Brevet FR2135033A1 — publié le 19721215

' La présente invention concerne un vitrage anti-chaleur, c'est-à-dire un vitrage susceptible de diminuer l'énergie solaire transmise à travers le vitrage et/ou réémise vers l'intérieur d'un local par suite de 1 ' échauf fenient du vitrage, tout en assurant un éclai-5 renient convenable. Pour caractériser de tels vitrages qui trouvent leur application en particulier dans le bâtiment, on est conduit à définir un certain nombre de facteurs at en premier lieu le facteur solaire qui est le rapport ^ T..®*" de soume de l'énergie transmise 10 (par transparence) et réémise (par rayonnement) à l'énergie incidente . Pour assurer une protection suffisante contre les rayons calorifiques, le facteur solaire doit être le plus faible possible. Pour fixer les idées, des valeurs comprises entre 0,25 et 0,k0 sont 15 généralement considérées comme satisfaisantes à condition que 1'éclaireuienfc soit encore suffisant. L'éclairement, quant à lui, est souvent exprimé par le facteur de luminance qui est le rapport de l'énergie transmise à l'énergie incidente, corrigé par certains facteurs faisant inter-20 venir la répartition de l'énergie solaire dans le spectre visible et la courbe de sensibilité de l'oeil humain. Pour des facteurs solaires compris dans l'intervalle mentionné plus haut de 0,25 à 0,40, on recherche en général un facteur de luminance compris entre 0,25 et 0.60. 25 Diverses solutions ont été proposées pour obtenir des vitrages répondant \ ces caractéristiques optiques. L'une des solutions consiste à déposer sur le vitrage des couches minces et transparentes d'un métal présentant une plus forte réflexion dans l'infrarouge que ;ln.ns le domaine visible du spectre. 30 La 'lunyrt de ces couches présentant une absorption spectrale non uniforme donnent à ces vitrages une coloration non neutre, • >lus ou moins prononcée. Un problème qui se ose dans la commercialisation de ces vitrages réside dans la difficulté >;ue l'on rencontre à obtenir rigou-35 reuse'i Mit la niê^o teinte d'un lot de fabrication à un autre. Or, sur les façades de grands immeubles où des dizaines de tels vitrages sont juxtaposés, l'ooil humain est capable d'apprécier d'infimes ciift'érolice.-.-- -■ teintas, ce qui nuit à l'équilibre esthétique de 11 ense-rule architectural et fait rejeter une forte proportion de 40 vitrages défectueux. 71 15740 2 2135033 La présente invention concerne les vitrages de ce genre portant un dépôt métallique ruince, ce dépôt étant effectué par la technique bien connue de 1 *évaporation sous vide. On sait que les couches minces d'or, de cuivre et d'argent 5 ont une réflexion sélective dans 11 infra-rouge ainsi qu'un coefficient satisfaisant de transmission dans le domaine du spectre visible. C'est pourquoi ces métaux, et spécialement l'or et le cuivre, sont couramment utilisés dans de tels vitrages fonctionnels, notamment pour l'architecture. 10 Cependant, une couche unique d'un seul métal ne permet généralement pas de répondre à toutes les exigences en ce qui concerne ces vitrages. C'est ainsi que l'or et le cuivre sont utilisés par exemple en liaison avec une couche de germanium pour la fabrication de miroirs ayant une bonne réflexion dans 1'infra-rouge 15 mais présentant une absorption importante dans le visible (Voir H. Hass H.H. Schroeder, A.F. Turaer - Journal of the Optical Society of America 4631 - 1956). En ce qui concerne les vitrages fonctionnels architecturaux, 1*emploi de couches d'or seul conduit à deux ordres de difficultés, 20 d'une part, une adhérence insuffisante sur le verre et, d'autre part, l'apparition, par transparence, d'une teinte jaune verdâtre qui est peu appréciée pour 1'éclairement des locaux d'habitation. C'est pourquoi, on a proposé de déposer, au préalable, sur le verre, une couche d'ancrage qui peut être constituée par exemple 25 par lin oxyde métallique selon l'U.S.P. 2,676,117- Le rôle de ces couches d'ancrage n'est pas de modifier les propriétés optiques de la couche métallique active, telle qu'une couche d'or, mais d'assurer simplement une bonne adhérence de celle-ci sur le vitrage. 30 XI est connu également, en vue d'obtenir un dépôt semi- transparent conducteur de l'électricité, de déposer sur une surface de verre un mélange d'un métal électro-conducteur et d'un diélectrique tel qu'un oxyde ou un sel complexe, le dépôt sous vide de ces deux constituants étant effectué simultanément (u.S.P. 2,852,415). 35 Dans un tel procédé, la teinte du produit final peut varier dans des limites importantes, ce qui empêche d'utiliser ce procédé pour les vitrages architecturaux. En effet, dans le cas de 1'évaporation simultanée de deux constituants, on ne se rend pas facilement maître, avec une préci-40 sion suffisante, de la proportion relative des deux constituants 71 15740 3 2135033 déposés qui, à chaque instant, dépend entre autres de l'atmosphère résiduelle de 1* enceinte dans laquelle se fait 1'évaporation sous vide. Le cuivre présente vis—à—vis du verre une meilleure adhé— 5 rence que l'or mai' sa couleur rouge, trop intense, nuit à l'effet architectural. j£n outre, ra sensibilité à l'oxydation risque d'entraîner une altération du vitrage avec le temps. La Demanderesse a maintenant trouvé qu'il est possible d'obtenir des vitrages fonctionnels présentant des caractéristiques 10 de facteur solaire et de facteur de luminance satisfaisants, par dépôts métalliques en couches minces sous vide, ces dépôts ayant par ailleurs les qualités recherchées d'adhérence, de stabilité et de teinte. Les vitrages selon l'invention sont caractérisés par deux 15 couches métalliques transparentes, déposées successivement sous vide, la première couche étant obtenue par évaporation d'un métal du Groupe Ig de la classification périodique (cuivre, argent ou or) ou d'un alliage d'un de ces métaux avec des "nétaux d'autres groupes tels que le nickel et la deuxième couche étant obtenue par évapora— 20 tion d ' a I uminium Le dépôt s'effectue par la technique usuelle de 1'évapora— c - tion sous vide dans une enceinte dont la pression peut être comprise entre 10~ et 10 * mm de mercure, les métaux à évaporer successivement étant contenus dans des nacelles chauffantes, par exemple 25 en tungstène. Les couches finales déposées correspondent à une épaisseur totale inférieure à 500 Â environ. La Demanderesse a constaté que le dépôt d'une couche d'alu— miniuia sur la première couche d'or, de cuivre ou d'argent, apporte 30 dans chaque cas des avantages spécifiques ainsi qu'il est précisé ci—après : Far rapport à une couche d'or seul, l'adjonction suivant l'invention d'une deuxième couche à base d'aluminium apporte ; 10 — i h A cet égard, la Demanderesse a constaté avec surprise que lorsque, selon l'invention, la couche d'aluminium recouvre la couche d'or, l'adhérence obtenue est meilleure que si l'alumi-î'• > nium avait été utilisé comme couche primaire, c'est—à—dire 71 15740 4 2135033 c on une couche d 'an c r âge. 2°- La teinte verdâtre que l'or donne par transparence est atténuée, de corte que l'on obtient un vitrage plut, neutre, dont la teinte finale dépend des proportions relatives d'or et d'aluminium. 30- La stabilité dans le temps de la résistance électrique de la couche métallique est améliorée, ce qui peut être intéressant dans certaines applications de tels vitrages. Dans le cas du cuivre, ayant par lui—mène une bonne adhérence sur le verre, la couche secondaire d'aluminium conduit à des teintes moins rougeâtres tendant vers le bronze par "transparence tout en assurant une protection du cuivre contre l'oxydation. Pour l'argent, on sait que la courbe de réflectivité sensiblement horizontale dans le visible présente un minimum très pointu, vers 3500 Â. L'effet de la couche supplémentaire d'aluminium n'a, par rapport à la couche d'argent seule, qu'une influence peu sensible dans le spectre visible mais elle est importante dans 1'ultra-violet en augmentant la réflectivité du vitrage dans cette région et notamment en faisant disparaître le minimum spécifique de l'argent pur mentionné plus haut, ce qui peut être intéressant dans certains types de miroirs pour l'optique. On donne ci-après quelques exemples purement illustratifs de mise en oeuvre de l'invention» La technique utilisée dans ces exemples correspond à la technique classique du dépôt de couches métalliques par évaporation sous vide. Avant traitement, les plaques de verre ont été nettoyées à l'aide d'une suspension d'oxyde de cérium dans l'alcool éthylique, puis essuyées avec un tissu de coton imbibé d'alcool éthylique. La feuille de verre à traiter ayant été introduite dans l'enceinte à vide, on effectue, comme il est usuel, un "effluvage" par une décharge à haute tension pendant dix minutes. Le réglage de l'épaisseur des couches métalliques déposées est effectué en suivant continuellement la diminution du coefficient de transmission lumineuse du verre en cours de revêtement. L'opération de dépôt est interrompue lorsque le coefficient de transmission a atteint une valeur prédéterminée. Etant donné que le coefficient de transmission des dépôts n'est pas le même pour toutes les longueurs d'onde, on choisit de préférence potir les mesures une longueur d'onde pour laquelle une légère variation dans l'épaisseur de la 71 15740 5 2135033 ' couche correspond à une variation importante de la transparence, ce qui améliore la précision. Toutefois, dans certains cas, on peut être amené, pour des raisons expérimentales, à choisir une autre longueur d'onde, afin ar exemple d'éliminer l'effet du 5 rayonnement parasite provenant des sources de vapeurs métalliques. EXEMPLE 1 - Sur une feuille de verre de 69 x 69 cm d'une épaisseur de 6 ;nm, on dépose une couche d'or jusqu'à réduction de 55'S de la transmission initiale du support en verre. On superpose ensuite à cette 10 couche d'or, une couche d'aluminium d'une épaisseur telle que l'on obtienne une réduction de 33î£ de la transmission précédemment atteinte. Les mesures de transmission sont effectuées pour une longueur d'onde de 0,410/u » La figure 1 donne la courbe de transmission (t) et la courbe 15 de réflexion (r) du vitrage résultant, en fonction de la longueur d'onde exprimée en/u (le spectre de réflexion est mesuré du côté du dépôt métallique). Ces courbes permettent de déduire le facteur' solaire et le facteur de luminance du vitrage résultant, qui sont respectivement 20 de 0,36 et 0,42. De tels-vitrages peuvent par conséquent convenir pour le bâtiment. BiCOi-IFLE 2 - Cet exemple ne diffère "du précédent que par le fait que le dépôt d'or est moins important at qu'il entraîne une réduction de 25 la transmission initiale du support en verre de 35,- environ seulement La couche d'aluminium qu'on superpose à la couche d'or provoque une réduction de transmission supplécientaire de 33V"» Les mesures de tranaaisaion sont effectuées comme h l'exemple 1 avec une longueur d'onde de 0,410/u . 30 La figure 2 donne les courbes de transmission et de réfle xion du vitrage obtenu. On peut dédtiire de ces courbes que le facteur solaire du vitrage obtenu est de 0,45 tandis que son facteur de lumin:uice est de 0,47- On peut noter, d'autre parc, que le vitrage présente par 35 transmission une teinte plu.=? neutre, c'est-à-dire moins verdâtre nue le vitrage de l'exemple 1. zzzjplj 3 - Utrn:; cet exemple, le premier dépôt est en cuivre. L'épaisseur àe la couche de cuivre est telle que la réduction de trans-40 mission îar rapport à la transmission initiale est de 52fi>. On ï\ 15740 6 2135033 dépose ensuite sur le cuivre une couche d'aluminium qui entraîne une réduction supplémentaire de transmission de 25/»« Les mesures de transmission sont effectuées avec une longueur d'onde de 0,550 yu. 5 La figure 3 représente les courbes T et R de transmission et de réflexion (côté métallisé) du vitrage obtenu. Le calcul montre que le facteur solaire de ce vitrage est de 0,31 et son facteur de luminance de 0,40. La teinte obtenue par transparence avec une telle couche 10 métallisée est située dans les bronzes. EXEMPLE k - Dans cet exemple, le premier dépôt est obtenu par évaporation d'un alliage d'or et de nickel à 8$ de Ni. Le dépôt est arrêté lorsque la réduction de transmission par rapport à la trans-15 mission initiale est de 50^S. On dépose ensuite une couche d'aluminium qui entraîne une réduction supplémentaire de transmission de 25/i. Les mesures de transmission sont effectuées avec une longueur d'onde de 0,410/u. La figure k représente les courbes T et R de transmission 20 et de réflexion du vitrage obtenu. Le calcul montre que le facteur solaire est de 0,39 et le facteur de luminance est de 0tk0. La teinte obtenue par transparence avec une telle couche métallisée est située dans les gris. 25 D'une manière générale, dans le cas où la couche primaire est de l'or, son épaisseur est réglée de telle façon que la réduction de transmission soit comprise entre 25 et 75^> et de préférence entre 45 et 70jô et l'on superpose à cette couche d'or une couche d'aluminium telle que la réduction supplémentaire de la transmis-30 sion soit de 20 à 50$> et de préférence de 20 à 35?°. La figure 5 représente un diagramme sur lequel on a porté en ordonnée le facteur solaire et en abscisse le facteur de luminance. Chaque vitrage peut être défini sur un tel diagramme par un point dont les coordonnées sont égales respectivement au facteur 35 de luminance ec au facteur solaire calculas pour ce vitrage. Ces facteurs sont calculés ù partir des spectres de transmission et de réflexion mesurés dans l'atmosphère ambiante tels que ceux des figures 1 à k. Pour les applications architecturales, les points représen-kO tatifs des caractéristiques désirables sont situés pratiquement 71 15740 7 2135033 dans le doiaaine délimité par le trapèze ABCD du diagramme de la i"i,;ure 5. .îvec des couches d'aluminium seul, d' 'paisseurs diverses, les points représentatifs les vitrages obtenus se situent sur la 5 droite "L" . L'adjonction d'une couche d'or a pour effet de reporter les points représentatifs des vitrages au—dessous de cette droite. Les zones hachurées correspondent approximativement aux domaines dont les limites ont été définies plus haut. La zone ABfîû par exemple se rapporte aux limites 0,25 et 0,60 pour le 10 facteur de luminance. La zone préférentielle (quadrilatère FGH l) a pour limite inférieure 0,30 et pour limite supérieure un peu plus de 0,50 pour le facteur de luminance. Ce qui vient d'être dit est valable pour l'or, mais, compte tenu dxi fait que la réflectivité de l'or et celle du cuivre 15 sont voisines, on peut, en première approximation, admettre que les limites ainsi définies pour l'or restent valables pour le cuivre. Il convient de noter que la-superposition selon l'invention d'une couche d'aluminium sur une couche d'un métal tel que : 20 argent, or ou cuivre, ou leurs alliages, n'a pas pour résultat d'additionner les effets de chaque couche considérée isolément. C'est par interpolation entre les différents points reportés expérimentalement sur un diagramme lel que celui de la figure 5, que ] 'on peut déterminer les conditions de fabrication qui pen/iet-25 troni. d'obtenir les caractéristiques finales souhaitées. A !ine épaisseur donnée d'une des couches métalliques, corres 'on ,ii .-eur d ' or • entraînant une réduction de la transmission de 'fO'i { d 'onde de .mesura 0,4lC, u). L'.-.s vitrages .elon l'invention sont utilisables en parti-c • i ï.t-j- u;r la T'a r*Leation de vi traces composites, soit feuilletés , > ys;t— f-o ! i.. •>;!? à .1» aide d'un intercalaire en matière plastique i.neolor.- u"' :.ej.nté, tel ;-ue du butyral de polyvinyle, soit pour ja :i"ior,tlon de vitrages mulciples comportant une ou plusieurs , i t...., verre séparées par des lames d'air, l'une des feuilles de •! .. •-•oin-anl d'ailleurs être elle-même colorée. r.n.H les deux cas, la surface métallisée du vitrage est ?1 15740 8 2135033 placée de préférence à l'intérieur pour éviter les phénomène de corrosion et d'abrasion. 71 15740 9 2135033 ' l&yaKfllOATIONS 1. Procédé pour la fabrication de vitrage anti—chaleur comportant tan revêtement métallique en couche mince semi-réfléchissante obtenu par évaporation sous vide, caractérisé 5 en ce que le revêtement est déposé par évaporations successives, en premier lieu d'un métal choisi parmi le cuivre, l'or et 1'aryent, éventuellement additionné d'une petite proportion de nickel et en second lieu d'aluminium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que l'épaisseur des couches successives déposées est réglée par la àiesure de la diminution du coefficient de transmission lumineuse du vitrage en cours de traitement. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la mesure de la diminution du coefficient de transmission est effectuée 15 pour line longueur d'onde telle qu'à une petite variation d'épaisseur du dépôt corresponde une variation importante de la transmission. 4. Une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisée en ce que la dirai— 20 nution du coefficient de transmission due au dépôt de la couche primaire d'or ou de cuivre est comprise entre 25 et 75?o et de préférence entre 45 et 70/i par rapport à la transmission initiale du support. 5. Une forme de mise en oeuvre du procodé suivant l'une ' 25 quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la diminution du coefficient de transmission due à la couche d'aluminium est comprise entre 20 et J50Jo et de préférence entre 25 et 35?î par rapport à la transmission résultant de la présence de la couche primr.ire. 30 6. Un vitrage fabriqué suivant le procédé de l'une quel conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couples de valeurs : facteur de luminance — facteur solaire qui lui correspondent sont représentés par des points situés à l'intérieur d'un quadrilatère dont les sommets ont pour coordonnées : 35 (0.25-0,12), (0,25-0,27), (0,60-0,60), (0,60-0,46), et de préférence à l'intérieur du quadrilatère dont les sommets ont pour coordonnées : (0,30-0,17), (0,30-0,31), (0,52-0,52), (0,52-0,39), sur un diagramme rectangulaire donnant en abscisse le facteur de luminance et en ordonnée le facteur solaire. 71 15740 2135033 7. Utilisation des vitrages selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans le bâtiment et notai ment sous la forme de vitrages composires.