要求1所述的真空绝缘玻璃窗单元，其中，围绕整个所述腔的所述密封材料的所述高度变化小于或等于约0.15mm。
3.如上述权利要求中任何一项所述的真空绝缘玻璃窗单元，其中，围绕整个所述腔的所述密封材料的所述高度变化小于或等于约0.10mm。
4.如上述权利要求中任何一项所述的真空绝缘玻璃窗单元，进一步包括：多个隔离片，配置在所述第一和第二基片之间。
5.如权利要求4所述的真空绝缘玻璃窗单元，其中，所述密封材料的高度与所述隔离片的高度基本匹配。
6.如上述权利要求中任何一项所述的真空绝缘玻璃窗单元，其中，所述第一和第二基片为玻璃基片。
7.如上述权利要求中任何一项所述的真空绝缘玻璃窗单元，其中，所述密封材料包括：含有粘合剂的熔块。
8.如上述权利要求中任何一项所述的真空绝缘玻璃窗单元，其中，所述密封材料包括钒。
9.一种制备真空绝缘玻璃窗单元的方法，所述方法包括以下步骤：
将密封材料沉积在第一玻璃基片上，所述密封材料具有周长，所述密封材料通过机器被沉积并具有未燃烧高度，范围为约0.6mm-0.9mm；以及
烧制含有所述第一玻璃基片、第二玻璃基片、和夹在所述第一和第二玻璃基片之间的所述密封材料的子组件，来制备真空绝缘玻璃窗单元，其燃烧的密封材料高度变化小于约0.20mm。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述烧制的步骤，包括：对所述子组件应用对流循环一段时间，至少为约20-30分钟。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述对流循环期间的温度变化低于或等于约2℃。
12.如权利要求9-11中任何一项所述的方法，其中，通过机器被沉积的所述密封材料的所述未燃烧高度范围为约0.6mm-0.7mm，其所述烧制的步骤包括短波红外处理。
13.如权利要求9-12中任何一项所述的方法，其中，有关所述周长的所述燃烧的密封材料高度变化小于或等于约0.15mm。
14.如权利要求9-13中任何一项所述的方法，其中，有关所述周长的所述燃烧的密封材料高度变化小于或等于约0.10mm。
15.如权利要求9-14中任何一项所述的方法，进一步包括：
将由所述密封材料的周长所定义的腔排空至低于大气压的压力。
16.如权利要求9-15中任何一项所述的方法，其中，所述密封材料包括：含有粘合剂的熔块。
17.如权利要求9-16中任何一项所述的方法，其中，所述密封材料包括钒。
18.如权利要求9-17中任何一项所述的方法，进一步包括：在所述第一和第二基片之间配置多个隔离片。
19.一种真空绝缘玻璃(VIG)窗单元，包括：
第一和第二基片；
密封材料，夹在所述第一和第二基片之间，其围绕整个所述VIG窗单元的高度变化小于或等于约0.15mm。
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