BRPI0712316A2

BRPI0712316A2 - artigo de vidro revestido, unidade de vidro isolado, e método para formar um artigo de vidro revestido

Info

Publication number: BRPI0712316A2
Application number: BRPI0712316-7A
Authority: BR
Inventors: Srikanth Varanasi
Original assignee: Pilkington Group Ltd; Arkema Inc
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2012-01-24
Also published as: AU2007258727A1; EP2038231B1; CN101460419A; KR101385342B1; CN104773960A; JP2009539745A; MY148663A; WO2007145884A8; EP2038231A2; AU2007258727B2; WO2007145884A2; JP5325100B2; RU2008151050A; MX2008015528A; KR20090027237A; RU2447032C2; WO2007145884A3

Abstract

ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO, UNIDADE DE VIDRO ISOLADO, E MéTODO PARA FORMAR UM ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO. Um filme delgado em multicamadas possuindo como um componente primário, um revestimento de óxido de zinco altamente dopado, e opcionalmente, uma camada de fundo de supressão de coloração e uma cobertura protetora de óxido metálico. A sobreposição de filmes é preferivelmente depositada sobre um substrato transparente através da deposição por vapor químico em condições atmosféricas. A sobreposição de filmes apresenta uma desejável combinação de propriedades que inclui alta transmitância da luz visível, transmitância relativamente baixa da energia solar, baixa emissividade, e alta seletividade solar.

Description

ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO, UNIDADE DE VIDRO ISOLADO, E MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO

Fundamentos da Invenção

Esta invenção está relacionada a um artigo de vidro . revestido altamente dopado em óxido de zinco que apresenta alta transmitância da luz visível com baixa transmitância da energia solar total.

Revestimentos em vidros de uso arquitetônico são comumente utilizados para prover propriedades específicas de absorção de energia e de alta transmitância. Adicionalmente, os revestimentos proporcionam as desejadas propriedades refletivas ou espectrais que são esteticamente agradáveis. Os artigos revestidos são freqüentemente usados individualmente ou em combinação com outros artigos revestidos para formar um envidraçamento ou uma janela de modo unitário.

Artigos de vidro revestido podem ser produzidos "on-line" através do revestimento contínuo de um substrato de vidro enquanto ele está sendo fabricado em um processo conhecido na arte como o "processo float-glass". Adicionalmente, artigos de vidro revestido são produzidos "fora da linha de produção" através de processo de crepitação. 0 processo já existente envolve fundir o vidro por sobre um banho de estanho derretido o qual é adequadamente anexado, transferindo em seguida o vidro, após ele estar suficientemente resfriado, para cilindros de erguimento os quais estão alinhados com o banho, e finalmente o resfriamento do vidro à medida que ele avança através dos cilindros, inicialmente através de um lehr, e em seguida, durante sua exposição à atmosfera ambiente. Uma atmosfera não oxidante é mantida na parte 'float' do processo, enquanto o vidro está em contato com ó banho de estanho derretido, para prevenir a oxidação do estanho. Uma atmosfera oxidante é mantida no lehr. No geral, os revestimentos são aplicados por sobre o substrato de vidro no banho 'float' do processo em banho 'float'. Entretanto, os revestimentos podem ser também aplicados por sobre o substrato no lehr.

Os atributos do substrato de vidro revestido resultante são dependentes dos revestimentos específicos aplicados durante o "processo float glass" ou por meio de um processo de crepitação fora da linha de produção. As composições e as espessuras dos revestimentos conferem propriedades de absorção de energia e de transmitância da luz dentro do artigo revestido enquanto também influencia nas propriedades espectrais. Os atributos desejados podem ser possíveis de obtenção mediante ajuste das composições ou das espessuras da camada ou das camadas de revestimento.

Todavia, os ajustes para melhorar uma propriedade específica podem influenciar adversamente outras propriedades de transmitância ou espectrais do artigo de vidro revestido. A obtenção das desejadas propriedades espectrais é freqüentemente difícil quando na tentativa de combinar propriedades específicas de absorção de energia e de alta transmitância em um artigo de vidro revestido. É também difícil obter espessuras úteis de filme na medida em que o tempo disponível para a deposição nos processos Λon- line' são de apenas segundos, à medida que a faixa contínua de vidro está se movimentando numa velocidade de algumas centenas de centímetros por minuto.

A deposição de revestimentos de óxido de zinco é conhecida pela literatura patentária.

A Patente norte americana U.S. No. 4.751.149 descreve um método de aplicar um revestimento de óxido de zinco a um substrato numa temperatura baixa mediante utilizar uma mistura de um composto organo-zinco e água transportada em um gás inerte. O filme de óxido de zinco resultante é dito ter resistividade relativamente baixa a qual pode ser variada mediante adição de um elemento do Grupo III.

A Patente norte americana U.S. No. 4.990.286 descreve filmes de oxi-fluoretos produzidos por deposição por vapor químico (CVD - Chemical Vapor Deposition) a partir de misturas vaporizadas de compostos contendo zinco, oxigênio e flúor. A condutividade elétrica do filme é dita ser aumentada mediante a substituição flúor de parte do oxigênio no óxido de zinco. Os filmes resultantes são ditos serem transparentes, eletricamente condutivos e refletivos ao infravermelho.

A Patente norte americana U.S. No. 6.071.561 descreve um método de depositar filmes de óxido de zinco dopado em flúor utilizando compostos precursores vaporizados tais como um quelato de dialquil-zinco, mais especificamente utilizando um quelato amina, uma fonte de oxigênio e uma fonte de flúor. Os revestimentos produzidos são ditos serem eletricamente condutivos, refletivos a infravermelho, absorvedores de ultravioleta e livres de carbono.

A Patente norte americana U.S. No. 6.416.814 descreve a utilização de compostos ligados de estanho, titânio e zinco como componentes precursores de CVD para formar revestimentos de óxidos metálicos sobre substratos aquecidos.

A Patente norte americana U.S. No. 6.858.306 descreve um substrato de vidro possuindo disposto por sobre ele um revestimento multicamadas de um óxido de estanho dopado com antimônio, e um revestimento de óxido de estanho dopado com flúor. O substrato de vidro assim revestido apresenta baixa emitância e alta retenção de calor no inverno ao mesmo tempo em que permite ainda a transmitância de um grau relativamente alto da luz visível.

A deposição de óxido altamente dopado com zinco tem sido reportada na literatura cientifica par uso em, por exemplo, células solares. Alguns exemplos de tais artigos são apresentados a seguir:

Park e colaboradores reporta a deposição de filmes de ZnO altamente dopados por meio de deposição pulsada a laser (ver Japanese Journal of Applied Physics, Vol., No. 11.2205, pp 88027-31). Utilizando alumínio como o dopante, as amostras com uma concentração de elétrons de 1,25 χ 10^21 cm-3, e uma mobilidade de elétrons de 37,6 cm2N-s foram ditos terem sido produzidos. Os pesquisadores estabelecem que filmes dopados em óxido de zinco podem ser usados como contatos transparentes em células solares, diodos laser, laser de ultravioleta, resistores de película fina, exibidores de tela plana, e diodos orgânicos emissores de luz.

De modo similar, Singh e colaboradores (Journal of Indian Institute of Science, vol. 81 set-out 2001, pp 527- 533) descreve a deposição de ZnO altamente dopado por meio de ablação pulsada a laser. Utilizando um alvo de óxido de zinco dopado com 2% de óxido de alumínio, amostras ZnO:Al com uma concentração de elétrons de 1,5 χ 10^21 cm-3 e uma mobilidade de elétrons de 29 cm-3/V-s foram mencionadas terem sido produzidas.

Das e Ray depositaram filmes de óxido de zinco dopado em alumínio por meio de crepitação de magnetrom- radiofreqüência, os filmes obtidos foram ditos apresentar uma concentração de elétrons de 2,3 χ 10^21 cm-3. (Journal of Physics D: Applied Physiscs, Vol. 36, 2003, pp. 152-5).

Finalmente, Choi e colaboradores depositaram óxido de zinco dopado em gálio por crepitação de magnetrom- radiofreqüência e reivindicam terem produzidos filmes apresentando uma concentração de elétrons de 1,5 χ IO"21 cm" 3. (Thin Solid Films, Vol. 192-4, 1990, pp. 712-720).

Seria vantajoso proporcionar um artigo de vidro revestido possuindo um tom neutro que rejeite a energia solar no verão e proporcione um baixo valor U no inverno.

Um envidraçamento que reduza a insolação com uma baixa emitância, e uma baixa transmitância total da energia solar, poderia melhorar significativamente os custos de energia nas edificações e residências proporcionando ao mesmo tempo um desejável tom neutro.

Seria também vantajoso proporcionar um envidraçamento redutor da insolação que tivesse uma cor neutra na refletância, uma baixa emitância, uma alta transmitância da luz visível, e uma baixa transmitância total da energia solar. 0 uso de um tal artigo de coloração neutra em envidraçamentos de uso arquitetônico poderia permitir a transmissão de um alto grau da luz visível ao mesmo tempo em que rejeitaria uma significativa quantidade de energia do infravermelho próximo. Além disso, a característica de baixa emitância do envidraçamento poderia minimizar qualquer ganho indireto de calor proveniente da absorção. Sumário da Invenção

De acordo com a invenção, é provido um novo artigo de vidro útil para produzir vidro revestido, redutor de calor, para janelas arquitetônicas. 0 artigo revestido inclui um substrato de vidro possuindo um revestimento de um óxido de zinco altamente dopado depositado sobre o substrato de vidro e opcionalmente, uma cobertura depositada por sobre ele e aderente à superfície do revestimento de óxido de zinco dopado depositada sobre o substrato de vidro aquecido. Tal cobertura protetora compreende qualquer filme fino adequadamente durável possuindo um índice refrativo compatível. Exemplos de tais coberturas protetoras são óxido de estanho, sílica, óxido de titânio. Tal cobertura protetora pode, opcionalmente, ser dopada para torna-la eletricamente condutiva. Por exemplo, o óxido de estanho pode ser dopado com flúor.

0 artigo de vidro revestido da invenção tem uma seletividade de 28 ou mais, preferivelmente de 33 ou mais, a seletividade sendo definida como a diferença entre a transmitância da luz visível (iluminante C) e a transmitância total da energia solar, integrada com uma massa de ar 1,5. A sobreposição de revestimentos, quando aplicado a um substrato de vidro transparente possuindo uma espessura nominal de 6 mm, tem uma transmitância da luz visível de 69% ou mais e uma transmitância total da energia solar de menos de 41%. Preferivelmente, o artigo de vidro revestido inclui uma intercamada supressora de iridescência depositada entre o substrato aquecido de vidro e o revestimento de óxido de zinco dopado. Esses revestimentos são tais de modo a proporcionar uma cor neutra na transmitância e refletância quando aplicados a um substrato de vidro transparente.

O revestimento de óxido de zinco dopado no artigo de vidro dopado da invenção provê quanto a absorção da energia solar. Embora este inclua a absorção de parte da luz visível, o revestimento de óxido de zinco dopado é relativamente seletivo, absorvendo mais energia do infravermelho próximo que a luz visivel. O revestimento de zinco dopado reduz desse modo a transmitância total da energia solar do artigo de vidro revestido da invenção.

Um método de formar o artigo de vidro revestido da presente invenção é também revelado. Embora a deposição do vapor químico em condições atmosféricas seja o método preferido de deposição, outros métodos podem ser utilizados.

Breve Descrição dos Desenhos·

As vantagens acima, bem como outras vantagens da presente invenção, se tornarão facilmente evidentes para aqueles usualmente versados na técnica a partir da descrição detalhada apresentada a seguir quando considerada à luz dos desenhos que acompanham nos quais:

A Figura 1 é uma vista esquemática, em seção vertical, de um equipamento para a prática do "processo float glass", que inclui quatro distribuidores de gás posicionados de modo adequado no banho 'float' para aplicar os revestimentos por sobre o substrato de vidro de acordo com a invenção;

A Figura 2 é uma vista em seção transversal de um artigo de vidro revestido de acordo com a invenção; e

A Figura 3 é um diagrama de um envidraçamento arquitetônico de acordo com a presente invenção, em que o artigo de vidro revestido é mostrado em uma unidade de vidro isolado como uma superfície externa leve com o revestimento multicamada da invenção voltado para o interior.

Descrição Detalhada da Invenção

De acordo com a invenção, um artigo de vidro possuindo um revestimento multicamadas de uma camada de óxido de zinco altamente dopada sobre a qual uma cobertura protetora opcional de, por exemplo, uma camada de óxido de estanho substancialmente não dopada é aplicada, proporciona um artigo que apresenta uma baixa emitância, uma alta transmitância da luz visível, e uma reduzida transmitância total da energia solar. 0 artigo de vidro revestido é especialmente adequado para uso em envidraçamentos e janelas de uso arquitetônico. Todavia, o artigo de vidro revestido da presente invenção pode ser também adequado para outras aplicações, tais como janelas de veículos. O revestimento de óxido de zinco altamente dopado também rebaixa a emissividade do artigo de vidro revestimento da invenção para menos que 0,15, e preferivelmente para menos de 0,10. Como parte de uma unidade de vidro isolada, o valor de baixa emitância proporciona um valor-U em tempos invernais de menos de 0,34, e preferivelmente menos de 0,32. Adicionalmente, foi surpreendentemente determinado que a seletividade solar da sobreposição de filmes é mais que duas vezes aquela dos revestimentos multicamadas conhecidos possuindo de outro modo propriedades similares de controle solar.

Preferivelmente, o óxido de estanho ou outro revestimento de óxido metálico é utilizado para formar uma cobertura para proteger o revestimento de óxido de zinco que é relativamente frágil em termos mecânicos e químicos. A cobertura protetora pode aumentar ligeiramente a emissividade da sobreposição de revestimentos. A fim de minimizar as alterações na emissividade, a espessura da camada protetora é preferivelmente menor que 1000Â. Alternativamente, uma camada protetora consistindo de óxido de estanho possuindo uma espessura maior que 1000Â pode ser dopada com flúor, nióbio, ou tântalo para conseguir a emissividade desejada.

A sobreposição especifica de revestimentos sobre o substrato de vidro proporciona um artigo de coloração neutra possuindo uma alta transmitância da luz visível, uma reduzida transmitância total da energia solar, e uma baixa emitância. 0 uso do artigo inventivo em envidraçamentos de uso arquitetônico resulta em um envidraçamento que rejeita a energia solar no verão e proporciona um baixo valor-U no inverno.

Preferivelmente, o artigo de vidro revestido inclui uma intercamada supressora da iridescência depositada entre o substrato de vidro e o revestimento de óxido de zinco dopado. Os revestimentos são tais de modo a proporcionar uma cor neutra na transmitância e refletância quando aplicado a um substrato de vidro transparente.

A Figura 2 ilustra o artigo de vidro revestido da invenção, indicado geralmente pela referência numerai 35, que compreende um substrato de vidro 36 e um revestimento em multicamadas 37 aderido a uma sua superfície. Na modalidade preferida ilustrada, o revestimento multicamadas compreende uma intercamada supressora da iridescência 38, um revestimento de óxido de zinco dopado 41, e um revestimento externo protetor 42, por exemplo, um óxido de estanho não dopado ou dopado com flúor. Na modalidade ilustrada, a intercamada supressora da iridescência 38 é especificamente compreendida de um revestimento de óxido de estanho 39 e um revestimento de dióxido de silício 40.

Para a maioria das aplicações será preferido que o revestimento de óxido de zinco dopado 41 no artigo de vidro revestido da invenção proveja especialmente quanto a adsorção da energia solar. Embora isso inclua a absorção de parte da luz visível, o revestimento de óxido de zinco dopado é relativamente seletivo, absorvendo mais energia do infravermelho próximo que a luz visível. 0 revestimento de óxido de zinco dopado reduz desse modo a transmitância total da energia solar do artigo de vidro revestido da invenção.

O revestimento de óxido de zinco altamente dopado 41 inclui uma relação molar de dopante para zinco de entre cerca de 0,1% e 5%. Preferivelmente, a relação molar de dopante para zinco está entre cerca de 1% e 3%. A relação molar irá variar dependendo do dopante selecionado a partir de um ou mais de alumínio, gálio, índio e boro. Alumínio e gálio são os dopantes preferidos. O revestimento de óxido de zinco dopado 41 preferivelmente tem uma concentração de elétrons livres maior que 1,0 χ 10^21 cm-3, e mais preferivelmente tem uma concentração de elétrons livres maior ou igual a 1,5 χ 10^21 cm-3. O revestimento de óxido de zinco dopado 41 é preferivelmente depositado numa espessura de a partir de cerca de 1600 até cerca de 9000Ã, e preferivelmente de cerca de 1800 até cerca de 5200Â. A espessura de revestimento mais preferida irá depender da concentração de elétrons livres no revestimento de óxido de zinco bem como da espessura do vidro. À medida que a espessura do revestimento de óxido de zinco, dopada comum ou mais dos dopantes anteriormente mencionados na faixa de relação molar indicada, é aumentada acima de 9000Â, a absorção da luz visível aumenta até o ponto em que a transmitância da luz visível se torna indesejavelmente baixa. Todavia, à media que a espessura do revestimento de oxido de zinco, dopado na indicada faixa de relação molar, é reduzida abaixo de 1600Â, a transmissão total da energia solar se torna indesejavelmente alta.

0 revestimento de óxido de zinco altamente dopado 41 rebaixa a emissividade do artigo de vidro revestido da invenção para menos de 0,15, e preferivelmente para menos que 0,10. Como parte de uma unidade de vidro isolante, uma folha do vidro revestido com óxido de zinco dopado mantida numa relação em separado de uma folha de vidro transparente não revestido por meio de um componente estrutural, o baixo valor da emitância proporciona um valor-U em períodos invernais de menos de 0,34, e preferivelmente de menos de 0,32. Adicionalmente, foi surpreendentemente determinado que de acordo com a invenção, a unidade de vidro isolante apresenta seletividade solar maior ou igual a 28, e preferivelmente maior ou igual a 33.

0 opcional recobrimento de óxido de estanho 42 é preferivelmente aplicado numa espessura de menos de 1000Ã, e ainda mais preferivelmente numa espessura de a partir de cerca de 200 até cerca de 250Ã.

A intercamada supressora de iridescência 38 da sobreposição de revestimentos sobre o substrato de vidro 36 proporciona um meio para refletir e refratar luz para interferir com a observância da iridescência. A camada elimina especificamente a iridescência tal que o artigo revestido pode, se desejado, ser de coloração neutra em ambos refletância e transmitância. Além do mais, a intercamada suprime a observância de cores em ângulos deslocados. Os revestimentos supressores da iridescência são convencionalmente conhecidos na arte. Por exemplo, as Patentes norte americanas U.S. Nos. 4.187.336, 4.419.386, e 4.206.252, cada uma aqui incorporada por referência, descrevem técnicas de revestimento adequadas para suprimir as cores de interferência. Revestimentos de supressão de cor de camada simples, camadas múltiplas, ou de camada em gradiente são adequados para uso com a presente invenção.

Na intercamada de dois componentes 38 ilustrada na Figura 2, que é o tipo preferido de intercamada de supressão da iridescência para uso na prática da presente invenção, o revestimento 39 depositado por sobre e aderente ao substrato de vidro tem um alto índice refrativo no espectro visível e é preferivelmente óxido de estanho. O segundo revestimento 40, possuindo um baixo índice refrativo, é depositado sobre e adere ao primeiro revestimento da intercamada, e é preferivelmente dióxido de silício. No geral, cada revestimento possui uma espessura selecionada tal que a intercamada forma uma espessura ótica total combinada de cerca de 1/6° até cerca de 1/12° de um comprimento de onda de projeto de 500 nm.

Diversos métodos de deposição podem ser adequados para depositar a desejada sobreposição de filmes de óxido de zinco, por exemplo, diversas técnicas de crepitação. A deposição por vapor quimico (CVD) é um método preferido de deposição. A deposição por vapor quimico em condições de pressão atmosférica (APCVD) é particularmente preferido.

Os substratos de vidro adequados para uso na preparação do artigo de vidro revestido de acordo com a presente invenção pode incluir qualquer das composições convencionais conhecidas na arte como úteis para a preparação de envidraçamentos para fins arquitetônicos. O substrato preferido é uma faixa transparente de "float glass" em que os revestimentos da presente invenção são aplicados na zona aquecida do processo de "float glass" onde as temperaturas estão na faixa de 500-700 °C. Adicionalmente, substratos de vidro tingido podem ser adequados para aplicação a sobreposição de multicamadas da invenção. Todavia, certos substratos de vidro tingido podem impactar as propriedades espectrais e de transmitância de energia da invenção.

A especifica sobreposição de revestimentos sobre o substrato de vidro proporciona um artigo de vidro revestido possuindo uma alta transmitância da luz visível, uma reduzida transmitância total da luz solar, e uma baixa emitância. O artigo de vidro revestido da invenção tem uma seletividade de 28 ou mais, a seletividade sendo definida como a diferença entre a transmitância da luz visível (iluminante C) e uma transmitância total da energia solar, integrada com uma massa de ar 1,5, sobre um substrato de vidro transparente numa espessura nominal de 3 mm. A seletividade pe preferivelmente de 33 ou mais, com uma preferida transmitância da luz visível de 73% ou mais e uma preferida transmitância total da energia solar de menos de 41%. A emitância do presente artigo inventivo é menor que 0,15, e preferivelmente menos que 0,10. A emitância ou a emissividade é uma medida de ambos absorção e refletância da luz em dados comprimentos de onda. Ela é usualmente representada pela fórmula: Emissividade = 1 - refletância do revestimento. O termo emissividade é usado para se referir aos valores da emissividade medidos na faixa do infravermelho por meio de padrões ASTM. A emissividade é medida usando medições radiométricas e é reportada como emissividade hemisférica (sh) e emissividade normal. O uso do artigo inventivo em envidraçamentos para fins arquitetônicos resulta em um envidraçamento que rejeita a energia solar no verão e proporciona um baixo valor-U para o inverno.

Os revestimentos multicamadas da presente invenção resultam em um artigo de vidro revestido apresentando preferivelmente cor neutra em ambos a refletância e transmitância. A cor é definida pela composição e espessura das diversas camadas que compõem a sobreposição.

A fim de conseguir de modo mais efetivo a neutralidade de cor, pode ser desejável variar a espessura das camadas de óxido de estanho e silica da intercamada supressora da iridescência entre 150Â e 350Â. É também importante que, com respeito ao assunto da invenção, que a neutralidade de cor não seja estritamente definida por limites matemáticos, mas também como percebido pelo olho humano na visualização da cor refletiva e na cor transmitida.

Os revestimentos da presente invenção são preferivelmente aplicados "on-line" por sobre o substrato de vidro por meio de deposição por vapor químico durante o processo de fabricação do vidro. A Figura 1 ilustra um equipamento, indicado geralmente como 10, útil para a produção "on-line" do artigo de vidro revestido da presente invenção, compreendendo uma seção 'float' 11, um Iehr 12, e uma seção de resfriamento 13. A seção 'float' 11 tem uma parte de fundo 14 que contem um banho de estanho derretido um teto 16, paredes laterais (não mostradas), e paredes terminais 17, que em conjunto formam uma vedação tal que é provida uma zona confinada 18, onde uma atmosfera não oxidante é mantida, como daqui em diante descrito em mais detalhes, para prevenir a oxidação do banho de estanho 15. Durante a operação do equipamento 10, vidro derretido 19 é fundido por sobre uma soleira de fornalha 20, e flui a partir dela sob uma parede dosadora 21, em seguida na descendente por sobre a superfície do banho de estanho 15, a partir do qual ele é removido por cilindros de erguimento 22 e transportado ao longo da extensão do Iehr 12, e em seguida através da seção de resfriamento 13.

Uma atmosfera não oxidante é mantida na seção Afloat' 11 mediante introduzir um vidro adequado, tal como, por exemplo, um composto de 99% em volume de nitrogênio e 1% em volume de hidrogênio, para dentro da zona 18, através de condutos 23 os quais estão conectados de modo operativo a um tubo de distribuição 24. O gás não oxidante é introduzido para dentro da zona 18 proveniente dos condutos 23 numa taxa suficiente para compensar quanto a perdas do gás (parte da atmosfera não oxidante deixa a zona 18 mediante fluir sob as paredes terminais 17), e manter uma ligeira pressão positiva, convenientemente em torno de 0,001 até cerca de 0,01 atmosferas acima da pressão ambiente. O banho de estanho 15 e a zona confinada 18 são aquecidos por calor radiante direcionado na descendência proveniente de aquecedores 25. A zona de calor 18 é mantida geralmente numa temperatura de cerca de 500-700 °C. A atmosfera no Iehr 12 é tipicamente ar, e a seção de resfriamento 13 não é confinada. O ar ambiente é soprado por sobre o vidro por meio de ventiladores 26.

O equipamento 10 também inclui distribuidores de gás 27, 28, 29 e 30 localizados na zona ^float' 11. As desejadas misturas de precursores para os reivindicações individuais são fornecidas aos respectivos distribuidores de gás, os quais por sua vez direcionam as misturas de precursores para a superfície quente da faixa de vidro. Os precursores reagem na superfície do vidro para formar os revestimentos desejados.

O artigo de vidro revestido da invenção é idealmente adequado para uso em envidraçamentos de fins arquitetônicos. Por exemplo, o artigo de vidro revestido pode ser utilizado em uma unidade de vidro isolado. Desse modo, o artigo de vidro revestido da presente invenção é ilustrado na Figura 3 como um revestimento externo leve 45 em uma unidade de vidro isolado 4 3 adequada que é adequado para instalação no interior de uma estrutura de edificação.

A unidade de vidro isolado 43 também inclui um revestimento interno leve 53 feito de um artigo de vidro e mantido numa relação em separado do revestimento externo leve 45 por meio de uma estrutura (não mostrada) de modo conhecido. 0 substrato de vidro 45 da presente invenção está posicionado voltado para o exterior da estrutura. 0 revestimento multicamada 4 9 da presente invenção está voltado para o interior com um espaço de ar 51 separando o revestimento externo leve 45 do revestimento interno leve 53.

Quando a cobertura protetora é formada de óxido de estanho dopado com flúor, a baixa emitância provida pelo óxido de estanho dopado com flúor melhora a performance do artigo de vidro revestido no verão e inverno. A energia de radiação, um componente do ganho indireto proveniente do vidro para o interior das edificações, é reduzido sob as condições de verão com um revestimento de baixa emitância.

Isso é noticiado como uma redução na transmitância total do calor solar (TSHT) . A TSHT é definida como incluindo a energia solar transmitida diretamente através do vidro, e a energia solar absorvida pelo vidro, e em seguida convectada e irradiada termicamente para dentro. Além disso, o coeficiente de ganho de calor solar (SHGC) é definido pela relação do ganho total de calor solar através do vidro relativamente à radiação solar incidente. O principal aperfeiçoamento na performance, todavia, ocorre sob condições invernais onde o valor-U da estrutura de envidraçamento é reduzido significativamente com um revestimento de baixa emitância. O valor-U ou o coeficiente completo de transferência de calor é inversamente proporcional à resistência térmica da estrutura. Um valor-U mais baixo significa uma redução na perda térmica através do vidro proveniente do interior para o exterior, resultando em economia nos custos de energia.

Desse modo, a baixa emitância do artigo de vidro revestido, quando combinado com a surpreendentemente seletiva absorção solar da sobreposição de multicamadas proporciona aprimorada rejeição de calor no verão e retenção de calor no inverno. A unidade de vidro isolado resultante, utilizando o artigo de vidro revestido da presente invenção, apresenta propriedades especificas de transmitância e espectrais. A superfície de baixa emitância 49 (Figura 3) resulta em um valor-U de menos que 0,34 e preferivelmente de menos que 0,32. A transmitância total do calor solar da unidade é menor que 41%. A unidade de vidro isolado também apresenta uma transmitância de luz visível (iluminante C) de 62% ou mais.

A unidade de vidro isolado preferivelmente apresenta uma cor neutra em ambos refletância e transmitância.

Os exemplos seguintes, os quais constituem o melhor modo presentemente contemplado para a prática da invenção, são apresentados somente para o propósito de ilustrar e revelar ainda mais a presente invenção, e não são para serem considerados como uma limitação da invenção.

Exemplos Preditivos 1-15 e 16-23

Um processo de "float glass" é usado para produzir uma faixa de "float glass" possuindo uma espessura de 6 mm. Durante a produção da faixa de "float glass", os revestimentos especificados são modelados para serem consecutivamente aplicados por sobre o substrato de vidro no banho 'float' através dos métodos convencionais de deposição por vapor químico nas espessuras indicadas (em Angstroms) na Tabela 1. A mistura precursora para os diversos revestimentos de óxido de estanho inclui dicloreto de dimetil-estanho, oxigênio, água, e hélio como um gás portador. A mistura precursora para o revestimento de dióxido de silício inclui monosilano, etileno, e oxigênio como um gás portador. A mistura precursora para o óxido de zinco dopada inclui um precursor Zn tal como dietil-zinco (DEZ), uma fonte de oxigênio tal como IPA (isopropanol), e um adequado precursor alumínio, por exemplo, cloreto de dietilalumínio. Alternativamente, um adequado precursor gálio pode ser um substituto para o precursor alumínio. A resultante camada de óxido de zinco dopado tem uma concentração de dopante de cerca de 2 percentuais atômicos de Al ou Ga.

A transmitância da luz visível (TViS) , transmitância total da energia solar (Tsoi) e a seletividade solar (TViS- Tsoi) foram calculadas para o resultante artigo de vidro revestido em cada exemplo. TViS e Tsoi, para os exemplos indicados, são para um envidraçamento monolítico, isto é, uma folha de vidro única. Os resultados são também mostrados na Tabela 1. Tabela 1

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Os exemplos 16-23 foram modelados nas mesmas base como nos Exemplos 1-15, exceto que os Exemplos 16-23 representam uma unidade de vidro isolado, como definido em algum ponto aqui, formado por duas folhas de vidro. A sobreposição inventiva de revestimentos foi projetada para ser posicionada sobre a assim chamada superfície #2; isto é, sobre a superfície principal da folha de vidro exterior que está voltada para o espaço de ar entre as duas folhas de vidro. 0 intervalo entre as folhas de vidro foi de 12 mm, e o espaço foi preenchido com ar.

As propriedades elétricas e óticas dos materiais condutivos podem ser caracterizadas por Ne, a concentração de elétrons livres no material, e μ, a mobilidade dos elétrons livres no material. A seletividade solar das sobreposições de revestimentos descrita aqui depende primariamente da concentração de elétrons livres na camada de ZnO dopado. Como mostrado pelos Exemplos 2-4 na Tabela 1, a seletividade solar requerida pode ser conseguida mediante utilizar óxido de zinco altamente dopado, onde "altamente dopado" se refere a uma concentração de elétrons maior que 1,0 χ 10^21 elétrons/cm3. Através de comparação, o Exemplo 1 mostra que o ZnO dopado possuindo uma concentração de elétrons de apenas 1,0 χ 10^21 elétrons/cm3 resulta numa TViS (69%) que justo satisfaz o valor alvo (>69%). A seletividade solicitação de deslocamento na trajetória das sobreposições de revestimentos descritas aqui também depende da mobilidade de elétrons na camada de ZnO dopada. Como mostrado nos Exemplos 3 e 6-8 na Tabela 1, a seletividade solar requerida pode ser conseguida mediante utilizar óxido de zinco altamente dopado com uma mobilidade de elétrons na faixa de 15-100 cm2/V-s. A titulo de comparação, o Exemplo 5 mostra que ZnO dopado com uma mobilidade de elétrons de 10 resulta numa Tvis (69%) que justo satisfaz o valor alvo (>69%).

Os exemplos 9 e 10 demonstram que uma fina cobertura protetora, da ordem de 200-300Â de, por exemplo, Sn02 ou SiO2, não altera substancialmente a performance solar da sobreposição de filmes. TViS e Tsoi permanecem acima dos niveis desejados de 69% e apenas ligeiramente maior que 40%, respectivamente.

0 Exemplo 11 demonstra que uma cobertura mais espessa dopada (3000Â óxido de estanho dopado com flúor) não parece influenciar adversamente a performance solar da sobreposição de filmes, na medida em que ambos Tvis e Tsoi estão dentro dos níveis objetivados de >69%, e <41%, respectivamente. Os requerentes acreditam que a utilização de uma cobertura do tipo modelado no Exemplo 11 pode proporcionar emissividade mais baixa e coloração mais próxima da neutra.

O Exemplo 12 mostra que camadas de base além de SiO2, por exemplo, SnO2, podem ser utilizadas na sobreposição de filmes em questão mantendo ao mesmo tempo os níveis desejados de TViS e Tsol. Exemplos 13-15 mostram a utilização de intercamadas opcionais de supressão de cor constituídas de multicamadas, as quais proporcionam a desejada coloração neutra da luz transmitida, novamente, mantendo os desejados níveis de TViS e Tsol.

A Tabela 2 mostra os resultados da modelagem de unidades de vidro isolado (IG), a estrutura das quais foi anteriormente descrita aqui. A performance solar das unidades de IG em questão apresentam de modo consistente propriedades nos níveis, ou acima, dos níveis desejados, em particular, TViS >62%, coeficiente de ganho térmico solar (SHGC) >40% e valor-U <35, não obstante as significativas variações na espessura do revestimento de óxido de zinco dopado. A emissividade é também, geralmente, menor que 0,2, e para alguns exemplos, <0,1. Tabela 2

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Exemplos Preditivos 24-31 e 32-35

Os Exemplos 24-31, como mostrados na Tabela 3, foram modelados utilizando parâmetros de admissão substancialmente similares aos dos Exemplos 1-15. A espessura do substrato foi preferentemente de 3 mm, que de 6 mm, todavia.

De modo similar, os Exemplos 32-35 foram modelados como unidades IG substancialmente similares àqueles modelados nos Exemplos 16-23. A espessura de ambas as folhas de vidro foi, todavia, de 3 mm e o intervalo entre elas foi preferentemente de 6 mm, que de 12 mm. Tabela 3

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Tabela 4

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Como pode ser observado através da pesquisa na Tabela 3, com espessuras similares de óxido de zinco altamente dopado sobre o vidro mais fino, é ainda possível manter um Tsoi de 40, e uma seletividade solar >28, embora a seletividade solar preferida de 33 seja mais difícil de se conseguir.

Os Exemplos 32-35, apresentados na Tabela 4, demonstram que é também possível satisfazer os desejados níveis de performance solar para uma unidade de IG utilizando vidro de 3 mm, ou seja, TviS >62. SHGC >0,40 e valor-U <0,35.

De acordo com o estabelecido nas regras patentárias, a presente invenção foi descrita naquele que é considerado representar sua modalidade preferida. Todavia, deverá ser notado que a invenção pode ser praticada de outros modos que o especificamente ilustrado e descrito sem se afastar de seu espírito e escopo. Por exemplo, outros métodos de revestimento, tais como crepitação, podem ser também utilizados para formar o revestimento de controle solar da presente invenção.

Claims

1. ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO, caracterizado por compreender: um substrato de vidro; um revestimento de óxido de zinco altamente dopado sobre o substrato de vidro; e opcionalmente, um revestimento protetor de óxido metálico depositado sobre o revestimento de óxido de zinco; onde a espessura dos revestimentos é selecionada tal que o artigo de vidro revestido apresenta uma diferença entre a transmitância da luz visível (iluminante C) e transmitância total de energia solar, integrado com uma massa de ar 1,5 em um substrato de vidro transparente possuindo uma espessura nominal de 6 mm, para proporcionar uma seletividade solar de 28 ou mais.

2. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a seletividade solar do revestimento de óxido de zinco altamente dopado ser de 33 ou mais.

3. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o revestimento de óxido de zinco dopado ser depositado numa temperatura de 500-700°C.

4. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma intercamada de supressão de cor ser depositada entre o substrato de vidro e o revestimento de óxido de zinco dopado.

5. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma cobertura protetora ser depositada sobre o revestimento de óxido de zinco altamente dopado, a cobertura compreendida de um óxido metálico selecionado a partir do grupo que compreende óxido de estanho, dióxido de silício, óxido de alumínio, dióxido de titânio, óxido de nióbio, e óxido de zircônio.

6. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a cobertura protetora ser dopada.

7. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o revestimento de óxido de zinco possuir uma espessura de >1600A e <9000A.

8. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a cobertura protetora possuir uma espessura de 1000Â ou menos.

9. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a cobertura protetora possuir uma espessura de 250Ã ou menos.

10. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração de elétrons da camada de óxido de zinco dopado ser >1,0 χ IO21 elétrons/cm3.

11. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por apresentar uma emitância de 0,15 ou menos.

12. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dopante do revestimento de óxido de zinco ser pelo menos um escolhido a partir do grupo que compreende alumínio, gálio, índio e boro.

13. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a transmitância da luz visível do artigo de vidro revestido ser >69%.

14. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a transmitância da luz visível do artigo de vidro revestido ser >73%.

15. Artigo de vidro revestido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a transmitância total da luz solar do artigo de vidro revestido ser <41%.

16. UNIDADE DE VIDRO ISOLADO, caracterizado por compreender: pelo menos primeira e segunda folhas de vidro em paralelo separadas, cada uma das pelo menos primeira e segunda folhas de vidro possuindo primeira e segunda superfícies principais, com cada folha de vidro possuindo uma superfície principal voltada para o espaço entre as pelo menos primeira e segunda folhas de vidro; e pelo menos uma das tais superfícies principais possuindo um revestimento de óxido de zinco altamente dopado depositado por sobre ela; a unidade de vidro isolado apresentando uma transmitância da luz visível >60%, um valor-U de 0,29 ou maior e emissividade hemisférica <0,20.

17. ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO, caracterizado por compreender: um substrato de vidro; um revestimento de óxido de zinco altamente dopado depositado sobre o substrato de vidro; e um revestimento protetor de oxido metálico depositado sobre o revestimento de óxido de zinco altamente dopado, o revestimento de óxido de zinco possuindo uma concentração de elétrons >1,0 χ IO21 elétrons (cm-3) e uma mobilidade de elétrons de 10 cm2/V-s ou mais.

18. MÉTODO PARA FORMAR UM ARTIGO DE VIDRO REVESTIDO, caracterizado por compreender: prover uma faixa de vidro aquecido em movimento; e depositar um revestimento de óxido de zinco altamente dopado sobre a faixa de vidro aquecido em movimento, numa temperatura de 500-700 °C; onde o revestimento de óxido de zinco dopado é depositado numa espessura tal que o artigo de vidro revestido apresenta uma diferença entre a transmitância da luz visível (iluminante C) e a transmitância total da energia solar, integrada com massa de ar 1,5 em um substrato de vidro transparente possuindo uma espessura nominal de 3 mm, para proporcionar uma seletividade de 28 ou mais.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por um revestimento de supressão de coloração ser depositado entre o substrato de vidro e o revestimento de óxido de zinco altamente dopado.