EMPRESA BENEFICIADA Vitro Vidrio y Cristal SA de C.V. TÍTULO DEL PROYECTO DESARROLLO DE RECUBRIMIENTOS AUTOMOTRICES DE BAJA EMISIVIDAD VÍA TECNOLOGÍAS SPUTTERING Y NANO IES VINCULADO: Facultad de Ciencias Físico Matemáticas-Universidad Autónoma de Nuevo León (FCFM-UANL) Centro de Investigación de Materiales Avanzados Unidad Monterrey (CIMAV-MONTERREY)
OBJETIVO DEL PROYECTO Desarrollar a nivel piloto a baja escala y fuera de línea de producción, una nueva familia de productos con características de baja emisividad térmica ( Low e ) con aplicación en la industria automotriz nacional, vía deposición de partículas nanométricas sobre vidrio plano mediante la transferencia de iones por pulverización catódica en alto vacío (sputtering). Los productos finales presentarán transmisión solar total (Tts) < 50%, Transmisión de luz > 70%, además serán laminables y calentables. Objetivos Científicos y Tecnológicos 1. Elaborar un estudio del arte sobre el desarrollo de películas Low-e con aplicación en la industria automotriz 2. Diseñar y establecer la configuración de recubrimientos low-e, por medio de la simulación de prototipos, que cumpla las especificaciones de desempeño térmico y deshielo en aplicación automotriz 3. Preparar y caracterizar de películas tipo low-e sobre sustratos de 5x5 cm. Realizar el curvado, templado y caracterización de prototipos 4. Obtener muestras de 30x30 cm y/o 20x20 cm a nivel laboratorio. Realizar pruebas de curvado, templado y caracterización de las mismas 5. Acondicionar las instalaciones del laboratorio para realizar el procesamiento a nivel piloto. 6. Fabricar prototipos Low-e a nivel planta piloto. Realizar pruebas de laminación automotriz. Evaluar y caracterizar los productos laminados 7. Impulsar la formación de recursos humanos especializados 8. Determinar nuevos conceptos inventivos viables de protección intelectual 1
ACTIVIDADES REALIZADAS 1. Estudio del arte de películas reflejantes templables Se realizó una actualización de la búsqueda bibliográfica que incluyó el análisis de patentes nacionales e internacionales, así como de artículos científicos y tecnológicos. Al final de esta etapa se realizó un reporte detallado sobre el estado del arte relacionado con la producción de depósitos nanométricos, vía sputtering, con características de baja emisividad térmica con aplicación en la industria automotriz. Para mayor detalle ver los APENDICES A. Estado del arte CIMAV y APENDICE A1. Estado del arte FCFM-UANL. 2
ACTIVIDADES REALIZADAS 2. Diseño de películas y acondicionamiento de laboratorios. El diseño teórico de los recubrimientos se realizó por medio de la simulación de las heteroestructuras con ayuda del software OpenFilters. La selección de los materiales utilizados en el presente proyecto se realizó tomando en cuenta los resultados de la simulación así como del análisis de la literatura. La adquisición de insumos, así como las adecuaciones realizadas en las instalaciones de la FCFC-UANL y VVyC para las pruebas de laboratorio se describen con mayor detalle en el ANEXO A: Reporte Final UANL 2015 y en el ANEXO B:Reporte de resultados VVyC. Equipo de sputtering CPA 9900 instalado en el laboratorio de VVyC 3
ACTIVIDADES REALIZADAS 3. Preparación y caracterización de películas Low-e sobre substrato vidrio. Esta etapa de proyecto comprendió desde la preparación de películas Low-e sobre sustrato vidrio, por medio de la técnica de sputtering. Se logró la obtención de probetas desde 5x5 cm hasta su escalamiento a 30x30 cm. 4. Pruebas de templabilidad. Se realizó el templado de las muestras de vidrio con recubrimiento de baja emisividad a 600 C por 10 minutos. 5. Caracterización de prototipos Low-e. Todos los prototipos obtenidos, antes y después del templado, se caracterizaron óptica, estructural y químicamente por diferentes técnicas instrumentales (UV-Vis-NIR, STEM, XPS y DRX). 6. Pruebas de conductividad térmica. Finalmente se realizó la evaluación de la conductividad térmica de las probetas con las mejores características. * Todos los resultados generados en cada una de las actividades realizadas, así como la discusión de los mismos se exponen detalladamente en el ANEXO A: Reporte Final UANL 2015, ANEXO B:Reporte de resultados VVyC y ANEXO C:Reporte Final CIMAV 2015. 4
GESTIÓN DE LA TECNOLOGÍA Como producto del presente proyecto se logró la obtención de diversos recubrimientos con las características de baja emisividad térmica, templabilidad y calentables. Algunos de los productos desarrollados son de interés científico y tecnológico, por lo que actualmente se trabaja en la revisión del concepto inventivo y la búsqueda de un registro de patente. 5
BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Nuestro proyecto, consistió en el desarrollo de una nueva familia de recubrimientos, mediante la técnica de sputtering, con características de baja emisividad térmica, templables, calentables y con potencial aplicación en la industria automotriz. Estos productos permiten que buena parte de la radiación solar de onda corta atraviese el vidrio recubierto (luz visible) y se refleje la mayor parte de la radiación infrarroja, minimizando así el uso de los sistemas de calefacción y creando una alternativa para el ahorro energético. Esta tecnología permite la incursión de la empresa en el mercado nacional y de exportación. Además el escalamiento a nivel piloto de los experimentos planteados a nivel laboratorio, evidencia el compromiso de la empresa con la generación de nuevo conocimiento científico y tecnológico. 6
RESULTADOS DEL PROYECTO Se desarrollaron habilidades para la obtención de recubrimientos low-e nanométricos, por sputtering, a escala laboratorio y planta piloto. Se sentó una base teórica sobre los principales materiales utilizados en la preparación de películas low-e y los fenómenos involucrados en el tema de vidrios de control solar. Se adecuaron las instalaciones de nuestros laboratorios en función de las necesidades exigidas en este proyecto. Se logró la obtención de prototipos, vía sputtering, de vidrios con propiedades de baja emisividad térmica, con las características necesarias para su aplicación en la industria automotriz. Se definieron los parámetros y variables críticos para escalar el sistema a nivel piloto industrial. Generación de un producto de interés científico y tecnológico, con el que se concepto inventivo para buscar el registro de patente. 7
IMPACTOS DEL PROYECTO TECNOLÓGICO. La obtención de una nueva familia de productos con los que actualmente no cuenta la empresa Vitro Vidrio y Cristal SA de C.V., que fusiona las propiedades y ventajas que ofrecen los vidrios de baja emisividad térmica, templables, calentables y con aplicación en la industria automotriz. Generación de conocimiento científico de alto valor además de propiedad intelectual. SOCIAL. Generación de nuevos empleos, desarrollo y capacitación de personal involucrado en el proyecto, integración de estudiantes como practicantes al campo industrial. Adscripción de personal científico en colaboración con la empresa. Creación de un programa de posgrado que relaciona los nuevos conocimientos sobre nanotecnología aplicada a la industria del vidrio ECONÓMICO. Desarrollo de nuevas plataformas de productos en el sector de la construcción y automotriz que contribuyan a que la empresa se mantenga como líder en el sector. Obtención de una nueva línea de productos que reforzarán el portafolio que la empresa ofrece actualmente al mercado y cubrirán las necesidades de un sector del mismo. AMBIENTAL. Disminución en el consumo de energía eléctrica (Aire acondicionado) en el usuario final, debido al bloqueo de la radiación infrarroja y UV hacia el interior de la construcción. 8
DESARROLLO DE RECUBRIMIENTOS AUTOMOTRICES DE BAJA EMISIVIDAD VÍA TECNOLOGÍAS SPUTTERING Y NANO Número de proyecto: 220873 EMPRESA BENEFICIADA: Vitro Vidrio y Cristal S.A. de C.V. IES VINCULADOS: FCFM-UANL; CIMAV-MONTERREY