ES2742508T5 - Articles including anticondensation and/or low-e coatings and/or methods of making the same - Google Patents

Articles including anticondensation and/or low-e coatings and/or methods of making the same

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ES2742508T5 ES16177756T ES16177756T ES2742508T5 ES 2742508 T5 ES2742508 T5 ES 2742508T5 ES 16177756 T ES16177756 T ES 16177756T ES 16177756 T ES16177756 T ES 16177756T ES 2742508 T5 ES2742508 T5 ES 2742508T5
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Description

DESCRIPCIÓN
Artículos que incluyen recubrimientos anticondensación y/o de baja emisividad y/o métodos para fabricarlos Esta solicitud es una continuación en parte(Continuation-in-Part- CIP) de las solicitudes de patentes US-12/923.082, presentada el 31 de agosto de 2010 y US-12/662.894, siendo esta última una CIP de US-12/659.196, presentada el 26 de febrero de 2010, cuyas descripciones se incorporan como referencia en la presente memoria.
Campo de la invención
Algunas realizaciones ilustrativas de esta invención se refieren a claraboyas.
Antecedentes y sumario de realizaciones ilustrativas de la invención
Se sabe que la humedad se condensa en claraboyas, puertas de refrigerador/congelador, ventanas de vehículos y otros productos de vidrio. La acumulación de condensación en claraboyas perjudica el atractivo estético de la luz. Similarmente, la acumulación de condensación en puertas de refrigerador/congelador en supermercados o similares, a veces dificulta a los compradores el localizar rápida y fácilmente los productos que buscan. Además, la acumulación de condensación en vehículos es frecuentemente una molestia por la mañana, ya que un conductor a menudo debe rascar escarcha o hielo y/o accionar el dispositivo antihielo y/o el limpiaparabrisas del vehículo para hacer más segura la conducción. La humedad y la niebla en el parabrisas a menudo supone una molestia similar, aunque también pueden constituir riesgos de seguridad potencialmente más significativos cuando un conductor atraviesa áreas montañosas, ya que se dan cambios repentinos de temperatura, etc.
Se han desarrollado diversos productos anticondensación a lo largo de los años para abordar estas y/u otras preocupaciones en una variedad de aplicaciones. Véanse, por ejemplo, las patentes US-6.818.309; US-6.606.833; US-6.144.017; US-6.052.965; US-4.910.088, todo el contenido de cada una de ellas se incorpora de esta manera en la presente memoria como referencia. Según se ha mencionado antes, algunas propuestas utilizan elementos de calentamiento activo para reducir la acumulación de condensación, por ejemplo, como los dispositivos antihielo en vehículos, puertas de refrigerador/congelador calentadas activamente, etc. Estas soluciones activas desgraciadamente necesitan un tiempo para funcionar en el contexto del vehículo y por lo tanto abordar el problema una vez que se produzca. En el caso de puertas de frigorífico/congelador, tales soluciones activas pueden ser caras y/o energéticamente ineficientes.
Se han realizado algunos intentos para incorporar un recubrimiento de película fina de anticondensación sobre una ventana. Estos intentos por lo general han implicado la deposición pirolítica de un recubrimiento de óxido de estaño dopado con flúor(fluorine-doped tin oxide-<f>T<o>) de 4000-6000 ángstrom de espesor sobre la superficie exterior (p. ej. superficie 1) de una ventana como, por ejemplo, una claraboya. Aunque se conocen técnicas de deposición pirolítica para presentar “recubrimientos duros,” el FTO desgraciadamente se araña con bastante facilidad, cambia de color a lo largo del tiempo y adolece de otros inconvenientes.
Por lo tanto, se entenderá que existe una necesidad en la técnica de artículos que incluyan recubrimientos de película fina mejorados anticondensación y/o de baja emisividad, y/o métodos para fabricarlos.
La invención se refiere a una claraboya que comprende: un primer y un segundo sustratos de vidrio separados y sustancialmente paralelos; una pluralidad de separadores dispuestos para contribuir a mantener el primer y el segundo sustratos sustancialmente paralelos y separados entre sí; una junta terminal que sella el primer y el segundo sustratos; y un recubrimiento anticondensación proporcionado sobre una superficie exterior del primer sustrato expuesto a un ambiente externo a la claraboya, comprendiendo el recubrimiento anticondensación las siguientes capas empezando desde el primer sustrato: una capa que comprende nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio, una capa que comprende óxido conductor transparente(transparent conductive oxide- TCO), en donde el TCO es de o incluye óxido de indio y estaño(indium tin oxide- ITO), una capa que comprende nitruro de silicio y una capa que comprende al menos uno de óxido de circonio, nitruro de circonio, óxido de aluminio y nitruro de aluminio, en donde el recubrimiento anticondensación tiene una emisividad hemisférica inferior a 0,23 y una resistencia laminar inferior a 30 ohmios/cuadrado.
Las características, aspectos, ventajas y realizaciones ilustrativas descritas en la presente memoria pueden combinarse para realizar otras realizaciones adicionales.
Breve descripción de los dibujos
Estas y otras características y ventajas pueden comprenderse mejor y de forma más completa haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas a modo de ejemplo que no se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones junto con los dibujos, en los cuales:
La figura 1 es un artículo recubierto que incluye un recubrimiento anticondensación según una realización ilustrativa; la figura 2 es una unidad de vidrio aislante que incluye recubrimiento anticondensación (p. ej., de cualq realización de esta invención, tal como de la realización de la figura 1 y/o de la figura 6) dispuesta sobre superficie exterior expuesta a la atmósfera exterior, según una realización ilustrativa;
la figura 3 es una unidad de vidrio aislante que incluye recubrimiento anticondensación (p. ej., de cualq realización de esta invención, tal como de la realización de la figura 1 y/o de la figura 6) dispuesta sobre superficie interior expuesta al ambiente interior, según una realización ilustrativa;
la figura 4 es una unidad de vidrio aislante que incluye un recubrimiento anticondensación (p. ej., de cualquier realización de esta invención, tal como de la realización de la figura 1 y/o de la figura 6) dispuesto sobre las superficies exterior e interior de la unidad de vidrio aislante, según una realización ilustrativa;
la figura 5 es un gráfico que ilustra el rendimiento de una realización ilustrativa, un producto anticondensación actual y un sustrato de vidrio sin recubrir a medida que la temperatura, la humedad y el punto de rocío cambian en un periodo de tiempo de 18 horas;
la figura 6 es un artículo recubierto que incluye un recubrimiento anticondensación, según una realización ilustrativa;
la figura 7 es un artículo recubierto que incluye un recubrimiento anticondensación, según una realización ilustrativa;
y
la figura 8 es una vista esquemática de un sistema que incorpora un calentador de infrarrojos, según algunas realizaciones ilustrativas.
Descripción detallada de realizaciones ilustrativas de la invención
A continuación se hace referencia más especialmente a los dibujos adjuntos, en los cuales los números de referencia similares indican partes similares en las distintas vistas.
Algunas realizaciones ilustrativas se refieren a recubrimientos anticondensación de película delgada que se exponen al ambiente. Dichos recubrimientos tienen una baja emisividad hemisférica en algunas realizaciones ilustrativas, lo que contribuye a que la superficie de vidrio retenga calor proporcionado desde el lado interior. Por ejemplo, en claraboyas, la superficie de vidrio retiene más calor desde el interior del edificio.
La figura 1 es un artículo recubierto que incluye un recubrimiento anticondensación, según una realización ilustrativa.
La realización ilustrativa de la figura 1 incluye un sustrato 1 de vidrio que soporta un recubrimiento 3 anticondensación pelicular fino multicapa. El recubrimiento anticondensación 3 tiene una baja emisividad hemisférica. En algunas realizaciones ilustrativas, la emisividad hemisférica inferior a 0,25, más preferiblemente inferior a 0,23, aún más preferiblemente inferior a 0,2, y algunas veces incluso inferior a 1,0-1,5. Esto se logra al proporcionar una fina capa 5 de óxido conductor transparente(transparent conductive oxide- TCO), de manera que se obtiene una resistencia laminar adecuadamente baja. En el ejemplo de la figura 1, el TCO 5 es óxido de indio y estaño(indium tin oxide- ITO). Una resistencia laminar de 10-30 ohmios/cuadrado por lo general será suficiente para lograr los valores de emisividad hemisférica deseados. Algunas realizaciones ilustrativas descritas en la presente memoria proporcionan una resistencia laminar de 13-27 ohmios/cuadrado, con el ejemplo indicado abajo proporcionando una resistencia laminar de 17 ohmios/cuadrado. En algunos casos ilustrativos, es posible seleccionar un TCO 5 de modo que la resistencia laminar descienda hasta aproximadamente 5 ohmios/cuadrado, aunque este valor bajo no es necesario en todas las realizaciones. La figura 6 ilustra un artículo recubierto que incluye capas similares, excepto que en la realización de la figura 6 las capas 11 y 13 no están presentes. En la realización de la figura 6, la capa 9b que incluye oxinitruro de silicio puede ser tanto una capa de barrera que incluya silicio como una capa de contacto inferior, y puede componerse de una combinación de capas 9b y 11 de la realización de la figura 1. En las realizaciones de la figura 1 y la figura 6, la capa 7 de recubrimiento puede ser de, o incluir, óxido de circonio, óxido de aluminio, nitruro de aluminio y/u oxinitruro de aluminio en realizaciones ilustrativas. Las capas 9a, 9b y 11 de nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio o que los incluyen pueden doparse con aluminio (p. ej., de aproximadamente 0,5 a 5 % Al) en algunas realizaciones ilustrativas, como se conoce en la técnica, de manera que el anticátodo pueda ser conductor durante la metalización por bombardeo iónico.
En las figuras 1 y 6, el TCO 5 se protege del ambiente mediante una capa u óxido 7 de circonio. Se puede proporcionar una capa 11 de barrera que incluya silicio entre el TCO 5 y el sustrato 1 también para ayudar a proteger el TCO 5, p. ej., de la migración de sodio. En el ejemplo de la figura 1, la capa 11 de barrera que incluye silicio es nitruro de silicio, y la capa 11 de barrera de nitruro de silicio se proporciona adyacente a una capa de óxido
13 de titanio. La capa 11 de barrera de nitruro de silicio y la capa de óxido 13 de titanio ayudan a la óptica del artículo total. Se apreciará que también puede utilizarse un sistema de pila de capas baja/alta/baja para mejorar la óptica del producto final en algunos casos ilustrativos. En algunas realizaciones ilustrativas, la capa 11 de barrera de nitruro de silicio se puede oxidar, p. ej., de manera que sea una capa de oxinitruro de silicio. En otras palabras, la capa 11 puede ser de oxinitruro de silicio o incluirlo, por ejemplo en algunas realizaciones ilustrativas. En algunas realizaciones ilustrativas, una capa de barrera que comprende nitruro de silicio (p. ej., SÍ<3>N<4>u otra estequiometría adecuada) puede reemplazar la capa 11 de barrera que incluye silicio y la capa 13 de óxido de titanio del ejemplo en la figura 1.
Se pueden intercalar capas 9a y 9b que incluyan silicio adicionales en el ITO 5. Como se muestra en el ejemplo de la figura 1, la capa 9a superior que incluye silicio es una capa de nitruro de silicio, mientras que la capa 9b inferior que incluye silicio es una capa de oxinitruro de silicio. Se apreciará que cualquier combinación adecuada de silicio con oxígeno y/o nitrógeno puede utilizarse en diferentes realizaciones.
La siguiente tabla proporciona espesores físicos ilustrativos e intervalos de espesor para la realización ilustrativa de la figura 1:
Intervalo de espesor ilustrativo (nm) Espesor ilustrativo (nm)
ZrOx (7) 2-15 7
SiNx (9a) 10-50 30
ITO (5) 75-175 130
SiOxNy (9b) 10-50 35
TiOx (13) 2-10 3,5
SiNx (11) 10-20 13
Los espesores de las capas 9b, 5, 9a y 7 para la realización de la figura 6 son similares y la tabla anterior es aplicable también a esas capas. Sin embargo, en la realización de la figura 6, la capa 9b de nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio puede ser más espesa, p. ej., de aproximadamente 10-200 nm de espesor, más preferiblemente de aproximadamente 10-100 nm de espesor. Tal como se indicó anteriormente, pueden usarse otros TCO en lugar de ITO, o además de este. Por ejemplo, algunas realizaciones ilustrativas pueden incorporar una intercalación de ITO/Ag/ITO. Algunas realizaciones ilustrativas pueden incorporar óxido de cinc, óxido de cinc dopado con aluminio (AZO), óxido de aluminio de tipo p, Ag dopada o no dopada, FTO y/o similares. Cuando se incorpora Ag en el sistema de pila de capas como un TCO, las capas que comprenden Ni y/o Cr pueden proporcionarse directamente adyacentes (en contacto con) a la Ag. En algunas realizaciones ilustrativas, cada capa en el sistema de pila de capas puede depositarse por metalizado por bombardeo iónico. En algunas realizaciones ilustrativas, pueden depositarse una o más capas utilizando una técnica diferente. Por ejemplo, cuando se incorpora FTO como el TCO 5, puede depositarse pirolíticamente (p. ej. utilizando deposición química de vapor(combustión vapor deposition)o CVD).
En algunas realizaciones ilustrativas, puede proporcionarse una capa de carbono cuasi diamante(diamond-like carbon- DLC) directamente encima y en contacto con el óxido de circonio. Esto puede contribuir a crear un recubrimiento de tipo hidrófilo más perdurable en algunos casos ilustrativos. Por lo general, los recubrimientos hidrófilos implican un ángulo de contacto inferior o igual a 10 grados. El óxido de circonio depositado por metalizado por bombardeo iónico tiende a tener un ángulo de contacto inferior a aproximadamente 20 grados. Sin embargo, la formación de DLC encima del DLC encima del óxido de circonio contribuye a su humectabilidad y crea una capa más dura. Cuando se templa, por ejemplo, una pila de capas de óxido de circonio/DLC alcanza un ángulo de contacto inferior o igual a aproximadamente 15 grados. De este modo, se puede lograr un recubrimiento de tipo hidrófilo perdurable. Se observa que esta capa puede crearse proporcionando una capa de nitruro de circonio seguida de una capa de DLC que, al templarse, producirá una capa de óxido de circonio seguida de una capa de DLC. Véase, por ejemplo, solicitante n.° de serie 12/320.664, que describe un artículo recubierto con tratamiento térmico que incluye DLC y/o circonio en su recubrimiento. Todo el contenido de esta solicitud se incorpora de esta manera como referencia en la presente memoria.
Además, o alternativamente, en algunas realizaciones ilustrativas, puede proporcionarse un fino recubrimiento hidrófilo y/o fotocatalítico encima del óxido de circonio. Una capa de este tipo puede comprender anatasa de TiO2, BiO, BiZr, BiSn, SnO, y/o cualquier otro material adecuado. Una capa de este tipo también puede contribuir a la humectabilidad y/o proporcionar propiedades de autolimpieza al artículo.
En algunas realizaciones ilustrativas, la capa 7 protectora de óxido de circonio puede reemplazarse por óxido de aluminio y/u oxinitruro de aluminio. De forma adicional, en algunas realizaciones ilustrativas, la capa 7 puede depositarse inicialmente en forma de multicapa para incluir una primera capa de nitruro de circonio o incluir el nitruro de circonio directamente sobre la capa 9a que incluye nitruro de silicio, y una segunda capa de carbono cuasi diamante (DLC) o que lo incluya. Luego, cuando se desea el tratamiento térmico (p. ej., incluido el templado térmico a temperatura(s) de al menos aproximadamente 580 °C), el artículo recubierto se trata térmicamente y la capa superpuesta que incluye DLC se quema durante el tratamiento térmico, y la capa que incluye nitruro de circonio se transforma en óxido de circonio, dando así como resultado un artículo recubierto tratado térmicamente que tiene una pila de capas tratadas térmicamente donde la capa 7 es de óxido de circonio o lo incluye (p. ej., véanse las figuras 1 y 6).
Aunque no se muestra en los ejemplos de la figura 1 o la figura 6, puede proporcionarse un recubrimiento de baja emisividad de plata sobre el sustrato de vidrio opuesto al recubrimiento anticondensación 3. Por ejemplo, el recubrimiento de baja emisividad de plata puede ser uno cualquiera de los recubrimientos de baja emisividad descritos en las solicitudes con n.° de serie 12/385.234; 12/385.802; 12/461.792; 12/591.611; y 12/654.594. Por supuesto, otros recubrimientos de baja emisividad comercializados por el cesionario y/u otros recubrimientos también de baja emisividad pueden utilizarse en relación con diferentes realizaciones. Cuando el artículo recubierto se templa, este puede moverse “boca abajo” a través de un horno de templado. En otras palabras, cuando el artículo recubierto se templa, el recubrimiento anticondensación puede estar orientado hacia los rodillos.
En algunas realizaciones ilustrativas, la transmisión visible puede ser alta cuando se aplica un recubrimiento anticondensación. Por ejemplo, en algunas realizaciones ilustrativas, la transmisión visible preferiblemente será de al menos aproximadamente 50 %, más preferiblemente al menos aproximadamente 60 %, aún más preferiblemente al menos aproximadamente 65 %. En algunas realizaciones ilustrativas, la transmisión visible puede ser 70 %, 80 % o incluso mayor.
El artículo recubierto que se muestra en la figura 1 o la figura 6 puede incorporarse en una unidad de vidrio aislante (UVA). Por ejemplo, la figura 2 es una unidad de vidrio aislante que incluye un recubrimiento anticondensación dispuesto sobre una superficie exterior expuesta a la atmósfera exterior según una realización ilustrativa. La UVA en el ejemplo de la figura 2 incluye un primer y un segundo sustratos 1 y 21 de vidrio sustancialmente paralelos y separados. Estos sustratos definen un espacio o una distancia 22 entre ellos. El primer y el segundo sustratos 1 y 21 se sellan utilizando una junta terminal 23 y una pluralidad de pilares 25 ayudan a mantener la distancia entre el primer y el segundo sustratos 1 y 21. El primer sustrato 1 soporta el recubrimiento anticondensación 3. Como se apreciará a partir de la realización ilustrativa de la figura 2, el recubrimiento anticondensación 3 está expuesto al ambiente exterior. Esto se aparta de las prácticas comunes, donde los recubrimientos de baja emisividad están por lo general protegidos del ambiente exterior. La disposición de la figura 2 se hace posible por la durabilidad del recubrimiento anticondensación 3.
Aunque no se muestra en la figura 2, de forma similar a como se ha descrito anteriormente, un recubrimiento de baja emisividad (p. ej., un recubrimiento de baja emisividad de plata) puede disponerse sobre una superficie interior de uno del primer y el segundo sustratos 1 y 21. Dicho de otro modo, aunque no se muestra en la figura 2, puede proporcionarse un recubrimiento de baja emisividad sobre la superficie 2 o la superficie 3 de la UVA ilustrada en la figura 2.
Cuando se proporciona la realización ilustrativa de la figura 2 en relación con una aplicación en una claraboya, por ejemplo, el sustrato exterior 1 puede templarse y el sustrato interior 21 puede laminarse, p. ej., a efectos de seguridad. Esto también puede aplicarse a otros productos con UVA, dependiendo de la aplicación deseada. Además, se apreciará que la estructura de la UVA ilustrada en la figura 2 puede usarse, por ejemplo, en relación con aplicaciones generalmente verticales y generalmente horizontales. En otras palabras, la estructura de la UVA que se muestra en el ejemplo de la figura 2 puede utilizarse en puertas de frigorífico/congelador que están generalmente en vertical o generalmente en horizontal.
En algunas realizaciones ilustrativas, el espacio o la distancia 22 entre el primer y el segundo sustratos 1 y 21 puede evacuarse y/o llenarse de un gas inerte (tal como argón, por ejemplo), y la junta terminal 23 puede proporcionar un sellado hermético, p. ej., para formar una unidad de vidrio aislado al vacío (UVA con cámara al vacío).
La figura 2 ilustra una UVA que tiene dos sustratos de vidrio. Sin embargo, los recubrimientos anticondensación ilustrativos descritos en la presente memoria se pueden usar en relación con productos que contengan un primer, segundo y tercer sustratos de vidrio sustancialmente paralelos y separados (también denominados a veces, productos de “triple vidriado”). El recubrimiento anticondensación puede disponerse en la superficie 1 (la superficie más exterior expuesta al medio ambiente), y los recubrimientos de baja emisividad pueden disponerse sobre una o más superficies interiores (superficies que no sean la superficie 1 y la superficie 6). Por ejemplo, el recubrimiento anticondensación puede disponerse sobre la superficie 1, y pueden disponerse recubrimientos de baja emisividad sobre las superficies 2 y 5, 3 y 5, etc., en diferentes realizaciones. Tales productos de triple vidriado pueden ser unidades de VA que contengan tres capas o sustratos, unidades UVA con cámara al vacío triples que contengan tres capas o sustratos, etc., en distintas realizaciones.
Los inventores de la presente solicitud también se han dado cuenta de que el recubrimiento anticondensación de algunas realizaciones ilustrativas pueden utilizarse para ayudar a cumplir el denominado “estándar 0,30/0,30”. Brevemente, el estándar 0,30/0,30 se refiere a un valor U inferior o igual a 0,30 y un coeficiente de ganancia térmica solar(solar heat gain coeffícient- SHGC) inferior o igual que 0,30. La legislación vigente de EE. UU. desgravaría en la inversión en ventanas, claraboyas, puertas, etc., que cumplan con estos criterios.
La figura 3 es una unidad de vidrio aislante que incluye un recubrimiento anticondensación (p. ej., véase el recubrimiento de la figura 1 y/o la figura 6) dispuesto sobre una superficie interior expuesta al ambiente interior según una realización ilustrativa. La realización ilustrativa de la figura 3 es similar a la realización ilustrativa de la figura 2 salvo que la realización ilustrativa de la figura 3 tiene el recubrimiento anticondensación 3 situado sobre la superficie 4, que es la superficie exterior del sustrato 1 de vidrio interior que se expone al interior de un edificio, en lugar de al ambiente exterior.
En algunas realizaciones ilustrativas, el sustrato interior 1 puede recocerse (en lugar de templarse). El recubrimiento anticondensación puede permanecer igual o sustancialmente igual que entre las realizaciones ilustrativas de la figura 2 y la figura 3, aunque las modificaciones descritas anteriormente en relación con las figuras 1, 2 y/o 6 también pueden realizarse en relación con una realización como la figura 3. Un cambio que se podría hacer es aumentar el espesor del ITO para conseguir el cumplimiento del valor U deseado. En los casos en los que el ITO se espesa, los espesores de las otras capas también pueden ajustarse para conseguir las propiedades ópticas deseadas. También se pueden añadir capas adicionales para conseguir las propiedades ópticas deseadas. Los otros elementos estructurales permanecen iguales que entre las figuras 2 y 3, y se pueden hacer modificaciones similares a los mismos.
Cuando el recubrimiento anticondensación 3 está dispuesto sobre la superficie 4 como se muestra en la figura 3, se ha determinado que el valor U es 0,29. Se ha descubierto que cuando se proporciona un recubrimiento de baja emisividad adicional sobre la superficie 2 de la UVA, el valor U desciende a 0,23. Algunas realizaciones ilustrativas también pueden proporcionar un coeficiente de ganancia térmica solar inferior o igual a 0,30, ayudando a cumplir el estándar 0,30/0,30.
En productos con valores U bajos (p. ej., UVA o UVA con cámara al vacío con el recubrimiento anticondensación sobre la superficie 4, UVA con cámara al vacío de dos y tres capas, etc.), la condensación puede ser un problema, p. ej., cuando el vidrio no se calienta debido los recubrimientos de baja emisividad. Se presenta una solución a este problema en la figura 4, que es una unidad de vidrio aislante que incluye recubrimientos anticondensación dispuestos sobre superficies exteriores e interiores de la unidad de vidrio aislante según una realización ilustrativa. En el ejemplo de la figura 4 se proporcionan un primer y un segundo sustratos 1a y 1b. Se proporcionan un primer y segundo recubrimientos anticondensación 3a y 3b sobre las superficies 1 y 4, respectivamente. En algunas realizaciones ilustrativas también se pueden proporcionar recubrimientos de baja emisividad adicionales en una o ambas de las superficies interiores (superficies 2 y/o 3). De esta manera, es posible proporcionar un producto que presenta una reducción del valor U y comportamientos anticondensación.
La figura 5 es un gráfico que ilustra el rendimiento de una realización ilustrativa, un producto anticondensación actual y un sustrato de vidrio sin recubrir a medida que la temperatura, la humedad y el punto de rocío cambian en un periodo de tiempo de 18 horas. Cada una de las imágenes de la figura 5 tiene un diseño “cruzado” impreso en ella para ayudar a demostrar la presencia o ausencia de condensación. Como puede verse en la figura 5, prácticamente no se forma condensación en aquellas muestras que se produjeron según una realización ilustrativa. Por el contrario, el ejemplo comparativo, que incluye FTO depositado por pirólisis, muestra alguna condensación formada en el primer periodo observado, donde el nivel de condensación aumenta considerablemente a través del segundo y el tercer períodos observados, y se reduce ligeramente en el cuarto periodo observado. De hecho, el diseño “cruzado” es significativamente borroso en el segundo periodo observado y apenas visible durante el tercero. La muestra de vidrio sin recubrir muestra una condensación significativa durante todos los períodos observados. No puede verse el diseño “cruzado” en el segundo y el tercer período observados. El ejemplo de la figura 5 demuestra por lo tanto que las realizaciones ilustrativas descritas en la presente memoria proporcionan un rendimiento superior en comparación con el ejemplo comparativo actual y el vidrio no recubierto.
La figura 7 es un artículo recubierto que incluye un recubrimiento anticondensación, según una realización ilustrativa. La pila de capas ilustrativa de la figura 7 es similar a las pilas de capas ilustrativas descritas anteriormente en que incluye una capa 5 de TCO intercalada entre una primera y una segunda capas 9a y 9b que incluyen silicio. En la realización ilustrativa de la figura 7, la primera y la segunda capas 9a y 9b que incluyen silicio comprenden oxinitruro de silicio. La primera y la segunda capas 9a y 9b que comprenden oxinitruro de silicio tienen intercalada una capa 5 de TCO que comprende ITO. Los espesores e índices de refracción ilustrativos para cada una de las capas se proporcionan en la siguiente tabla:
Intervalo de Espesor Intervalo de índice Intervalo de índice de Índice de espesor ilustrativo (nm) de refracción refracción preferido refracción ilustrativo (nm) ilustrativo ilustrativo SiOxNx 30-100 60 1,5-2,1 1,7-1,8 1,75
ITO 95-160 105 1,7-2,1 1,8-1,93 1,88
SiOxNy 30-100 65 1,5-2,1 1,7-1,8 1,75 Vidrio N/A N/A N/A N/A N/A
Otras variantes de esta pila de capas son posibles en diferentes realizaciones. Tales variantes pueden incluir, por ejemplo, usar parcial o totalmente capas oxidadas y/o nitruradas para la primera y/o segunda capas que incluye silicio, añadir un recubrimiento protector que comprenda ZrOx, añadir una o más capas de con el mismo índice (p.
ej., que comprendan TiOx) entre el sustrato de vidrio y la segunda capa que incluye silicio, etc. Por ejemplo, algunas realizaciones ilustrativas podrían implicar modificar la pila de capas ilustrativa de la figura 7 de manera que se sustituya la capa superior que comprende SiOxNy con SiN, añadir una capa que comprenda ZrOx (p. ej., para aumentar potencialmente la durabilidad), tanto sustituir la capa superior que comprende SiOxNy con SiN como añadir una capa que comprenda ZrOx, etc. Por lo tanto, se apreciará que las posibles modificaciones citadas en la presente memoria se pueden usar en cualquier combinación o subcombinación.
También pueden hacerse modificaciones para satisfacer la denominada puntuación “ventana R5” (valor U de toda la ventana < 0,225) con una baja emisividad (p. ej., < 0,20). Para cumplir tales estándares, el espesor de la capa TCO puede aumentarse. En la siguiente tabla se proporcionan los aumentos de espesor de ITO previstos y los parámetros de rendimiento. Se apreciará que las capas que incluyen silicio también se pueden regular para mantener una óptica aceptable y/o que se pueden añadir capas dieléctricas, tales como capas que comprendan óxido de titanio. Se observa que se asume que los sustratos de vidrio son sustratos de vidrio transparentes de 3 mm, que se proporciona un recubrimiento de baja emisividad sobre la superficie 2, y que se proporciona un hueco de 1,27 cm (0,5 pulgadas) llenado con aproximadamente 90 % de Ar y 10 % de aire en las realizaciones de UVA.
La realización ilustrativa de la figura 7 es de forma ventajosa muy duradero, p. ej., después del tratamiento térmico, aunque no incluya una capa de sobrerrecubrimiento que comprenda ZrOx o similar. Por lo tanto ha resultado ser adecuado para usar como un recubrimiento denominado Superficie 4. Como se conoce, la cuarta superficie de una UVA, por ejemplo, es la superficie más alejada del sol (y, por lo tanto, normalmente orientada hacia el interior de un edificio). Por consiguiente, el ejemplo de pila de capas de la figura 7 es especialmente adecuado para usar en una unidad similar a la que se muestra en la figura 3. También se apreciará que la realización ilustrativa de la figura 7 es adecuada para usar en relación con otros acristalamientos donde se proporciona sobre la superficie interior orientada hacia el interior del edificio (p. ej., sobre la superficie 6 de una UVA triple, etc.).
Como se mencionó anteriormente, el ejemplo de pila de capas de la figura 7 se puede tratar térmicamente en algunas realizaciones ilustrativas. Este tratamiento térmico puede lograrse mediante el uso de un calentador de infrarrojos (IR), una estufa u otro horno, un proceso de recocido por láser, etc. Otros detalles ilustrativos del tratamiento térmico se proporcionan a continuación. Las dos tablas siguientes incluyen datos de rendimiento de la pila de capas monolítica de la figura 7 después del tratamiento térmico por IR y después del tratamiento térmico en un horno de cinta (p. ej., a 650 °C), respectivamente.
Datos de rendimiento del recocido monolítico (después del tratamiento por IR)
Datos de rendimiento templado monolítico (horno de cinta 650)
Como se indicó anteriormente, la realización ilustrativa de la figura 7 puede tratarse térmicamente utilizando, por ejemplo, un calentador de infrarrojos (IR), una estufa u otro horno, un proceso de recocido por láser, etc. Una etapa de tratamiento térmico posterior a la deposición puede ser ventajosa para ayudar a recristalizar la capa de ITO y ayudar a lograr la emisividad y óptica deseadas (p. ej., que incluyan lo descrito anteriormente). En un proceso ilustrativo, el vidrio puede calentarse a una temperatura de aproximadamente 400 °C para ayudar a cumplir estos objetivos. En algunas realizaciones ilustrativas, la temperatura del vidrio no superará los 470 °C para ayudar a reducir la probabilidad de que se introduzcan en el vidrio cambios por estrés permanentes (o al menos no temporales).
Algunas realizaciones ilustrativas pueden usar una matriz de diodos láser junto con un proceso de recocido por láser. Se ha descubierto que una matriz de diodos láser con los siguientes parámetros ayuda, ventajosamente, a reducir la resistencia laminar a aproximadamente 20 ohmios/cuadrado (desde, por ejemplo, aproximadamente 65 ohmios/cuadrado en el estado de depositado) ayuda a lograr un aspecto del recubrimiento sustancialmente uniforme y ayuda a conseguir los parámetros de rendimiento antes mencionados:
• Potencia láser - 1 kW
• Longitud de onda de emisión - 975 nm
• Velocidad de barrido - 75 mm/s
• Tamaño de punto - nominalmente 12,5 mm x 2 mm
Un horno que tenga múltiples zonas también puede utilizarse para tratar térmicamente algunas realizaciones ilustrativas. La temperatura de la zona, la velocidad de la línea, la variación de temperatura (p. ej., superior/inferior), la aspiración, los ajustes de los elementos (p. ej., a través del horno), los ajustes del aire de enfriamiento (p. ej., variación de presión y flujo) y/u otros factores pueden afinarse para ayudar a lograr las características de rendimiento deseadas. En algunas realizaciones ilustrativas se puede usar un horno de diez zonas para lograr el tratamiento térmico. Un subconjunto parcial de las zonas puede contribuir al proceso de recristalización del ITO, mientras que otras zonas pueden ayudar a enfriar lentamente el sustrato antes de salir del horno. En un ejemplo en el que se usó un horno de diez zonas, se descubrió que las zonas 1-3 estaban activas en el proceso de recristalización del ITO, calentando el recubrimiento a una temperatura próxima a 400 °C, mientras que el resto del horno ayudó a enfriar lentamente el vidrio antes de salir a las secciones de aire de refrigeración. Se apreciará que sería deseable en algunos casos ilustrativos mantener una baja temperatura de salida para ayudar a reducir la probabilidad de rotura. De hecho, el vidrio es muy sensible a la rotura térmica en el intervalo de temperatura que interviene en el proceso de recocido, especialmente a temperaturas superiores a 200 °C.
Otros parámetros que afectan la rotura térmica incluyen el diferencial de temperatura a través del espesor del vidrio, así como el diferencial a través de su superficie. Se descubrió que el primero tiene un gran impacto sobre la rotura térmica con respecto a los sustratos recubiertos. Las temperaturas de la superficie superior e inferior del vidrio sin recubrir que salió del horno eran casi idénticas, y la mayor parte de vidrio transparente sobrevivió al proceso de recocido después de que se estableciera el perfil inicial (velocidad de línea, temperatura de zona, aire de enfriamiento, sin desviación). Sin embargo, la superficie superior del producto recubierto se midió y tenía 121 °C (250 °F) más a la salida del horno. Esto se debe a que el calor se pierde más rápidamente a través de la transferencia conductiva a los rodillos que en la transferencia radiante desde la superficie superior recubierta.
Sin embargo, mediante la identificación y comprensión de este diferencial y la variación del calentamiento y enfriamiento es posible reducir esta diferencia y, a su vez, ayudar a reducir la probabilidad de rotura. Se proporcionan perfiles de horno ilustrativos para vidrio de 3,2 mm y 2,3 mm en las siguientes tablas, respectivamente. Perfil del horno para 3,2 mm
Los siguientes parámetros se usaron en relación con este ejemplo de perfil de calentamiento:
• Velocidad lineal: 0,30 m/s (60 pies/min)
• Aspiración: 0
• Ajuste (Zonas 1-3): 5-10 (50 %) - centro, todos los demás 100 %
• Templado primario: Referencia = 0 y amortiguador cerrado
• Enfriamiento medio: 1” H2O, referencia = 0 y amortiguador abierto
• Después del refrigerador: 1” H2O, referencia = 0 y amortiguador abierto
Perfil del horno para 2,3 mm
Los siguientes parámetros se usaron en relación con este ejemplo de perfil de calentamiento:
• Velocidad lineal: 0,30 m/s (70 pies/min)
• Aspiración: 0
• Ajuste (Zonas 1-3): 5-10 (50 %) - centro, todos los demás 100 %
• Templado primario: 1” H2O, sólo parte superior, referencia = 0 y amortiguador abierto
• Enfriamiento medio: Referencia = 0 y amortiguador cerrado
• Después del refrigerador: 1” H2O, referencia = 0 y amortiguador abierto
Como otra opción se puede usar radiación infrarroja con una longitud de onda ajustada para el tratamiento térmico en algunas realizaciones ilustrativas. Se presentan técnicas ilustrativas en la solicitud de patente US-12/923.082, presentada el 31 de agosto de 2010, cuyo contenido completo de esta manera se incorpora como referencia en la presente memoria. La capa de TCO puede tratarse térmicamente de manera preferente y selectiva usando radiación infrarroja de onda corta infrarroja cercana (NIR-SWIR) específicamente ajustada, por ejemplo. El calentamiento selectivo del recubrimiento puede obtenerse en algunas realizaciones ilustrativas usando emisores de infrarrojos con salidas pico sobre longitudes de onda espectrales donde el ITO es significativamente absorbente pero donde el sustrato (p. ej., vidrio) tiene absorción reducida o mínima. En algunas realizaciones ilustrativas, el recubrimiento será preferiblemente calentado, mejorando de este modo sus propiedades y al mismo tiempo manteniendo bajas las temperaturas del sustrato subyacente.
Al calentar preferiblemente el recubrimiento usando las técnicas de radiación IR con ajuste de la longitud de onda descritas en la presente memoria, el tratamiento térmico de la capa de ITO es posible a temperaturas inferiores del sustrato y/o tiempos de calentamiento más cortos que los que se requerirían por medios convencionales. El calentamiento preferente se logra usando longitudes de onda IR que son mucho más absorbidas por el recubrimiento que por el sustrato. La radiación IR de alta intensidad puede suministrarse, por ejemplo, mediante lámparas de cuarzo o emisores láser.
En el caso de emisores láser, las ordenaciones de diodos láser pueden ser ventajosas, p. ej., dado su coste de compra más bajo en comparación con otros tipos de láser comunes (y la disponibilidad de aproximadamente 800 1050 nm (por ejemplo, 940 nm) de salida de longitud de onda coincide con las características espectrales del recubrimiento). Sin embargo, también se pueden usar en diferentes realizaciones láseres y/o lámparas de excímeros, de CO<2>, YAG, de cuarzo y/u otros tipos. Por ejemplo, se observa que una longitud de onda de 810 nm es común para algunos láseres de diodos (y en general pueden utilizarse en relación con recubrimientos de tipo de baja emisividad, por ejemplo), y que una longitud de onda de 1032 nm es común para algunos láseres YAG. Más aún, algunas realizaciones ilustrativas pueden usar otros láseres (p. ej., de CO<2>u otros láseres) para calentar muy rápidamente el vidrio y, de ese modo, calentar indirectamente el recubrimiento. En algunas realizaciones ilustrativas, la radiación electromagnética puede enfocarse en un haz rectangular de relación dimensional muy elevada que abarque la anchura del vidrio. El vidrio puede desplazarse en un transportador en una dirección perpendicular al eje longitudinal del rectángulo. En algunas realizaciones ilustrativas puede emplearse un proceso de “paso y repetición”, p. ej., para irradiar secciones más pequeñas de manera controlada, de modo que finalmente se irradie todo el sustrato. Además, pueden utilizarse otros tamaños y/o formas incluidas, por ejemplo, formas prácticamente cuadradas, formas circulares, etc.
En general, se ha descubierto que las densidades de potencia superiores son preferibles ya que permiten tiempos de calentamiento más cortos y gradientes de temperatura más altos desde el recubrimiento a través de todo el sustrato. Con tiempos de calentamiento más cortos se transfiere menos calor desde el recubrimiento a través del vidrio por conducción, y se puede mantener una temperatura más baja.
La figura 8 es una vista esquemática de un sistema que incorpora un calentador de infrarrojos, según algunas realizaciones ilustrativas. El sistema ilustrativo de la figura 8 incluye un recubridor 102 para depositar por vapor físico una o más capas de película fina sobre un sustrato, p. ej., mediante metalizado por bombardeo iónico. Después del recubridor 102 hay un calentador 104 por infrarrojos. En algunas realizaciones ilustrativas, se puede usar un aparato de metalizado por bombardeo iónico a temperatura ambiente para depositar ITO sobre un sustrato de vidrio. Un sistema transportador 106 transporta un sustrato a través del recubridor 102 donde la capa o la pila de capas se deposita, y hacia el calentador 104 por infrarrojos. El calentador 104 por infrarrojos, a su vez, se ajusta para dirigir la radiación NIR-SWIR al sustrato con el recubrimiento sobre el mismo. La longitud de onda de la radiación IR se selecciona para calentar, preferiblemente, el recubrimiento o una capa particular en el recubrimiento, p. ej., en comparación con el sustrato y/o cualquier otra capa en un recubrimiento multicapa.
Aunque se han descrito algunas realizaciones ilustrativas que incluyen un calentador de infrarrojos después del recubridor, se apreciará que diferentes realizaciones ilustrativas pueden colocar un recubridor dentro de una cámara de vacío del recubridor. Además, en algunas realizaciones ilustrativas, el tratamiento térmico por IR puede llevarse a cabo en cualquier momento una vez que haya sido depositada la capa que activar o tratar térmicamente. Por ejemplo, algunas realizaciones ilustrativas pueden llevar a cabo un tratamiento térmico por IR justo después de la deposición de la capa de ITO, mientras que algunas realizaciones ilustrativas pueden llevar a cabo un tratamiento térmico por IR una vez que se han depositado todas las capas en una pila de capas. En algunas realizaciones ilustrativas, múltiples tratamientos térmicos por IR pueden llevarse a cabo en momentos diferentes durante el proceso de deposición.
En algunas realizaciones ilustrativas se puede utilizar un horno de infrarrojos de onda corta(short-wave infrared-SWIR) que incorpore lámparas de cuarzo. Puede utilizarse un pico de longitud de onda de emisión de IR de 1,15 pm para calentar el recubrimiento. Esta longitud de onda se determinó analizando las características espectrales del recubrimiento y del sustrato de vidrio, aunque también son posibles otras longitudes de onda. De hecho, se determinó un intervalo ilustrativo de longitud de onda para calentamiento de 0,8-2,5 pm. Más preferiblemente, el intervalo de emisión de IR es de 1-2 pm. Las técnicas descritas en la solicitud de patente US-12/923.082, por ejemplo, pueden utilizarse para establecer intervalos óptimos o preferidos de emisión de IR para tratar térmicamente también otros recubrimientos (p. ej. otros recubrimientos de TCO, metálicos, etc.) sobre vidrio.
La densidad de potencia del horno SWIR es 113,67 kW/m2 (10,56 kW/pie2) (la salida de la bombilla es de 31,50 W/cm [80 W/pulgada], con montaje en centros de 2,54 cm [1 pulgada]). Los tiempos de calentamiento pueden variar de 12-130 segundos con intervalos de 12 segundos, por ejemplo. Los elementos de calentamiento pueden estar aproximadamente a 10,16 cm (4 pulgadas) de la superficie de vidrio, aunque los elementos de calentamiento pueden elevarse o bajarse en diferentes realizaciones ilustrativas.
Al tener como objetivo las longitudes de onda IR absorbidas por el recubrimiento, es posible generar un gran gradiente térmico entre el recubrimiento y todo el sustrato. Dado que la masa térmica del recubrimiento es muy pequeña en comparación con el vidrio, el vidrio actúa esencialmente como un mecanismo de templado. El aumento de la temperatura de todo el vidrio se atribuye principalmente al hecho de dirigir la transferencia de calor por absorción de IR en lugar de por conducción desde el recubrimiento.
Se ha descubierto que la cristalinidad final de la película se obtiene después de solo 48-60 segundos de calentamiento, aunque tiempos cortos o más largos también son posibles.
El nivel de oxidación inicial del ITO sobre las muestras usadas en la presente memoria se ha optimizado para una baja resistencia laminar después del templado (lo que produce una oxidación adicional del ITO). Es probable que exista un óptimo diferente para el tratamiento térmico del ITO usando radiación NIR. Cuando el nivel de oxidación inicial del iTo se optimiza para el calentamiento de la NIR, debería ser posible reducir significativamente la cantidad de calentamiento requerido. Teóricamente, este tiempo debería reducirse a los 48-60 segundos requeridos para la recristalización utilizando el mismo proceso de calentamiento. Además, se puede conseguir una reducción en el tiempo de calentamiento optimizando los requisitos de densidad de potencia frente a tiempo de calentamiento.
Las técnicas de calentamiento por IR descritas en la presente memoria preferiblemente calientan el ITO en el recubrimiento de forma que el sustrato de vidrio permanece por debajo de su temperatura de transición, que es de aproximadamente 480 °C para el vidrio flotado. Preferiblemente, el sustrato de vidrio permanece por debajo de 450 °C, y más preferiblemente por debajo de 425 °C. En algunas realizaciones ilustrativas en donde se aplica una emisión pico de 1,15 pm durante 108 segundos, la resistencia laminar del recubrimiento ilustrativo es aproximadamente un tercio de su equivalente depositado, y la emisividad y absorción descienden correspondientemente hasta aproximadamente la mitad de los valores de su equivalente depositado. Mientras tanto, la temperatura del sustrato alcanza un máximo de solo aproximadamente 400 °C, que está bastante por debajo de su temperatura de transición.
La NIR generalmente incluye IR con una longitud de onda de 0,75-1,4 pm, y la SWIR generalmente incluye IR con una longitud de onda de 1,4-3 pm. Algunas realizaciones ilustrativas pueden funcionar, generalmente, dentro de estas longitudes de onda. Preferiblemente, la temperatura del sustrato no excede 480 °C, más preferiblemente 450 °C, aún más preferiblemente 425 °C y, algunas veces 400 °C, como resultado de ese calentamiento NIR-SWIR. En la presente memoria, juntas “periféricas” y “terminales” no significan que las juntas se sitúen en la periferia o borde absolutos de la unidad, sino que la junta está al menos parcialmente situada en un borde de al menos un sustrato de la unidad o cerca de este (p. ej., dentro de aproximadamente 5,08 cm [dos pulgadas]). De igual manera, el término “borde”, como se utiliza en la presente memoria, no se limita al borde absoluto de un sustrato de vidrio, sino que también puede incluir un área en, o cerca de (p. ej., a unos cinco centímetros [dos pulgadas]) de un borde absoluto del sustrato o sustratos.
En la presente memoria, los términos “sobre”, “sujeta por” y similares no deberían interpretarse en el sentido de que dos elementos están directamente adyacentes entre sí, salvo que se indique expresamente. En otras palabras, puede decirse que una primera capa está “sobre” o “sujeta por” una segunda capa, incluso si hay una o más capas entre ellas.
Se apreciará que algunas realizaciones ilustrativas pueden incorporar uno o más recubrimientos adicionales de baja emisividad sobre una superficie de uno o más sustratos de vidrio orientados hacia el espacio de aire entre ellos (p. ej., las superficies 2 y/o 3 en una UVA; las superficies 2, 3, 4 y/o 5 en una UVA triple, etc.). Un recubrimiento de baja emisividad de la superficie 4 dispuesto sobre vidrio transparente, por ejemplo, puede ayudar a mejorar el valor U de toda la ventana, p. ej., al reflejar calor por infrarrojos de vuelta al interior del edificio. El vidrio en algunas realizaciones ilustrativas puede ser de 2,3 mm a 6 mm de vidrio flotado transparente en algunas realizaciones ilustrativas. En estas realizaciones, la emisividad hemisférica puede reducirse a 0,3 y la resistencia laminar a 30 ohmios/cuadrado. Preferiblemente, la emisividad puede reducirse a 0,23-0,30 y la resistencia laminar a 30 ohmios/cuadrado, y algunas veces la emisividad puede reducirse a menos de o igual a aproximadamente 0,2 y la resistencia laminar a menos de o igual a aproximadamente 20 ohmios/cuadrado.
Aunque la invención se ha descrito en relación con lo que actualmente se considera como la realización más práctica y preferida, se debe entender que la invención se limita a las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Claraboya que comprende:
    - un primer y un segundo sustratos de vidrio separados y sustancialmente paralelos;
    - una pluralidad de separadores dispuestos para contribuir a mantener el primer y el segundo sustratos sustancialmente paralelos y separados entre sí;
    - una junta terminal que sella el primer y el segundo sustratos; y
    - un recubrimiento anticondensación proporcionado sobre una superficie exterior del primer sustrato expuesto a un ambiente externo a la claraboya,
    - comprendiendo el recubrimiento anticondensación las siguientes capas empezando desde el primer sustrato:
    una capa que comprende nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio,
    una capa que comprende óxido conductor transparente, TCO, en donde el TCO es de o incluye óxido de indio y estaño, ITO,
    una capa que comprende nitruro de silicio y
    una capa que comprende al menos uno de óxido de circonio, nitruro de circonio, óxido de aluminio y nitruro de aluminio,
    en donde el recubrimiento anticondensación tiene una emisividad hemisférica inferior a 0,23 y una resistencia laminar inferior a 30 ohmios/cuadrado.
    3. Método para fabricar una claraboya, comprendiendo el método:
    - proporcionar un primer sustrato de vidrio,
    - proporcionar un recubrimiento anticondensación sobre una superficie exterior del primer sustrato expuesto a un ambiente externo a la claraboya,
    - comprendiendo el recubrimiento anticondensación las siguientes capas empezando desde el primer sustrato:
    una capa que comprende nitruro de silicio y/u oxinitruro de silicio,
    una capa que comprende un óxido conductor transparente, TCO, en donde el TCO es de o incluye óxido de indio y estaño, ITO,
    una capa que comprende nitruro de silicio, y
    una capa que comprende al menos uno de óxido de circonio, nitruro de circonio, óxido de aluminio, y nitruro de aluminio,
    en donde el recubrimiento anticondensación tiene una emisividad hemisférica inferior a 0,23 y una resistencia laminar inferior a 30 ohmios/cuadrado, comprendiendo además el método:
    proporcionar un segundo sustrato de vidrio,
    disponer una pluralidad de separadores para mantener el primer y el segundo sustratos sustancialmente paralelos y separados entre sí; y
    proporcionar una junta terminal que sella el primer y el segundo sustratos.
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