Flotación de vanguardia tecnología de vidrio diseñados para producir vidrio flotado arquitectónico y automotor, y ultrafinos especialidad, Ultrathick, UltraClear, y del vidrio de borosilicato.
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Próxima generación on-line pirolítico tecnología CVD diseñados para producir E reflectante, Bajo, Control Solar, Fotovoltaica, anti-reflejo y auto revestimientos Limpio.
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Proceso de Revestimiento del Vidrio en línea
Tecnología CVD en línea para la Industria del Vidrio
Los productos de vidrio con revestimientos han mejorado significativamente las propiedades de los mismos comparados a productos sin revestimiento. Algunas de las propiedades mejoradas, debido a los revestimientos son: mejoras de eficiencia en energía, mayor durabilidad, facilidad de manejo, diferenciación de mercado, y márgenes de negocio incrementales. La tecnología líder en revestimiento en línea de producción es la de Depósitos de Vapores Químicos por calor, y ha sido usada en la industria del vidrio por muchos años. Los avances actuales a esta tecnología contra las versiones originales son sorprendentes. Hasta hace muy poco, la misma estaba disponible únicamente para compañías fabricantes de vidrio internacionales muy grandes, las cuales desarrollaron la tecnología por ellos mismos. Stewart Engineers en colaboración con sus socios industriales desarrollo el primer sistema llave en mano disponible comercialmente, llamado AcuraCoat<sup>®</sup>.
Selección de la Tecnología de Revestido
Los fabricantes de vidrio flotado cuentan con dos opciones para el revestimiento del mismo. Se puede hacer por separado de la línea de producción, a través de un bombardeo de los químicos mediante un magneto en una atmosfera al vacío. Y como segunda opción a través del sistema de Depósito de Vapores Químicos a presión atmosférica. En el caso de revestimiento por bombardeo, se conoce como revestimientos suaves, en el de Deposito de Vapores Químicos, estos reaccionan directamente a la superficie del vidrio caliente para formar un revestimiento cerámico durante el proceso de flotación; se refieren a este método como revestimiento duro. Ambos ofrecen sus ventajas y desventajas. Vea el vínculo en la parte inferior para observar una comparación entre el revestimiento por bombardeo y el Depósito de Vapores Químicos por calor (Por sus siglas en ingles CVD).
Historia del CVD
Durante las primeras generaciones de la tecnología para el revestimiento CVD, este no podía competir con la de bombardeo. Los revestimientos no estaban al mismo nivel. Existían muchos mas revestimientos químicos para el proceso de bombardeo que ofrecían mejor comportamiento. Sin embargo, dentro de los últimos 10-15 años, la tecnología CVD y sus químicos han avanzado al mismo nivel de la de bombardeo.
Los revestimientos aplicados en línea utilizando la metodología CVD se conocen comúnmente como revestimientos por calor. Los métodos CVD utilizan como precursor para la reacción un gas en conjunto con la superficie caliente del vidrio durante el proceso de flotación. Como resultado de esta reacción química, la superficie del vidrio toma una nueva estructura. Este revestido frecuentemente es referido como revestimiento duro debido a que el mismo viene a convertirse en parte de la superficie del vidrio y por lo tanto es más durable que los revestimientos por bombardeo. Las reacciones químicas deberán ocurrir muy rápido para evitar afectar la velocidad de la línea de producción. En adición, el proceso CVD es integrado en la línea de flotación sin interrumpir el proceso del vidrio flotado.
La tecnología del revestimiento en línea CVD usa vapor real, en donde los precursores o elementos químicos se vaporizan totalmente antes de ser depositados en la cabeza del equipo de revestimiento. La tecnología CVD es actualmente la más utilizada en las plantas de manufactura de vidrio flotado. Para poder explorar los pasos de las Generaciones 1, 2 y 3 del revestimiento CVD, adelante encontraremos tres fases ilustrativas en su orden cronológico. Las características clave de diferenciación son:
- Flujo laminar o turbulento
- Precursores químicos premezclados o depositados por separado formando una película
- • Localización de la tina ó del transportador
Generación 1: Tecnología de flujo laminar unidireccional
Esta generación por transmisión es una de los primeros diseños de flujo laminar, data de el fin de los años 70’s. Se coloca normalmente en la tina de flotación y contiene un transmisor que se enfría por agua como se muestra en la figura 1.
figura 1:Diseño de transmisión unidireccional.
Generación 2: Tecnología de flujo por turbulencia.
El sistema de Generación 2 utiliza tecnología de flujo turbulento. En esta tecnología los elementos precursores propuestos no pueden ser mezclados debido a un nivel inaceptable de pre-reacción en la fase de gas, se hace necesario depositarlos por separado en la zona de reacción como se muestra en la figura 2. Para lograr esto, el transmisor que se encuentra localizado en el transportador contiene dos ranuras de entrada separadas. Es esencial una mezcla muy rápida del gas y se utiliza un régimen de turbulencia en el mezclado y flujo. El transportador se enfría por agua. Este tipo de diseño de químicos y transportadores es capaz de entregar los índices de crecimiento más rápidos de CVD, llegando hasta índices por encima de 100nm/s. La consecuencia en la operación de este diseño por turbulencia es la baja eficiencia del precursor de elementos químicos (típicamente abajo del 10%) y altos volúmenes de gas, lo que nos lleva a un desperdicio significativo en el manejo del gas y requerimientos de limpieza. Esta ineficiencia nos lleva a un alto costo de los elementos químicos si lo comparamos con el sistema de Generación 3. Este tipo de transportador ha sido utilizado para depositar F-SnO2.
figura 2: A turbulent beam design.
Generación 3: Tecnología multidireccional de flujo laminar.
La tecnología de la generación 3 fue introducida a mediados de los 80’s. Es un régimen de flujo laminar y maneja gases pre-mezclados únicamente. Estos gases pre-mezclados se dividen en un flujo superior y un flujo inferior, como se muestra en la figura 3. Esta alternativa ofrece un alto potencial para obtener una excelente uniformidad en la película y alta eficiencia del precursor de elementos químicos. En combinación con un sistema de enfriado y calentado por aceite, el transmisor da la capacidad mas amplia en el rango de materiales de revestimiento. El transmisor que se encuentra localizado en la tina de flotación puede ser sensible a ajustes y operación y requiere de un cuidadoso proceso de control. Muchas variantes de esta alternativa de diseño básico han sido propuestas, en particular para obtener un mejor control de la reacción química e incremento en los índices de crecimiento.Diseños que involucran entradas y salidas de gas múltiples también han sido desarrollados. Sin embargo, se debe tener mucho cuidado, ya que incrementando la complejidad puede llevar a dificultades en obtener el control del proceso y por lo tanto una producción aceptable. Es notable que hoy en día los tres tipos de tecnología de revestimiento se mantengan en un alto volumen de producción y uso. En muchos casos más de un sistema de esta tecnología se usa en tándem, para producir un producto de capas múltiples.
figura 3: Tecnología de doble transmisor de flujo.
Proceso de Producción CVD – Aspectos Claves
Aparte de los aspectos relacionados al diseño de la cabeza de revestimiento para alto volumen en línea utilizado revestimientos por CVD, existen una serie de aspectos relacionados al proceso de ingeniería, que lo hacen crítico y deben ser resueltos; incluyendo:
- Selección de un apropiado sistema precursor.
- Entrega controlada por el precursor (manejo y vaporización de los elementos químicos).
- Control de temperatura en línea de las cabezas de revestimiento.
- Control de la distribución de gas y mantenimiento al sistema de régimen de flujo de gas, que sea compatible con los objetivos fijados para la uniformidad de la película.
- Manejo del gas de desperdicio.
- Control de proceso (mantener un alto volumen de producción en línea, es critico para evitar perdidas de vidrio).
Es la correcta combinación de tecnologías para obtener todo lo arriba mencionado, la que define las características de comportamiento de el AcuraCoat<sup>®</sup> Proceso CVD por calor en línea.
Integración del CVD en la línea del Vidrio Flotado
Para integrar adecuadamente un sistema AcuraCoat<sup>®</sup> de revestido CVD en la línea de producción del vidrio flotado, muchos retos tienen que ser resueltos. La velocidad de la línea de producción de vidrio puede llegar a 1000 m/hr, el listón de vidrio típicamente es superior a 3 metros de ancho, y el espesor de la película típicamente requerida puede ser varios cientos de nanómetros (nm). Ese tipo de espesor de película, a ciertas velocidades de línea, requiere de índices de crecimiento de décimas de nm/s, y pueden llegar hasta 100 nm/s. En algunos casos, se requiere más de una cabeza de revestimiento para lograr el objetivo de espesor de la película, aun para solo una capa.
La selección de la posición para integrar el revestimiento en la línea de la tina de flotación es una decisión muy crítica, como se muestra en la figura 4. Como regla general, mientras mas lejos en el flujo del vidrio fundido (y por lo tanto, el vidrio mas caliente), la película que se produce será mas dura y mas durable, y en consecuencia un índice de crecimiento de producción mas rápido. Sin embargo, las altas temperaturas representan retos significativos para la ingeniería y el precursor químico. La mayor parte de los sistemas de revestimiento CVD se localizan en la parte más delgada al final de la línea de la tina de flotación.
figura 4: : Posibles posiciones para incorporar un sistema de revestimiento CVD en una línea de producción de vidrio flotado.
Desarrollos recientes
La naturaleza compleja y multidisciplinaría del CVD ha creado una barrera importante para lograr un desarrollo llave en mano del sistema para ampliar la difusión de esta tecnología. El lanzamientodel sistema AcuraCoat<sup>®</sup> permite realizar un gran avance en el acceso a esta tecnología.
Stewart Engineers y sus socios industriales han desarrollado el sistema técnicamente mas avanzado para una línea de producción disponible para la industria fabricante de vidrio flotado; el sistema AcuraCoat<sup>®</sup>. El diseño esta basado en un concepto de tercera generación y usa tecnología de enfriado por aceite, multi-direccional, para el transportador de flujo laminar localizado dentro del horno de tina de flotación.
Elementos Claves
Características de la línea:
- Ancho del vidrio: ≥ 3.4m (típicamente).
- Ancho del revestido: > 3.0m (típicamente).
- Velocidad: 300 – 1000 m/hr.
Especificaciones del proceso:
- Tiempo por corrida (el tiempo entre limpiezas): promedio 8 hrs., > 12 es posible.
- Rendimiento de revestimiento: > 20% de la producción total.
- Proceso de revestimiento: > 80%.
- Tiempo de arranque: 30 minutos.
- Tiempo de apagado: inmediato.
figura 5: Diagrama de flujo del sistema AcuraCoat<sup>®</sup>
El sistema se localiza sobre un transporte que puede ser insertado y removido rápidamente en la tina de flotación; StewartFloat<sup>®</sup>. Modificaciones de ingeniería al sistema StewartFloat<sup>®</sup> pueden llevarse acabo y es posible introducir el sistema como un sistema totalmente nuevo o como una mejora en retrospectiva.
figura 6: Sección en corte del sistema AcuraCoat<sup>®</sup> mostrando el transporte y los miembros de soporte.
Como consecuencia de este avanzado diseño, un amplio rango de productos y propiedades de los mismos pueden lograrse. El sistema Stewart AcuraCoat<sup>®</sup> produce una serie de productos de vidrio que entregan eficiencia energética que cumplirá o excederá los requerimientos de energía. Este sistema tiene capacidad para producir revestimiento Reflectante, de Bajas Emisiones, Control Solar, Fotovoltaico y de Auto Limpieza. La tecnología del AcuraCoat® tiene el potencial para catalizar y soportar crecimientos de difusión de la tecnología del sistema de revestimiento CVD dentro de la industria del vidrio a nivel mundial.
