ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКОЛ С ПЛЕНОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Получение стекол с заданными свойствами путем на­несения на их поверхность пленочных покрытий сравни­тельно новое, перспективное направление в стекольной промышленности. Одним из его преимуществ является возможность создавать изделия со специальными свето­техническими и теплофизическими свойствами на основе стекол обычных промышленных составов. В настоящее время на этой основе создана серия новых строительных и технических стекол: токопроводящие, тепло - и солнце­защитные, цветные, радиозащитные и др. Пленочные покрытия на стекле могут быть различного химического состава. Наибольший интерес для технических стекол представляют металлические и оксидно-металлические покрытия.

Металлические покрытия (пленки). Такие пленки наносят на стекло для получения солнцезащитных, теп­лозащитных, цветных и токопроводящих изделий. Чаще всего в этих целях используют пленки золота, серебра, никеля, хрома, а также смеси этих и других металлов. Тонкие слои металлов характеризуются сравнительно высоким пропусканием в видимой области спектра (40—70%) и высоким отражением в инфракрасной ча­сти спектра (60—75%).

Золотые пленки придают стеклу в отраженном свете золотис­тую окраску, в проходящем — зеленую. Серебро в отраженном све­те придает серебристо-металлический блеск, а в проходящем свете в отличие от других металлов — голубой цвет. Пленки других ме­таллов преимущественно окрашивают стекло в серый цвет.

Толщина металлических пленок не превышает 0,1— 0,2 мкм, в более толстых слоях металлы не прозрачны. Как правило, металлические пленки отличаются низкой механической прочностью и малой химической стой­костью. При длительном употреблении они стираются с поверхности стекла. Для сохранения металлических слоев на них наносят защитные прозрачные слои более прочных материалов (например, Si02, органические слои) или (при использовании в остеклении) монтируют их в пакеты металлическими слоями внутрь. Так изго­тавливают солнце - и теплозащитные пакеты с воздуш­ной прослойкой, причем одно стекло в пакете может быть обычным.

Металлические слои на стекла, как и при производ­стве зеркал, наносят испарением соответствующего ме­талла в вакууме.

Оксидно-металлические пленки. Эти пленки в отличие от металлических в связи с особой технологией их нане­сения имеют большую механическую прочность и хими­ческую стойкость. Они прочно закрепляются на поверх­ности стекла, увеличивая прочность последнего на 20— 30 % и более в зависимости от условий нанесения. По­вышение прочности стекла обусловлено главным образом защитой его поверхности от корродирующего воздейст­вия окружающей атмосферы и влаги, а также залечива­нием микротрещин, которые являются центрами разру­шения незащищенного стекла.

По областям применения различают следующие виды пленок: а) поглощающие ультрафиолетовое излучение; б) поглощающие ту или иную часть видимой области спектра (цветные, тонированные); в) с высоким отраже­нием света в видимой области спектра (полупрозрачные зеркала); г) задерживающие тепловую радиацию солнца (теплозащитные); д) отражающие длинноволновую ин­фракрасную радиацию (теплоотражающие); е) токопро - водящие; ж) экранирующие энергию радиоволн в диа­пазоне длин 1—150см (радиозащитные).

По химическому составу различают пленки из окси­дов олова Sn02, индия 1п203, цинка ZnO, железа Fe203, меди СиО, хрома Сг203, титана ТЮ2. Эти оксиды моди­фицируют различными примесями для получения задан­ных свойств. 324

Токопроводящие стекла получают на основе оксидов олова, индия, цинка и др. Чаще всего используют пленки оксида олова, модифицированного примесями сурьмы, фосфора, цинка, фтора и т. д. Эти пленки прозрачны, бесцветны, их удельное поверхностное сопротивление мо­жет быть получено от 10 ом/см2 до 1-Ю5 ом/см2 и выше, толщина не превышает 1 мкм.

Солнцезащитные или теплозащитные стекла получа­ют путем нанесения на поверхность стекла пленок окси­да олова с примесью оксида сурьмы. Это стекло может быть получено со светопропусканием от 75 до 45 % не­зависимо от его толщины. Оно имеет цвет от серо-голубо­го до сине-фиолетового. Пропускание тепловой р-адиации солнечного спектра не зависит от плотности окраски и составляет 40—50 %. В отличие от теплопоглощающих стекол, окрашенных в массе, теплозащитные пленочные стекла частично поглощают и частично отражают тепло­вую радиацию солнечного спектра.

Теплоотражающие прозрачные бесцветные стекла также получают на основе пленок оксидов олова. Эти стекла отражают от 60 до 90 % длинноволновой (А, от 1,5 до 10 мкм) энергии, излучаемой техническими источ­никами тепла, сохраняя прозрачность для видимого све­та в пределах 70—80 %• Теплоотражающие стекла явля­ются тепловыми экранами и используются на предприя­тиях с интенсивным выделением тепла. Кроме того, они используются в строительстве в качестве теплоизоляци­онного остекления в районах Крайнего Севера, так как уменьшают примерно на 50 % потери тепла через окон­ные проемы по сравнению с обычным стеклом.

Радиозащитные прозрачные бесцветные стекла могут быть получены на основе оксидов олова, индия и дру­гих металлов. Необходимое условие для радиозащиты— низкое удельное сопротивление 10 ом/см2). Такие пленки отражают большую часть (до 20—40 %) падаю­щей на них электромагнитной энергии радиодиапазона (длины волн 1—150 см). Радиозащитные стекла исполь­зуют для биологической защиты от вредного излучения энергии сверхвысоких частот (СВЧ).

Цветные стекла с пленочными покрытиями получены на основе оксидов железа. В зависимости от толщины пленки и концентрации исходного раствора они могут быть окрашены в соломенно-желтый, золотистый или красно-оранжевый цвета. При этом светопропускание их изменяется от 75 до 40 %. Эти стекла значительно сни­жают пропускание в ультрафиолетовой области спектра и используются как УФ-фильтры. Благодаря красивой окраске и блеску (такие стекла отражают 35 % видимо­го света) они используются и как декоративные. Кроме того, стекла с пленками оксидов железа задерживают до 40 % тепловой радиации солнца и могут использоваться в качестве солнцезащитных.

Бесцветные полупрозрачные зеркала получены на ос­нове пленок оксида титана. Эти стекла отражают до 40 % видимого света и используются как декоративные для архитектурной отделки зданий. Все пленочные ок­сидные покрытия, применяемые в промышленности, ха­рактеризуются высокой атмосферостойкостью. Они не боятся влаги, резких перепадов температур, устойчивы во многих агрессивных средах. Прочность на истирание их такая же, как оконного стекла, а некоторых пленок значительно выше, что оправдывает использование их в качестве покрытий, повышающих механическую проч­ность стекла. Все оксидно-металлические пленки на стек­ле получают по одной и той же технологии из различных исходных пленкообразующих солей.

Технология получения их состоит в следующем: ис­ходные пленкообразующие соли (хлориды, нитраты, аце­таты) соответствующих металлов растворяют в воде, спирте или ином растворителе. Полученный раствор рас­пыляют пульверизаторами и в мелкодисперсном состоя­нии наносят на горячую поверхность стекла.

На горячем стекле растворитель испаряется, соль на­чинает взаимодействовать с парами воды, вступая в ре­акцию высокотемпературного гидролиза. Продуктами этой реакции являются твердые оксиды металлов и по­бочные газообразные вещества. Оксиды конденсируются на поверхности стекла, образуя на ней пленку, и частич­но диффундируют в поверхностный слой стекла, прочно на нем закрепляясь.

Этот метод применяется в двух вариантах. По перво­му холодное стекло или готовое изделие разогревают до температуры, при которой еще не происходит его дефор­мация, и обрабатывают пленкообразующим раствором. Температура нагрева зависит от состава стекла и состав­ляет 600—750 °С. Время нагревания подбирают таким образом, чтобы не допустить деформацию стекла. Обра­ботку ведут в камере пленкообразования 15—20 с, как правило, одной стороны стекла. Камера пленкообразова­ния снабжена отсасывающей вентиляцией. Распылители либо устанавливают в камере неподвижно или им прида­ется качательное движение в вертикальной плоскости для более равномерного распределения раствора. Обра­ботанное стекло выводят из камеры и охлаждают на воз­духе или обдувают сжатым воздухом для получения за­каленных изделий.

Большое внимание уделяется состоянию поверхности, для чего стекла специально отбирают с бездефектной по­верхностью, тщательно моют горячей водой, а если по­верхность сильно загрязнена, то ее дополнительно очи­щают слабым раствором соляной кислоты. Вымытое стекло перед поступлением в печь протирают чистой салфеткой, смоченной этиловым спиртом. Размер обра­батываемого стекла (максимальный) 2000X1000 мм. Этот способ нанесения пленок широко распространен в нашей стране и за рубежом при производстве техниче­ских стекол.

Для получения строительных стекол целесообразно оксидно-металлические пленки наносить по второму ва­рианту, т. е. непосредственно на горячую свежеотформо - ванную поверхность стекла в машинах вертикальной (ВВС и БВВС) или горизонтальной выработки (флоат, прокатка).

При нанесении пленки на ленту стекла в процессе ее формования в машине ВВС раствор распыляют в зоне соединительного звена машины ниже первой пары вали­ков (рис. 18.1). Лента стекла в этой части машины имеет температуру 600—650 °С, достаточную для пленкообра - зования. Раствор распыляют с помощью простой уста­новки, представляющей собой механизм на каретке, не­сущий распылитель и сообщающий ему возвратно-посту­пательное движение поперек ленты стекла со скоростью 25—30 м/мин. Установка снабжена двумя системами вентиляции: локальной, отбирающей дымы в зоне плен - кообразования, а также двухъярусной общей вентиляци­ей на первой и второй площадках машин ВВС.

Нанесение пленок на светорассеивающее и узорчатое стекла, получаемые на машинах горизонтального прока­та, а также на стекло, формуемое на расплаве металла, осуществляют сразу после формования ленты стекла (за прокатными валиками, если это прокатное стекло). Рас­пылитель раствора располагают над движущейся свеже- отформованной лентой стекла в том участке, где ее тем­пература составляет 650—800°С. Распылитель соверша­ет возвратно-поступательные движения по направляющей

Поперек ленты стекла. Скорость движения распыли­теля строго синхронизирована со скоростью формуемой ленты стекла. Сверху над распылителем располагается вентиляционное устройство, забирающее отработанные дымы. Основные технологические параметры при нане - сении^оксидно-металлических пленок на стекло приведе­ны в табл. 18.1.