可加熱玻璃及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種玻璃的結構及制造方法，具體是一種主要用于汽車擋風玻璃的可加熱玻璃及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在汽車內外溫差大的情況下，車身玻璃表面容易起霧，影響駕駛員的視野，需要通過加熱玻璃的方式去除玻璃表面的水霧；在冬季寒冷的氣候下，長時間停在戶外車身玻璃表面會凝結薄冰或者有冰雪沉積，會阻擋駕駛員的視線，在正常駕駛之前，通常駕駛員要花一定的時間去除玻璃表面的積雪和結冰，通常這項工作也需要玻璃加熱的輔助，以確保更快的去除玻璃表面的冰凍。目前市面普遍采用的車身玻璃加熱的方案有I)熱空氣傳熱型，即通過鼓風機或者外加熱風裝置對擋風玻璃吹熱風，將熱量傳遞給擋風玻璃，使擋風玻璃升溫達到除霜化冰的效果；2)直接電加熱型，即在玻璃內表面均勻分布加熱單元，對加熱單元通電發熱實現玻璃的升溫。前一種方式是間接加熱的方式，熱損失較大，能量效率低，且加熱均勻性差，但是成本低，只需要配合車內送風系統和空調就能工作；第二種方式可以實現擋風玻璃均勻加熱，并且具有較高的能量效率，但是需要在玻璃上布置發熱單元，因此造價比較高。
[0003]電加熱在后擋風玻璃上已經非常普及，如市面上的汽車后窗普遍采用均勻分布的電阻絲。與后窗玻璃不同，在前檔風玻璃上粘貼明顯的加熱絲會影響到開車的視野和安全性。旭硝子(AGC)公司在專利US5798499中提到采用10~35um的鎢絲或者鉬絲加熱的方法，絲與絲之間的間距在1.5-4.0mm,由于鎢絲很細，可以保證玻璃一定程度的透光度，但是由于視野中存在密集的金屬絲，對駕駛員的視覺有一定的影響。福特(Ford Motor)公司在US4668270專利中披露了采用連續導電薄膜銀Ag/氧化鋅ZnO結構來實現前擋風玻璃加熱的方法。在此方法中，若干納米厚的Ag薄膜均勻分布在玻璃表面作為導電發熱的主體，金屬銀薄膜只要薄到幾納米下對可見光就具有較好的透光性(>70%)，并且對紅外光具有較好的阻隔率，具有良好的節能作用。采用金屬Ag薄膜作為前擋風玻璃的導電層，需要復雜的保護膜層結構，如專利CN 102795793 A中披露的:玻璃基板I氮化硅SiNx |氧化鈦T1x I氧化鋅ZnO I銀Ag |氧化镲絡NiCrOx |氧化鋅ZnO |氧化鋅錫ZnSnOx
I氧化銦錫ΙΤ0，使其能夠耐受600度的玻璃彎曲成型工藝，而不至于被氧化，如果是在玻璃成型之后再進行Ag的鍍膜，在彎曲表面上鍍膜的工藝成本將會非常高。Ford Motor在US5756192專利中提出了采用透明導電氧化物薄膜(TCO)材料作為連續導電薄膜制作可加熱的前檔風玻璃的方法。物理氣相沉積(PVD)或者化學氣相沉積(CVD)獲得的TCO薄膜通常具有80%以上的可見光透過率(相同加熱效率的Ag薄膜的透光率通常低于70%)，同時又具有較低的電阻率，通過沉積若干Mffl厚的薄膜，TCO的方塊電阻能夠下降到lOohm/sq以下，滿足前擋風玻璃加熱的需求。同樣的，大部分TCO材料在玻璃彎曲成型工藝中，需要復雜的保護層結構來防止因為TCO氧化造成的導電率和透光率下降等問題，如專利US5756192中披露的:玻璃基板I氧化硅S1x I摻鋁氧化鋅AZO (—種TCO材料)I氮化硅SiNx |摻氟氧化錫FTO，保護層的存在提高的工藝的復雜性，如果在玻璃成型之后進行TCO的鍍膜，雖然不需要復雜的保護層，在彎曲表面上鍍膜的成本同樣是非常高的，這使得先玻璃熱成型再鍍膜變得不現實。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，提供一種制造工藝簡單、制造成本低、導電發熱均勻的可加熱玻璃及其制造方法。
[0005]本發明可加熱玻璃的第一種技術方案包括有雙層玻璃基體和層壓在雙層的玻璃基體之間的導電功能層，所述導電功能層由下述各層材料組成:厚度0.2mm~0.7mm半柔性超薄玻璃層、通過PVD或者CVD方法沉積在半柔性超薄玻璃層一側表面的導電膜層。所述導電功能層兩側與兩層玻璃基體之間具有聚乙烯醇縮丁醛PVB或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA材料的粘結層。所述玻璃基體可以為鋼化玻璃或半鋼化玻璃。所述半柔性超薄玻璃層可以是各種能夠在0.2mm~0.7mm厚度下具有柔性的玻璃材料，如傳統的鈉鈣玻璃(sodalime)，也可以采用表面經過化學強化的玻璃，如康寧公司的大猩猩玻璃(Gorilla)或者旭硝子公司的龍跡玻璃(Dragontrail)等。
[0006]本發明的第二種技術方案包括有一層玻璃基體和層壓在玻璃基體一側表面的導電功能層，所述導電功能層由下述各層材料組成:厚度0.2mm~0.7mm半柔性超薄玻璃層、通過PVD或者CVD方法沉積在半柔性超薄玻璃層一側表面的導電膜層。所述導電功能層與玻璃基體之間具有PVB或EVA材料的粘結層，并且導電膜層一側與粘結層接觸。
[0007]所述導電膜層可以為一層TCO層。該方案中:TC0層可以是ITO(摻錫氧化銦)、AZO(摻鋁氧化鋅)、BZO (摻硼氧化鋅)、GZO (摻鎵氧化鋅)、FTO (摻氟氧化錫)幾種材料中的一種，其厚度為500~2000nm。
[0008]所述導電膜層還可以由依次逐層沉積在半柔性超薄玻璃層表面的氮化硅SiNx層、銀Ag薄膜層和TCO層組成。該方案中:氮化娃SiNx層厚度為10~30nm ;銀Ag薄膜層的厚度為2~10nm ； TCO厚度為20~200nm，可以是ITO (摻錫氧化銦)，AZO (摻鋁氧化鋅)，GZO(摻鎵氧化鋅)幾種材料中的一種。
[0009]所述導電膜層邊緣貼有用來引入電流的匯流帶；所述匯流帶隱藏在玻璃基體邊緣的陶瓷框中，以避免影響視線。
[0010]擋風玻璃加熱通常需要200~1000W/m2的能量密度，加熱涂層的單位加熱功率密度Pspe。通過公式Pspec=U2/RSq*D2來計算，其中U為輸入電壓，Rsq為涂層的方塊電阻(面電阻)，D為兩個匯流電極之間的間距。一般車載系統的電壓不大于50V，考慮兩個匯流電極沿著擋風玻璃的長邊布置，電極的距離在80cm左右，因此對于不同的加熱結構，通常都要求方塊電阻〈lOohm/sq。如果是車前窗的擋風玻璃，同時還要求可見光的透過率>70%。特別在含有Ag薄膜的結構中，比較容易實現較低的方塊電阻，即較大的能量密度，但是通常方塊電阻都受限于薄膜的透光率>70%的要求，在2~10ohm/sq的范疇，隨著Ag薄膜厚度的增加，透光率隨方塊電阻下降而下降的趨勢非常明顯，因此優化的銀Ag薄膜層的厚度在3~5nm，發熱的功率密度在400~1000W/m2。對于采用玻璃/TCO的加熱結構，可見光透過率幾乎不隨方塊電阻下降有明顯變化，方塊電阻主要取決于導電氧化物的類型和薄膜的厚度，因此優化的500nm的ITO薄膜，方塊電阻可以達到5ohm/sq，在36V下發熱的功率密度可以達到400W/m2，透過率在80%以上；另一種廉價的BZO薄膜，優化的厚度在2000nm，方塊電阻可達到6ohm/sq,在36V下發熱的功率密度可以達到340W/m2，可見光透過率在80%以上。
[0011]本發明可加熱玻璃的制造方法是:首先通過PVD或者CVD方法在平面形態的半柔性超薄玻璃層一側表面沉積形成導電膜層，再將沉積有導電膜層的半柔性超薄玻璃層層壓在單層的玻璃基體上，或者層壓在雙層玻璃基體之間。層壓的過程中抽出玻璃和導電膜層之間的空氣，并且通過加熱使PVB或者EVA將所述半柔性超薄玻璃層與單層或雙層玻璃粘合在一起。層壓可以在專門的層壓設備中進行，通過使用與所壓玻璃具有相同弧度的層壓磨具實現多層彎曲玻璃的貼合，也可以采用汽車行業成熟的高壓釜工藝來實現合片。
[0012]本發明提出了將玻璃基體熱成型和導電薄膜沉積這兩個工藝過程徹底分離的加熱玻璃制作方法。具有加熱功能的導電薄膜可以先在半柔性超薄玻璃層上沉積完成。玻璃基體在熱成型至所需形狀之后，再將半柔性超薄玻璃層連帶導電薄膜一起貼合到所要應用的玻璃基體表面。該方法及產品的優點是:由于導電薄膜不再需要經受玻璃的熱加工，因此無需復雜的保護膜層，鍍膜成本更低；同時簡單的導電薄膜結構更容易實現與匯流帶的歐姆接觸，可以避免由于接觸不良引起的熱點問題。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例一的截面結構示意圖；
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