Прежде всего это связано с практическинеограниченными возможностями варьирования как элементного состава, таки соотношений структурообразующих элементов в пленкообразующем растворе(ПОР).
Такие возможности предполагают, с одной стороны, расширениеассортимента пленочных покрытий, с другой -- конструирование прозрачныхпленок с полифункциональными свойствами. Последние должны удовлетворятьследующим требованиям:
- интегральное светопропускание -- не ниже 75%;
- коэффициент отражения в ближней ИК области спектра -- не менее 40%;
- хорошая адгезионная, механическая прочность, химическая устойчивость, декоративность, а также способность быть однослойным или многослойным, одно- или двухсторонним.
Исследование как прямого, так и обратного решения эллипсометрии приматематическом моделировании однослойной отражающей среды позволилополучить основное уравнение работы данного покрытия:
- nh = 1/4y
- где: n -- показатель преломления (2,15);
- h -- толщина покрытия (120 нм);
- y -- длина волны (700-850 нм.)
Изучена пленкообразующая система,включающая оксиды с показателемпреломления более 1,7. Выбрана наиболее перспективная система:Bi2O3-Fe2O3-TiO2
где массовая доля твердой фазы 2,5-5,0%, рН<=4. А.С. N 1799856 "Теплоотражающее покрытие на стекле".
Пленкообразующий раствор готовили растворением хлоридов висмута ижелеза, и алкооксида титана в этаноле. Катализатором гидролиза являласьсоляная кислота. После созревания раствора покрытие наносили на образцытермически полированного стекла методом окунания. Скорость перемещенияобразца -- 10 мм.с-1. После просушки на воздухе образцы подвергалисьтермообработке при температуре 450-550°С.
Для рентгенофазового и дифференциально-термического анализаиспользовали порошки, полученные выпариванием ПОР. Структуру покрытияизучали по фотографии при 100X и 1000X- кратном увеличении; коэффициентзеркального и диффузного отражения измеряли спектроколориметром"Пульсар"; показатель преломления и толщину покрытия -- на эллипсометреЛЭФ-3М; качество поверхности покрытия определяли профилометром.
Установлено, что получаемое покрытие -- аморфное. При термообработке до400°С основная фаза рутил, выше 450°С -- анатаз, что существенносказывается на показателе преломления покрытия. Технологический процесс получения солнцеотражающего покрытия на стекле состоит из следующих основных стадий:
- подготовка поверхности стекла;
- нанесение ПОР;
- собственно образование пленки.
Подготовка поверхности стекла заключается в механической ее обработке сиспользованием водной дисперсии глинозема. Как известно, силикатноестекло по объему образовано конденсированными циклами кремнекислородныхтетраэдров, где количество последних в цикле обусловлено полнотойреализации валентных связей и наименьшей деформацией валентных углов.
На поверхности стекла, в частности, в момент формования, возможнообразование как отдельных SiO4-2 -тетраэдров, так и их сообществ,обладающих дополнительными степенями сво боды. Водная обработка стекладисперсией глинозема, который является абразивом, приводит кмеханическому разрыхлению поверхности, сопровождающемуся обменом ионовраствора и поверхности стекла, частичной ее гидратацией, повышениемэнергетического потенциала поверхности. Имея в виду, что дисперсияглинозема содержит всю гамму оксо- и гидропроизводных алюминия, в томчисле катионы алюминия и алюминат-анионы, взаимодействие последних споверхностью гидратированной силикатной матрицы приводит квозникновению Si+ и SiO- поверхностных групп.
ПОР представляет собой сложный состав из соединений титана, железа ивисмута в органическом растворителе (спирте). Основная пленкообразующаясоставляющая -- тетраалкоксид титана, подвергающийся гидролитическойконденсации. Причем при недостатке воды образуются линейныеполиалкоксититаноксилы. Кроме того, ПОР содержит сольватированные вразличной степени катионы железа, висмута и титана и связанныефункциональные группы -ОН, -Cl, -OR. В свою очередь, подготовленнаяповерхность стекла имеет свободные силанольные группы. Таким образом,первичное закрепление пленки на стекле обязано в основном реакциямконденсации по типу SiOH + ROTi Si-OTi + ROH и в известной степениобеспечивается унос в момент нанесения ПОР на поверхность стекла.Наличие на поверхности стекла групп Si+ и SiO делает возможнойхемосорбцию катионов ПОР в ионном виде.
Образование пленки -- это последовательный ряд процессов,обеспечивающих получение сплошной полититаноксановой структуры,химически связанной с поверхностью стекла. Непродолжительная сушка навоздухе при комнатной температуре способствует удалению интермицелярнойжидкости из нанесенного слоя ПОР. Выдержка во влажной атмосфереобеспечивает полноту омыления алкосигрупп Ti-OR + H2O Ti-OH + ROH.
В дальнейшем при образовании трехмерных структур 2 TiOH Ti-O-Ti H2Oосуществляется захват и закрепление в оксидной матрице катионов висмутаи железа. При термообработке происходит дегидратация остаточныхгидрооксидов, образование дилиталлоксиновых связей, сопровождающихсяполным удалением всех нелетучих компонентов, термолиз солей.
На поверхности стекла остается прозрачная пленка из нерастворимыхоксидов, прочно связанная со стеклом химическими или хемосорбционнымисилами с поверхностью стекла. Покрытие придает стеклу не толькозолотисто-бронзовый оттенок, что обеспечивает широкое использованиетакого стекла в архитектурно-художественном оформлении зданий исооружений, но и увеличивает его эксплутационные характеристики --прочность, микротвердость, абразивную устойчивость, водо-, щелоче-,кислотостойкость, а наличие в покрытии оксида титана создает условиядля грязеооталкивающих свойств покрытия, что важно при очистке оконныхпроемов зданий и сооружений. В лаборатории на опытной установке (АС N 1811513 "Устройство длянанесения покрытия на изделия из стекла") получены образцы стекла соднослойным двухсторонним покрытием золотисто-бронзового оттенкаразмером 2 м2. При этом покрытие имеет достаточную оптическуюоднородность -- при толщине 100-120 нм; показатель преломления ~2,0-2,1 и коэффициенте отражения ~ 40%. Погрешность в значениикоэффициента отражения в теоретических и экспериментальных расчетахсоставила не более 6%
