Устройство для получения аэрозоля, способ и устройство для покрытия стекла

Номер патента: 18506

Опубликовано: 30.08.2013

Авторы: Валкеапяя Томи, Асиккала Кай, Раяла Маркку, Илмаринен Йоонас

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для получения аэрозоля, содержащее по меньшей мере один газовый распылитель (6) для распыления жидкости (3) с получением аэрозоля с помощью газа в распылительной головке (34) распылителя (6), распылительную камеру (35), которая соединена по потоку с распылительной головкой (34) и в которой установлены ограничители (36) потока, выполненные с возможностью изменения гидродинамических свойств потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34), где ограничители (36) потока установлены во внутренних стенках распылительной камеры (35) таким образом, что они выступают из внутренних стенок внутрь распылительной камеры (35).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распылитель (6) содержит трубопровод (14) жидкости для подачи по меньшей мере одной жидкости (3), подлежащей распылению, в распылительную головку (34) и по меньшей мере один газопровод (8) для подачи в распылительную головку (34) газа для распыления жидкости.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распылительная камера (35) имеет трубчатую форму.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что ограничители (36) потока установлены таким образом, что капли аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34), сталкиваются с одним или более ограничителями (36) потока и/или друг с другом для уменьшения размера капель аэрозоля.

5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что ограничители (36) потока установлены таким образом, что создают изменение давления и/или дросселирование потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34), для уменьшения размера капель аэрозоля.

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что ограничители (36) потока установлены таким образом, что средний аэродинамический диаметр капель аэрозоля, выходящего из распылителя (6), составляет 3 мкм или менее, предпочтительно 1 мкм или менее.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЯ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОКРЫТИЯ СТЕКЛА Настоящее изобретение относится к устройству (1) и способу для получения покрытия на поверхности стекла (2). В соответствии со способом по меньшей мере один жидкий сырьевой материал (3) распыляют с помощью по меньшей мере одного газового распылителя (6) с получением аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34) распылителя (6). Размер капель аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34) распылителя (6), уменьшают путем изменения гидродинамических свойств потока аэрозоля с помощью ограничителей (36) потока и аэрозоль переносят на поверхность стеклянного продукта (2), где он вступает в реакцию, образуя покрытие на поверхности стеклянного продукта (2). Область техники Настоящее изобретение относится к устройству для получения аэрозоля и, в частности, к устройству в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения для получения аэрозоля, которое содержит по меньшей мере один газовый распылитель для распыления жидкости с получением аэрозоля с помощью газа в распылительной головке распылителя. Изобретение также относится к устройству для покрытия стекла и, в частности, к устройству в соответствии с ограничительной частью п.9 формулы изобретения для нанесения покрытия на поверхность стекла, которое содержит по меньшей мере один газовый распылитель для распыления с получением аэрозоля по меньшей мере одной жидкости, применяемой для покрытия стекла, с помощью газа в распылительной головке распылителя. Изобретение также относится к способу покрытия стеклянного продукта и, в частности, к способу в соответствии с ограничительной частью п.23 формулы изобретения для нанесения на поверхность стеклянного продукта покрытия, состоящего по меньшей мере из одного жидкого сырьевого материала. Известно, что покрытия, обладающие необходимыми характеристиками для применения со стеклом, можно получить путем применения газообразных реагентов, которые диспергируются в горячую поверхность стекла. Такие характеристики включают в себя, например, подгонку показателя преломления, выполненную с помощью слоя, значение показателя преломления которого находится между показателями преломления стекла и покрытия и предпочтительно равно квадратному корню произведения показателей преломления стекла и покрытия; электрохромизм, т.е. изменение цвета стекла при проведении через него электрического тока; изменение поглощения стеклом солнечного излучения (так называемое солнцезащитное стекло); в частности, для покровного стекла применяют электропроводящее покрытие (например, легированный фтором оксид олова, легированные алюминием оксиды сурьмы, индия или цинка), которое приводит к отражению стеклом инфракрасного излучения; стекло, покрытое прозрачным электропроводящим покрытием, можно применять при изготовлении солнечных элементов. Покрытие листового стекла можно осуществлять множеством известных способов, таких как химическое осаждение из паровой фазы (CVD - от англ. Chemical Vapor Deposition), напыление, плазменное осаждение или пиролиз пульверизованного слоя. При пиролизе пульверизованного слоя характерным сырьевым материалом является жидкость, содержащая необходимые для получения покрытия вещества, которую распыляют на поверхность горячего стекла, подлежащего покрытию. Получение покрытий, обладающих необходимыми характеристиками для применения со стеклом,можно осуществить не только с помощью газообразных, но и с помощью жидких реагентов. Применение жидких реагентов обеспечивает в основном более простой и дешевый процесс, но скорость этого процесса существенно ниже, чем при применении газообразных реагентов. Однако, к сожалению, практика показала трудность получения достаточно однородных покрытий необходимой толщины. Хотя получение таких покрытий при достаточно высокой температуре, обычно составляющей более 650 С, успешно осуществляют при допустимой скорости изготовления, было доказано, что при температуре поверхности стекла менее 650 С трудно получить рентабельные покрытия при достаточной скорости изготовления. В настоящем контексте под достаточной скоростью изготовления подразумевается нанесение покрытия необходимой толщины на стекло, скорость перемещения которого предпочтительно составляет более 5 м/мин, более предпочтительно более 10 м/мин и наиболее предпочтительно более 15 м/мин, причем покрытие можно наносить на поверхность движущейся стеклянной ленты в процессе изготовления стекла, т.е. при так называемом флоат-процессе. Температура, составляющая менее 650 С, является предпочтительной для получения покрытия, поскольку в этом случае при флоат-процессе покрытие можно получить после модульной ванны, когда условия окружающей среды являются значительно менее жесткими для покрытия, чем в зоне модульной ванны. Температура, составляющая менее 650 С, является предпочтительной также для получения покрытия с помощью технологии"offline" (вне линии), поскольку максимальная температура стекла в процессе закаливания обычно составляет 650 С. В опубликованной заявке на патент Финляндии 94620, Pilkington plc and Flachglas Aktiengesellschaft от 15 апреля 1990 г. раскрыт способ покрытия стекла, в соответствии с которым по меньшей мере два газообразных реагента вступают в реакцию друг с другом, формируя покрытие на движущейся горячей стеклянной ленте. Для применения способа при промышленном получении покрытий толщиной более 200 нм в короткой зоне нанесения способ включает в себя создание первого потока первого газареагента в направлении поверхности горячего стекла, создание второго, турбулентного, потока второго газа-реагента и направление объединенного газового потока на поверхность горячего стекла в виде турбулентного потока. Способ можно применять для получения металлоксидного покрытия на горячем стекле. Представленные в публикации примеры описывают получение покрытия при скорости стеклянной ленты, составляющей 8 м/мин, и температуре стекла, составляющей 580 С. Толщина покрытия составляет от 250 до 275 нм. Во втором примере толщина покрытия слегка превышает 300 нм. На практике такая малая толщина слоя не обеспечивает достаточно низкую эмиссионную способность стекла (менее 0,2), позволяющую применять стекло в качестве низкоэмиссионного (low-e). В публикации не указаны значения эмиссионной способности или удельного поверхностного сопротивления покрытия. В описан-1 018506 ных в публикации примерах первый газ-реагент является тетрахлоридом олова в предварительно нагретом до температуры 354 С сухом воздухе, применяемом в качестве газа-носителя. Скорость подачи тетрахлорида олова составляла 84 кг/ч, и скорость подачи сухого воздуха составляла 105 м 3/ч. Второй газреагент является плавиковой кислотой, также смешанной с предварительно нагретым воздухом. Скорость подачи плавиковой кислоты составляла 34 кг/ч, и скорость подачи сухого воздуха составляла 620 м 3/ч. Газы-реагенты быстро смешивали для получения объединенного потока через напылительную камеру. Для полного окисления 84 кг тетрахлорида олова требуется приблизительно 7,3 м 3 кислорода, так что при содержании кислорода в воздухе, составляющем приблизительно 20%, можно установить, что тетрахлорид олова реагирует в загрузочной камере в среде, не содержащей избыточного кислорода для реакции окисления. Такая реакционная среда не является благоприятной для формирования слоя диоксида олова, поскольку для обеспечения проводимости предпочтительно, чтобы структура диоксида олова включала в себя дефекты, предпочтительно дефицит кислорода. В публикации US 2564708, Corning Glass Works от 21 августа 1951 г. раскрыт теплозащитный экран, отражающий низкотемпературное тепловое излучение и пропускающий высокотемпературное тепловое излучение. В основе теплозащитного экрана лежит пленка, осажденная на поверхность стеклянной пластины путем нагрева стеклянной пластины до температуры, превышающей 500 С, с помощью распыления раствора, содержащего желаемые соли металла, и напыления распыленной жидкости на поверхность стеклянной пластины для получения покрытия желаемой толщины. Желаемыми материалами для пленки являются оксид олова или оксид олова, легированный сурьмой или оксидом индия. В публикации указано, что при получении покрытия на боросиликатном стекле при температуре 700 С, получение пленки толщиной от 100 до 700 нм занимает от 10 до 20 с. В публикации не указан размер капли распыленного сырьевого раствора, но на основании толщины пленки, времени получения и температуры можно сделать заключение, что средний диаметр капли составлял несколько десятков микрон, что является характерным размером капли при получении капель с помощью обычного газового или напорного распылителя. Для получения слоя покрытия достаточной толщины, если стеклянная лента, подлежащая покрытию, движется со скоростью 5 м/мин, длина напылительной камеры должна составлять приблизительно 1 м, а при скорости 15 м/мин - до 3 м, и температура должна заметно превышать 650 С. Это делает применение описанного в публикации способа получения невыгодным при флоат-процессе и невозможным при последующей обработке стекла. В опубликованном патенте US 2566346, Pittsburgh Plate Glass Co. от 4 сентября 1951 г. раскрыт способ получения электропроводящего покрытия стекла путем применения в качестве сырьевого материала водного раствора. В этом опубликованном патенте также описан продукт на основе натриевого стекла,поверхность которого имеет электропроводящее покрытие из легированного фтором оксида олова, причем толщина покрытия составляет от 25 до 600 нм, а удельное сопротивление от 200 до 500 мкОмсм. В примерах из этой публикации описан способ получения покрытия, основанный на обычном напылении жидкого сырьевого материала на поверхность изделия. В соответствии с этими примерами слой толщиной приблизительно 75 нм был получен путем напыления в течение 5 с при скорости напыления 120 мл/мин. Удельное сопротивление полученного покрытия составило приблизительно 400 мкОмсм. Для обеспечения меньших значений удельного сопротивления необходимо более толстое покрытие. Как уже было сказано, толщина покрытия обычно должна составлять несколько сот нанометров, что делает применение способа, описанного в публикации, неэффективным при изготовлении стекла. В опубликованном патенте US 4721632, Ford Motor Company от 26 января 1988 г. описан способ снижения эмиссионной способности пленки легированного оксида олова. Однако эмиссионная способность пленок, описанная в публикации, составляет приблизительно от 0,25 до 0,29, а эти значения являются слишком высокими для высококачественного низкоэмиссионного стекла. В опубликованном патенте US 4728353, Glaverbel от 1 марта 1988 г. описано устройство для пиролитического формирования покрытия из соединений металлов на горячей стеклянной подложке. Для работы устройства необходимо регулирование газовой среды в непосредственной близости от стеклянной подложки путем подачи предварительно нагретого газа для формирования защитной среды вблизи от стеклянной подложки. Защитная среда позволяет предотвратить проникновение окружающего воздуха в зону покрытия. В публикации указано, что предварительно нагретый газ является предварительно нагретым воздухом, так что реакции формирования покрытия осуществляются в богатой кислородом среде. В публикации описана подача жидкого материала покрытия путем напыления, но не указан диаметр капли тумана. Поскольку в 1988 г. распылителей, позволяющих получить мелкие капли, не существовало, специалисту в данной области техники того времени было ясно, что диаметр капли тумана составлял несколько десятков микрон. В публикации Arthur H. Lefebvre, Atomization and Sprays, TaylorFrancis,USA, 1989 описаны другие распылители. Под словом "туман", обычно применяемым в патентных публикациях, подразумеваются капли, диаметр которых составляет приблизительно 100 мкм (указанная публикация, стр. 80), и при применении нагнетательных и пневматических распылителей описанное в публикации (в частности, стр. 201-273) распределение капель по размеру не содержит капель размером менее 10 мкм, причем характерный средний диаметр составляет от 30 до 80 мкм. Испарение такой капли возможно в течение 10 с при температуре воздуха, составляющей несколько сот градусов, как описано в публикации. Однако нагрев воздуха делает такое решение дорогостоящим, в особенности при применении большого количества воздуха, как описано в публикации. Листовое стекло с покрытием применяют в различных областях строительства, например, в качестве энергосберегающего, теплозащитного (низкоэмиссионного, т.е. low-е) стекла или самоочищающегося стекла. В первом случае стекло в основном покрыто легированным фтором оксидом олова (FTO - от англ. "fluorine tin oxide"), в последнем случае - диоксидом титана, предпочтительно в кристаллической форме анатаза. Другие распылители из предшествующего уровня техники раскрыты в публикации Huimin Liu, Science and Engineering of Droplets - Fundamentals and Applications, William Andrew Publishing, LLC, NewYork, 2000, в частности стр. 23-25. В настоящем документе приведены ссылки на эту публикацию, касающиеся диаметра капель, полученных с помощью распылителей из предшествующего уровня техники. В опубликованном патенте US 7008481 В 2 от 7 марта 2006 г., Innovative Thin Films, Ltd. описаны способ и устройство для получения однородного пиролитического покрытия. Устройство, описанное в публикации, удаляет крупные капли из капельножидкого тумана, в результате чего повышается однородность покрытия. В публикации не указан размер жидких капель, но имеется ссылка на распылители из предшествующего уровня техники, в соответствии с которой можно предположить, что размер капли составляет более 10 мкм. В публикации также упомянуты электростатические и ультразвуковые распылители, но эти распылители имеют низкую производительность и, таким образом, непригодны для покрытия листового стекла, требующего получения большого количества капель. В опубликованном патенте US 5882368 от 16 марта 1999 г., Vidrio Piiano De Mexico, S.A. DE C.V. описан способ и устройство для покрытия горячей стеклянной подложки мелкокапельным туманом. Капли тумана получают с помощью множества ультразвуковых распылителей. В описании публикации раскрыто получение капель с помощью ультразвукового распылителя частотой 1 МГц, создающего капли диаметром менее 10 мкм, обычно 5 мкм. Температура стеклянной ленты, на которую наносят покрытие, составляет от 580 до 610 С. Недостаток предшествующего уровня техники состоит в том, что горячую стеклянную ленту следует покрывать при температуре, составляющей по меньшей мере приблизительно 580 С, следовательно на практике узел нанесения покрытия должен быть расположен, например, на линии производства листового стекла (флоат-линии), в модульной ванне или непосредственно после нее, что повышает стоимость устройства. Другой недостаток предшествующего уровня техники состоит в том, что нанесение покрытия занимает сравнительно много времени. Недостатком предшествующего уровня техники является отсутствие способа эффективного получения покрытия из жидких сырьевых материалов на поверхности стекла, при котором степень окисления покрытия меньше, чем степень окисления полностью окисленного покрытия. Предпочтительно покрытие следует наносить со скоростью получения или обработки стеклянного продукта, такого как листовое стекло, при температуре не более 650 С. В предшествующем уровне техники для получения достаточно мелких капель, позволяющих изготовить высококачественное покрытие, применяли электростатические и ультразвуковые распылители. Однако недостаток электростатических и ультразвуковых распылителей состоит в их непригодности для высокоскоростного производства, что также отмечено в публикации Huimin Liu, Science and Engineering of Droplets - Fundamentalsand Applications, William Andrew Publishing, LLC, New York, 2000. Кроме того, электростатическое и ультразвуковое распыление требует применения отдельного газа-носителя, который не смешивается непосредственно с каплями при распылении. При покрытии, основанном на ультразвуковом или электростатическом распылении, капли переносят в напылительную камеру, и при переносе часть материала может высохнуть или в результате реакции превратиться в твердые частицы, как описано в публикацииUS 5882368. По меньшей мере часть этих продуктов реакции и твердых частиц оказывается в покрытии,что приводит к мутности последнего. Кроме того, эти реакции газовой фазы снижают эффективность применения материала в процессе. Пневматические распылители из предшествующего уровня техники, в свою очередь, могут обеспечить достаточный выход материала для получения покрытия на движущейся стеклянной ленте, но размер капель, образованных этими известными пневматическими распылителями,является слишком большим для получения высококачественного покрытия. Сущность изобретения Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для его осуществления, способных устранить указанные недостатки. Решение задач настоящего изобретения осуществляется с помощью устройства в соответствии с отличительной частью п.1 формулы изобретения, характеризующегося тем, что распылитель содержит также один или более ограничителей потока для изменения гидродинамических свойств потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки,таким образом, чтобы уменьшить размер капель капельной струи. Решение задачи настоящего изобретения также осуществляется с помощью устройства в соответствии с отличительной частью п.9 формулы изобретения, отличающегося тем, что устройство содержит также один или более ограничителей потока для изменения гидродинамических свойств потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки,таким образом, чтобы уменьшить размер капель капельной струи до ее переноса на поверхность стекла. Решение задачи настоящего изобретения также осуществляется с помощью способа в соответствии с отличительной частью п.23 формулы изобретения, характеризующегося тем, что он включает следующие этапы: распыление с получением аэрозоля, выходящего из распылительной головки распылителя по меньшей мере одного жидкого сырьевого материала с помощью по меньшей мере одного газового распылителя; уменьшение размера капель аэрозоля, выходящего из распылительной головки распылителя, путем изменения гидродинамических свойств потока аэрозоля с помощью ограничителей потока и перенос аэрозоля на поверхность стеклянного продукта, причем аэрозоль вступает в реакцию, создавая покрытие на поверхности стеклянного продукта. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Настоящее изобретение основано на пневматическом или газовом получении или распылении капельной струи или аэрозоля, состоящего по меньшей мере из одного жидкого сырьевого материала, путем получения капель капельной струи или аэрозоля со средним размером 3 мкм или менее, предпочтительно 1 мкм или менее. Получение мелких капель в соответствии с настоящим изобретением основано на неожиданном наблюдении, что воздействие ограничителями потока на капельную струю или аэрозоль, полученные с помощью пневматического распылителя, при достаточной скорости потока капельной струи или аэрозоля позволяет получить аэрозоль со средним диаметром жидких капель менее 3 мкм и предпочтительно менее 1 мкм. Это можно осуществить, например, путем подачи аэрозоля, полученного с помощью газового распылителя, в трубу, содержащую множество ограничителей потока, расположенных внутри трубы, благодаря чему можно получить туман с очень мелкими каплями, если капельногазовая смесь, т.е. аэрозоль, перемещается по трубе с достаточной скоростью. Ограничители потока применяют для изменения гидродинамических свойств полученного аэрозоля так, чтобы уменьшить средний размер капель аэрозоля. Принцип настоящего изобретения может применяться, например, при покрытии стеклянного продукта при температуре менее 650 С. В таком случае можно получить покрытие на стеклянном продукте,который может являться, например, стеклянной лентой, движущейся при флоат-процессе. При флоатпроцессе расплавленное стекло течет сначала по поверхности расплавленного олова, после чего его поднимают на роликовый конвейер, и оно течет дальше в охлаждающую печь. Наиболее предпочтительным местом для покрытия стеклянной ленты является участок между модульной ванной и охлаждающей печью, где температура стекла обычно составляет от 630 до 530 С. Горячим стеклянным продуктом также может являться стеклянный продукт, например, движущийся в процессе закаливания стекла. При закаливании стекла стеклянный продукт сначала нагревают обычно до температуры приблизительно 650 С,после чего поверхность продукта быстро охлаждают воздушными струями. Стеклянный продукт также может быть нагрет до температуры от 500 до 650 С в отдельном устройстве вне линии для нанесения покрытия в соответствии с настоящим изобретением. Распыляемым жидким сырьевым материалом может являться, например, соль металла, растворенная в воде или спирте. Предпочтительным является спирт или другие экзотермические жидкости, поскольку они не поглощают технологическое тепло, как это делает вода. Соль предпочтительно может являться нитратом, поскольку нитраты обычно хорошо растворяются в воде и спирте. Спиртом предпочтительно является метанол. Металлы для функциональных покрытий предпочтительно включают в себя олово, фтор, сурьму, индий, цинк и алюминий, которые применяют для получения электропроводящих покрытий (покрытие из легированного оксида олова или легированного оксида цинка, сурьму можно применять для получения покрытий, обладающих свойством поглощения солнечного излучения, т.е. свойством так называемого "контроля солнечного излучения"), ванадий, применяемый для получения электрохромного покрытия (покрытие из кислород-дефицитного оксида ванадия VO2), и кремний, применяемый для получения покрытия с регулируемым показателем преломления (покрытие из кислороддефицитного оксида кремния SiOx). Металлсодержащий жидкий сырьевой материал может также являться, например, раствором тетрахлорида олова, тетрахлорида кремния (SiCl4), тетрахлоридом олова (SnCl4),монобутил-хлоридом олова (МВТС), трифторуксусной кислотой (TFA), фтористым водородом (HF) и т.п. Предпочтительными являются сырьевые материалы, имеющие высокое давление пара при комнатной температуре. Металлсодержащий сырьевой материал может также являться коллоидным раствором,например коллоидным кремнеземом. В этом случае характерный диаметр частиц коллоидного оксида металла составляет менее 100 нм. Обычно стеклянные продукты, описанные в настоящей заявке, имеют покрытие, по существу, состоящее из кислород-дефицитного оксида металла, который может быть легированным или нелегированным. Предпочтительно электропроводящие металлоксидные покрытия имеют дефекты структуры кристаллов, обеспечивающие проводимость покрытия. Обычно, таким дефектом кристаллов является дефицит кислорода в кристаллической структуре. Электрохромные покрытия в основном состоят из оксида ванадия VO2, который можно получить при окислении ванадия только в условиях дефицита кислорода. При большем количестве кислорода ванадий окисляется до V2O5, не обладающего электрохромны-4 018506 ми свойствами. Покрытие с регулируемым показателем преломления состоит из кислород-дефицитного оксида кремния SiOx, причем 1 х 2. Покрытие может также являться полностью кислород-дефицитным соединением, таким как фторид магния MgF2, который образует поглощающее покрытие с низким показателем преломления. Для получения кислород-дефицитного металлоксидного покрытия кислороддефицитную газовую среду создают в напылительной камере путем подачи в нее инертного или восстановительного газа, например, по меньшей мере, азота, диоксида углерода, оксида углерода, водорода,метана или пропана. Наиболее предпочтительно применять эту подачу газа также для распыления жидкого сырьевого материала. В некоторых областях применения покрытий, например при изготовлении электропроводящих покрытий солнечных элементов, покрытие предпочтительно содержит также мелкие частицы, диаметр которых составляет, как правило, менее 200 нм. Такие частицы рассеивают свет, и благодаря малому размеру частиц основная часть рассеивания направлена вперед, в результате чего солнечный элемент может более эффективно накапливать солнечную энергию. Такие мелкие частицы можно получать в покрытии,так же, как и в сырьевом материале, например, путем применения в качестве сырья раствора, также содержащего коллоидные частицы. Предпочтительно частицы и покрытие состоят из одного и того же материала. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно позволяет получать мелкие капли диаметром 3 мкм или менее. Мелкие капли предпочтительны для процесса, поскольку скорость их диффузии в напылительной камере значительно выше, чем скорость диффузии обычных капель тумана. Мелкие капли быстрее испаряются, что повышает скорость процесса. Поскольку гравитация меньше влияет на мелкие капли, чем на капли тумана, на поверхности стекла, подлежащего покрытию, не образуется дефектов, которые образуются из-за осаждения на поверхность под действием гравитации капель тумана. Поскольку масса жидкой капли размером,например, 1 мкм составляет только одну тысячную от массы жидкой капли размером 10 мкм, более мелкая жидкая капля испаряется и сгорает в процессе пиролиза значительно быстрее, чем крупная, что позволяет получить покрытие при более низкой температуре и/или с большей скоростью. Кроме того, поскольку эти мелкие капли могут быть получены пневматически, например с помощью газового распылителя, можно обеспечить высокую производительность в сочетании с получением мелких капель, что не представлялось возможным в соответствии с предшествующим уровнем техники. Кроме того, не требуется применение отдельного газа-носителя, что упрощает изготовление устройств. Также раствор в соответствии с настоящим изобретением, в котором размер капель капельной струи или аэрозоля уменьшен с помощью ограничителей потока, позволяет сузить распределение частиц по размеру в капельной струе или аэрозоле, которое в газовых распылителях предшествующего уровня техники является широким. Краткое описание графических материалов Ниже настоящее изобретение будет описано подробно в связи с предпочтительными вариантами осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 представлен распылитель в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; на фиг. 2 - типичное распределение капель по размеру в тумане, полученном с помощью распылителя в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 3 - устройство в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, обеспечивающее получение кислород-дефицитного покрытия на поверхности стеклянного продукта; на фиг. 4 - устройство в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения,также обеспечивающее получение наночастиц в покрытии с помощью пламенного процесса с впрыском жидкости; на фиг. 5 - устройство в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения,обеспечивающее получение наночастиц в покрытии путем зародышеобразования частиц вблизи от поверхности стеклянного продукта. Подробное описание изобретения На фиг. 1 представлен распылитель в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Жидкий сырьевой материал подают из трубопровода 14 в распылитель, который изготавливает ультрамелкие жидкие капли. Сырьевой материал представляет собой комбинацию монобутил-хлорид олова (МВТС) -трифторуксусная кислота (TFA) - метанол с массовым отношением 3:1:5. Скорость подачи сырьевого материала составляет 20 мл/мин. В качестве распыляющего газа в газопровод 8 подают азот N2. Уравнительная камера 30 и ограничители 32 потока равномерно распределяют поток азота вокруг трубопровода 14 жидкости, в результате чего жидкость распыляется каплями в распылительном сопле 34. Объемный расход газообразного азота составляет приблизительно 20 л/мин. Аэрозоль, распыляемый из распылительного сопла 34, т.е. из распылительной головки 34, имеет капли относительно большого размера. По мере продвижения потока аэрозоля ограничители 36 потока изменяют гидродинамические свойства потока аэрозоля и неожиданно изменяют размер капель аэрозоля на ультрамалый. Этот механизм основан на энергии столкновения, а также на изменении давления, вызванном ограничителями 36 потока. Иными словами, ограничители 36 потока установлены таким обра-5 018506 зом, что капли аэрозоля, выходящие из распылительной головки 34, сталкиваются с одним или более ограничителей 36 потока и/или друг с другом для уменьшения размера капель аэрозоля. Кроме того или альтернативно, ограничители 36 потока установлены таким образом, что они вызывают изменение давления и/или дросселирование потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки 34, для уменьшения размера капель аэрозоля. Таким образом, из сопла выходят ультрамелкие капли 17, распределение которых по размеру представлено на фиг. 2. Затем ультрамелкие капли направляют на поверхность стекла 2, температура которой в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения составляет 500 С. Капли пиролизуются на поверхности стекла 2, в результате чего на поверхности образуется покрытие Р из легированного фтором оксида олова. В соответствии с вышесказанным устройство для получения аэрозоля содержит по меньшей мере один газовый распылитель 6 для распыления жидкости 3 с получением аэрозоля с помощью газа в распылительной головке 34 распылителя 6. Распылитель 6 содержит по меньшей мере один трубопровод 14 жидкости для подачи по меньшей мере одной жидкости 3 для распыления в распылительной головке 34 и по меньшей мере один газопровод 8 для подачи по меньшей мере одного газа в распылительную головку 34 для распыления жидкости с получением аэрозоля. Распыляющий газ распыляет жидкость 3 с получением аэрозоля в распылительной головке 34, в частности, благодаря разности скоростей между распыляющим газом и жидкостью 3, выходящими в распылительную головку 34. Распылитель 6 содержит также один или более ограничителей 36 потока для изменения гидродинамических свойств, таких как, например, скорость и давление потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки 34, таким образом, чтобы уменьшить размер капель в капельной струе. Распылитель 6 может содержать распылительную камеру 35, снабженную ограничителями 36 потока и соединенную по потоку с распылительной головкой 34. Распылительная камера 35 по фиг. 1 имеет трубчатую форму, но она также может иметь другую форму. В ней может находиться один или более ограничителей 36 потока, и они могут быть расположены последовательно, рядом или другим соответствующим образом относительно друг друга. Ограничители 36 потока могут, например, направлять, замедлять или дросселировать поток аэрозоля. В соответствии с фиг. 1 ограничители 36 потока расположены во внутренних стенках распылительной камеры 35 таким образом, что они выступают из внутренних стенок в распылительную камеру 35. Ограничители 36 потока предпочтительно расположены таким образом, чтобы приводить капли аэрозоля, выходящие из распылительной головки 34, в столкновение с одним или более ограничителей 36 потока и/или друг с другом для уменьшения размера капель капельной струи. Кроме того или альтернативно, ограничители 36 потока расположены таким образом, чтобы вызывать изменение давления и/или дросселирование потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки 34, для уменьшения размера капель капельной струи. С помощью ограничителей 36 потока можно получить капли аэрозоля, выходящего из распылителя 6, со средним аэродинамическим диаметром, составляющим 3 мкм или менее, предпочтительно 1 мкм или менее. На фиг. 3 представлено устройство в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 1 применяют для получения покрытия Р на движущейся горячей стеклянной ленте 2. Покрытие Р получают по меньшей мере из одного жидкого сырьевого материала 3. Подающее устройство 5 для жидкого сырьевого материала 3, состоящее из герметичной емкости 10, внутри которой находится бутыль 11, содержащая жидкий сырьевой материал, соединено с корпусом 4 устройства. Газ под давлением подают в сосуд 10 из линии 12, давление в которой регулируется с помощью регулятора 13 давления. Необходимое давление устанавливается в соответствии с применяемым распылителем 6 и обычно составляет от 0,1 до 100 бар. Жидкий сырьевой материал 3 течет по линии 14 и через расходомер 15 в распылитель 6. Кроме того, поток газа направляют в распылитель 6 по трубопроводу 8 и через регулятор 16 расхода. Конструкция распылителя 6 более подробно описана в связи с фиг. 1. Распылитель 6 распыляет жидкий сырьевой материал каплями 17 со средним диаметром менее 3 мкм для получения аэрозоля с помощью ограничителей 36 потока. В соответствии с альтернативными вариантами осуществления изобретения ограничители 36 потока установлены не в распылителе 6, а как отдельная часть в пространстве между распылителем 6 и стеклом, таким образом, что ограничители 36 потока находятся на траектории движения аэрозоля, выходящего из распылителя 6, когда он перемещается на поверхность стекла 2. Распылитель 6 расположен в камере 7, по существу, отделяя внутреннюю газовую среду камеры от окружающей среды. Инертный или восстановительный газ подают в камеру 7 из газопровода, предпочтительно являющегося газопроводом 8, применяемым для распыления жидкого сырьевого материала. Специалисту в данной области техники ясно, что газ также можно подводить в камеру из другого места и что может иметься более одного газового и подающего трубопроводов. Движущаяся горячая стеклянная лента 2 входит в напылительную камеру из модульной ванны 9 флоат-линии, причем температура стеклянной ленты 2, когда она поднимается из ванны, составляет не более 650 С. На фиг. 4 представлено устройство 18 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, позволяющее получать также наночастицы 19 в покрытии Р с помощью пламенного процесса с впрыском жидкости. Устройство 18 содержит средства 20 для подачи части жидкого сырьево-6 018506 го материала 3, подлежащего распылению, в пламенную горелку 21 с впрыском жидкости, производящую частицы 19 со средним диаметром менее 200 нм, которые направляют на поверхность стеклянного продукта 2. Горючий газ из трубопровода 22 и окисляющий газ из трубопровода 23 также подают в пламенную горелку 21 с впрыском жидкости. Устройство 18 по фиг. 4 сконструировано для выращивания частиц 19 на поверхности стеклянного продукта 2 для получения покрытия Р, но устройство 18 также может быть сконструировано для выращивания частиц 19 на поверхности стеклянного продукта 2 после получения покрытия Р. Кроме того, следует заметить, что для получения частиц необязательно применять жидкий сырьевой материал 3, частицы также можно получать из другого жидкого сырьевого материала. На фиг. 5 представлено устройство 23 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, также позволяющее получать наночастицы 19 в покрытии. Устройство 23 содержит средства 24 для переноса части жидкого сырьевого материала, подлежащего распылению, в распылитель 6 для получения мелких капель 17. Альтернативно, мелкие капли 17 получают с помощью распылителя 6 и отдельных ограничителей 36 потока. Затем мелкие капли 17 подают в термический реактор 25, в котором испаряется содержащийся в каплях металл. Окисляющий газ также подают в термический реактор 25 из трубопровода 26 через регулятор 27 расхода. Окисляющий газ вступает в реакцию с испаренным металлом, создавая оксид металла, образующий зародышевые наночастицы 19 со средним диаметром приблизительно 50 нм, которые переносят на поверхность стеклянного продукта 2. Устройство 23 по фиг. 5 сконструировано для выращивания частиц 19 на поверхности стеклянного продукта 2 после получения покрытия Р, но устройство 23 также может быть сконструировано для выращивания частиц 19 на поверхности стеклянного продукта 2 до получения покрытия Р. Термический реактор 25 предпочтительно является горелкой или пламенем, полученным с помощью горючего и окисляющего газов. Следует также заметить, что в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения термический реактор 25 может находиться в любом из распылителей 6 в соответствии с изобретением, если устройство содержит один или более распылителей 6. Кроме того, в распылителе 6, содержащем термический реактор 25,необязательно применять тот же жидкий сырьевой материал, что и в распылителе (распылителях), переносящих материал покрытия в виде жидких капель на поверхность стеклянного продукта 2. Жидкий сырьевой материал, применяемый в способе в соответствии с настоящим изобретением,может являться смесью, эмульсией или коллоидным раствором. Под эмульсией подразумевается смесь по меньшей мере двух, по существу, несмешиваемых жидкостей. Под коллоидным раствором подразумевается раствор, состоящий из двух разных фаз: дисперсной фазы и непрерывной фазы. Дисперсная фаза содержит мелкие частицы или капли, равномерно распределенные в непрерывной фазе. Иными словами, коллоидный раствор является раствором, содержащим коллоидные частицы. Ниже способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением будут описаны с помощью примеров. Пример 1. Получение покрытия из легированного фтором оксида олова. Покрытие из легированного фтором оксида олова получали в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по фиг. 3. Жидкий сырьевой материал 3 представлял собой раствор, содержащий, в мас.д., 30 ч. метанола (МеОН), 20 ч. монобутил-хлорида олова (MBTS, CAS-номер 118-463) и 9 ч. трифторуксусной кислоты (TFA, CAS-номер 76-05-1). Бутыль 11, содержащую жидкий сырьевой материал, помещали в напорный бак 10, в котором с помощью газообразного азота (N2), подаваемого через регулятор 13 из линии 12, создавали давление 3 бар. Жидкий сырьевой материал 3 под давлением поступал через линию 14 и расходомер 15 в распылитель 6. Величина расхода составляла 150 мл/мин на 1 м ширины распылителя. Стеклянный продукт 2 нагревали в печи 9 до температуры 550 С, после чего стеклянный продукт перемещали под напылительной камерой 7 со скоростью 3 м/мин. После нанесения покрытия стеклянный продукт 2 с покрытием Р помещали в печь для отжига при температуре 500 С, и продукт медленно остывал до комнатной температуры. Измерения, проведенные с помощью универсального источника-измерителя SourceMeter Keithley 2400, снабженного измерительной головкой Alessi CPS-05, показали, что удельное поверхностное сопротивление тонкого слоя стеклянного продукта составило менее 20 Ом/квадрат. Измерения эмиссионной способности, проведенные с помощью измерителя эмиссионной способности Mk2 (от компании StenLfving Optical Sensors, Швеция), показали, что эмиссионная способность покрытия Р составляла от 0,09 до 0,14. Пример 2. Получение покрытия из легированного фтором оксида олова, имеющего высокое значение матовости. Покрытие из легированного фтором оксида олова получали в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по фиг. 4. Жидкий сырьевой материал 3 представлял собой раствор, содержащий, в мас.д., 30 ч. метанола(TFA, CAS-номер 76-05-1). Бутыль 11, содержащую жидкий сырьевой материал, помещали в напорный бак 10, в котором с помощью газообразного азота (N2), подаваемого через регулятор 13 из линии 12, создавали давление 3 бар. Жидкий сырьевой материал 3 под давлением поступал через линию 20 в пламен-7 018506 ное сопло 21 с впрыском жидкости. Величина расхода составляла 30 мл/мин на 1 м ширины пламенного сопла 21 с впрыском жидкости. Из трубопровода 22 в пламенное сопло 21 с впрыском жидкости также поступал газообразный азот (N2), причем расход составлял 300 л/мин на 1 м ширины пламенного сопла 21 с впрыском жидкости, и из трубопровода 23 поступал газообразный кислород (О 2) при расходе 100 л/мин на 1 м ширины пламенного сопла 21 с впрыском жидкости. С помощью пламенного сопла 21 с впрыском жидкости из сырьевого материала 3 получали содержащие олово и фтор частицы оксида, причем средний диаметр частиц составлял менее 100 нм, и часть их попадала на поверхность стеклянного продукта 2. Сырьевой материал 3 под давлением поступал через линию 14 и расходомер 15 в распылитель 6. Величина расхода составляла 150 мл/мин на 1 м ширины распылителя. Из линии 8 газообразный азот (N2) подавали через регулятор 16 расхода, причем величина расхода составляла 500 л/мин на 1 м ширины распылителя. Стеклянный продукт 2 нагревали в печи 9 до температуры 550 С, после чего стеклянный продукт сначала перемещали под пламенным соплом 21 с впрыском жидкости, а затем под напылительной камерой 7 со скоростью 3 м/мин. После нанесения покрытия стеклянный продукт 2, покрытый наночастицами и покрытием Р, помещали в печь для отжига при температуре 500 С, и продукт медленно остывал до комнатной температуры. Матовость продукта с покрытием измеряли в соответствии со стандартом ASTM D 1003, и измеренное значение составило от 5 до 10%. Пример 3. Получение покрытия из оксида ванадия. Покрытие из оксида ванадия VO2 получали в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по фиг. 3. Жидкий сырьевой материал 3 представлял собой раствор, содержащий, в мас.д.,30 ч. метанола (МеОН) и 20 ч. тетрахлорида ванадия (VCl4, CAS-номер 7632-51-1). Бутыль 11, содержащую жидкий сырьевой материал, помещали в напорный бак 10, в котором с помощью газообразного азота (N2), подаваемого через регулятор 13 из линии 12, создавали давление 3 бар. Жидкий сырьевой материал 3 под давлением поступал через линию 14 и расходомер 15 в распылитель 6. Величина расхода составляла 100 мл/мин на 1 м ширины распылителя. Из линии 8 через регулятор 16 расхода подавали газообразный азот (N2) при расходе 500 л/мин на 1 м ширины распылителя. Стеклянный продукт 2 нагревали в печи 9 до температуры 550 С, после чего стеклянный продукт перемещали под напылительной камерой 7 со скоростью 3 м/мин. После нанесения покрытия стеклянный продукт 2 с покрытием Р помещали в печь для отжига при температуре 500 С, и продукт медленно остывал до комнатной температуры. Пример 4. Получение покрытия из SiOx. Покрытие из кислород-дефицитного легированного углеродом SiOx получали в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по фиг. 3. Жидкий сырьевой материал 3 представлял собой раствор, содержащий, в мас.д., 20 ч. метанола (МеОН) и 20 ч. тетрахлорида кремния (SiCl4, CASномер 10026-04-7). Бутыль 11, содержащую жидкий сырьевой материал, помещали в напорный бак 10, в котором с помощью газообразного азота (N2), подаваемого через регулятор 13 из линии 12, создавали давление 3 бар. Жидкий сырьевой материал 3 под давлением поступал через линию 14 и расходомер 15 в распылитель 6. Величина расхода составляла 100 мл/мин на 1 м ширины распылителя. Из линии 8 через регулятор 16 расхода подавали газообразный азот (N2) при расходе 800 л/мин на 1 м ширины распылителя. Стеклянный продукт 2 нагревали в печи 9 до температуры 550 С, после чего стеклянный продукт перемещали под напылительной камерой 7 со скоростью 3 м/мин. После нанесения покрытия стеклянный продукт 2 с покрытием Р помещали в печь для отжига при температуре 500 С, и продукт медленно остывал до комнатной температуры. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что по мере развития технологии принцип настоящего изобретения может быть осуществлен различными способами. Изобретение и варианты его осуществления не ограничены приведенными примерами и могут меняться без отклонения от сущности настоящего изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для получения аэрозоля, содержащее по меньшей мере один газовый распылитель (6) для распыления жидкости (3) с получением аэрозоля с помощью газа в распылительной головке (34) распылителя (6), распылительную камеру (35), которая соединена по потоку с распылительной головкой(34) и в которой установлены ограничители (36) потока, выполненные с возможностью изменения гидродинамических свойств потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34), где ограничители (36) потока установлены во внутренних стенках распылительной камеры (35) таким образом, что они выступают из внутренних стенок внутрь распылительной камеры (35). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распылитель (6) содержит трубопровод (14) жидкости для подачи по меньшей мере одной жидкости (3), подлежащей распылению, в распылительную головку(34) и по меньшей мере один газопровод (8) для подачи в распылительную головку (34) газа для распыления жидкости. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распылительная камера (35) имеет трубчатую форму. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что ограничители (36) потока установлены таким образом, что капли аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34),сталкиваются с одним или более ограничителями (36) потока и/или друг с другом для уменьшения размера капель аэрозоля. 5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что ограничители (36) потока установлены таким образом, что создают изменение давления и/или дросселирование потока аэрозоля, выходящего из распылительной головки (34), для уменьшения размера капель аэрозоля. 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что ограничители (36) потока установлены таким образом, что средний аэродинамический диаметр капель аэрозоля, выходящего из распылителя (6), составляет 3 мкм или менее, предпочтительно 1 мкм или менее.

МПК / Метки

МПК: C03C 17/25, B05D 1/02, B05B 1/26, B05D 1/08, B05B 7/00

Метки: аэрозоля, стекла, способ, получения, устройство, покрытия

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-18506-ustrojjstvo-dlya-polucheniya-aerozolya-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-pokrytiya-stekla.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство для получения аэрозоля, способ и устройство для покрытия стекла</a>

Похожие патенты