ЗАКАЛЕННОЕ ВАКУУМНОЕ СТЕКЛО Российский патент 2020 года по МПК C03C27/08 C03B23/24 

Область техники

Данное изобретение относится к закаленному вакуумному стеклу. Предпосылки изобретения

Как экологически безопасное, энергосберегающее стекло нового поколения, закаленное вакуумное стекло обладает отличными характеристиками светопроницаемости, термозащиты, звукоизоляции и теплоизоляции. В области разработки и использования новых источников энергии, а также в области энергосбережения этот вид стекла имеет широкие перспективы применения. Закаленное вакуумное стекло состоит из двух или более пластин стекла, герметично соединенных между собой с помощью спаивающих материалов. Надежность спаивающего материала непосредственно влияет на эксплуатационные свойства и срок службы вакуумного стекла.

Наиболее часто, для спаивания закаленного вакуумного стекла используется стеклянный порошок с низкой температурой плавления; причем температура спаивания обычно составляет 420-450°С. При этом не только тратится большое количество энергии, но и ограничивается возможность использования технологий закалки. Кроме того, при использовании других органических материалов для спайки краев при производстве вакуумного стекла, продукция имеет достаточно низкие показатели механических свойств, износостойкости и атмосферостойкости, что значительно снижает срок службы вакуумного стекла.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение представляет собой закаленное вакуумное стекло, которое объединяет в себе преимущества как закаленного, так и вакуумного стекла, обеспечивает воздухонепроницаемость, высокие механические свойства, износостойкость и погодостойкость при герметизации краев вакуумного стекла.

Варианты осуществления данного изобретения обеспечивают закаленное вакуумное стекло, которое состоит по меньшей мере из двух листов стекла, расположенных параллельно, из которых по меньшей мере один является закаленным стеклом, при этом между соседними листами стекла расположено вакуумное пространство, образованное массивом поддерживающих распорок, при этом указанное краевое уплотнение представляет собой металлическую уплотнительную структуру, образованную посредством спайки с металлом краев соседних листов стекла, краевое уплотнение состоит из нескольких слоев, расположенных в следующем порядке: переходный слой, металлизационный слой, слой интерметаллического соединения, слой припоя, слой интерметаллического соединения, металлизационный слой, переходный слой, при этом металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, образованную спеченной суспензией из порошка металла, после нагревания и расплавления, припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса на поверхности смежного с ним металлизационного слоя, образуя слой интерметаллического соединения.

Например, указанный слой припоя образуется посредством плавки низкотемпературного оловянного припоя, при этом низкотемпературный оловянный припой представляет собой комбинацию олова с одним или несколькими элементами, такими как переходные, редкие и благородные металлы.

Кроме того, указанный слой припоя выполнен из сплава на основе Sn-Ag-Cu, Sn-Au, Sn-Pb, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Zn, Sn-Bi, Sn-Sb, Sn-Ag-Cu-Bi, Sn-Ag-Bi-In-Ti, Sn-Ag-Bi-In, Sn-Ag-Cu-In-Ti или Sn-Ag-Bi-Cu-In-Ti.

Например, указанная суспензия из порошка металла представляет собой суспензию из серебра, суспензию из покрытой серебром меди или суспензию из покрытого серебром никеля.

Указанная суспензия из серебра, суспензия из покрытой серебром меди или суспензия из покрытого серебром никеля содержат один или несколько таких элементов, как редкие переходные и благородные металлы.

Например, соприкасающаяся поверхность слоя интерметаллического соединения и слоя припоя является зубчатой поверхностью. Кроме того, указанный слой интерметаллического соединения содержит комбинацию одного или нескольких из Ag₃Sn, AgZn или In₃Sn.

Например, металлизационный слой содержит от 3 до 10% стеклянной фазы.

Например, указанный переходный слой формируется посредством спекания суспензии из порошка металла на листе стекла и содержит слой стеклянной фазы, покрытый частицами металла, и слой оксида металла, который имеет сетчатую структуру.

Например, по меньшей мере один из листов стекла имеет аспирационное отверстие с уплотнительным элементом для герметизации аспирационного отверстия.

Например, с внешней стороны указанное краевое уплотнение имеет вторичное периферийное уплотнение с наполнителем в виде герметика, смолы или пластика.

Например, между слоями нет очевидного разграничения, а имеется взаимопроникновение; в настоящем изобретении суспензия из порошка металла представляет собой смесь проводящей фазы, стеклянного порошка и органической добавки.

Например, переходный слой содержит стеклянную фазу, спеченную с листом стекла, при этом фаза покрывает частицы металла, которые она содержит. В каркасе из металлических частиц присутствует оксидная фаза, то есть высокотемпературное окисление металлических частиц - в суспензии из серебра стеклянная фаза расплавляется и смачивает поверхность частиц серебра - оксид серебра растворяется в стеклянной фазе - стеклянная фаза, которая содержит оксид серебра, проникает в поверхность стекла.

Данное изобретение может иметь следующие полезные технические эффекты: 1. Металлизационный слой содержит стеклянную фазу, во время процесса спекания под действием капиллярного давления стеклянная фаза находится в нижней части металлизационного слоя и спекает губчатый металлизационный слой с листом стекла, стеклянная фаза, которая покрывает частицы металла, называется металлическим переходным слоем. В настоящем изобретении металлизационный слой имеет два переходных слоя: один представляет собой металлический переходный слой, который описывает взаимосвязь между металлизационным слоем и стеклом, другой представляет собой переходной слой оксида металла сетчатой структуры, который описывает взаимосвязь между металлом и стеклянной фазой, это цельная структура, которая спекается синхронно с металлическим переходным слоем, с которым имеет взаимопроникновение, переходный слой имеет высокую адгезию и высокую стойкость к термическому удару, припой после спайки может быстро охлаждаться, что позволяет избежать явления «травления серебра».

2. В настоящем изобретении слой интерметаллического соединения представляет собой слой с зубчатой поверхностью, припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса, то есть осуществление герметизации осуществляется посредством смачивания припоем верхней части непокрытого стеклянной фазой металлизационного слоя, припой образует зубчатое зацепление, крепко скрепляя между собой металлизационные слои верхнего и нижнего листов стекла, что придает полученному уплотнению более высокую прочность, надежность и герметичность.

3. По сравнению с уже имеющимися технологиями, краевое уплотнение настоящего изобретения может хорошо адаптироваться к напряжениям, которые возникают в процессе эксплуатации вакуумного стекла, и не вредит обеспечению герметичности, имеет более высокие механические свойства, что обеспечивает стабильность и безопасность изделий из вакуумного стекла в процессе эксплуатации.

Описание графических материалов

Фиг. 1 - структурная схема закаленного вакуумного стекла согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - схема варианта осуществления 1;

фиг. 3 - схема варианта осуществления 2;

фиг. 4 - схема варианта осуществления 3;

фиг. 5 и 6 - микроскопическое изображение металлографической структуры краевого уплотнения.

Ссылочные позиции на графических материалах: 1 - лист стекла; 2 - краевое уплотнение; 3 - поддерживающая распорка; 4 - аспирационное отверстие; 5 - уплотнительный элемент; 6 - вторичное периферийное уплотнение.

Конкретные варианты осуществления

С целью более глубокого ознакомления специалистов в данной области с сущностью изобретения и обеспечения возможности его осуществления, ниже приводится обобщенное описание конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения для более подробного разъяснения особенностей закаленного вакуумного стекла, которое обеспечено вариантами осуществления настоящего изобретения, однако указанные варианты осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 1, закаленное вакуумное стекло, которое обеспечивается вариантом осуществления настоящего изобретения, состоит по меньшей мере из двух листов 1 стекла, расположенных параллельно, по меньшей мере один из которых представляет собой закаленное стекло, края соседних листов 1 стекла герметизированы с помощью краевого уплотнения 2, при этом между соседними листами стекла находится массив поддерживающих распорок 3, которые обеспечивают образование вакуумного пространства, причем на внешней стороне краевого уплотнения 2 листов 1 стекла находится вторичное периферийное уплотнение 6 с наполнителем в виде герметика, смолы или пластика. При этом краевое уплотнение 2 представляет собой металлическое краевое уплотнение, образованное посредством спайки металла с краями соседних листов 1 стекла, при этом указанная спайка с металлом, включающая локальное высокотемпературное расплавление сплава из олова с помощью лазерного или индукционного нагрева, используется для предотвращения размягчения закаленного стекла. Температура металлической спайки не превышает 250°С. Вакуумное стекло можно комбинировать с другими типами материалов, такими как стеклопакеты, триплекс и др. В качестве материала для поддерживающих распорок могут быть использованы металлические, стеклянные, керамические и другие неорганические материалы. По меньшей мере один из листов 1 стекла снабжен аспирационным отверстием 4 и уплотнительным элементом 5 для герметизации аспирационного отверстия 4, при этом для герметизации аспирационного отверстия 4 используется металлическая пластина.

В настоящем изобретении краевое уплотнение 2 состоит из нескольких слоев, расположенных с следующем порядке: переходный слой, металлизационный слой, слой интерметаллического соединения, слой припоя, слой интерметаллического соединения, металлизационный слой, переходный слой, при этом между этими слоями нет очевидного разграничения, между ними есть взаимопроникновение. Здесь, как показано на фиг. 5 и фиг. 6, металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, образованного спеченной суспензией из порошка металла. После нагревания и расплавления припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса поверхности соседнего с ним металлизационного слоя, образуя слой интерметаллического соединения. Суспензия из порошка металла представляет собой суспензию из серебра, суспензию из покрытой серебром меди или суспензию из покрытого серебром никеля. Суспензия из серебра, суспензия из покрытой серебром меди или суспензия из покрытого серебром никеля содержат один или несколько из редких, переходных и благородных металлов. Слой припоя образуется посредством плавления низкотемпературного оловянного припоя. Низкотемпературный оловянный припой является комбинацией олова с одним или несколькими из переходных, редких или благородных металлов. Слой припоя выполнен из сплава на основе Sn-Ag-Cu, Sn-Au, Sn-Pb, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Zn, Sn-Bi, Sn-Sb, Sn-Ag-Cu-Bi, Sn-Ag-Bi-In-Ti, Sn-Ag-Bi-In, Sn-Ag-Cu-In-Ti или Sn-Ag-Bi-Cu-In-Ti.

Указанная соприкасающаяся поверхность слоя интерметаллического соединения и слоя припоя является зубчатой поверхностью, слой интерметаллического соединения содержит комбинацию одного или нескольких из Ag₃Sn, AgZn или In₃Sn. Указанный металлизационный слой содержит от 3 до 10% стеклянной фазы, герметичная спайка осуществляется с помощью смачивания припоем непокрытой стеклянной фазой части металлизационного слоя.

Указанный переходный слой формируется посредством спекания суспензии из металла на листе 1 стекла и содержит слой стеклянной фазы, который покрывает металлические частицы, и слой оксида металла сетчатой структуры.

Вариант осуществления 1

Как показано на фиг. 2, в данном варианте осуществления краевое уплотнение 2 состоит из расположенных в следующем порядке слоев: переходный слой, слой серебра, слой интерметаллического соединения, слой припоя, слой интерметаллического соединения, слой серебра и переходный слой. В некоторых вариантах осуществления металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, образованную спеченной суспензией из порошка металла. В качестве суспензии из металла используется суспензия из серебра. Кроме того, слой припоя образован низкотемпературным оловянным припоем, этот низкотемпературный оловянный припой является комбинацией олова и переходного металла или олова и благородного металла. Материалом припоя является Sn-Cu, Sn-Zn, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag или Sn-Au.

Слой интерметаллического соединения представляет собой зубчатый слой, образованный реакцией между слоем припоя и слоем серебра, а неровная поверхность зубчатого слоя позволяет достигнуть более прочного сцепления слоя серебра с припоем, припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса слоя серебра, что обеспечивает лучшую герметичность. Слой интерметаллического соединения содержит отдельный вид или комбинацию разных видов интерметаллических соединений Ag₃Sn, AgZn. Слой серебра содержит от 5 до 10% стеклянной фазы, герметичная спайка осуществляются с помощью смачивания припоем непокрытой стеклянной фазой части слоя серебра.

Переходный слой, показанный на фиг. 2, образован спеканием суспензии из серебра на листе стекла. Переходный слой содержит металлический переходный слой, который покрывает частицы серебра, и переходный слой оксида серебра сетчатой структуры. Во время процесса спекания суспензия из порошка серебра спекается вместе с листом стекла под действием капиллярного давления. Переходный слой содержит металлический переходный слой, который покрывает частицы серебра и слой оксида серебра сетчатой структуры, которые одновременно спекаются с образованием единой структуры взаимопроникающих слоев, переходный слой имеет высокую адгезию, высокую термостойкость и способность припоя быстро охлаждаться после спайки.

Вариант осуществления 2

Как показано на фиг. 3, в данном варианте осуществления краевое уплотнение 2 состоит из расположенных в следующем порядке слоев: переходного слоя, композитного слоя серебро-медь, слоя интерметаллического соединения, слоя припоя, слоя интерметаллического соединения, композитного слоя серебро-медь и переходного слоя. Металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, в котором спекается суспензия из металла; в качестве суспензии из металла используется суспензия из покрытой серебром меди. При этом слой припоя образуется посредством плавления низкотемпературного оловянного припоя, оловянный припой является комбинацией олова и переходного металла или редкого металла, включая сплавы Sn-Ag-Bi-In, Sn-Ag-Bi-Cu-In-Ti, Sn-Ag-Bi-In-Ti или Sn-Ag-Cu-In-Ti.

Слой интерметаллического соединения представляет собой зубчатый слой, образованный реакцией между слоем припоя и слоем серебро-медь. Неровная поверхность зубчатого слоя позволяет достигнуть более прочного сцепления слоя серебро-медь с припоем, припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса слоя серебро-медь, что обеспечивает лучшую герметичность. Слой интерметаллического соединения содержит отдельный вид или комбинацию разных видов интерметаллических соединений Ag₃Sn, AgZn или In₃Sn. Слой серебро-медь содержит 3-10% стеклянной фазы, причем герметичная спайка осуществляется с помощью смачивания припоем непокрытой стеклянной фазой части композитного слоя серебро-медь.

Переходный слой формируется посредством спекания суспензии из покрытой серебром меди на поверхности листа стекла и включает металлический переходный слой, который покрывает частицы серебра и меди, в каркасе из частичек серебра и меди, который составляет металлический переходный слой, присутствуют оксиды серебра и меди, которые имеют сетчатую структуру. В процессе спекания суспензия из покрытой серебром меди спекается вместе с листом стекла под действием капиллярного давления. Поскольку переходный слой содержит слой стеклянной фазы и слои оксида серебра и оксида меди сетчатой структуры, которые одновременно спекаются с образованием единой структуры взаимопроникающих слоев, то такой переходный слой имеет высокую адгезию, высокую стойкость к термическому удару и способность припоя быстро охлаждаться после спайки. В процессе закалки стекла в агломерационной печи благодаря стеклянной фазе металлические частицы прочно спекаются со стеклом. Вероятные повреждения могут возникнуть только неглубоко на поверхности листа стекла, что не может повлиять на его основные характеристики.

Вариант осуществления 3

Как показано на фиг. 4, в данном варианте осуществления краевое уплотнение 2 состоит из расположенных в следующем порядке слоев: переходного слоя, композитного слоя серебро-никель, слоя интерметаллического соединения, слоя припоя, слоя интерметаллического соединения, композитного слоя серебро-никель и переходного слоя. Металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, в которой спекается суспензия из порошка металла, в качестве суспензии используется суспензия из покрытого серебром никеля. Слой припоя - это низкотемпературный оловянный припой, причем оловянный припой является комбинацией олова и переходного или редкого металла, при этом слой припоя - Sn-Pb, Sn-Sb, Sn-Bi или Sn-Ag-Cu-Bi.

Слой интерметаллического соединения представляет собой зубчатый слой, образованный реакцией между слоем припоя и слоем серебро-никель, неровная поверхность зубчатого слоя позволяет достигнуть более крепкого сцепления слоя серебро-никель с припоем, припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса слоя серебро-никель, что обеспечивает лучшую герметичность. Слой интерметаллического соединения содержит Ag₃Sn. Слой серебро-никель содержит от 3-10% стеклянной фазы, герметичная спайка осуществляется с помощью смачивания припоем непокрытой стеклянной фазой части композитного слоя серебро-никель.

Переходный слой формируется посредством спекания суспензии из покрытого серебром никеля на поверхности листа стекла и содержит металлический переходный слой, который покрывает частицы серебра и никеля, в каркасе из частиц серебра и никеля внутри металлического переходного слоя присутствуют оксиды серебра и никеля, которые имеют сетчатую структуру, в процессе спекания суспензия из покрытого серебром никеля спекается вместе с листом стекла под действием капиллярного давления. Поскольку переходный слой содержит слой стеклянной фазы и слои оксида серебра и оксида никеля сетчатой структуры, которые одновременно спекаются с образованием единой структуры взаимопроникающих слоев, то такой переходный слой имеет высокую адгезию, высокую стойкость к термическому удару и способность припоя быстро охлаждаться после спайки. В данном изобретении суспензия из порошка серебра может дополнительно содержать комбинацию одного или нескольких из редких, переходных и благородных металлов и образовывать металлизационные слои, например, композитный слой серебро-титан, композитный слой серебро-гафний-рений и др.

Используемая суспензия из покрытой серебром меди может также содержать комбинацию одного или нескольких из редких, переходных и благородных металлов, например, образовывать такие металлизационные слои, как композитные слои серебро-индий-медь, серебро-титан-медь и серебро-рений-медь, используемая суспензия из покрытого серебром никеля также может содержать комбинацию одного или нескольких из редких, переходных и благородных металлов, например, образовывать такие металлизационные слои, как образующиеся композитные слои серебро-марганец-никель, серебро-гафний-никель и серебро-молибден-никель.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают закаленное вакуумное стекло, краевое уплотнение которого удовлетворяет требованиям герметичности кромок вакуумного стекла, такое вакуумное стекло имеет преимущества как закаленного, так и вакуумного стекла, и обеспечивает высокие механические свойства, износостойкость и атмосферостойкость краевой структуры закаленного вакуумного стекла.

Изобретение относится к закаленному вакуумному стеклу. Закаленное вакуумное стекло содержит по меньшей мере два листа стекла, расположенных параллельно. По меньшей мере один из листов стекла представляет собой закаленное стекло. При этом герметизация соседних листов стекла по периметру обеспечена с помощью краевого уплотнения. Между листами стекла находится массив поддерживающих распорок, обеспечивающий образование вакуумного пространства. Указанное краевое уплотнение представляет собой металлическую краевую уплотнительную структуру, которая проходит по периметру соседних листов стекла в процессе формирования металлической спайки. Краевое уплотнение состоит из нескольких слоев, расположенных в следующем порядке: переходный слой, металлизационный слой, слой интерметаллического соединения, слой припоя, слой интерметаллического соединения, металлизационный слой, переходный слой. Металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, образованную спеченной суспензией из порошка металла. После нагревания и расплавления, припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса на поверхности соседнего с ним металлизационного слоя, образуя слой интерметаллического соединения. Указанная суспензия из порошка металла представляет собой суспензию из покрытой серебром меди или суспензию из покрытого серебром никеля. Технический результат - обеспечение воздухонепроницаемости, высоких механических свойств, износостойкости и погодостойкости при герметизации краев вакуумного стекла. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Закаленное вакуумное стекло, содержащее по меньшей мере два листа (1) стекла, расположенных параллельно, отличающееся тем, что по меньшей мере один из листов (1) стекла представляет собой закаленное стекло; при этом герметизация соседних листов (1) стекла по периметру обеспечена с помощью краевого уплотнения (2); между листами стекла находится массив поддерживающих распорок (3), обеспечивающий образование вакуумного пространства; указанное краевое уплотнение (2) представляет собой металлическую краевую уплотнительную структуру, которая проходит по периметру соседних листов (1) стекла в процессе формирования металлической спайки; причем краевое уплотнение (2) состоит из нескольких слоев, расположенных в следующем порядке: переходный слой, металлизационный слой, слой интерметаллического соединения, слой припоя, слой интерметаллического соединения, металлизационный слой, переходный слой; при этом металлизационный слой представляет собой структуру в виде губчатого каркаса, образованную спеченной суспензией из порошка металла; после нагревания и расплавления припой заполняет капиллярные поры структуры в виде губчатого каркаса на поверхности соседнего с ним металлизационного слоя, образуя слой интерметаллического соединения; причем указанная суспензия из порошка металла представляет собой суспензию из покрытой серебром меди или суспензию из покрытого серебром никеля.

2. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что указанный слой припоя образован посредством плавления низкотемпературного оловянного припоя, при этом низкотемпературный оловянный припой является комбинацией олова с одним или несколькими элементами, такими как переходные, редкие и благородные металлы.

3. Закаленное вакуумное стекло по п. 2, отличающееся тем, что указанный слой припоя выполнен из сплава на основе Sn-Ag-Cu, Sn-Au, Sn-Pb, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Zn, Sn-Bi, Sn-Sb, Sn-Ag-Cu-Bi, Sn-Ag-Bi-In-Ti, Sn-Ag-Bi-In, Sn-Ag-Cu-In-Ti или Sn-Ag-Bi-Cu-In-Ti.

4. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что указанная суспензия из покрытой серебром меди или суспензия из покрытого серебром никеля содержит один или несколько из редких, переходных или благородных металлов.

5. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что соприкасающаяся поверхность слоя интерметаллического соединения и слоя припоя является зубчатой поверхностью.

6. Закаленное вакуумное стекло по п. 5, отличающееся тем, что указанный слой интерметаллического соединения содержит комбинацию одного или нескольких из Ag₃Sn, AgZn или In₃Sn.

7. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что указанный металлизационный слой содержит от 3 до 10 % стеклянной фазы.

8. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что указанный переходный слой образован посредством спекания суспензии из серебра на листе (1) стекла; при этом переходный слой содержит слой стеклянной фазы, покрытой металлическими частицами, и слой оксида металла сетчатой структуры.

9. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из листов (1) стекла имеет аспирационное отверстие (4) и уплотнительный элемент (5) для герметизации аспирационного отверстия (4).

10. Закаленное вакуумное стекло по п. 1, отличающееся тем, что наружная сторона указанного краевого уплотнения (2) имеет вторичное периферийное уплотнение (6) с наполнителем в виде герметика, смолы или пластика.