熱敏陶瓷電加熱玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱敏陶瓷電加熱玻璃及其制備方法，屬于具有電加熱功能的玻璃技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)建筑節(jié)能政策的推出與實(shí)施，以及老百姓節(jié)能減排意識(shí)和社會(huì)客觀節(jié)能需求的提高，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策一直將節(jié)能玻璃作為重點(diǎn)支持與鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)品。建筑物通過(guò)窗戶散失的能量不低于建筑總耗量的50%，而通過(guò)玻璃散失的能量又占整個(gè)窗戶散失能量的70%以上。
[0003]在正常情況下，室內(nèi)能量的流失大多在窗戶位置。不僅表現(xiàn)在夏天的空調(diào)制冷上，也同時(shí)表現(xiàn)在冬天的室內(nèi)采暖方面。為了能使寒冬季節(jié)減少室內(nèi)熱量流失并能同時(shí)向室內(nèi)輸送熱量補(bǔ)償消耗，人們發(fā)明了諸多能持續(xù)加熱的中空玻璃窗，其中主要為導(dǎo)熱絲和薄膜法兩類。
[0004]其中導(dǎo)熱絲法包括在中空玻璃第二面或第三面設(shè)計(jì)排列導(dǎo)電金屬加熱絲(如申請(qǐng)?zhí)枮?00720101189.9的專利所示)和在PVB膠中夾導(dǎo)熱絲、高溫油墨、彩晶絲印等，并置于兩層玻璃基片之間形成夾層玻璃(如申請(qǐng)?zhí)枮?01110276730.0,200920182472.8的專利所示)，這類導(dǎo)熱絲法制備的加熱玻璃均存在影響玻璃表面顏色、玻璃表面視覺(jué)受干擾、生產(chǎn)涉及有機(jī)化學(xué)物污染等問(wèn)題。
[0005]薄膜法包括在玻璃表面鍍一層導(dǎo)電加熱薄膜，并將其設(shè)置在中空玻璃從室內(nèi)向室外的第二面，通過(guò)持續(xù)通電，來(lái)達(dá)到加熱目的，如申請(qǐng)?zhí)枮?00520066772.1、201210065335.2的專利所示。這類方法存在所鍍膜層耐候性差、膜層質(zhì)量穩(wěn)定性不好、長(zhǎng)時(shí)間加熱玻璃顏色容易受影響等問(wèn)題。
[0006]以上所述電加熱玻璃均需要使用自動(dòng)控制器編程控制連接電加熱體的電源，同時(shí)需要配套的溫度傳感器等附屬設(shè)備(如申請(qǐng)?zhí)枮?01120389393.1的專利所示)，存在不利于加熱玻璃的安裝及后續(xù)維護(hù)等問(wèn)題。
[0007]半導(dǎo)體電熱膜(SemiconductorElectroheating Film，簡(jiǎn)稱 SEHF)，又稱金屬氧化物電熱膜，是能緊密結(jié)合在電介質(zhì)表面上，通電后成為面狀熱源的薄膜狀半導(dǎo)體電熱材料，它具有熔點(diǎn)高、硬度大、電阻低、熱效率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，特別是耐酸和堿，在加熱過(guò)程中無(wú)明火的特性，在電熱領(lǐng)域受到人們的重視。通過(guò)工藝、成分控制等手段，半導(dǎo)體加熱膜可以實(shí)現(xiàn)依靠薄膜自身特性控制溫度，成為安全的“智能”型發(fā)熱材料，它是近一段時(shí)期導(dǎo)熱膜發(fā)熱體的主要研宄方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種熱敏陶瓷電加熱玻璃及其制備方法，將半導(dǎo)體電熱膜技術(shù)引入電加熱玻璃，采用磁控濺射工藝，制作出其具有智能化加熱效果，可自動(dòng)根據(jù)環(huán)境溫度控制電加熱玻璃狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，同時(shí)兼顧高透明、恒溫加熱、除霜除霧等效果。
[0009]本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種熱敏陶瓷電加熱玻璃，包括基底片，并在所述基底片表面形成電加熱功能膜，所述電加熱功能膜由依次采用磁控濺射工藝形成的離子阻擋層、熱敏半導(dǎo)體透明加熱層和保護(hù)層組成。
[0011]這種熱敏半導(dǎo)體透明加熱層即是一種半導(dǎo)體電熱膜在電加熱玻璃中的應(yīng)用，同時(shí)為了兼顧電加熱玻璃的穩(wěn)定性和透光性，在其兩面還分別添加了離子阻擋層和保護(hù)層。
[0012]本發(fā)明所應(yīng)用的濺射技術(shù)工藝是一種物理氣相沉積，是制備膜材料的重要方法之一，它是利用帶電荷的粒子在電場(chǎng)中加速后具有一定動(dòng)能的特點(diǎn)，將離子引向欲被濺射的物質(zhì)制成的靶電極(陰極)，并將靶材原子濺射出來(lái)使其沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)到襯底并最終在襯底上沉積成膜的方法。磁控濺射是把磁控原理與普通濺射技術(shù)相結(jié)合利用磁場(chǎng)的特殊分布控制電場(chǎng)中的電子運(yùn)動(dòng)軌跡，以此改進(jìn)濺射的工藝。
[0013]所述基底片為超白玻璃、普通玻璃、著色玻璃中的一種，其厚度為3-10_。
[0014]所述離子阻擋層為硅氧化物、鋅氧化物、鈦氧化物、錫氧化物和鋅鋁氧化物中的一種所形成的層結(jié)構(gòu)，其厚度為10?30nm。
[0015]所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層為二硼化鈦摻碳化硅、氧化鋯、氮化鋁中的一種或多種所形成的層結(jié)構(gòu)；或者鈦酸鋇摻氧化鑭、氧化鈮、氧化釔中的一種或多種所形成的層結(jié)構(gòu)，其厚度為30?200nmo
[0016]所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層的更優(yōu)選厚度為80?120nm。
[0017]所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層具體混合方式為:以二硼化鈦為基礎(chǔ)料，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層總混合料的0.1?15%的碳化硅、氧化鋯、氮化鋁中的一種或多種，余量為混合輔助劑；或者以鈦酸鋇為基礎(chǔ)料，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層總混合料的0.2?20%的氧化鑭、氧化鈮、氧化釔中的一種或多種，余量為混合輔助劑。
[0018]所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層的居里溫度為25?50°C，額定電壓范圍在0-380V，擊穿電壓彡500V。
[0019]所述保護(hù)層為硅的氮化物、硅的氧化物、鈦的氧化物和氧化鋅錫中的一種所形成的層結(jié)構(gòu)，其厚度為O?50nm ;其中最優(yōu)選的厚度為35nm。
[0020]本發(fā)明還公開(kāi)了這種熱敏陶瓷電加熱玻璃的制備方法，是通過(guò)以下的步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0021](I)制備熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶材:以二硼化鈦為基礎(chǔ)料，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層總混合料的0.1?15%的碳化硅、氧化鋯、硼氮化鋁中的一種或多種，余量為混合輔助劑；或者以鈦酸鋇為基礎(chǔ)料，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)占所述熱敏半導(dǎo)體透明加熱層總混合料的0.2?20%的氧化鑭、氧化鈮、氧化釔中的一種或多種，余量為混合輔助劑，在真空或保護(hù)氣氛中1000?1800°C熱壓燒結(jié)I?6h，將得到的燒結(jié)材料進(jìn)行機(jī)械切割、打磨、拋光等后處理后，得到熱敏半導(dǎo)體透明加熱材料靶材；
[0022](2)磁控濺射工藝制備電加熱功能膜:將清洗潔凈的基底片放入磁控濺射區(qū)，在真空條件下，通入保護(hù)氣體，并且:
[0023]磁控濺射將離子阻擋層靶材沉積在基底片表面形成厚度為10?30nm的離子阻擋層；
[0024]磁控濺射將步驟(I)制備的熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶材在離子阻擋層表面形成厚度為30?200nm的熱敏半導(dǎo)體透明加熱層；
[0025]磁控濺射將保護(hù)層靶材沉積在熱敏半導(dǎo)體透明加熱層表面形成厚度為O?50nm的保護(hù)層；
[0026](3)電極的制備:在制備完成的電加熱功能膜表面兩端分別涂覆粘接2?1mm寬的電極，在電極端部歐姆接觸引出用于連接電源正負(fù)極的導(dǎo)線，最后在電極表面涂覆絕緣膜。
[0027]在步驟(I)中，所述混合輔助劑包括粘結(jié)劑、固化劑、活化劑、潤(rùn)滑松散劑、增強(qiáng)劑等，該混合輔助劑為市售產(chǎn)品，根據(jù)工藝需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)選擇合適的混合輔助劑，從而使得到的熱敏半導(dǎo)體透明加熱材料靶材更加適用于下一步驟的磁控濺射工藝。
[0028]所述步驟⑶中的電極是電阻率小于1Χ10_5Ω.cm的電極材料，通常為導(dǎo)電銀漿、金屬銅帶、金屬銀帶、涂錫帶等。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:
[0030]1.本發(fā)明采用磁控濺射制備的納米級(jí)電加熱功能膜表面均勻，因此不存在加熱不均或影響觀察效果的問(wèn)題，高透明度，加熱均勻。
[0031]2.本發(fā)明制備的熱敏半導(dǎo)體透明加熱層是將半導(dǎo)體電熱膜技術(shù)引入電加熱玻璃，使電加熱玻璃有了智能化加熱效果，可以自動(dòng)根據(jù)環(huán)境控制電加熱玻璃的狀態(tài)，能夠恒溫加熱、除霜除霧，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有技術(shù)的附屬配件，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明熱敏陶瓷電加熱玻璃結(jié)構(gòu)的示意圖
[0033]100-電加熱功能膜，11-基底片，2-電極，3-導(dǎo)線，4-絕緣膜
[0034]圖2是電加熱功能膜的結(jié)構(gòu)示意圖
[0035]12-離子阻擋層，13-熱敏半導(dǎo)體透明加熱層，14-保護(hù)層
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037]實(shí)施例1
[0038]1.制備熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶料(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算):
[0039]將65%的二硼化鈦粉末，摻入0.3%的碳化硅和10%的氮化鋁，余量加入粘結(jié)劑、固化劑、活化劑、潤(rùn)滑松散劑、增強(qiáng)劑，充分混合均勻后，在氬氣保護(hù)氣氛下，爐溫1800°C，模具壓力50公斤/平方厘米，熱壓燒結(jié)，保溫2h后隨爐冷卻，將得到的燒結(jié)材料進(jìn)行機(jī)械切害J、打磨、拋光等后處理，得到熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶材。
[0040]2.磁控濺射工藝制備電加熱功能膜:
[0041]將6毫米厚度的普通白玻經(jīng)純凈水清洗烘干后進(jìn)入真空鍍膜室。
[0042]中頻反應(yīng)磁控濺射，在氬氧氣氛中濺射沉積純硅靶，制備Si02層:設(shè)定功率80?90KW，中頻電源頻率為40KHz，厚度30nm，即為離子阻擋層。
[0043]中頻反應(yīng)磁控濺射，在氬氣氣氛中濺射沉積步驟I制備的熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶材，制備熱敏半導(dǎo)體透明加熱層:設(shè)定功率60?80KW，中頻電源頻率為40KHz，厚度200nm。
[0044]中頻反應(yīng)磁控濺射，在氮?dú)鈿夥罩袨R射沉積硅鋁靶，制備Si3N4層:設(shè)定功率80?90KW，中頻電源頻率為40KHz，厚度50nm。
[0045]3.電極的制備:
[0046]去除膜層邊部頂層Si3N4，在除膜區(qū)涂覆3mm寬導(dǎo)電銀楽，并將的電極引線分別焊接到導(dǎo)電銀漿上，之后表面覆蓋絕緣膜。
[0047]實(shí)施例2
[0048]1.制備熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶料(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算):
[0049]將35 %的鈦酸鋇粉末，摻入15 %的氧化鈮和5 %的氧化釔，余量加入粘結(jié)劑、固化劑、活化劑、潤(rùn)滑松散劑、增強(qiáng)劑，充分混合均勻后，在氬氣保護(hù)氣氛下，爐溫1000°C，模具壓力100公斤/平方厘米，熱壓燒結(jié)，保溫3h后隨爐冷卻，將得到的燒結(jié)材料進(jìn)行機(jī)械切割、打磨、拋光等后處理，得到熱敏半導(dǎo)體透明加熱靶材。
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