JPH0940442A - ガラスをコーティングする方法 - Google Patents
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Abstract
使用して、反応体の間で実質的に予備反応することな
く、予備混合して、ガラス上に酸化スズの均一なコーテ
ィングを形成する方法を提供する。 【解決手段】 四塩化スズと水とを反応させて、基板の
ガラス上にコーティングを形成する酸化スズを生成する
ことを含んでなる化学蒸着により、動いている平らなガ
ラス基板上あるいはフロートガラス基板上に酸化スズの
コーティングを形成する方法において、四塩化スズと水
とを別々の流れで、100℃〜240℃の範囲内の温度
で、供給して、単一の流れを形成し、前記単一の流れを
実質的に層流で前記基板に指向させ、四塩化スズと水と
のみを、前記基板の領域において互いに反応させて、ガ
ラス上にコーティングを形成する。
Description
ングする方法に関し、特に、先駆物質として塩化スズ
(IV)を使用する酸化スズを用いたガラスをコーティ
ングする方法に関する。
り知られていた。例えば、ガラスにシリコンをコーティ
ングして、ガラスの可視の放射、反射、および伝導特性
を変えた。
に、ガラスにコーティングするグレイジング、特に、低
放射率あるいは低Eガラスとして一般に知られるエネル
ギー効率の良いグレイジングに対する要求が高まった。
このようなガラスは主に建築用を目的とするものであ
る。これらのガラスの要求特性は、可能な限り多くの可
視光を通すように光の伝導が高いことであり、同様に、
ガラスを通過するこのような放射の熱効率が高いよう
に、近赤外線の伝導が高いことであり、例えば、ビルデ
ィング中のヒトからグレイジングを通過した黒体放射が
減少するように遠赤外線の反射が高いことである。この
ようなガラスのコーティング材料としては銀が使用され
た。
ングするには、スパッタリング法を用いることができ
る。しかし、この方法には、多くの欠点がある。第1
に、銀の場合は、典型的に、いずれかの面に中間コーテ
ィングを施す必要がある。形成したコーティングは比較
的軟らかく、従って、容易に傷がつく。しかし、最大の
欠点は、この方法は、一般に、減圧下で行う必要があ
り、これは、不可能ではないとしても、オンラインでコ
ーティングすることが困難であることを意味することで
ある。
当なコーティング材料を探すことである。これに関して
は、酸化スズ(SnO2 )が、ある点において、銀の欠
点を改良することを見いだした。しかし、これは、スパ
ッタリングした銀コーティングを形成することに関連し
た欠点を除去するかあるいは少なくとも最小限度にする
けれども、さらに別の問題を生じる。酸化スズのコーテ
ィングを形成することに関連した主な問題は、高い光学
特性を有するコーティングを形成することである。一般
に、コーティングは、化学蒸着として知られる方法によ
りなされる。このような方法では、適当なスズ化合物と
酸化剤が、高温で、コーティングされるべきガラスと接
触する。多くのスズ化合物、例えばニ塩化ジメチルス
ズ、を試した。使用した酸化剤は酸素それ自体であっ
た。使用した高温では、反応体はほとんど即座に反応す
る。さらに、ニ塩化ジメチルスズは有毒である。
用した。しかし、これらの化合物は、互いに接触して反
応する。従って、酸化スズをむしろガラス上にコーティ
ングとして確実に堆積させることは困難である。英国特
許明細書第2026454Bには、コーティングに影響
する一般的なファクターを詳細に説明している。先の明
細書には、ガラス表面を、四塩化スズを含有する気体の
媒体と高温で接触させることにより、上記問題を明らか
に克服する方法を開示している。四塩化スズは、化学反
応および/または分解して、酸化スズコーティングを形
成する。ここで、気体の媒体は、少なくとも2.5×1
0- 3 大気圧の分圧に相当する濃度で四塩化スズを、そ
して、少なくとも10×10- 3 大気圧の分圧に相当す
る濃度で水蒸気を含む。気体の媒体の温度は少なくとも
300℃、ガラスの温度は少なくとも550℃であるこ
とが必要である。上記に明確にした最小限度の分圧は臨
界であると述べている。
水蒸気が別々の気体流れでコーティングゾーンに供給さ
れる場合が好ましいと述べてある。そうすることによ
り、蒸気供給通路の内側に固体堆積物が形成される、ス
ズの塩と水蒸気との早期の反応を回避できる。事実、こ
のような堆積物は、四塩化スズを使用して酸化スズのコ
ーティングを形成する試みにおける主な問題である。堆
積物は通路を制限するだけでなく、明らかに、ガラス上
に堆積しない。酸化スズがガラスあるいはコーティング
装置に堆積しない場合は、系から排出される。さらに、
四塩化スズと水蒸気がガラスの表面でのみ出会う別々の
気体流れで供給される場合は、このような表面に沿う気
体流れは乱流となる。これでは、コーティングが非能率
的となる。従って、環境問題は、粉末を扱うことにおい
て生ずる。加うるに、この方法は、使用される四塩化ス
ズの量に関して、明らかに非能率的となる。
ズと水を一緒の流れで導入する可能性を熟考している。
しかし、要求される高温における、これを行うあらゆる
試みも、四塩化スズと水がほとんど全体的な予備反応を
することになり、前記のとおりの問題に至る。従って、
このような先の方法の好ましい観点は、第1のダクトを
通る窒素流れ中に伴われた四塩化スズと、第2ダクトを
通る水蒸気と空気を含有する気体混合物を供給すること
である。開示された特別の系においては、実質的に乱流
がないと述べている。しばしば、ツインスロット系と呼
ばれる、このような2つのダクトの系も、問題を生ず
る。
るために、四塩化スズが水と反応し、ガラス上に形成さ
れるコーティングが均一であることが必要である。明ら
かに、反応が実質的に本来の位置で、換言すると、コー
ティングされるべきガラスの領域で行われる場合は、反
応がガラスの全表面にわたって均一に行われるならば、
均一のコーティングのみが形成されるであろう。2つの
スロット系を使用するとにより、極端に困難なこのこと
を達成できる。このように、例えば、流れが乱流でない
場合、問題は、コーティングが非均一に至る反応体の混
合において生じる。
な比較的安価な材料を使用して、反応体の間で実質的に
予備反応することなく、予備混合して、ガラス上に酸化
スズの均一なコーティングを形成する方法を提供するこ
とが非常に望まれる。これは、本発明が目的とすること
である。また、本発明は、予備混合される試薬がガラス
に実質的に層流で供給される方法を提供することを目的
とする。
ら、以下の方法を提供する。すなわち、四塩化スズと水
とを反応させて、基板のガラス上にコーティングを形成
する酸化スズを生成することを含んでなる化学蒸着によ
り、動いている平らなガラス基板上に酸化スズのコーテ
ィングを形成する方法において、後に結合される四塩化
スズと水とを別々の流れで、100℃〜240℃の範囲
内の温度で、供給して、単一の流れを形成し、前記単一
の流れを実質的に層流で前記基板に指向させ、四塩化ス
ズと水とのみを、前記基板の領域において互いに反応さ
せて、ガラス上にコーティングを形成することを特徴と
する方法である。
内で行われる場合、2成分の予備反応はほとんど起こら
ないことがわかった。温度範囲の上限より高温では、S
n(OH)x Cly の堆積物が形成される。これは、四
塩化スズがゆっくり加水分解されるためである。温度範
囲の下限より低温では、四塩化スズ五水和物(SnCl
4 ・5H2 O)が析出する。
℃の範囲内の温度で行われ、最も好ましくはほぼ180
℃においてである。ガラス上に形成されたコーティング
の特定および成長速度が、ダブルスロット法を使用して
得られるものに匹敵すると判断されるのはこの範囲内で
ある。しかし、ダブルスロット法に関係した問題は、除
去されるかあるいは少なくとも最小限度に抑えられる。
付加的に、予備混合気体中に混ぜる。この混合により、
四塩化スズと水との予備反応の可能性をさらに最小限度
に抑えられることがわかった。選択的には、所定のいか
なる温度およびモル比においても、塩化水素を使用する
ことにより、基本的な四塩化スズ−水混合物と比べて、
予備反応の量が減少することが明らかであろう。従っ
て、本発明の第2の観点から、以下の方法を提供する。
素の気体流れを供給し、四塩化スズと水とを反応させ
て、ガラス上にコーティングを形成する酸化スズを生成
することを含んでなる化学蒸着により、動いている平ら
なガラス基板上に酸化スズのコーティングを形成する方
法において、四塩化スズ、水、および塩化水素の流れを
結合して、前記基板に指向する単一の流れを形成し、こ
れにより、四塩化スズと水とのみを、前記基板の表面の
領域において互いに反応させ、四塩化スズ、水、および
塩化水素の気体流れを予備混合して、単一の気体流れを
形成し,前記単一の気体流れを前記基板に衝突させ、こ
こにおいて、四塩化スズと水が基板の表面領域で互いに
反応して、ガラス上に酸化スズのコーティングを形成す
ることを特徴とする方法である。好ましくは、前記予備
混合は450℃以下の温度で行う。有利には、単一の気
体流れは、基板に、実質的に層流で、衝突する。
な予備反応が酸化スズと塩化水素の形成をもたらすこと
である。反応生成物のうちの1つを添加することによ
り、反応の平衡は乱れ、酸化スズとより多くの塩化水素
を生成することに逆らって作用する傾向がある。実際に
は、このことは、優位にある正反応が遅いことを意味す
る。知る限りにおいては、窒素および/または塩化水素
を使用することは、おそらく、コーティングの成長速度
あるいは質に悪影響を及ぼすことはない。このような場
合には、好ましくは、塩化水素:四塩化スズのモル比は
少なくとも1:1、有利には、3:1〜5:1である。
伴って、予備反応をより起こす傾向がある。従って、四
塩化スズ:水のモル比は1:30以上が好ましい。特に
は、本発明の有利な態様は、モル比が1:10以上であ
ることである。最も好ましい範囲は、1:3〜1:7で
ある。おそらく、充分な水蒸気が自然に大気中に存在
し、反応は、ゆっくりではあるが、ガラスの温度で起こ
る。他方、四塩化スズと水との望ましくない予備反応
は、水の割合が増加するのに伴って、より容易に起こ
る。従って、最適の要求は、コーターヘッドのような望
ましくない領域に酸化スズを形成したり、堆積したりす
るに至る予備反応を回避すると同時に、コーティングの
急速な成長および四塩化スズの使用を達成するために、
水の割合が充分であることである。
にわたる四塩化スズと水との反応は、完全には、直接に
は進行しない。低温では、化学式SnCl4 ・nH2 O
の付加物を生じる。より高温では、四塩化スズが水によ
り加水分解され、部分的に加水分解されたスズ生成物
を、最終的には、特に高温においては、酸化スズを形成
する。上記のとおり、本発明の温度範囲においては、こ
れらの反応はおこらず、起こった場合でも、反応の量は
最小限度であることがわかった。
われる温度の影響を受ける。試験では、予備混合の温度
が、最適の温度より高い場合は、予備混合された成分の
反応が注目すべき程に増加する。また、最適の温度より
低い場合にも、類似の結果が得られるが、その結果は顕
著ではない。
重要であることがわかった。最適な通路の長さは、ガラ
ス表面に沿って、予備混合した気体が層流となるのにつ
りあう程に可能な限り短いことである。にもかかわら
ず、本発明の予備混合は、通路の長さが、悪影響なく、
センチメートルの10の位とすることができる。しか
し、より長い滞留時間、すなわち、より長い通路長に対
する混合気体流れの許容量は、最適温度および最適モル
比からの差に伴って減少する。
予備混合ステージにそれぞれ供給される。有利には、希
釈剤は、実質的には、窒素のような不活性気体である。
そのようにするこにより、四塩化スズと水の予備反応を
更に最小限度にすることができることがわかる。
合、四塩化スズ−水系にドーパントを添加して、コーテ
ィングの伝導性を増加させることは慣習的なことであ
る。これに関して、フッ化水素やトリフルオロ酢酸のよ
うなフッ素を含有するドーパントは、良く知られてお
り、また、このような化合物は、本発明の方法において
使用できる。さらに、メタノール、エタノール、および
これらの混合物のような低級アルコールを系に含めるこ
ができることがわかった。
突領域の下流で、ガラス基板に衝突する第2の気体流れ
中に、付加的な水蒸気を供給できる。付加的な水蒸気
は、少なくとも1つのドーパントを含有し得る。このよ
うな場合の、好ましいドーパントは、フッ化水素であ
る。
ターヘッドを示す。コーターヘッド1は、第1のチャン
バー2を有する。チャンバー2は、四塩化スズと水との
ミキシングチャンバーとして作用する。チャンバー2
は、コーティングされるべきガラスの全幅にわたって拡
がっており、油冷ジャケット3に囲まれている。四塩化
スズと水蒸気とは、チャンバー2に、図2に示されるよ
うに、ブロック6中にそれぞれ形成された別々の導管
4、5を通って供給される。
成された出口7を通って、チャンバー2から出て、いわ
ゆるワッフルパック8を通る。ワッフルパック8は、互
いに隣接して配置され、垂直に延びる、波形をつけた複
数のプレート9からなる。ワッフルパック8は、混合気
体が下方に通過する垂直な複数の導管を画成する。これ
により、ワッフルパック8上の気体混合物の圧力が増加
し、第2チャンバー11への入口10の幅にわたって均
一に混合物を分配する。第2チャンバー11は、上流ト
ウ12、中央部分13、および下流トウ14を形成する
炭素の形物から形成される。トウ12と中央部分13と
で、スロット15を画成し、入口10に入った気体混合
物は、スロット15を強制的に通過させられる。トウ1
2の基部は、動くガラスシート16上に約1ミリメート
ルの狭い間隔で配置される。
o)スロットコーターでは、気体成分は、これがガラス
上ミリメートルの順位にくるまで、互いに別々に保たれ
ることである。基本的に、ツースロットコーターでは、
混合物の一方の成分はスロット15に似たスロットから
供給され、他方の成分はスロット15に似た下流の第2
スロットから供給されることとなる。従って、本質的
に、第1の成分は、他方の成分に結合する前に、スロッ
トによって、ガラスの領域に到達する。このことは、ほ
とんど必然的に、2つの気体流れが出会う場所で、乱流
を生じることになる。
ガラスの上面上に、ミリメートルの1の位ではなくセン
チメートルの10の位で測定される間隔で配置された第
1のチャンバー2中で混合される。従って、混合された
気体流れは、実質的に層流でガラス上に導かれる。
ら流れ出るとき、周囲の温度は動いているガラスシート
16の温度に近くなっていることが理解されるであろ
う。温度の上昇により、四塩化スズは水と反応を起こ
し、得られた酸化スズはガラス16上にコーティングを
形成する。
ガラス上にコーティングを形成するわけではない。前記
のとおり、未反応の反応体と形成された中間体とがある
であろう。従って、中央部分13と下流トウ14との間
に、出口スロット18を画成する。気体の生成物はスロ
ット18を昇って排気チャンバー19に至る。この後者
は水冷ジャケット20に囲まれている。チャンバー19
中で冷却された後、気体は、図示しない排気系に通され
る。さらに、チャンバー19は、コーティングされるガ
ラスの全幅にわたって拡がっている。
なく、フロートガラスの狭い幅をコーティングできるよ
うに、フロートバスに取り付けたコーターを使用した。
ガラスのリボン速度は約370m/hrであり、厚さは
1.2mmであった。ガラス温度は、約630℃であっ
た。第1のチャンバーの温度は、150℃に維持され
た。四塩化スズと水蒸気とを、噴水装置で80℃に維持
した液体を介して泡立った窒素により送った。これによ
り、加熱された別々の導管4、5をそれぞれ通って第1
のチャンバー2に至った。
n、水が1.5g/minで、1:3.5=SnC
l4 :H2 Oのモル比であった。試験は、2時間30分
の期間、必要量を抽出するのにほんの少しの調整をして
行った。厚さ500Åのコーティングを得た。コーター
ヘッドを取り外す際、油冷した表面と結合した導管に
は、堆積物が全くないことがわかった。これにより、ガ
ラス上に酸化スズのコーティングを形成するために使用
した四塩化スズと水は、予備反応することなく、互いに
予備混合できたことがわかった。
とを除いて、実施例Aの変形を行った。3つの実施例全
てにおいて、水:四塩化スズのモル比は約5:1であっ
た。圧力ポット系からの、測定された量の四塩化スズと
水は、別々に蒸発され、続く気体の温度は所望の温度ま
で昇温した。実施例2を除いて、この後者のステージ
は,高温で乾燥した窒素の流れ中で行った。実験条件と
得られた結果の要約を以下の表1に示す。しかし、要す
るに、実験条件は、以下のとおりであった: 実施例B:150℃の系の温度で予備混合した反応体 実施例C:180℃の系の温度で予備混合した乾燥窒素
の希釈剤中の反応体 実施例D:無水の塩化水素を添加したことを除いて実施
例Cと同様。
た。分配系は極めて短時間のうちに、低融点(80℃〜
90℃)の潮解性の固体により閉鎖された。この固体
は、四塩化スズの水和物と多分オキシ塩化物の混合物で
あると思われる。堆積した少量のコーティングを100
0Å〜6000Åの厚さで変え、最も厚い部分で40Ω
/□のシート抵抗を有した。
ングの外観から、系が閉鎖されてきたことがあきらかに
なったとき、コーティング操作を3時間で終了した。次
の調査により、粉末の堆積物がワッフルパック内と頂部
の両方に形成されたことが明らかになった。分析による
と、これらの堆積物は、主に、量を測定できる塩素を有
する非晶質酸化スズであることがわかった。試験の進行
に伴って、形成されたコーティングは、厚さと幅の両方
において次第に減少してきた。得られたコーティングの
平均厚さは、2000Å〜2500Åの範囲にあり、こ
れは、四塩化スズの利用率に関して、約40〜50%の
効率であった。分析によると、酸化スズのコーティング
は亜化学量論的であり、あるオキシ塩化スズ(SnOC
l)を含有することがわかった。シート抵抗は350〜
500Ω/□の範囲であった。
ことを除いて、実施例Cに非常に類似していた。試験は
5時間で停止した。コーティング装置の次の実施例は、
事実上予備反応が起こらないことが明らかであった。堆
積物は装置の分配側になく、第2チャンバーの表面に酸
化物ダストの表面フィルムがあるのみであった。このよ
うな試験の間、塩化水素/四塩化スズのモル比を、3:
1から1:1に減少した。後者は予備反応をまだ阻害
し、同時に、ガラスの不透明さを改良することがわかっ
た。形成したコーティングは試験の期間にわたって一定
であり、その厚さは一般に平均4000Å〜5200Å
であった。このことから、コーティング効率は、30%
〜40%であった。さらに、形成されたコーティング
は、亜化学量論的であり、塩素の不純物があった。シー
ト抵抗は1200Ω/□より大きく一定であった。
四塩化スズと水とを首尾よく予備混合するという長い間
望んでいた目的を達成できたことが、当業者には理解で
きるであろう。上記の実施例、特に、実施例A、C、お
よびDから、四塩化スズと水との予備混合が簡単にで
き、このような予備混合および次のコーティングが、希
釈剤としての窒素および/または反応阻害剤としての塩
化水素を使用することにより改良されることが明らかで
ある。
した特別の条件で良好な結果が得られることが理解でき
るであろう。このように、例えば、実施例から、ガラス
上に直接にコーティングを堆積することがわかる。この
ことは、実際には本当ではないだろうと直ぐに判断され
るであろう。というのは、ガラスは、通常は、アンダー
コートを形成されるからである。また、実施例は、理想
的な条件以下で、行われたことがわかるであろう。
るが、これを制限するものではなく、種々の異なる反応
体およびその割合を示す。
止した基板に予備成形した。
止した基板に予備成形した。
FAA(トリフルオロ酢酸) ガラス温度が630℃(フロートバス中)以下、ライン
速度が266m/hr、および分配ライン温度が180
〜190℃で、2つのフローヘッドを有するエッジコー
ターを使用してオンラインで予備成形した。ナトリウム
をブロックする層として作用するために、シリカコーテ
ィングをガラス上に堆積し、その後、酸化スズのコーテ
ィングを堆積した。
0℃で行った。この詳細は以下のとおりである。
な比較的安価な材料を使用して、反応体の間で実質的に
予備反応することなく、予備混合して、ガラス上に酸化
スズの均一なコーティングを形成する方法を提供するこ
とができる。
スシートに、酸化スズのコーティングを施すために使用
するのに適したコーターヘッドの断面図である。
てみるために除去した部分に関する平面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 四塩化スズと水とを反応させて、基板の
ガラス上にコーティングを形成する酸化スズを生成する
ことを含んでなる化学蒸着により、動いている平らなガ
ラス基板上に酸化スズのコーティングを形成する方法に
おいて、 後に結合される四塩化スズと水とを別々の流れで、10
0℃〜240℃の範囲内の温度で、供給して、単一の流
れを形成し、 前記単一の流れを実質的に層流で前記基板に指向させ、 四塩化スズと水とのみを、前記基板の領域において互い
に反応させて、ガラス上にコーティングを形成すること
を特徴とする方法。 - 【請求項2】 四塩化スズ流れと水流れの結合を140
℃〜200℃の範囲内、好ましくは180℃の温度で行
うことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 四塩化スズ、水、および塩化水素の気体
流れを供給し、四塩化スズと水とを反応させて、ガラス
上にコーティングを形成する酸化スズを生成することを
含んでなる化学蒸着により、動いている平らなガラス基
板上に酸化スズのコーティングを形成する方法におい
て、 四塩化スズ、水、および塩化水素の流れを結合して、前
記基板に指向する単一の流れを形成し、これにより、四
塩化スズと水とのみを、前記基板の表面の領域において
互いに反応させることを特徴とする方法。 - 【請求項4】 前記流れの結合を450℃以下の温度で
行うことを特徴とする請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 四塩化スズ:水のモル比が少なくとも
1:30である請求項1、2、3、または4記載の方
法。 - 【請求項6】 前記モル比を1:10まで、好ましく
は、1:3〜1:7の範囲まで上げることを特徴とする
請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記基板に衝突する前の、単一の気体流
れが通る流路長さは、少なくとも10cmであることを
特徴とする請求項1、2、3、4、5、または6記載の
方法。 - 【請求項8】 四塩化スズと水の流れがそれぞれ希釈剤
を含有することを特徴とする請求項1、2、3、4、
5、6、または7記載の方法。 - 【請求項9】 希釈剤が窒素のような不活性気体である
ことを特徴とする請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 塩化水素:四塩化スズのモル比が、
1:5〜11.5:1、好ましくは、3:1〜5:1の
範囲であることを特徴とする請求項1、2、3、4、
5、6、7、8または9記載の方法。 - 【請求項11】 水を含有する流れと四塩化スズを含有
する流れの結合を、低級アルカノールの存在下で行うこ
とを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、
8、9、または10記載の方法。 - 【請求項12】 低級アルカノールが、メタノール、エ
タノール、あるいはこれらの混合物である請求項11記
載の方法。 - 【請求項13】 水を含有する流れと四塩化スズを含有
する流れの結合を、ドーパントの存在下で行うことを特
徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、
10、11、または12記載の方法。 - 【請求項14】 ドーパントを、フッ化水素およびトリ
フルオロ酢酸から選択することを特徴とする請求項13
記載の方法。 - 【請求項15】 ドーパントは、単一の気体流れが前記
基板に衝突する領域の下流で前記基板に衝突する、水を
含有するさらに別の流れ中に含まれることを特徴とする
請求項13または14記載の方法。 - 【請求項16】 前記単一の気体流れが、前記基板に、
実質的に層流で、衝突することを特徴とする請求項3、
4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、1
4、または15記載の方法。
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