Brevet FR2095232A1 — publié le 19720211

-1- 2095232 Il est connu d'utiliser, pour les vitrages des "bâtiments, les vitres des véhicules sur rails et des omnibus, des vitres constituées par un substrat transparent recouvert d'une couche d'or réfléchissant le rayonnement thermique et on sait qu'elles 5 empêchent un échauffement excessif de l'espace intérieur par l'action du rayonnement solaire. Les vitres du type indiqué qui sont revêtues d'une couche d'or ayant une transparence d'environ 30 à 40 % pour la lumière visible ont fait leurs preuves. Cependant, on considère comme 10 gênants la couleur jaune d'or des vitres vues de l'extérieur et le fort miroitement de leur surface vu de l'intérieur. Pour remédier à ces inconvénients, il est connu de recouvrir sur ses deux faces la couche d'or d'une couche ahtiréfléchissante en une matière isolante et transparente ayant un indice de réfrac-15 tion élevé. On parvient, de cette mani ère, à augmenter considérablement la transparence pour la lumière, parfois jusqu'à 70 %. Ces vitres ont, vues de l'extérieur, une teinte gris-bleue uniforme agréable, et ne donnent lieu à aucun miroitement gênant à l'intérieur. 20 xi est souhaitable pour de nombreuses applications, en par ticulier pour garnir de vitres les grands bureaux dans lesquels on travaille à la lumière artificielle, de réduire leur transparence pour la lumière visible entre environ 20 et 60 %, et de diminuer en même temps leur transparence pour le rayonnement 25 thermique dû soleil. Ce résultat peut être atteint par urt&-augmentation de l'épaisseur de la couche d'or; cependant cela présente l'inconvénient appréciable que les vitres, vues de l'extérieur, donnent l'impression d'une coloration irrégulière et paraissent nuageuses vues par transparence. 30 Ces irrégularité s ont manifestement pour origine de très faibles variations de l'épaisseur des couches, en particulier des deux couches anti-réfléchissantes. Avec cette succession de couches, les conditions concernant l'uniformité des couches sont si rigoureuses qu'on n'arrive plus en fait à y satisfaire, lors 35 de l'enduction de surfaces assez importantes, comme c'est toujours le cas pour les applications pratiques. les rebuts augmentent dans une proportion qui devient inadmissible du point de vue économique. On a donc cherché à réaliser des vitres réfléchissant la 40 chaleur, qui laissent passer environ 20 à 60 % de la lumière 1 21270 2~ 2095232 visible avec cependant, tout comme les vitres déjà connues -qui ont une transparence de 70 % pour la lumière - une coloration gris bleue neutre et agréable à l'oeil lorsqu'on les regarde de 11 extérieur et qui présentent une transparence uniforme 5 sans miroitement. On obtient ce résultat, conformément à l'invention, avec une vitre dont le substrat est placé sur la face extérieure de l'immeuble ou du véhicule, en disposant entre la couche d'or et le substrat transparent une couche absorbante constituée par un 10 métal, un métalloïde ou un alliage métallique, d'épaisseur telle que la transparence pour la lumière de l'ensemble constitué par le substrat transparent et cette couche soit inférieure de 10 à 65 %, de préférence de 15 à 60 %, à celle du substrat transparent, cependant que l'indice de réfraction et le 15 coefficient d'extinction de cette couche^ dans le domaine de la lumière visible, ont des valeurs du même ordre de grandeur, de préférence sont approximativement égales, tandis qu'on dépose sur l'autre face de la couche d'or une couche anti-réfléchissante en une matière isolante ayant un indice de réfraction 20 élevé et un coefficient d'absorption quasiment nul dans le visible, ledit indice de réfraction étant supérieur à 1,7» On entend par indice de réfraction et coefficient d'extinction, dans le cas présent, les quantités"*) et de l'indiçe de réfraction n complexe défini par l'équation connue ■S) j ^ ""Chose Bux'pi'eiiajitef on eafr parvenu do ootto manière) à - éliminer à coup sûr, pour une vitre ayant une transparence poux la lumière de seulement 20 à 60 %, la nébulosité gênante de cette vitre aussi bien vue de l'extérieur, par réflexion que vue par transparence, à obtenir en même temps, lorsqu'on regarde de l'extérieur, la teinte gris bleue neutre qu'on s'efforce d'ob- tenir et à. éviter tout éblouissement lorsqu'on la regarde de l'intérieur. On ne peut obtenir ce résultat satisfaisant qu'avec une couche absorbante qui a une épaisseur telle que la transparence pour la lumière de l'ensemble constitué par le substrat 35 et cette couche est inférieure d'au moins 10 % .à celle du substrat transparent seul. Une épaisseur de la couche de l'ordre de grandeur de celle d'une couche monomoléculaire, qui est utilisée de manière connue comme couche d'accrochage pour la couche d'or, serait tout à fait insuffisante pour obtenir les ^■0 caractéristiques optiques désirées. .25. 30 71 21270 -5- 2095232 Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, la couche absorbante est constituée de préférence par des éléments de la quatrième ligne, ou période du système périodique, avec des numéros atomiques de 20 à 28, ou par des alliages 5 desdits éléments entre eux ou avec d'autres éléments, par exemple par un alliage de chrome et de nickel ou par un alliage de chrome, de fer et d'aluminium. L'indice de réfraction et le Coefficient d'extinction sont précisément du même ordre de grandeur dans le domaine du visible pour ces éléments de la 10 quatrième période du système périodique. Ces substances ont par conséquent un pouvoir de réflexion peu élevé dans le domaine du visible tandis que leur transparence spectrale varie peu en fonction de la longueur d'onde. On obtient en outre des résultats particulièrement satisfaisants quand le rapport en-15 tre l'indice de réfraction et le coefficient d'extinction est compris entre 5/1 et 1/5. On peut également utiliser des alliages de métaux à coefficient de réflexion élevé comme l'or ou l'argent, à la seule condition que l'indice de réfraction et le coefficient d'extinction de l'alliage soient compris entre 20- les limites indiquées ci-dessus. Ces couches peuvent être déposées par pulvérisation cathodique ou par vaporisation dans le vide sur le substrat transparent. Par ailleurs, on a obtenu de bons résultats par dépôt, en utilisant le procédé par vaporisation, d'une couche absorbante sur un alliage de chrome 25 et de nickel contenant 20 % en poids de chrome et 80 °/o en poids de nickel. On utilise de préférence comme couche anti-réflexion une couche de ZnS, mais le cas échéant également une couche de Ti02» Ce02» Bl^O^ et PbClg. 30 Selon une autre forme de réalisation de l'invention, on recouvre la couche anti-réfléchissante d'une couche protectrice transparente, par exemple une couche de vernis, de silice ou produit analogue ou, comme dans le cas d'une vitre de sécurité , on ]a réunit par une couche intermédiaire à une plaque 35 protectrice en verre. La nouvelle vitre réfléchissant la chaleur peut, de plus, être mise en place de manière à constituer la vitre extérieure d'une vitre double. Même dans ce cas, les couches déposées sur le substrat transparent sont protégées contre les détériora-40 tions, car elles se trouvent dans l'espace compris entre les 71 21270 2095232 vitres de la vitre double. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins 5 annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue sctLématique, en coupe transversale, d'une vitre selon l'invention réfléchissant la chaleur ; - la figure 2 représente les courbes spectrales de transparence et de réflexion d'une vitre réfléchissant la chaleur 10 selon l'invention, pour l'intervalle de longueurs d'onde compris entre 400 et 25Ô0 m AI • La couche absorbante 2, qui est recouverte elle-même par la couche d'or 3, est placée sur le substrat 1 transparent, par exemple en verre à base de silicates, représenté sur la fi-15 gure 1. La couche anti-réflexion 4 se trouve sur la couche d'or. La couche absorbante est constituée par urLe alliage contenant 20 % en poids de chrome et 80 % en poids de nickel, et est si épaisse que la transparence pour la lumière de la partie de l'ensemble constituée par le substrat 1 transparent et la cou-20 che absorbante 2 est inférieure de 17 % à la transparence pour la lumière du substrat transparent seul. L'épaisseur de la couche d'or dépend de la transparence désirée pour la lumière de la vitre réfléchissant la chaleur et est comprise en général entre 150 et 400 A environ. La couche anti-réfléchissante 3 est 25 constituée par du'sulfure de zinc ZnS et a environ 400 ï. d'épaisseur, si bien qu'elle se comporte, pour une longueur d'onde d'environ 550 mv^, comme une couche /\ /4 et par conséquent présente une action anti-réfléchissante particulièrement satis-' faisante dans la zone du visible pour laquelle l'oeil est le 30 plus sensible. Lors de la mise en place de la vitre, celle-ci est placée de telle manière dans le châssis de la fenêtre que la face verre de cette vitre se trouve à l'extérieur de la fenêtre. La courbe (a) sur la figure 2 représente la transparence 35 spectrale d'une vitre selon l'invention, dans la bande de longueurs d'onde comprise entre 400 et 2500 m . La transparence est la plus élevée dans la bande de longueurs d'onde pour laquelle l'oeil humain est le plus sensible, par conséquent au voisinage de 550 m //*- . La transparence diminue considérablement 40 quand on s'éloigne du côté des grandes longueurs d'onde, si 71 21270 -5- 2095232 10 15 20 25 30 35 "bien que la partie infra-rouge du rayonnement solaire ne peut traverser la vitre que dans une proportion très- "aible. On voit, en examinant l'allure de la courbe (b), qui représente le coefficient de réflexion spectrale de la face verre de la vitre protégeant contre la chaleur, que la partie du rayonnement solaire de grande longueur d'onde, 1'infra-rouge, est réfléchie dans une très forte proportion. Dans le visible, le coefficient de réflexion de la face verre se trouvant à l'extérieur est d'environ 14 %. Ce coefficient de réflexion est très intéressant du point de vue architectural, car, d'une part on est certain que les vitres des fenêtres n'éblouissent pas exagérément quelqu'un qui examine•1'édifice, mais d'autre part on évite également une apparence "morte", mate, des fenêtres. lia courbe (c) de la figure 2 indique le coefficient de réflexion spectrale en fonction de la longueur d'onde, pour la face de la vitre tournée vers l'intérieur. Il est particulièrement remarquable que, dans la bande de longueurs d'onde voisine de 550 pour laquelle l'oeil a une sensibilité maximale pour la xuiiiière, environ 3 à 4 % seulement du rayonnement incident sont réfléchis. Par contre, une vitre en verre transparent non recouverte d'un enduit a un pouvoir réflecteur voisin de 8 % dans le visible. La vitre selon l'invention a par conséquent, lorsqu'elle est vue de l'intérieur, -un miroitement nettement inférieur à celui d'une vitre transparente ordinaire. Les exemples ci-après, aucunement limitatifs, permettront de mieux comprendre l'invention. Exemple 1 : Dans un atelier de dépôt par vaporisation à l'échelle industrielle, avec un appareillage de vaporisation permettant le dépôt de trois couches, on place une plaque de verre à base de silicates de 5 mm d'épaisseur et de format 2 m x 3 m. Après avoir garni les nacelles de vaporisation d'un alliage de chrome et nickel contenant 80 % en poids de nickel et 20 % en poids de chrome, on fait le vide dans 11installation jusqu'à une pres- _p sion voisine de 3,10 mm Hg. Ensuite, on nettoie la surface du verre pendant 8 mn par une décharge luminescente et on élimine en même temps les couches d'eau qui adhèrent éventuellement. Après avoir fait un vide plus poussé, de l'ordre de 6,10"^ mm Hg, on dépose par vaporisation les couches 2, 3 et 4 sur la plaque de verre. Pendant le dépôt par vaporisation,- on fait 1 21270 -6- 2095232 tourner la plaque de verre autour de son axe central, pour améliorer l'uniformité des couches déposées par vaporisation. La transparence pour la lumière de la plaque de verre qui atteint 90 % avant le dépôt par vaporisation est abaissée à 5 75 % peœ le dépôt par vaporisation dudit alliage de chrome et de nickel. La couche de sulfure de zinc déposée par vaporisation après le dépôt par vaporisation de la couche d'or a une épaisseur voisine de 400 1. La vitre ainsi réalisée a les caractéristiques optiques 10 ci-après : - transparence pour la lumière (compte tenu de la courbe de sensibilité de l'oeil) 57 % - coefficient de réflexion du côté de la couche (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 39 % 15 - coefficient de réflexion du côté du verre (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 38 % - transparence (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 35 % La vitre est mise en place, lors de son utilisation, dans 20 un châssis de fenêtre de telle manière que la plaque de verre se trouve, après montage, à l'extérieur. Lorsqu'on la regarde de l'extérieur de l'édifice la plaque présente la teinte gris-bleue uniforme désirée et, par ailleurs, on n'observe par transparence, de l'intérieur, aucune irrégularité. 25 Par contre, une plaque recouverte d'un dépôt par vapori sation dans les mêmes conditions et, à titre de comparaison, sur laquelle on dépose, à la place de la couche absorbante, line autre couche de sulfure de zinc et dont la transparence pour la lumière est abaissée à 35 % par une augmentation d'épaisseur 30 appropriée de la couche d'or, semble irrégulière et ..fortement tachée si on l'examine par transparence après sa mise en place. Exemple 2 Une couche absorbante constituée par un alliage de chrome et nickel ayant la même composition que dans le premier exemple 35 est déposée par vaporisation sur la plaque de verre sous une épaisseur telle que la transparence pour la lumière de l'ensemble est abaissée à 62 %. Ensuite, on dépose par vaporisation, de la manière décrite ci-dessus, de l'or et ensuite du sulfure de zinc sous forme d'une couche d'épaisseurX /4. 40 la vitre ainsi obtenue a les caractéristiques optiques ci-après : 71 21270 -7- 2095232 - transparence pour la lumière (compte tenu de la courbe de sensibilité de l'oeil) 45 % - coefficient de réflexion du côté de la couche (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 41 % ,5 - coefficient de réflexion vu du côté du verre (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 39 % - transparence (rapporté à 11 ensemble du rayonnement solaire) 26 % Exemple 3 : 10 On utilise, pour former la couche absorbante, un alliage qui contient 25 % en poids de chrome, 70 % en poids de fer et 5 % en poids d'aluminium. On choisit, pour la couche absorbante déposée par vaporisation, une épaisseur telle que la transparence de la vitre ainsi recouverte est abaissée à 72 %. Ensuite, 15 on dépose à nouveau par vaporisation, de l'or ainsi que du sulfure de zinc, constituant la couche anti-réflexion. la vitre ainsi obtenue a les caractéristiques optiques ci-après : » - transparence pour la lumière (compte tenu de la 20 courbe de sensibilité de l'oeil à la lumière) 55 % -coefficient de réflexion du côté de la couche (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 39 % - coefficient de réflexion du côté du verre (rapporté à l'ensemble du rayonnement solaire) 38 % 25 - transparence (rapportée à l'ensemble du rayonnement solaire) 34 % Les vitres réalisées selon les exemples 2 et 3 présentent aussi, après leur mise en place dans un châssis de fenêtre de manière que la plaque de verre se trouve à l'extérieur - et vues 30 de l'extérieur - une teinte gris bleue uniforme et agréable à l'oeil et ne laissent apparaître, regardées de l'intérieur de l'espace qu'elles délimitent, aucune nébulosité ni irrégularité. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent 35 d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 21270 -8- 2095232 _S_5.0-0-ï-2.è_ï_ï_2.ïï_§- 1.- Vitre réfléchissant la chaleur, laissant passer 20 à 60 % de la lumière visible, constituée par un substrat transparent avec une couche d'or réfléchissant la chaleur, caractérisée par le fait que ledit substrat transparent se trouve à l'extérieur après la mise en place de la vitre et une couche absorbante, constituée par un métal, un métalloïde ou un alliage métallique, est placée entre la couche d'or et le substrat transparent, son épaisseur étant choisie de manière que la transparence pour la lumière de l'ensemble constitué par le substrat transparent et ladite couche soit inférieure de 10 à 65 de préférence de 15 à 60 % à celle du substrat transparent, tandis que l'indice de réfraction et le coefficient d'extinction de cette couche, dans le domaine du visible, ont le même ordre de grandeur et - de préférence - sont approximativement égaux, tandis qu'une couche anti-réfléchissante en une matière isolante à indice de réfraction élevé, supérieur à 1,7» et n'absorbant pratiquement pas la lumière visible est déposée sur l'autre face de la couche d'or» 2.- Vitre selon la revendication 1, dans laquelle la couche aosorbante est constituée de préférence par des éléments de la quatrième période du système périodique avec des numéros atomiques compris entre 20 et 28 inclus ou par des alliages de ces éléments entre eux ou avec d'autres éléments, par exemple par un alliage de chrome et de nickel ou un alliage de chrome, de fer et d'aluminium. 3.- Vitre selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les couches sont déposées sur le substrat transparent par vaporisation dans le vide. 4.- Vitre selon la revendication 3, dans laquelle la couche absorbante est constituée par un alliage de chrome et de nickel, contenant 20 % en poids de chrome et 80 % en poids de nickel. 5.- Vitre selon l'une des revendications 3 et 4, dans laquelle la couche anti-réfléchissante est constituée, de manière connue, par du sulfure de zinc ZnS. 6.- Vitre selon l'une quelconque des revendications 1 à -5» fen.q laquelle la couche anti-réfléchissante est recouverte d'une couche protectrice transparente, par exemple par un ver 71 21270 -9- 2095232 nis, une couche de silice ou analogue, ou est réunie, de la même manière que dans le cas d'une vitre de sécurité, à une vitre protectrice par une couche intermédiaire. 7.- Vitre double, caractérisée par le fait que la vitre de 5 protection contre la chaleur, selon l'une des revendications 1 à 6, est la vitre tournée vers l'extérieur de ladite vitre double.