CN104895461A - 一种高效节能智能化电加热中空玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能智能化电加热中空玻璃，第一玻璃板上设置复合加热层和引出电极，第二玻璃板上设置节能层；在两玻璃板之间形成中空密闭腔室，中空密闭腔室内填充有干燥气体；该中空玻璃具有智能化加热效果，可自动根据环境温度控制电加热玻璃状态，结构简单，性能稳定，同时兼顾高透过率、恒温加热、除霜除雾等效果，是一种高效、无污染、面加热源节能玻璃产品，适用于工业化大规模生产，大幅降低现有加热玻璃的制造成本，推广这种节能玻璃的使用范围。

Description

一种高效节能智能化电加热中空玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃深加工及制造领域，具体涉及一种高效节能智能化电加热中空玻璃及其制备方法。

背景技术

中空玻璃由美国人于1865年发明，是一种良好的隔热、隔音、美观适用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料，它是用两片(或三片)玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制成的高效能隔音隔热玻璃。中空玻璃是将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的玻璃制品。

在正常情况下，室内能量的流失大多在窗户位置。不仅表现在夏天的空调制冷上，也同时表现在冬天的室内采暖方面。为了能使寒冬季节减少室内热量流失并能同时向室内输送热量补偿消耗，人们发明了诸多能持续加热的中空玻璃窗。其中主要为导热丝和薄膜法两类。

其中导热丝法包括在中空玻璃第二面或第三面设计排列导电金属加热丝(如申请号为200720101189.9的专利所示)和在PVB胶中夹导热丝、高温油墨、彩晶丝印等并置于两层玻璃基片之间形成夹层玻璃(如申请号为201110276730.0、200920182472.8的专利所示)，这类导热丝法制备的加热玻璃均存在影响玻璃表面颜色、玻璃表面视觉受干扰、生产涉及有机化学物污染等问题。

此外，薄膜法包括在玻璃表面镀一层导电加热薄膜，并将其设置在中空玻璃从室内向室外的第二面，通过持续通电，来达到加热目的，如申请号为200520066772.1、201210065335.2的专利所示。这类方法存在所镀膜层耐候性差、膜层质量稳定性不好、长时间加热玻璃颜色容易受影响等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高效节能智能化电加热中空玻璃。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种高效节能智能化电加热中空玻璃包括第一玻璃板、第二玻璃板和间隔框架，所述第一玻璃板与第二玻璃板的四周通过密封胶与间隔框架粘结，两片玻璃板之间形成中空密闭腔室，所述中空密闭腔室内填充有干燥气体；

所述第一玻璃板朝向中空密闭腔室的一面上设置有复合加热层，在所述复合加热层的四周的第一玻璃板上设置有引出电极，在所述引出电极表面涂覆有绝缘膜；

所述第二玻璃板朝向中空密闭腔室的一面上设置有节能层；所述间隔框架内设置有分子筛干燥剂。

进一步的，所述复合加热层依次包括第一电介质层、第一阻挡层、低辐射功能层，第二阻挡层、第二电介质层、热敏半导体透明加热层、绝缘保护层。

进一步的，所述第一电介质层的厚度为10～30纳米，所述第一阻挡层的厚度为2～10纳米，所述低辐射功能层的厚度为10～28纳米，所述第二阻挡层的厚度为6～15纳米，所述第二电介质层的厚度为15～50纳米，所述热敏半导体透明加热层的厚度为30～200纳米，所述绝缘保护层的厚度为15～30纳米。

进一步的，所述第一电介质层和第二电介质层中的电介质为硅氧化物、锌氧化物、钛氧化物、锡氧化物和锌铝氧化物中的一种或几种；所述第一阻挡层和第二阻挡层由包含镍、铬、钛、镍铬、氧化镍铬和氮化镍铬中的一种或几种构成；所述的低辐射功能层由金、银、银铜合金的一种或几种构成；所述的热敏半导体透明加热层由硼化钛，硼化钛掺碳化硅，或氧化锆，或氮化铝中的一种或几种，以及钛酸钡掺氧化镧，或氧化铌，或氧化钇中的一种或几种构成；所述的绝缘保护层包含硅的氮化物、硅的氧化物、钛的氧化物中的一种或几种。

进一步的，所述中空密闭腔室的厚度为5～12毫米，所述中空密闭腔室内填充的干燥气体为干燥空气或者惰性气体，所述惰性气体为氩气、氦气中的一种或两种。

进一步的，所述引出电极由电阻率小于1×10^-5Ω.cm的电极材料，通常为导电银浆、金属铜带、金属银带、涂锡带等。

进一步的，所述节能层为电致变色功能层、或者热致变色功能层或者由单银Low-E、双银Low-E和三银Low-E构成。

进一步的，所述的复合加热层的第一电介质层沉积在第一玻璃板上。

优选的，所述间隔框架为铝合金框或暖边条，间隔框架面向中空密闭腔室的一侧设置有若干个孔或者缝，间隔框架内部设置有用于吸附水分的分子筛。

进一步的，所述的密封胶为丁基胶、硅酮结构胶、聚硫胶等。

优选的，所述第一玻璃板和第二玻璃板为超白玻璃或者普通白玻，厚度为3～10毫米。

该中空玻璃的制备方法，包括以下几个步骤：

1)将第一玻璃板经纯净水清洗烘干后放入真空镀膜室；

2)在所述第一玻璃板上设置复合加热层

在所述第一玻璃板表面依次沉积第一电介质层、第一阻挡层、低辐射功能层，第二阻挡层、第二电介质层、热敏半导体透明加热层、绝缘保护层；

3)将第二玻璃板经纯净水清洗烘干，在第二玻璃板表面磁控溅射法制备节能层；

4)将第一块玻璃板边缘的复合加热层去除，然后在除膜区制备引出电极，在所述引出电极表面涂覆绝缘膜，将第二玻璃板边缘的节能层去除；

5)然后用涂有密封胶的间隔框架将两块玻璃板隔开，两块玻璃的膜面均朝向室内，然后用结构胶密封，即得。

半导体电热膜(Semiconductor Electroheating Film，简称SEHF)，又称金属氧化物电热膜，是能紧密结合在电介质表面上，通电后成为面状热源的薄膜状半导体电热材料，它具有熔点高、硬度大、电阻低、热效率高、化学稳定性好等特点，特别是耐酸和碱，在加热过程中无明火的特性，在电热领域受到人们的重视。通过工艺、成分控制等手段，半导体加热膜可以实现依靠薄膜自身特性控制温度，成为安全的“智能”型发热材料，它是近一段时期导热膜发热体的主要研究方向。

二硼化物具有较低的电阻率，特别是ZrB₂和TiB₂与金属铁、铂、铬的电阻率相当，导电机制为电子传导，呈现正的电阻-温度特性，作为电阻发热体时温度易于控制，可用于具有特殊用途的电极材料。

TiB₂的电阻率为10^-6Ω·cm，是一种典型的半导体材料。因此，TiB₂还可作为一种新的发热体加以利用。TiB₂比传统的SiC或MoSi发热体具有更佳的效果，而且使用温度可达1800℃以上，并适用于氧化或还原气氛。

本发明一种高效节能智能化电加热中空玻璃，第一玻璃板与第二玻璃板之间形成中空密闭腔室，所述中空密闭腔室内填充有干燥气体；第一玻璃板上设置有复合加热层，第二玻璃板上设置有节能层；该中空玻璃具有智能化加热效果，可自动根据环境温度控制电加热玻璃状态，结构简单，性能稳定，同时兼顾高透过率、恒温加热、除霜除雾等效果，是一种高效、无污染、面加热源节能玻璃产品，适用于工业化大规模生产，大幅降低现有加热玻璃的制造成本，推广这种节能玻璃的使用范围。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的高效节能智能化电加热中空玻璃的剖视结构示意图；

图2是本发明的复合加热层的结构示意图；

图3是本发明的第一块玻璃板及其表面的复合加热层和引出电极的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，在第一玻璃板1上制备复合加热层5，然后去除第一块玻璃板1边缘的复合加热层5，然后在除膜区制备引出电极及绝缘膜10；如图2所示，所述复合加热层依次为第一电介质层11，第一阻挡层12，低辐射功能层13，第二阻挡层14，第二电介质层15，热敏半导体透明加热层16，绝缘保护17；如图3所示，所述引出电极及绝缘膜10包括引出电极19和涂覆在引出电极19上的绝缘膜20；

在第二玻璃板2上用磁控溅射法制备节能层6，该节能层6具有智能控制多波段光谱透过特性；然后去除第二玻璃板2上边缘的节能层6；

二块玻璃板用内层粘结密封胶7与间隔框架3粘结在一起，两片玻璃板之间形成中空密闭腔室4，所述中空密闭腔室内填充有干燥气体，复合加热层5和节能层6均朝向室内，再用外层粘结密封胶8将间隔框架3的背面与两块玻璃的内侧面粘合在一起形成一个密闭的中空玻璃。

间隔框架3面向中空密闭腔室4的一侧上开设有多个微孔或者微缝9，间隔框架3内部设有干燥剂18用于吸附中空密闭腔室4中的水蒸气。

实施例2

将6毫米普通白玻经纯净水清洗烘干后进入真空镀膜室。

中频反应磁控溅射，在氩氧气氛中溅射沉积纯硅靶，制备SiO₂层，设定功率80～90KW，中频电源频率为40KHz，厚度30nm。

直流电源磁控溅射，在氩气氛中溅射沉积镍铬靶，制备NiCr层，直流电压180V，设定功率5KW，氩气气氛溅射，气压5×10^-4mbar，走速1.5m/min，NiCr层厚度5nm。

直流电源磁控溅射，在氩气氛中溅射沉积银靶，制备Ag层，直流电压150V，设定功率3KW，氩气气氛溅射，气压5×10^-4mbar，走速1m/min，Ag层厚度10nm。

直流电源磁控溅射，在氩气氛中溅射沉积镍铬靶，制备NiCr层，直流电压180V，设定功率8KW，氩气气氛溅射，气压5×10^-4mbar，走速1.5m/min，NiCr层厚度10nm。

中频反应磁控溅射氧化锌锡靶，制备ZnSnO_x层：设定功率30KW，溅射电压560V，氩气和氧气混合气氛溅射，Ar：O₂＝5:1，气压5×10^-4mbar，膜层厚度18nm。

中频反应磁控溅射，在氩气气氛中溅射沉积二硼化钛靶，制备热敏半导体透明加热层：设定功率60～80KW，中频电源频率为40KHz，厚度200纳米。

中频反应磁控溅射，在氮气气氛中溅射沉积硅铝靶，制备Si₃N₄层：设定功率80～90KW，中频电源频率为40KHz，厚度50nm。

在第二玻璃板上制备单银Low-E、双银Low-E、三银Low-E形成节能功能玻璃。

将第一块玻璃板边缘的复合加热层去除，然后在除膜区制备引出电极，所述电极为导电银浆制成，宽度为3mm，在所述引出电极表面涂覆绝缘膜，将第二玻璃板边缘的节能层去除；

将二块玻璃板用内层粘结密封胶与间隔框架粘结在一起，两片玻璃板之间形成中空密闭腔室，所述中空密闭腔室内填充有干燥气体，复合加热层和节能层均朝向室内，再用外层粘结密封胶将间隔框架的背面与两块玻璃的内侧面粘合在一起形成一个密闭的中空玻璃。

实施例3

将6毫米超白玻经纯净水清洗烘干后进入真空镀膜室。

中频反应磁控溅射，在氩氧气氛中溅射沉积纯硅靶，制备SiO₂层：设定功率80～90KW，中频电源频率为40KHz，厚度30nm。

直流电源磁控溅射，在氩气氛中溅射沉积镍铬靶，制备NiCr层，直流电压180V，设定功率8KW，氩气气氛溅射，气压5×10^-4mbar，走速1.5m/min，NiCr层厚度10nm。

直流电源磁控溅射，在氩气氛中溅射沉积银铜靶，制备AgCu层，直流电压200V，设定功率5KW，氩气气氛溅射，气压5×10^-4mbar，走速1m/min，AgCu层厚度15nm。

直流电源磁控溅射，在氩氧气氛中溅射沉积镍铬靶，制备NiCrO_x层，直流电压250V，设定功率8KW，气压5×10^-4mbar，走速1.5m/min，NiCrO_x层厚度15nm。

中频反应磁控溅射AZO靶，制备AZO层：设定功率30KW，溅射电压650V，氩气和氧气混合气氛溅射，Ar：O₂＝5:1，气压5×10^-4mbar，膜层厚度26nm。

中频反应磁控溅射，在氩气气氛中溅射沉积钛酸钡靶，制备热敏半导体透明加热层：设定功率60KW，中频电源频率为40KHz，厚度80nm。

中频反应磁控溅射，在氮气气氛中溅射沉积硅铝靶，制备Si₃N₄层：设定功率80～90KW，中频电源频率为40KHz，厚度50nm。

在在第二玻璃板上制备电致变色节能功能玻璃。

将第一块玻璃板边缘的复合加热层去除，然后在除膜区制备引出电极，所述电极为涂锡带，宽度为5mm，在所述引出电极表面涂覆绝缘膜，将第二玻璃板边缘的节能层去除；将二块玻璃板用内层粘结密封胶与间隔框架粘结在一起，两片玻璃板之间形成中空密闭腔室，所述中空密闭腔室内填充有干燥气体，复合加热层和节能层均朝向室内，再用外层粘结密封胶将间隔框架的背面与两块玻璃的内侧面粘合在一起形成一个密闭的中空玻璃。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，包括第一玻璃板、第二玻璃板和间隔框架，所述第一玻璃板与第二玻璃板的四周通过结构密封胶与间隔框架粘结，两片玻璃板之间形成中空密闭腔室，所述中空密闭腔室内填充有干燥气体；

所述第一玻璃板朝向中空密闭腔室的一面的上设置有复合加热层，在所述复合加热层的四周的第一玻璃板上设置有引出电极，在所述引出电极表面涂覆有绝缘膜；

所述第二玻璃板朝向中空密闭腔室的一面上设置有节能层。

2.如权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述复合加热层依次包括第一电介质层、第一阻挡层、低辐射功能层，第二阻挡层、第二电介质层、热敏半导体透明加热层、绝缘保护层，其中，所述第一电介质层沉积在所述第一玻璃板表面。

3.如权利要求2所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述第一电介质层的厚度为10～30纳米，所述第一阻挡层的厚度为2～10纳米，所述低辐射功能层的厚度为10～28纳米，所述第二阻挡层的厚度为6～15纳米，所述第二电介质层的厚度为15～50纳米，所述热敏半导体透明加热层的厚度为30～200纳米，所述绝缘保护层的厚度为15～30纳米。

4.如权利要求2或3所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述第一电介质层和第二电介质层中的电介质为硅氧化物、锌氧化物、钛氧化物、锡氧化物和锌铝氧化物中的一种或几种；所述第一阻挡层和第二阻挡层由包含镍、铬、钛、镍铬、氧化镍铬和氮化镍铬中的一种或几种构成；所述的低辐射功能层由金、银、银铜合金的一种或几种构成；所述的热敏半导体透明加热层由硼化钛，硼化钛掺碳化硅、氧化锆、氮化铝中的一种或几种，以及钛酸钡掺氧化镧、氧化铌、氧化钇中的一种或几种构成；所述的绝缘保护层包含硅的氮化物、硅的氧化物、钛的氧化物中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述中空密闭腔室的厚度为5～12毫米，所述中空密闭腔室内填充的干燥气体为干燥空气或者惰性气体，所述惰性气体为氩气、氦气中的一种或两种。

6.如权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述节能层为电致变色功能层、或者热致变色功能层或者由单银Low-E、双银Low-E和三银Low-E构成。

7.如权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述间隔框架为铝合金框或暖边条，间隔框架面向中空密闭腔室的一侧设置有若干个孔或者缝，间隔框架内部设置有用于吸附水分的分子筛干燥剂。

8.如权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述第一玻璃板和第二玻璃板为超白玻璃或者普通白玻，厚度为3～10毫米。

9.如权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃，其特征在于，所述引出电极由电阻率小于1×10^-5Ω.cm的电极材料。

10.权利要求1所述的一种高效节能智能化电加热中空玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

1)将第一玻璃板经纯净水清洗烘干后放入真空镀膜室；

2)在所述第一玻璃板上设置复合加热层

在所述第一玻璃板表面依次沉积第一电介质层、第一阻挡层、低辐射功能层，第二阻挡层、第二电介质层、热敏半导体透明加热层、绝缘保护层；

3)将第二玻璃板经纯净水清洗烘干，在第二玻璃板表面磁控溅射法制备节能层；

4)将第一块玻璃板边缘的复合加热层去除，然后在除膜区制备引出电极，在所述引出电极表面涂覆绝缘膜，将第二玻璃板边缘的节能层去除；

5)然后用涂有密封胶的间隔框架将两块玻璃板隔开，两块玻璃的膜面均朝向室内，然后用结构胶密封，即得。