ES2301481T3

ES2301481T3 - Procedimiento de cierre de vidrio.

Info

Publication number: ES2301481T3
Application number: ES00925467T
Authority: ES
Inventors: Philip Charles Eames; Brian Norton; Philip William Griffiths; Trevor James Hyde
Original assignee: UUTech Ltd
Current assignee: UUTech Ltd
Priority date: 1999-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2008-07-01
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: WO2000063130A1; ATE388925T1; EP1171397B1; JP2002542138A; DE60038288T2; AU4419200A; DK1171397T3; EP1171397A1; DE60038288D1; US7204102B1; PT1171397E

Abstract

Un procedimiento de formación de un cierre hermético entre dos piezas (2) de vidrio que comprende las etapas de: (a) antes de la etapa (b), depositar una o más capas de indio o aleación de indio sobre cada pieza de vidrio (2) en la región del cierre; y (b) calentar la capa de indio (4) o aleación de indio (s) y las piezas de vidrio (2) a una temperatura para fundir la(s) capa(s) para formar el cierre entre las piezas; en el que la o cada capa de indio o aleación de indio se deposita sobre el vidrio usando una técnica de soldadura ultrasónica.

Description

Procedimiento de cierre de vidrio.

Esta invención se refiere a un procedimiento para formar un cierre hermético entre dos piezas de vidrio, concreta, pero no exclusivamente, dos cristales de vidrio para formar una unidad de doble vidriado evacuado.

Se puede obtener una baja pérdida de calor y una transmitancia solar total elevada a partir de una unidad de doble vidriado cerrada contiguamente con un espacio evacuado. El vidriado evacuado está constituido generalmente por dos hojas de vidrio separadas mediante una serie regular de pilares de apoyo, normalmente de 0,2 mm de altura. Un cierre contiguo proporciona una unidad hermética que está por lo general evacuada a 0,1 Pa o menos para reducir la conducción gaseosa a un nivel mínimo.

En la actualidad, se han fabricado únicamente unidades vidriadas al vacío usando un cierre de vidrio soldado formado entre las piezas de vidrio a temperaturas superiores a 400ºC. Posteriormente se extrae el aire de entre las piezas usando un tubo de extracción. Sin embargo, debido a la necesidad de dichas temperaturas elevadas para producir el cierre del borde de vidrio soldado, las unidades vidriadas evacuadas actuales se limitan a usar tipos de revestimientos duros de películas o revestimientos de baja luminosidad sobre sus superficies internas de vidrio, y no se pueden realizar con vidrio templado. En la actualidad, muchos revestimientos de baja luminosidad de alto rendimiento no pueden resistir temperaturas superiores a 200ºC o similares durante periodos prolongados de tiempo.

Los revestimientos de baja luminosidad reducen la transferencia radiativa de calor de longitud de onda larga a través de la unidad de vidriado. Sin embargo, los revestimientos duros tienen por lo general una luminosidad más elevada para la radiación de onda larga, en el intervalo de 2,5-30 \mum, que las películas con revestimiento blando, que tienen luminosidades < 0,1.

Griffiths y col. describen la fabricación de vidriado evacuado usando indio o aleación de indio (Solar Energy, Vol. 63, No 8, pp. 243-249, 1998).

Es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento de formación de un cierre hermético entre dos piezas, concretamente cristales, de vidrio, a temperaturas alrededor o por debajo de 220ºC, con el fin de permitir el uso de revestimientos y vidrio templado de alto rendimiento y baja luminosidad, es decir, revestimientos
blandos.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de formación de un cierre hermético entre dos piezas de vidrio que comprende las etapas de:

(a): antes de la etapa (b) depositar una o más capas de indio o aleación de indio sobre cada pieza de vidrio en la región del cierre; y

(b): calentar la(s) capa(s) de indio o aleación de indio y las piezas de vidrio hasta una temperatura para fundir la(s) capa(s) y formar de esta manera el cierre entre las piezas;

en el que la o cada capa de indio o aleación de indio se deposita sobre el vidrio usando una técnica de soldado ultrasónico.

Se ha descubierto que el indio o la aleación de indio son particularmente útiles en la formación de un cierre hermético entre dos piezas de vidrio, una vez que el indio o la aleación de indio se han colocado adecuadamente sobre el vidrio, fundido y después enfriado.

Se añade una capa de indio o aleación de indio sobre cada pieza de vidrio (antes del calentamiento) en la región del cierre, y esto se puede llevar a cabo usando cualquiera de las técnicas de deposición o unión de vidrio con metal conocida y adecuada.

Preferiblemente, se elimina cualquier revestimiento o película sobre el vidrio, al menos de la zona prevista del cierre antes de la aplicación del indio o aleación de indio a dicho vidrio. Además, se limpia el vidrio preferiblemente y/o se cuece en horno antes de la aplicación del indio o aleación de indio.

Preferiblemente, las piezas de vidrio con la(s) capa(s) de indio o aleación de indio se calientan hasta una temperatura uniforme para proporcionar una unión constante y equivalente en todas y cada una de las localizaciones y, más preferiblemente, se usa un régimen de calentamiento relativamente lento. La temperatura de calentamiento es dependiente de que se use indio o aleación de indio. La mayor parte, si no todos, los materiales adecuados funden a 220ºC o menos, generalmente 200ºC o menos. Por tanto, la temperatura de calentamiento no debería exceder generalmente de 220ºC, y estará usualmente por debajo de 200ºC.

El uso de presión, por ejemplo, prensas de sujeción o un peso sobre la parte superior de las piezas de vidrio, reduciría el grado de calentamiento necesario para efectuar el cierre de indio entre las piezas.

Según una forma de realización adicional de la presente invención, se pueden situar una o más, preferiblemente una, capas metálicas adicionales entre las películas superficiales de indio o aleación de indio. Dicha capa metálica podría estar en forma de un alambre o una junta, etc. La capa metálica puede fabricarse a partir de cualquier metal o aleación adecuados capaces de unirse con el indio o la aleación de indio. Dichos metales incluyen el indio o una aleación de indio, u otros metales, por ejemplo, cobre o acero tal como acero inoxidable. Dichas otras capas metálicas podrían añadirse tal cual o revestirse previamente con indio o una aleación de indio adecuada para facilitar la unión al ser calentadas.

El uso de una capa metálica intermedia ayuda, si las capas de indio o aleación depositadas sobre las piezas de vidrio no tienen el espesor o la uniformidad correcta, a que se junten y unan conjuntamente de esta manera cuando ellas y las piezas de vidrio se calientan, y/o para aumentar generalmente la separación entre las piezas de vidrio, y/o para reducir el espesor necesario de la película superficial de indio o aleación de indio, y/o para proporcionar una buena unión intermetálica.

De esta manera, según una forma de realización concreta de la presente invención, se proporciona un procedimiento de formación de un cierre hermético entre dos piezas de vidrio que comprende las etapas de;

a): añadir una capa de indio o aleación de indio sobre las superficies opuestas de las piezas de vidrio en la región del cierre;

b): situar una capa metálica adicional sobre una de las capas de indio o aleación de indio; y

c): juntar las piezas de vidrio entre sí para conseguir el contacto entre las capas de indio o aleación de indio y la capa metálica intermedia, y calentar las piezas de vidrio a una temperatura entre 220º-100º centígrados para formar un cierre entre las piezas.

La temperatura y el régimen de calentamiento dependen del indio o de qué aleación de indio se usen.

En una disposición alternativa, se proporcionan las capas de indio o aleación de indio como revestimiento alrededor de un soporte adecuado tal como un alambre o junta metálica adecuada, cuyo soporte revestido se coloca directamente entre las piezas de vidrio y se calienta, preferiblemente con presión asociada, para formar el cierre.

El espesor del cierre de la presente invención puede ser similar al espesor de los cierres existentes, por ejemplo, entre 0,05-0,2 mm o más. Se usan comúnmente pilares de apoyo intermedios entre los cristales de vidrio de 0,1-0,2 mm de altura. La anchura del cierre puede de nuevo ser similar a la de los cierres existentes, por ejemplo, entre
3-10 mm.

Las piezas de vidrio pueden ser de cualquier tamaño, forma o diseño adecuados, entre las que se desea un cierre. Las dos piezas no necesitan ser similares en tamaño, forma o diseño. La presente invención es adecuada para formar un cierre hermético relativamente pequeño entre dos cristales u hojas de vidrio. La invención es particularmente adecuada para la formación de unidades de doble vidriado evacuado. De esta manera, preferiblemente, el calentamiento para formar el cierre se lleva a cabo al vacío.

Se pueden formar también unidades vidriadas más grandes mediante la presente invención usando hojas de vidrio adicionales para proporcionar, por ejemplo, unidades de triple vidriado con cualquiera de uno o dos de los espacios internos entre las tres hojas evacuadas. Se puede usar triple vidriado para minimizar la carga del viento en el vidriado a vacío y permitir que se utilicen cristales más grandes. Podría usarse todavía el espaciado normal para el doble vidriado entre el componente evacuado y la tercera hoja de vidrio. Una ventaja del uso de un tercer cristal de vidrio es una reducción de los gradientes térmicos y, de esta manera, una reducción en la expansión/contracción de la unidad de vidriado al vacío y la posterior tensión térmica inducida.

Una o más de las piezas de vidrio que se están cerrando mediante la presente invención, en concreto uno o más de los cristales de vidrio de una unidad de doble o múltiple vidriado, pueden recubrirse también para minimizar la ganancia solar y de esta manera hacer que la unidad de vidriado al vacío sea adecuada para uso en climas cálidos (con una consiguiente elevada reducción de todas las cargas de acondicionamiento de aire). Esto permite la introducción de tecnologías de vidriado adicionales tales como las electrocrómicas, fotocrómicas y termocrómicas, que permiten cambiar el vidriado de transparente a opaco. Dichas tecnologías no se pueden usar con las técnicas de cierre existentes, para las cuales las temperaturas son tan altas que destruyen la cromicidad.

La invención es también adecuada para el cierre de orificios o aberturas en una pieza de vidrio, por ejemplo, un orificio para extracción por bombeo. Se podrían añadir indio o aleación de indio alrededor del orificio o abertura y capas dispuestas de manera similar en una pieza de cubierta de vidrio, no siendo necesariamente plana.

Se describirán ahora las formas de realización de la presente invención a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la fig. 1 muestra una vista lateral en sección transversal esquemática de dos cristales de vidrio unidos antes de que se forme el cierre;

la fig. 2 muestra una vista lateral en sección transversal esquemática después que se forme el cierre;

las figs. 3a y 3b son vistas en perspectiva esquemáticas de dos piezas de vidrio que se están uniendo según otra forma de realización de la presente invención; y

la fig. 4 es una vista lateral parcial de dos cristales de vidrio que se van a unir usando una junta metálica entre los mismos.

La Figura 1 muestra dos cristales de vidrio 2 adecuados para formar una unidad de doble vidriado. A lo largo de los bordes de cada cristal 2 hay una capa 4 de indio. Entre las capas 4 de indio se muestran piezas de alambre 6 de indio, que se pueden necesitar si las capas 4 de indio no encajan cuando los cristales se unen entre sí. La Figura 1 muestra también una matriz 8 de pilares para proporcionar soporte entre los cristales 2.

Se puede llevar a cabo la formación del cierre de la siguiente manera. Los cristales de vidrio, tanto con o sin revestimientos de baja luminosidad, se pueden limpiar usando disolventes y/o detergentes adecuados. A continuación los cristales limpios se pueden hornear durante un período de tiempo a una temperatura inferior a aquella que tenga como resultado la degradación de cualquier revestimiento. Si los revestimientos son incompatibles con el indio o la aleación de indio, deberían retirarse en la localización del cierre pretendido.

A continuación se depositan las películas de indio sobre la superficie de ambos cristales de vidrio en la región del cierre pretendido, usando cualquiera entre una técnica de deposición a vacío, o un soldador ultrasónico u otros procedimientos conocidos adecuados para unir el indio al vidrio.

A continuación se dispone la matriz de pilares entre los cristales.

Si, una vez que se sitúa la matriz de pilares, las capas depositadas no tienen el espesor o la uniformidad correcta para permitir el emparejamiento cuando el cristal de vidrio de la capa superior se ubica sobre la matriz de pilares, se ubica el alambre de indio o aleación de indio o una junta entre las películas de indio. La deposición a vacío puede depositar capas de indio o aleación de indio de hasta 1 \mum de espesor. La soldadura ultrasónica puede depositar capas de mayor espesor.

Puede proporcionarse también el suministro de vacío entre los cristales de una unidad de doble vidriado de cualquier manera conocida.

Usando el procedimiento de evacuación mediante cámara de vacío, se evacua una cámara de vacío a una presión de menos de 0,1 Pa, con los cristales y el indio o aleación de indio en su interior. A continuación se suministra calor, usando posiblemente calefactores radiantes o una platina caliente, para aumentar la temperatura del vidrio y del indio o aleación de indio hasta la temperatura en la que las películas de indio o aleación de indio, y cualquier alambre, etc, se fusionan. Para el indio, esta temperatura es de aproximadamente 157ºC. Algunas aleaciones de indio tienen requisitos de temperatura más bajos; otras, ligeramente superiores. Se puede reducir la temperatura aplicando presión, generalmente en la parte superior del cristal de vidrio. Preferiblemente, la temperatura es uniforme y es menor de aquella a la que el indio podría fluir, para evitar de esta manera que se produzcan vacíos en el cierre y efectos locales de combinación.

Una vez el sistema se enfría y la cámara vuelve a la presión atmosférica, se proporciona inherentemente una unidad de doble vidriado evacuado al vacío. La Figura 2 muestra una unidad formada.

Alternativamente, se puede usar el vacío en la unidad de doble vidriado usando el procedimiento de tubo de extracción por bombeo. En este procedimiento se ubica un tubo de extracción por bombeo en el cristal del vidrio superior antes de cualquier limpieza y la deposición de cualquier indio o aleación de indio.

El cristal de vidrio inferior se sitúa generalmente en un horno o una platina caliente, con la hoja superior situada de tal manera que las dos superficies de indio o aleación de indio depositadas se tocan. Se aplica calor para aumentar la temperatura hasta la temperatura a la cual las películas de indio o aleación de indio y cualquier alambre, se fusionan. Se puede reducir de nuevo la temperatura aplicando presión, y se prefiere que la temperatura sea uniforme y sea menor de la de la cual podría fluir el indio para producir vacíos en e]. cierre y efectos locales de combinación

Se une un depósito de vacío al tubo de extracción por bombeo y se usa para evacuar la unidad de vidriado a una presión de menos de 0,1 Pa. Se usa un calefactor con resistencia eléctrica para cerrar el tubo de extracción por bombeo.

Alternativamente, se cierra el orificio de extracción por bombeo tal como se muestra en las Figuras 3a y 3b. Se deposita un anillo delgado de indio o aleación 9 de indio alrededor del orificio 14 de pequeño diámetro pretaladrado en una de las dos hojas 10 de vidrio, (entre cuyas hojas 10 está también una matriz 11 de pilares). Se reviste también un anillo delgado de indio o aleación 12 de indio sobre un tapa 16 deslizante de vidrio de un radio aproximado de 7,5 mm con un borde superior biselado.

La tapa 16 deslizante de vidrio se sitúa sobre el orificio 14 de extracción por bombeo de tal manera que los dos anillos, 9, 12, de indio o aleación de indio se emparejen sustancialmente. Un accesorio en forma de embudo a vacío (no se muestra) se sitúa sobre la superficie 10 de vidrio de tal manera que la tapa 16 deslizante queda completamente encerrada en su interior. Se sitúa un pequeño elemento calentador dentro del accesorio de vacío sobre la tapa 16 deslizante y se mantiene en su sitio mientras se produce la extracción por bombeo a vacío a través de los espacios naturales entre las capas 9, 12 de indio o aleación de indio.

Cuando se consigue un nivel suficiente de vacío se enciende el elemento calentador y se suministra calor suficiente para aumentar la temperatura del metal de tal manera que se forma un cierre (Figura 3b). Puede ejercerse presión sobre la tapa 16 deslizante para reducir la temperatura necesaria para la formación del cierre. Puede emprenderse el procedimiento de cierre en un horno caliente a una temperatura suficiente para permitir la desgasificación de las hojas de vidrio pero no tan elevada como para que tenga como resultado el fallo del cierre. Esto tiene como resultado un incremento mucho menor de la temperatura necesaria para cerrar el orificio de extracción por bombeo.

Los sellantes principales usados son de indio o una aleación de indio formada con uno o más del grupo que comprende estaño, plata y plomo, tal como aleaciones de indio/estaño, aleaciones de indio/estaño/plata u otras aleaciones basadas en indio con las temperaturas de fusión, características de unión y fuerza deseadas.

Puede formarse también un borde con cierre a vacío tal como se muestra en la Figura 4. La Figura 4 muestra dos cristales 20 de vidrio y sobre ambos cristales 20 de vidrio en la región adyacente al borde hay capas delgadas de indio o aleación 22 de indio. Estas capas de indio o aleación de indio pueden tenderse usando un soldador ultrasónico o preferiblemente mediante deposición al vacío. Entre las capas 22 de indio hay una junta 24 metálica delgada fabricada, por ejemplo, de cobre. El cobre y el indio se unen bien entre sí y el uso de una junta de cobre permite el uso de microcapas de indio sobre el vidrio, lo que debería reducir el coste. La junta 24 de cobre se deposita sobre la capa 22 de indio del cristal 20 inferior de vidrio y la capa 22 de indio sobre la cara del cristal 20 superior de vidrio se sitúa a continuación sobre la junta 24 metálica. Calentando la unidad tal como se ha mencionado anteriormente, se forma un cierre entre las capas 22 de indio y la junta 24 metálica. El mecanismo de cierre podría llevarse a cabo a vacío o en un horno con extracción por bombeo posterior mediante un tubo de extracción por bombeo, tal como se ha descrito anteriormente.

La presente invención proporciona un procedimiento de fabricación de cierres entre piezas de vidrio, en concreto, unidades de doble o múltiple vidriado evacuado a temperaturas relativamente bajas. Esto permite el uso de revestimientos blandos tales como aquellos constituidos por múltiples capas dieléctrico/metal/dieléctrico sobre vidrio, para dar un rendimiento térmico y óptico óptimo. Con velocidades reducidas de transferencia de calor a través de la unidad de vidriado, se producen menos pérdidas de calor en los edificios con elevada transmitancia en el visible. Podrían usarse también dichas unidades vidriadas, por ejemplo, para puertas transparentes de los refrigeradores o cubiertas para colectores de energía solar, o junto con técnicas electrocrómicas, fotocrómicas o termocrómicas.

El uso de bajas temperaturas de cierre facilita el uso de vidrio templado, ampliando de esta manera significativamente el intervalo de aplicación del vidriado evacuado. Gracias al incremento en la separación entre pilares posible con el vidrio templado se permite reducir también las velocidades de transferencia de calor que se van a conseguir.

El uso de temperaturas bajas de fabricación también reduce la energía incorporada y reduce cualquier posible degradación de la película o revestimiento durante el procedimiento de fabricación y reduce la tensión en la región del sistema de cierre del borde.

Claims

1. Un procedimiento de formación de un cierre hermético entre dos piezas (2) de vidrio que comprende las etapas de:

(a): antes de la etapa (b), depositar una o más capas de indio o aleación de indio sobre cada pieza de vidrio (2) en la región del cierre; y

(b): calentar la capa de indio (4) o aleación de indio (s) y las piezas de vidrio (2) a una temperatura para fundir la(s) capa(s) para formar el cierre entre las piezas;

en el que la o cada capa de indio o aleación de indio se deposita sobre el vidrio usando una técnica de soldadura ultrasónica.

2. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 1 en el que se retira cualquier revestimiento o película sobre el vidrio de la zona prevista del cierre antes de la aplicación del indio o aleación de indio a dicha
zona.

3. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que el vidrio se limpia y/o cuece al horno antes de la aplicación del indio o aleación de indio.

4. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que las piezas de vidrio con su(s) capa(s) de indio o aleación de indio se calientan a una temperatura uniforme.

5. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que la temperatura del calentamiento no excede de 220ºC, preferiblemente 200ºC.

6. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que se aplica presión a una o ambas piezas de vidrio durante el calentamiento.

7. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que se sitúa una capa metálica adicional entre las capas de indio o aleación de indio.

8. Un procedimiento tal como el que se reivindica en la Reivindicación 7 en el que la capa metálica está en forma de un alambre (6) o una junta.

9. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 7 o la Reivindicación 8 en el que el metal de la capa metálica adicional es capaz de unirse con el indio o la aleación de indio.

10. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 9 en el que el metal es uno o más seleccionado del grupo que comprende indio, aleación de indio, cobre, acero inoxidable, cobre revestido con indio o aleación de indio y acero inoxidable revestido con indio o aleación de indio.

11. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que se forma la aleación de indio a partir de indio y uno o más del grupo que comprende estaño, plata y plomo.

12. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores para la formación de un cierre hermético entre dos piezas de vidrio (2) que comprende las etapas de;

(a): añadir una capa de indio (4) o aleación de indio sobre superficies opuestas de las piezas (2) de vidrio en la región del cierre;

(b): situar una capa (6) metálica adicional sobre una de las capas de indio (4) o aleación de indio; y

(c): juntar la piezas (2) de vidrio entre sí para proporcionar el contacto entre las capas de indio (4) o aleación de indio y la capa (6) metálica intermedia y calentar las anteriores y las piezas (2) de vidrio a una temperatura entre 220º y 100ºC para formar un cierre entre las piezas (2).

13. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 1 en el que se proporcionan las capas de indio o aleación de indio como un revestimiento alrededor de un soporte adecuado.

14. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores para cerrar un orificio o abertura en una pieza de vidrio.

15. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que el cierre se realiza al vacío.

16. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 13 y 15 para la formación de un cierre hermético entre dos cristales u hojas de vidrio.

17. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 16 para la formación de una unidad de doble o múltiple vidriado.

18. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 17 en el que la unidad de doble o múltiple vidriado es una unidad evacuada.

19. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 18 en el que la unidad se cierra por el borde antes de la evacuación.

20. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 19 en el que la unidad se evacua a través de un orificio (14) de extracción por bombeo.

21. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 20 en el que el orificio (14) de extracción por bombeo se cierra usando un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 13.

22. Un procedimiento tal como se reivindica en la Reivindicación 21 en el que la temperatura usada para cerrar el orificio (14) de extracción por bombeo es inferior a la temperatura usada para cerrar los cristales (2) de vidrio.

23. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que una o más de las piezas de vidrio son vidrio templado.

24. Un procedimiento tal como se reivindica en una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores en el que una o más de las piezas de vidrio tienen una película electrocrómica, fotocrómica o termocrómica sobre ellas.