CN111032590A - 改进的热处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对涂敷到基板（S）上的涂层（R）进行热处理的热处理设备（1），其包括基板可以移动通过的加热装置（10），所述加热装置（10）被设计成加热玻璃基板的第一面上的涂层，其特征在于，所述热处理设备还包括预热装置（10’），该预热装置被设计成在加热区域上游加热移动的基板的涂层。

Description

改进的热处理设备

技术领域

本发明涉及玻璃基板上的薄层的热处理领域。

背景技术

已知实现涂覆到平坦基板上的涂层的局部和快速退火（快速加热）。为此，使具有需要退火的涂层的基板在闪光灯或等离子炬或者激光线等加热装置下通过，该加热装置布置在具有涂层的基板上。

快速退火允许薄涂层被加热到大约几百度的高温，同时保留下面的基板。通过速度当然优选尽可能高，有利的是至少每分钟几米。

例如，在使用的激光线中，该线包括提供激光束的至少一个激光发生器。该激光束被聚焦，以便局部增加由激光发生器提供的热功率。

这种退火方法，无论是用激光还是用闪光灯或其他方法，都有能量消耗大的缺点，这种高消耗随着生产线能力、特别是在处理速度方面的增加而增加。这种高能耗意味着成本很高。

发明内容

因此，本发明试图通过提供一种用于快速退火的热处理设备来解决这些缺点，该设备从能量水平的角度来看更有效，并且更便宜。

为此，本发明涉及一种用于对涂敷到基板上的涂层进行热处理的热处理设备，包括基板可以移动通过的加热装置，所述加热装置设计成加热玻璃基板第一面上的涂层区域，其特征在于，所述热处理设备还包括预热装置，该预热装置设计成在加热区域上游加热移动的所述基板的涂层。

本发明提供了预热涂层的优点，从而使得有可能降低成本，因为有可能使用低功率的加热装置或者使用性能不太好的加热装置。这种使用还可以提高移动速度，因为涂层经过了预热。

根据一个示例，加热装置被设计成在至多1 ms的时间内将涂层的温度从300℃升高到700℃，特别是从500℃升高到650℃，并且预热装置被设计成在至多50 ms的时间内将涂层的温度升高涂层通过加热装置达到的温度的三分之一。

根据一个示例，该设备还包括再循环设备，使得有可能使用由加热装置提供的能量的未被吸收的部分作为预热装置。

根据一个示例，加热装置包括激光系统，激光系统包括至少一个激光发生器。

根据一个示例，激光系统以相对于玻璃基板的垂线成角度偏移的方式定位。

根据一个示例，加热装置包括多个闪光灯。

根据一个示例，再循环设备是反射器元件，其被设计成反射未被基板吸收的部分光束，并将其引导到移动的基板的涂层上，以便充当预热装置。

该示例有利地使得仅具有一个用于执行加热和预热的设备成为可能，使得尽可能降低成本成为可能。这也使得有可能具有更简单的热处理设备，因为只有加热装置要参数化。

根据一个示例，所述反射器元件是面向所述基板的与带有涂层的面相对的面定位的镜子。

根据一个示例，所述反射器元件是平行于基板平面延伸的平面镜。

根据一个示例，所述反射器元件是曲面镜。

根据一个示例，所述反射器元件能够以至少一个自由度移动。

根据一个示例，自由度是在垂直于基板平面的平面中的平移。

根据一个示例，自由度是相对于垂直于移动方向的轴线的旋转。

根据一个示例，所述反射器元件被设计成在两个不同的方向上反射光束，从而允许未被吸收的光束被定向在聚焦点的每一侧上。

根据一个示例，所述反射器元件是镜子，其包括在它们之间形成角度的两个部分，外角的面是反射性的。

根据一个示例，所述反射器元件包括三角形截面的柱体，该柱体包括两个平行的边缘面和三个侧面，两个相邻的侧面是反射性的。

根据一个示例，所述反射器元件是反射层，其被涂敷在所述基板的与带有涂层的面相对的面上。

根据一个示例，基板在第一维度和与第一维度正交的第二维度上延伸，所述基板在与两个维度中较大的维度共线的方向上移动，并且激光束在与移动方向正交的方向上延伸。

根据一个示例，预热区域和加热区域是分开的。

根据一个示例，所述基板沿第一方向和第二方向延伸，第一方向是其长度，第二方向是其宽度，并且与第一方向正交，所述基板沿其长度方向移动，预热区域和加热区域在基板的整个宽度上延伸。

附图说明

从下文中通过指示性的完全非限制性的方式给出的描述中并参考附图，其他细节和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的热处理设备的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的使用激光技术的热处理设备的示意图；

图3和图4是根据本发明第一实施例的热处理设备的替代形式的示意图；

图5是根据本发明第二实施例的热处理设备的示意图；和

图6是根据本发明第一实施例的使用闪光灯技术的热处理设备的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于基板S的热处理设备1。例如，经处理的基板S是例如非常宽的玻璃基板，例如用浮法玻璃工艺生产的“巨型”尺寸（6 m×3.21 m）的平板玻璃片材。当然，根据本发明的用于基板S的热处理设备1可以适用于不同尺寸的基板。

该热处理设备1包括传送装置2，该传送装置2允许传送基板S，例如玻璃基板。这种传送装置2可以采用两个平行轨道的形式，在该轨道上布置有为基板S提供支撑的底盘。还可以规定传送装置2采用两个平行轨道的形式，在轨道上安装轮子以允许基板具有移动能力。然后将一些轮子连接到马达上，以允许基板移动。

对于“巨型”尺寸（6 m x 3.21 m）平板玻璃片材形式的玻璃基板，将规定在沿片材的两个尺寸中最长的尺寸延伸的第一方向上进行传送。在“巨型”尺寸（6 m×3.21 m）的片材的情况下，片材将被限定为具有6 m的长度和3.21 m的宽度，并且传送装置2将被限定为允许所述玻璃片材沿着其长度移动，这意味着沿着其长度方向移动。

热处理设备1还包括加热装置10。这些加热装置10可以采用各种形式，并且被有利地设计成提供能量E，以便在加热区域内，在至多1 ms的时间间隔内升高涂层的温度，温度的升高是在300℃至700℃、特别是500℃至650℃的区间内。这些加热装置10包括例如包括至少一个闪光灯或者包括至少一个等离子炬的等离子系统的闪光灯系统10a，或者包括用于提供所述能量的一个或多个激光发生器L的激光系统10b。加热区域在基板的整个宽度上延伸。

在图2中可见的激光系统10b的情况下，每个激光发生器L可以采用固体激光器或二极管激光器或圆盘激光器技术，该技术被称为固体激光器和二极管激光器的完美结合，能实现更高的光束质量和更高的性能。这些加热装置10允许涂覆到基板S上的涂层R或层被退火。该基板S包括第一面和第二面，第一面是支撑待退火的层/涂层R的面。第二面是与传送装置接触的面。基板S优选是对激光波长透明的基板。

激光发生器L提供穿过光学元件的光束F，以便获得长度例如但不限于10cm至50cm、且宽度小于100 µm的线形式的光束F。

在多个激光发生器L的情况下，这些激光发生器彼此相邻布置，从而在形成单个非常长的线时具有累积效应。在这种情况下，为了能够调整这些不同光束的对准，从而获得尽可能一致的激光线，提供了对准系统（未示出）。

在图6中所示的闪光灯系统10a的情况下，系统10包括多个放电灯LD，其提供广谱脉冲光以提供能量。几根灯管并排放置，形成被几十厘米闪光照射的区域。为了将光引向要照射的区域，在灯管的后部和侧面设置反射帽C，以便向前反射光。该反射帽C被有利地设计成聚集光线而不会过度发散。光脉冲持续时间不到1 ms。与激光系统相比，这种闪光灯技术允许在给定灯管布局的情况下处理更大的面积。

巧妙的是，本发明提出在加热装置10的上游提供预热装置10’，用于预热涂层R。这些预热装置10’被设计成在1 ms至最多50 ms的时间间隔内，将预热区域中的涂层R的温度升高大约100℃，并且至多升高涂层R通过加热装置10达到的温度的三分之一。预热区域与加热区域是不同的、也是分开的，这意味着在这两个区域之间存在空间，该空间没有被加热或预热。该预热区域在基板的整个宽度上延伸。

这些预热装置10’例如可以是激光线或闪光灯线或比加热装置功率低的电阻板，并优选连续地布置在加热装置10的上游，这意味着预热装置10’和加热装置10之间的间隔尽可能小，以避免热量损失。

因此，例如且非限制性地，可以具有热处理设备1，该热处理设备1包括作为预热装置10’的电阻板和作为加热装置10的闪光灯系统，或者包括作为预热装置10’的激光系统和作为加热装置10的闪光灯系统，又或者包括作为预热装置10’的闪光灯系统和作为加热装置10的激光系统。

巧妙的是，本发明提出使用现有的加热装置10来进行预热。在使用激光进行热处理的情况下，巧妙地利用激光发生器L的激光束F对基板S进行热处理的附加步骤，如图2所示。

根据第一实施例，热处理设备1还包括再循环设备RC，以允许玻璃基板被预热。为此，热处理设备1包括反射器元件20。在这种情况下，该反射器元件20是镜子M。该镜子M布置在基板S下方。该第一实施例将采用包括至少一个激光发生器L的加热装置10的示例，该示例是非限制性的，并且适用于闪光灯或等离子炬或任何其他加热装置10。这种布置允许激光束的未被涂层R和基板S吸收的部分f被作用，该基板在加热装置10使用的波长下是透明的。该未被吸收的激光束f被散焦，因为聚焦发生在待退火的涂层R的水平。因此，镜子M被定位成使得未被吸收的激光束f被反射。这种反射被设计成使得反射的未被吸收的光束f’在激光束F被聚焦的点的上游被反射向玻璃基板S。这种配置允许涂敷到玻璃基板S上的涂层在其移动经过局部激光束之前被加热。因此，这种预热允许降低激光功率，因为功率得到了更好的利用，或者可以提高传送速度。

为了避免损坏激光发生器L，后者将以激光束F不垂直于玻璃基板的方式安装。这种布置有利地使得可以使用镜子M并将其定位成平行于玻璃基板S的平面。这种布置更具体地使得可以使用简单的平面镜M来反射未被吸收的激光束f。

然而，镜子M可以相对于玻璃基板S的平面倾斜地放置。此外，镜子M不限于平面镜，而是可以是弯曲的，形状为凸形或凹形。

为了使未被吸收的激光束在聚焦点的上游被反射向玻璃基板S，激光发生器L将被定位成与玻璃基板的垂线成角度地偏移。激光在玻璃基板S上的入射角将在5°和15°之间，优选在7°和10°之间。

预热是有效的，因为反射的散焦光束f’与聚焦光束F相比具有明显较低的单位面积功率。这种单位面积功率的降低使得不可能对涂敷到玻璃基板S上的涂层R进行退火，但足以使所述基板S的涂层被预热。

单位面积的功率可以修改。具体地说，反射光束f’是散焦的，这意味着光束的表面积不是恒定的。因此，通过改变镜子M和玻璃基板S之间的距离D，在所述基板水平上的反射激光束f’的表面积以及每单位面积的功率就发生变化。通过增加镜子M和玻璃基板S的第二面之间的距离D，即通过在垂直于其平面的方向上平移镜子M，预热玻璃基板S的反射光束f’的宽度La增加，并且预热区域和聚焦点之间的距离D也增加。同样，可以改变镜子M平面的倾斜度，从而改变预热的位置。通过改变镜子M的倾斜度，镜子M和预热涂层之间的距离改变，使得功率可以变化。

在闪光灯系统的情况下，反射器元件20也可以用于反射在处理期间未使用的光并执行预热。在这种情况下，反射器元件20即镜子更宽，以便适应大的照射区域。此外，所述反射器元件20和涂覆有涂层的玻璃基板S之间的距离非常小，以便尽可能地限制发散。

在该第一实施例的替代形式中，用于实现预热的装置还允许后加热，以便允许经过处理的涂层缓慢冷却。为此，反射器元件20被设计成能够在两个不同的方向上反射未被吸收的光束f，如图3所示。

在第一实施方式中，该第二实施例的反射器元件20是曲面的镜子M’。这种镜子M’包括两个部分m，在它们之间形成角度。外角的面（两个角中较大的一个）是反射性的，而内角的面允许存在支撑反射器元件20的装置。

在图4所示的第二实施方式中，反射器元件20是呈三角形截面的柱体200形式的镜子M”。该镜子M”包括两个平行的边缘面201和三个侧面202。两个相邻的侧面是反射性的。

反射器元件20的这种定位有利地允许非吸收光束f被分成两部分。第一分割部分指向聚焦点的上游，而第二分割部分指向聚焦点的下游。如果指向上游的第一分割部分允许玻璃基板S被预热，则指向聚焦点下游的第二分割部分使得改善冷却成为可能。实际上，它使得热处理后的温度下降得更慢。

反射器元件20可以以这样的方式设计和定位，以平均分割非吸收光束f或不平均分割它，以便有利于聚焦点的上游部分或下游部分。为了改变非吸收光束f被反射器元件20分割的比率，顶点的位置被改变。为了控制单位面积的功率，使用并修改两个反射部分的倾斜角。倾斜角可以具有不同的值，并且可以独立地修改。

热处理设备1还包括光束屏蔽件BD。该光束屏蔽件BD位于反射的未吸收光束f’的路径上。更具体地说，该光束屏蔽件BD设置在玻璃基板S的上方。这种设置允许光束屏蔽件BD成为阻止反射的未吸收光束f’传播的元件。该屏蔽件BD有利地由陶瓷或高熔点金属等耐热材料制成，和/或可以被冷却。在未被吸收的光束被分成两部分的情况下，可能存在两个光束屏蔽件BD。

在图5中可见的第二实施例中，反射器元件20是反射层21。该反射层21布置在玻璃基板S的第二面上，即与带有涂层R的面相对的面。为了有效，该反射层21具有至少70%、优选至少80%的反射率。

因此，该反射层21反射未被吸收的光束f。该反射类似于第一实施例中描述的镜子M的反射，即未被吸收的光束f被反射到聚焦点的上游。

在配置的非限制性示例中，玻璃基板为4 mm厚，激光器具有433 W的功率和80 µm的宽度，反射层的反射率为80%，并且激光在玻璃基板上的入射角为7°。因此，在这种情况下，反射的未被吸收的光束穿过聚焦点上游的玻璃基板，宽度约为300 µm，距离聚焦点约350 µm。这种配置的示例使得在相同的处理性能下，传送速度可以提高15%，从大约6 m/min提高到7 m/min。

当然，本发明不限于所示的示例，而是可以以对本领域技术人员显而易见的各种方式进行变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于对涂敷到基板（S）上的涂层（R）进行热处理的热处理设备（1），其包括基板可以移动通过的加热装置（10），所述加热装置（10）被设计成加热所述玻璃基板的第一面上的涂层的加热区域，其特征在于，所述热处理设备还包括预热装置（10’），所述预热装置被设计成在预热区域中在所述加热区域上游加热移动的基板的涂层。

2. 根据权利要求1所述的热处理设备，其特征在于，所述加热装置（10）被设计成在至多1 ms的时间间隔内将所述涂层的温度从300℃升高到700℃，特别是从500℃升高到650℃，并且所述预热装置（10’）被设计成在至多50 ms的时间间隔内将所述涂层（R）的温度升高至多所述涂层通过所述加热装置达到的温度的三分之一。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备，其特征在于，它还包括再循环设备（RC），使得有可能使用由所述加热装置（10）提供的能量的未被吸收的部分充当预热装置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备，其特征在于，所述加热装置（10）包括激光系统（10b），所述激光系统包括至少一个激光发生器（L）。

5.根据权利要求4所述的热处理设备，其特征在于，所述激光系统（10b）以相对于所述玻璃基板的垂线成角度偏移的方式定位。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的热处理设备，其特征在于，所述加热装置（10）包括多个闪光灯（LD）。

7.根据权利要求4或6所述的热处理设备，其特征在于，所述再循环设备（RC）是反射器元件（20），其被设计成反射未被所述基板吸收的部分光束（f），并将其引导到移动的基板的涂层上，以便充当预热装置。

8.根据权利要求7所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）是镜子（M），其面向所述基板的与带有所述涂层的面相对的面布置。

9.根据权利要求8所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）是平行于所述基板的平面延伸的平面镜（M）。

10.根据权利要求8所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）是曲面镜（M）。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）能够以至少一个自由度移动。

12.根据权利要求11所述的热处理设备，其特征在于，所述自由度是在垂直于所述基板的平面的平面中的平移。

13.根据权利要求11所述的热处理设备，其特征在于，所述自由度是相对于垂直于移动方向的轴线的旋转。

14.根据权利要求7所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）被设计成在两个不同的方向上反射光束，以允许未吸收的光束（f）被定向在聚焦点的每一侧上。

15.根据权利要求14所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）是镜子（M’），其包括在彼此之间形成角度的两个部分，外角的面是反射性的。

16.根据权利要求14所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）包括三角形截面的柱体（200），所述柱体包括两个平行的边缘面（201）和三个侧面（202），两个相邻的侧面是反射性的。

17.根据权利要求7所述的热处理设备，其特征在于，所述反射器元件（20）是反射层（21），其被涂敷到所述基板（S）的与所述带有涂层（R）的面相对的面上。

18.根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备，其特征在于，所述基板（S）在第一维度和与所述第一维度正交的第二维度上延伸，所述基板在与两个维度中较大的维度共线的方向上移动，并且所述加热装置在与移动方向正交的方向上延伸。

19.根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备，其特征在于，所述预热区域和所述加热区域是分开的。

20.根据前述权利要求中任一项所述的热处理设备，其特征在于，所述基板沿第一方向和第二方向延伸，所述第一方向是其长度，所述第二方向是其宽度并且与所述第一方向正交，所述基板沿其长度方向移动，所述预热区域和所述加热区域在所述基板的整个宽度上延伸。

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