СТЕКЛО, СОДЕРЖАЩЕЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПОКРЫТИЕ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ СЕРЕБРО И ИНДИЙ
GLASS CONTAINING FUNCTIONAL COATING, INCLUDING SILVER AND INDIUM

Настоящее изобретение относится к материалу и к способу получения материала, такого как остекление, включающему прозрачную подложку, покрытую стопкой тонких слоев, содержащих функциональное покрытие, которое оказывает влияние на инфракрасное излучение.
Функциональное покрытие содержит, по меньшей мере, один функциональный слой. ʺФункциональныйʺ слой, в пределах настоящего описания понимается как слой (или слои) из стопки слоев, который придает ему большую часть его теплофизических свойств. Функциональные действия слоя, на солнечное и/или тепловое излучение в основном заключаются в отражении и/или поглощении ближнего (солнечного) или дальнего (теплового) инфракрасного излучения.
Эти функциональные слои нанесены между покрытиями, основанными на диэлектрических материалах (в дальнейшем именуемые как диэлектрические покрытия), которые обычно включают несколько диэлектрических слоев, что делает возможным регулирование оптических свойств стопки слоев (стека). Функциональные покрытия оказывают влияние на поток солнечной радиации, проходящей через упомянутое остекление, в отличие от других диэлектрических покрытий, обычно выполненных из диэлектрического материала и играющих роль химической или механической защиты функционального покрытия.
Лучшие образцы представленных стопок тонких слоев содержат функциональный слой на основе серебра (или серебряный слой). Эти серебряные слои, используются несколькими способами: при отражении термического или солнечного инфракрасного излучения они придают материалу низкую излучающую способность или солнечно-контрольные функции. Являясь по существу электропроводящими материалами, они также позволяют получать проводящие материалы, например, обогреваемые остекления или электроды.
Эти серебряные слои очень чувствительны к коррозии, особенно, во влажной окружающей среде. Они не должны подвергаться воздействию открытого воздуха, чтобы быть защищенными от химического воздействия таких агентов, как вода, сера и соль.
Эти серебряные слои, поэтому традиционно используются внутри ламинированных остеклений или множественных остеклений, таких как двойные рамы, на поверхности 2 или 3, где нумерация поверхностной части подложки(ек) начинается от внешней стороны до внутренней стороны здания или пассажирского салона, которые ими оснащены. Такие слои обычно не наносятся на одинарные остекления (также именуемые, как монолитные остекления).
Кроме того, отдельные слои диэлектрика, используемые в диэлектрических покрытиях, также чувствительны к коррозии во влажной среде, например, слои на основе оксида цинка, которые обычно используются в качестве смачивающего слоя ниже слоев серебра, чтобы способствовать кристаллизации.
Одним из решений, предложенных для улучшения химической стойкости, является устранение использования в диэлектрических покрытиях всех коррозионно-чувствительных слоев. Хотя сформированные таким образом материалы имеют улучшенную долговечность, коррозионная стойкость столки слоев, когда она непосредственно подвергается воздействию окружающего воздуха в течение длительного хранения или при нормальных условиях эксплуатации, остается недостаточной.
К этому добавляется тот факт, что такие материалы должны многократно подвергаться высокотемпературным термическим обработкам, предназначенным для улучшения свойств подложки и/или стопки тонких слоев. Это может быть, например, в случае стеклянных подложек, термической обработкой типа закалки, отжига и/или загиба.
В идеальном случае материалы, с нанесенной стопкой слоев, должны быть способны выдержать высокотемпературную термическую обработку без существенных изменений, или, по меньшей мере, без ухудшения их исходных оптических и/или энергетических свойств. В частности, после термической обработки материалы должны сохранять приемлемую светопроницаемость и иметь коэффициент излучения, который предпочтительно существенно улучшен или, по меньшей мере, в основном не изменен.
Механическая прочность и химическая стойкость этих материалов, содержащих комплексную стопку слоев, подвергнутых высокотемпературным термическим обработкам, является часто недостаточной, тем более тогда, когда все функциональные слои являются металлическими слоями на основе серебра. Эта недостаточная прочность или сохранение первоначальных свойств выражается появлением в краткосрочной перспективе дефектов, таких как участки коррозии, задиры или даже полное или частичное расслаивание стопки слоев во время их использования при нормальных условиях эксплуатации. Любые дефекты или задиры, вызванные либо коррозией, либо механическими напряжениями, или плохой адгезией между соседними слоями, способны ослабить не только привлекательность подложки с покрытием, но также ухудшить ее оптические и энергетические характеристики.
Наконец, применение таких высокотемпературных термических обработокк материалам, чувствительным к коррозии, в частности, в условиях повышенной влажности, еще больше повышает снижение их качества.
Поэтому целью настоящего изобретения является разработка новых материалов, включающих функциональное покрытие на основе серебра, имеющее высокую химическую стойкость при сохранении термических и оптических свойств стопки тонких слоев, с целью производства улучшенных остеклений для защиты от солнечных лучей, в частности, остеклений с низким уровнем излучения.
Наконец, еще одна цель состоит в том, чтобы обеспечить материал, снабженный стопкой слоев, который способен выдерживать термические обработки без повреждения, в частности, когда подложка, несущая стопку слоев, имеет тип стекла. Это выражается в отсутствии изменения его термических и оптических свойств до и после термической обработки, в частности, типа закалки.
Заявитель неожиданно обнаружил, что использование функционального металлического покрытия на основе серебра и индия в заявленных пропорциях позволяет улучшить химическую стойкость без отрицательного влияния на термические и энергетические свойства. Присутствие индия в выбранных пропорциях значительно не увеличивает излучательную способность
Изобретение касается материала, включающего прозрачную подложку, покрытую стопкой тонких слоев, включающих, по меньшей мере, одно основанное на серебре функциональное металлическое покрытие, по меньшей мере, два диэлектрических покрытия, включающих, по меньшей мере, один слой диэлектрика так, что каждое функциональное металлическое покрытие расположено между двумя диэлектрическими покрытиями, характеризующееся тем, что функциональное металлическое покрытие включает, в порядке увеличивающегося предпочтения, по меньшей мере, 1,0% по весу индия относительно веса серебра и индия в функциональном металлическом покрытии.
Когда необходимо управлять увеличением излучательной способности, то максимальные пропорции индия в функциональном металлическом покрытии выбираются ниже порогового значения. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения функциональное металлическое покрытие содержит в порядке возрастающего предпочтения:
- не более чем 10,0%,не более чем 9,0%, не более чем 8,0%, не более чем 7,0%, не более чем 6,0%, не более чем 5,0%, не более чем 4,0%, не более чем 3,5%, не более чем 3,0%, не более чем 2,5% по массе индия по отношению к массе серебра и индия в функциональном металлическом покрытии,
- по меньшей мере, 1,0%, по меньшей мере, 1,5%, по меньшей мере, 2,0% по массе индия по отношению к массе серебра и индия в функциональном металлическом покрытии.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления функциональное металлическое покрытие содержит в порядке возрастающего предпочтения от 1,0% до 5,0%, от 1,0% до 4,0%, от 1,0% до 3,0%, от 1,5% до 3,0%, от 2% до 3,5% по массе индия по отношению к массе серебра и индия в функциональном металлическом покрытии.
Стопка слоев расположена, по меньшей мере, на одной поверхности прозрачной подложки.
Соотношения индия в функциональном металлическом покрытии оптимизированы:
- для соотношений менее чем 1%, эффект улучшения сопротивления коррозии при наличии влажности не наблюдается, и
- для соотношений более чем 5%, или даже более чем 4%, небольшое помутнение (матовость) покрытия и/или небольшое ухудшение электропроводности происходит после высокотемпературной термической обработки, и
- для соотношений менее чем 3%, излучательная способность стопки слоев значительно не увеличивается, особенно, после высокотемпературной термической обработки по отношению к аналогичной стопке слоев, выполненной на основе функционального покрытия исключительно на основе серебра.
Функциональное покрытие может содержать единственный слой, на основе сплава серебра и индия или последовательность нескольких слоев серебра и индия.
Функциональное покрытие может, поэтому включать:
- металлический слой на основе сплава серебра и индия,
- по меньшей мере, один металлический слой на основе индия и, по меньшей мере, один металлический слой на основе серебра.
Использование индия в качестве компонента диэлектрического слоя известно, в частности, в диэлектрических покрытиях, содержащих оксид индия-олова. Однако эти слои диэлектрика чувствительны к коррозии и к старению. То, что определяет улучшение стойкости стопки слоев к действию химикатов, является присутствием индия в основе функционального покрытия или в форме сплава с серебром, или в форме серебряно-индиевой последовательности слоев. Использование поверх лежащего или нижележащего слоя на основе индия в неметаллической форме не позволяет получить выгодные эффекты изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением смог быть получен материал, имеющий следующие характеристики:
- высокую удельную электропроводность,
- низкий коэффициент излучения (ε) предпочтительно между 1% и 20%, и еще лучше всего между 1% и 10%,
- хорошую устойчивость к высокотемпературной термической обработке типа закалки или отжига,
- хорошую химическую стойкость, которая выражается, в частности, отсутствием видимого повреждения в тестах на старение, таких как испытание на устойчивость к высокой влажности,
- хорошие цвета при пропускании света и
- высокую прозрачность и приемлемое поглощение, в частности, менее чем или равное 20%.
У прозрачной подложки, покрытой стопкой слоев согласно изобретению, есть светопроницаемость больше чем 50%, предпочтительно больше чем 60%.
Предпочтительные особенности, которые появляются по мере описания заявки, применимы как к материалу соответствующего настоящего изобретения, так и к способу соответствующего настоящего изобретения.
Все световые характеристики, представленные в настоящем описании, получены в соответствии с принципами и способами, описанными в европейских стандартах EN 410 и EN 673, относящихся к определению световых и солнечных характеристик остекления, используемых в конструкциях из стекла.
Стопка слоев, наносится с помощью катодного распыления в магнитном поле (магнетронный процесс). В соответствии с преимущественным вариантом осуществления все слои стопки наносятся с помощью катодного распыления в магнитном поле. Однако возможны другие процессы осаждения, например, распыление и испарение под действием ионно-лучевой обработки.
Если не указано иное, то толщины, упомянутые в настоящем документе, являются физическими толщинами, а слои, представляют собой тонкие слои. Тонкий слой подразумевает слой, имеющий толщину от 0,1 нм до 100 микрон.
На всем протяжении описания подложка в соответствии с настоящим изобретением рассматривается как расположенная горизонтально. Стопка тонких слоев, располагается на подложке сверху. Значение выражений ʺвышеʺ и ʺнижеʺ, и ʺнижнееʺ и ʺверхнееʺ следует рассматривать в соответствии с этой ориентацией. Если специально не оговаривается, то выражения ʺвышеʺ и ʺнижеʺ, не обязательно означают, что два слоя и/или покрытия расположены в контакте друг с другом. Когда точно определено, что слой нанесен ʺв контактеʺ с другим слоем или с покрытием, то это означает, что не может быть одного или нескольких слоев, вставленных между этими двумя слоями. Функциональное металлическое покрытие на основе серебра содержит в порядке возрастания, по меньшей мере, 90,0%, по меньшей мере, 95,0%, по меньшей мере, 96,0%, по меньшей мере, 97,0%, по меньшей мере, 97,5% по массе серебра относительно массы функционального металлического покрытия.
В соответствии с одним вариантом осуществления функциональное металлическое покрытие дополнительно содержит олово. В порядке возрастающего предпочтения функциональное металлическое покрытие содержит от 0,05% до 5%, от 0,05% до 1,0%, от 0,1% до 1,0% по массе олова относительно массы серебра, индия и олова в функциональном металлическом покрытии.
Функциональное металлическое покрытие может также содержать другие легирующие элементы, например, палладий, золото или платину. В соответствии с настоящим изобретением под ʺдругими легирующими элементамиʺ следует понимать элементы, не выбранные из серебра, индия и олова. Предпочтительно, количество этих других легирующих элементов представляют в порядке увеличивающегося предпочтения: менее чем 10%, менее чем 5%, менее чем 1%, менее чем 0,5% по массе функционального покрытия.
Предпочтительно, чтобы функциональное металлическое покрытие содержало менее чем 1,0%, предпочтительно менее чем 0,5% по массе других легирующих элементов по отношению к массе функционального металлического покрытия на основе серебра.
Функциональное металлическое покрытие на основе серебра имеет, в порядке возрастающего предпочтения, толщину между 5 нм и 20 нм, между 8 нм и 18 нм, между 10 нм и 16 нм.
Предпочтительно функциональное покрытие включает в себя слой, на основе сплава серебра и индия. Под сплавом понимается смесь нескольких металлов. Сплав может быть получен путем совместного нанесения из двух металлических целей, одной из индия и другой из серебра или с помощью нанесения из цели, которая уже содержит сплав серебра и индия. Когда функциональное покрытие содержит слой на основе сплава серебра и индия, тогда толщина покрытия соответствует толщине слоя, основанного на сплаве серебра и индия, и предпочтительно составляет от 5 нм до 20 нм, от 8 нм до 18 нм, от 10 нм до 16 нм.
Функциональное покрытие может также содержать последовательность слоев серебра и индия.
В соответствии с вариантом осуществления последовательность слоев начинается со слоя серебра и заканчивается слоем индия, или начинается со слоя индия и заканчивается слоем серебра. Функциональное покрытие, поэтому может содержать, по меньшей мере, один металлический слой на основе индия и, по меньшей мере, один металлический слой на основе серебра.
В соответствии с другим вариантом осуществления последовательность слоев начинается или заканчивается со слоем серебра. Функциональное покрытие, поэтому может включать, по меньшей мере, один металлический слой на основе индия и, по меньшей мере, два металлических слоя на основе серебра, из расчета, что каждый металлический слой на основе индия располагается между металлическими слоями на основе серебра.
В соответствии с другим вариантом осуществления эта последовательность расположения слоев начинается и заканчивается соответственно со слоя индия. В этом случае функциональное покрытие, может содержать, по меньшей мере, один металлический слой на основе серебра и, по меньшей мере, два металлических слоя на основе индия, с таким расчетом, чтобы каждый металлический слой на основе серебра располагался между двумя металлическими слоями на основе индия.
Неожиданно было показано, что высокотемпературная термическая обработка при последовательности (Ag-In)n, (In-Ag)n, Ag-(In-Ag)n или In-(Ag-In)n приводит к достаточно хорошей ʺкомбинацииʺ такой, что удельное сопротивление листа послетермической обработки почти идентично удельному сопротивлению листа после термической обработки аналогичной стопки слоев на основе функционального покрытия, состоящего исключительно из серебра.
В соответствии с этими вариантами осуществления функциональное покрытие содержит, по меньшей мере, один металлический слой на основе индия и, по меньшей мере, два металлических слоя на основе серебра с таким расчетом, что металлический слой индия располагается между двух металлических слоев на основе серебра. Функциональное покрытие, поэтому может содержать:
- от 1 до 7, предпочтительно от 1 до 5 металлических слоев на основе индия и
- от 2 до 8, предпочтительно от 2 до 6 металлических слоев на основе серебра.
В качестве иллюстрации наборы слоев могут содержать функциональные покрытия, включающие последовательности слоев, указанные ниже:
- Ag/In/Ag,
- Ag/In/Ag/In/Ag,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag,
- Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/ In/Ag,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/In/Ag/In/Ag,
- In/Ag/In,
- In/Ag/In/Ag/In,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/ In,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/In/Ag/In,
- Ag/In,
- Ag/In/Ag/In,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/ In,
- Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/In/Ag/In,
- In/Ag,
- In/Ag/In/Ag,
- In/Ag/In/Ag/In/ Ag,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag,
- In/Ag/In/Ag/In/Ag/ In/Ag/ In/Ag/In/Ag/In/Ag,
где:
Ag соответствует функциональному металлическому слою на основе серебра,
In соответствует функциональному металлическому слою на основе индия.
Толщина каждого металлического слоя на основе серебра составляет в порядке возрастающего предпочтения от 0,5 нм до 10,0 нм, от 1,0 нм до 5,0 нм, от 2,0 нм до 3,0 нм. Толщина каждого металлического слоя на основе индия составляет в порядке возрастающего предпочтения от 0,05 нм до 5,0 нм, от 0,1 нм до 2 нм, от 0,1 нм до 1 нм, от 0,1 нм до 0,5 нм, от 0,1 нм до 0,3 нм.
Функциональное металлическое покрытие на основе серебра может быть защищено с помощью металлического слоя, часто описываемого как барьерный слой. В соответствии с этим вариантом осуществления стопка тонких слоев дополнительно включает, по меньшей мере, один барьерный слой, расположенный в контакте и выше и/или ниже функционального металлического покрытия.
x
Барьерные слои, выбираются из металлических слоев, основанных на металле или металлическом сплаве, металлических нитридных слоев, металлических оксидных слоев и металлических оксинитридных слоев одного или более элементов, выбранных из титана, никеля, хрома, тантала и ниобия, таких как Ti, TiN, TiO, Nb, NbN, Ni, NiN, Cr, CrN, NiCr или NiCrN. Когда эти барьерные слои осаждаются в форме металла, нитрида или оксинитрида, то эти слои могут подвергаться частичному или полному окислению в соответствии с их толщиной и природой слоев, которые их обрамляют, например, во время осаждения следующего слоя или путем окисления в контакте с нижележащим слоем.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления функциональное металлическое покрытие на основе серебра располагается в контакте с двумя барьерными слоями и между ними.
Барьерные слои предпочтительно выбираются из металлических слоев, в частности слоев из сплава никель-хром (NiCr).
Каждый барьерный слой имеет толщину от 0,1нм до 5,0 нм. Толщина этих барьерных слоев составляет предпочтительно:
- по меньшей мере, 0,1 нм или, по меньшей мере, 0,2 нм, и/или
- не более чем 5,0 нм или не более чем 2,0 нм.
Стопка тонких слоев может содержать единственное функциональное покрытие.
Пример подходящей стопки слоев в соответствии с настоящим изобретением содержит:
- диэлектрическое покрытие, расположенное ниже функционального металлического покрытия,
- функциональное металлическое покрытие,
- диэлектрическое покрытие, расположенное поверх функционального металлического покрытия,
- необязательный защитный слой.
Функциональные покрытия нанесены между диэлектрическими покрытиями.
Диэлектрические покрытия имеют толщину больше чем 10 нм, предпочтительно от 15 нм до 100 нм, от 20 нм до 70 нм и лучше всего еще от 30 нм до 50 нм.
Диэлектрические слои диэлектрического покрытия имеют следующие характеристики, отдельно или в комбинации:
- они наносятся с помощью катодного распыления в магнитном поле;
- они выбираются из оксидов или нитридов одного или нескольких элементов, выбранных из титана, кремния, циркония, алюминия, олова и цинка,
- они имеют толщину более чем 2 нм, предпочтительно от 2 нм до 100 нм.
2
2
3
4
x
y
2
x
Предпочтительно диэлектрические слои обладают барьерной функцией. Под диэлектрическими слоями, имеющими барьерную функцию (далее по тексту - барьерные слои), понимают слой, изготовленный из материала, способного образовывать барьер для диффузии кислорода и воды при высокой температуре, возникающих из окружающей атмосферы или от прозрачной подложки, распространяющихся по направлению к функциональному слою. Барьерные слои могут быть на основе соединений кремния и/или алюминия, выбранные из оксидов, таких как SiO, TiO, нитридов, таких как нитрид кремния SiN и нитриды алюминия AIN, и оксинитриды SiON, необязательно легированных при помощи, по меньшей мере, одного другого элемента, такого как цирконий, олово или титан. Барьерные слои могут также быть основаны на оксиде олова SnO или на основе оксида цинка-олова SnZnO.
В соответствии с вариантом осуществления стопка тонких слоев содержит, по меньшей мере, одно диэлектрическое покрытие, включающее, по меньшей мере, один диэлектрический слой, состоящий из нитрида или оксинитрида алюминия, и/или из кремния, или из смешанного оксида цинк-олово, предпочтительно имеющего толщину от 20 нм до 70 нм.
Предпочтительно, чтобы стопка слоев могла в частности содержать диэлектрический слой на основе нитрида кремния и/или нитрида алюминия, расположенный ниже и/или выше, по меньшей мере, одной части функционального покрытия. Диэлектрический слой на основе нитрида кремния и/или нитрида алюминия имеет толщину:
- менее чем или равную 100 нм, менее чем или равную 80 нм, или менее чем или равную 60 нм, и/или
- более чем или равную 15 нм, более чем или равную 20 нм, или более чем или равную 30 нм.
Диэлектрическое покрытие (я), расположенное ниже функционального покрытия (ий) может включать единственный слой, состоящий из нитрида или оксинитрида алюминия и/или кремния, имеющего толщину от 30 нм до 70 нм, предпочтительно слоя состоящего из нитрида кремния и необязательно содержащего алюминий.
Диэлектрическое покрытие (я), расположенное выше функционального покрытия (ий), может включать, по меньшей мере, один слой, состоящий из нитрида или оксинитрида алюминия и/или кремния, имеющего толщину от 30 нм до 70 нм, предпочтительно слоя, состоящего из нитрида кремния и необязательно содержащего алюминий.
Стопка тонких слоев может необязательно содержать защитный слой, такой как слой, который является стойким против механического контактного повреждения. Защитный слой является предпочтительно заключительным слоем стопки тонких слоев, то есть является слоем наиболее удаленным от подложки, покрытой стопкой слоев (перед термической обработкой). Эти слои обычно имеют толщину от 2,0 нм до 10,0 нм, предпочтительно от 2,0 нм до 5,0 нм. Этот защитный слой может быть выбран из слоя титана, циркония, гафния, цинка и/или олова, этого или этих металлов, находящихся в металлической, оксидной или нитридной форме.
В соответствии с одним вариантом осуществления защитный слой основан на оксиде титана. Толщина слоя из оксида титана составляет от 2 нм до 10 нм.
Прозрачные подложки согласно настоящему изобретению предпочтительно изготовлены из жесткого неорганического материала, например, изготовлены из стекла, или являются органическими материалами на основе полимеров (или изготовлены из полимера).
Прозрачные органические подложки в соответствии с настоящим изобретением, которые являются жесткими или гибкими могут также быть изготовлены из полимера. Примеры полимеров, подходящих согласно настоящему изобретению, включают в частности:
- полиэтилен,
- полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PBT) или полиэтиленнафталат (PEN);
- полиакрилаты, такие как полиметилметакрилат (PMMA);
- поликарбонаты;
- полиуретаны;
- полиамиды;
- полиимиды;
- фторполимеры, например, фторированные эфиры, такие как этилен-тетрафторэтилен (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF), полихлортрифторэтилен (PCTFE), этилен-хлортрифторэтилен (ECTFE) или фторированные этиленпропиленовые сополимеры (FEP);
- фотосшиваемые и/или фотополимеризуемые смолы, такие как тиолен, полиуретан, уретан-акрилатные или полиэфир-акрилатные смолы, и
- политиоуретаны.
Подложка представляет собой предпочтительно лист из стекла или стеклокерамики.
Подложка является предпочтительно прозрачной, бесцветной (это, в таком случае, прозрачное или экстра-прозрачное стекло) или цветной, например, синей, серой или бронзовой. Стекло представляет собой предпочтительно натриево-кальциево-кремнеземный тип, но также может быть стеклом боросиликатного или алюмоборосиликатного типа.
Подложка преимущественно имеет, по меньшей мере, один размер, который больше или равен 0,5 м или 2 м и даже 3 м. Толщина подложки обычно изменяется от 0,5 мм до 19 мм, предпочтительно от 0,7 мм до 9 мм, особенно от 2 мм до 8 мм, или от 4 мм до 6 мм. Подложка может быть плоской или изогнутой, или даже гибкой.
Материал, то есть прозрачная подложка, покрытая стопкой слоев, предназначен для проведения высокотемпературной термической обработки, выбранной из отжига, например, с помощью мгновенного отжига, такого как лазер или пламенный отжиг, закалки и/или изгиба. Температура термической обработки может составлять выше 200°C, 400°C, 450°C, или даже выше 500°C. Подложка, покрытая стопкой слоев, поэтому может быть изогнута и/или подвергнута закалке.
Материал может быть в форме монолитного остекления или единственного остекления, ламинированного остекления или многослойного остекления, особенно двойного остекления или тройного остекления. Настоящее изобретение, таким образом, также относится к прозрачному остеклению, содержащему, по меньшей мере, один материал в соответствии с настоящим изобретением. Эти материалы предпочтительно представляют собой остекление, установленное на здании или транспортном средстве.
В случае монолитного или многослойного остекления стопка слоев предпочтительно расположена на поверхности 2, то есть, она находится на подложке, определяющей внешнюю стенку остекления и более конкретно на внутренней поверхности этой подложки.
Монолитное остекление содержит 2 поверхности; поверхность 1 вне здания и, таким образом, составляет наружную стенку остекления, а поверхность 2 находится внутри в здании. Таким образом, составляет внутреннюю стенку остекления.
Двойное остекление включает 4 поверхности; поверхность 1 находится вне здания и, таким образом составляет наружную стену остекления, поверхность 4 находится внутри здания и, таким образом составляет внутреннюю стену остекления, поверхности 2 и 3 находятся внутри двойного остекления. Однако стопка слоев также может быть нанесена на поверхность 4.
Материал может быть предназначен:
- для зданий в качестве фрагмента остекления, перегородки или части остекленного проема,
- для наземного, водного или воздушного транспортного средства (автомобиль, грузовик, поезд, самолет, лодка), как например крыша, боковое окно, светоизлучающая перегородка,
- для уличного оборудования или профессиональной мебели,
- для интерьерной мебели,
- для обеспечения электронного оборудования, в частности в качестве защитного экрана или блока визуального отображения или экрана дисплея, такого как экран телевизора или компьютера, сенсорный экран, в частности, как электрод или OLED (органический светоизлучающий диод).
Настоящее изобретение также относится к способу получения материала, включающего прозрачную подложку, покрытую стопкой тонких слоев, нанесенных катодным распылением, необязательно катодным распылением в магнитном поле, способ включает в себя последовательность стадий, представленных ниже:
- по меньшей мере, одно диэлектрическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один диэлектрической слой, наносится на прозрачную подложку, затем
- функциональное металлическое покрытие на основе серебра наносится поверх диэлектрического покрытия, содержащего, по меньшей мере, 1,0% по массе индия по отношению к массе серебра и индия в функциональном металлическом покрытии, затем
- диэлектрическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один диэлектрический слой, наносится поверх функционального металлического покрытия на основе серебра,
- подложка, покрытая, таким образом, подвергается термической обработке.
Эта термическая обработка может проводиться при температуре выше 200°C, выше 300°C или выше 400°C, предпочтительно выше 500°C.
Термическую обработку предпочтительно выбирают из способов обработки: закаливания, отжига и быстрого отжига.
Обеспечение закаливания или отжига обычно проводится в печи: соответственно в печи закалки или печи отжига. Весь материал, включая, следовательно, подложку, можно довести до высокой температуры, по меньшей мере, 200°C или, по меньшей мере, 300°C в случае обработки отжигом, по меньшей мере, 500°C, или даже 600°C в случае обработки закалкой.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение, при этом, без всякого его ограничения.
Примеры
Стопки тонких слоев, определенные ниже, наносятся на подложки, изготовленные из прозрачного стекла натронной извести толщиной 3,9 мм.
Стопки слоев наносятся известным способом (магнетронный процесс) на линии катодного распыления, при этом подложка перемещается под различными целями.
Для этих примеров условия осаждения слоев, нанесенных с помощью распыления (распыление с помощью ʺмагнетронного катодаʺ), суммированы в таблице 1.
Taб. 1
Использованные цели
Давление нанесения
Газ
Индекс*
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
Si:Al (92:8% по массе)
2-15×10<sup>3</sup>мбар
Ar:30-60%-N<sub>2</sub>:40-70%
2,00
NiCr
Ni:Cr (80:20 ат.%)
1-5×10<sup>3</sup>мбар
Ar при 100%
-
Ag
Ag
2-3×10<sup>3</sup>мбар
Ar при 100%
-
InSn
In:Sn(90:10% по массе.)
1-3×10<sup>3</sup>мбар
Ar при 100%
-
ат.: атомный; масса: масса; *: при 550 нм.
В таблице 2 описаны материалы и физические толщины в нанометрах (если не указано иное) каждого слоя или покрытия, которые формируют стопки слоев как функцию их положения относительно подложки, несущей стопку слоев (конечная линия на нижней части таблицы). Толщины, указанные в этой таблице соответствуют толщинам перед закалкой.
Taб. 2: Материалы
Сравнительные
По изобретению
DC
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>(35 нм)
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>(35 нм)
Барьерный слой
NiCr (0,17 нм)
NiCr (0,17 нм)
Функциональное покрытие
Ag (10 нм)
Ag-In последовательность(cм.Таб.3)
Барьерный слой
NiCr (0,35 нм)
NiCr (0,35 нм или 0,17**нм)
DC
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>(35 нм)
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>(35 нм)
Подложка
стекло
стекло
DC=Диэлектрическое покрытие; *:Ex.1-Ex.10; **:Ex.11-Ex.13
Функциональные покрытия материалов в соответствии с настоящим изобретением, включают, по меньшей мере, один слой серебра и один слой индия. Каждый слой серебра и каждый слой индия одного и того же функционального покрытия соответственно выбираются так, чтобы они имели одинаковую толщину.
Таблица 3 определяет для каждого материала:
- последовательность тонких слоев, формирующих функциональное покрытие,
- индивидуальные толщины (Indiv. th.) каждого слоя серебра и индия,
- общую толщину слоев серебра и индия функционального покрытия.
Плотности индия и олова составляют 7,31, а плотность серебра составляет 10,5.
Слои индия и олова содержат 90% по массе индия и 10% по массе олова. Для того чтобы быть свободным от пропорций олова была вычислена предполагаемая толщина индия (Est. In th.), соответствующая толщине слоя индия, если он не включает олово (Indiv. th. In x 90/100).
2
2
2
2
Для того чтобы оценить относительные соотношения серебра и индия, были определены массы серебра и индия, приходящиеся на смв функциональном покрытии. Масса индия относительно массы индия и серебра в функциональном покрытии соответствует: % In=[(масса In/см)/ (масса In/см+ масса Ag/см) x 100].
Соответствующие сокращения используются в таблице 3:
- Indiv. th.: Толщина слоя серебра или слоя индия, формирующего функциональное покрытие в нм;
- Total th.: Общая толщина слоев серебра и индия и слоев олова, формирующих функциональное покрытие;
- Est. In th.: Вычисленная (предполагаемая) толщина индия;
- % In: Массовые соотношения индия по отношению к массе серебра и индия в функциональном металлическом покрытии.
Taб.3
Последовательность
Indiv. th
Total th.
Est.In th.
Масса
%In
Ag
InSn
Ag
InSn
Ag/см<sup>2</sup>
In/см<sup>2</sup>
Inv. 1
Ag/(In /Ag)6
1,23
0,14
8,6
0,84
0,76
90,2
5,5
5,8
Inv. 2
Ag/(In /Ag)4
1,72
0,11
8,6
0,44
0,40
90,2
2,9
3,1
Inv. 3
Ag/(In /Ag)4
1,72
0,16
8,6
0,64
0,58
90,2
4,2
4,4
Inv. 4
Ag/(In /Ag
4,3
0,3
8,6
0,6
0,54
90,2
3,9
4,2
Inv. 5
Ag/(In /Ag
4,3
1,0
8,6
2
1,80
90,2
13,2
12,7
Inv. 6
Ag/(In /Ag
4,3
2,0
8,6
4
3,60
90,2
26,3
22,6
Inv. 7
In /(Ag/ In)2
4,3
0,67
8,6
2
1,80
90,2
13,2
12,7
Inv. 8
Ag/(In /Ag)4
1,72
0,11
8,6
0,44
0,40
90,2
2,9
3,1
Inv. 9
In /Ag/ In)
8,6
0,3
8,6
0,6
0,54
90,2
3,9
4,2
Inv. 10
Ag/(In /Ag)4
2,4
0,11
12
0,44
0,40
125,9
2,9
2,2
Inv. 11
Ag/(In /Ag)4
2,8
0,13
14
0,5
0,45
146,9
3,3
2,2
Cmp.12
Ag
12
-
12
-
-
-
-
-
Cmp.13
Ag
14
-
14
-
-
-
-
-
Cmp.14
Ag
10
0
10
-
-
-
-
-
Подложки, покрытые наборами слоев, подвергаются термической обработке, тип термической обработки - закалка в течение 10 минут при температуре 640°C (HT).
Чтобы оценить стойкость стопки слоев к действию химикатов, был выполнен тест на ускоренное старение, называемый тестом на сопротивление высокой влажности. Это испытание состоит в размещении материала в печи, нагретой до температуры 120°C, в течение 480 минут, имеющей относительную влажность 100% (RH). Визуальное наблюдение материала в соответствии с настоящим изобретением после термической обработки позволяет отметить отсутствие мутности.
Удельное сопротивление слоя (Rsq), измеренное в омах (ом.) с помощью устройства Nagy, соответствует сопротивлению образца, имеющего ширину, равную длине (например, 1 метр) и имеющего любую толщину. Удельное сопротивление слоя измеряется:
- до и после термической обработки,
- до и после ускоренного старения материалов, которые подвергаются высокотемпературной термической обработке.
Для того чтобы оценить закрепление стопки слоев на подложке, было проведено испытание на адгезию, которое соответствовало испытанию сетчатым надрезом в соответствии со стандартом EN ISO 2409 (ʺиспытание методом клейкой лентыʺ или T. ad.). Это испытание состоит в изготовлении решетчатой структуры с надрезом и, затем в применении накладки образца стандартизованного адгезива, который удаляется после определенного промежутка времени. Проверка поверхности поперечной резки после удаления адгезива позволяет в зависимости от количества удаленных тонких слоев характеризовать удержание стопки слоев. В соответствии с настоящим изобретением испытание описывается следующим образом:
- ʺOKʺ когда не наблюдается удаление тонких слоев,
- ʺNOKʺ когда наблюдается удаление тонких слоев.
Наконец, определенные оптические характеристики были измерены, когда материалы собраны в виде одинарного остекления, в конечном итоге были измерены определенные оптические характеристики стопки слоев, когда стопка слоев расположена на поверхности 2, лицевой поверхности 1 остекления, являющейся самой наружной поверхностью остекления, учитывая что:
L
-R: обозначает: легкое отражение в видимой области, в %, измеренное под источником света A с 2° наблюдателем на стороне внутренней поверхности, поверхность 2;
- a*R и b*R: обозначают цвета в отражении a* и b* в системе L*a*b*, измеренные под источником света D65 с 10° наблюдателем на стороне самой внешней поверхности и измеренные, таким образом, перпендикулярно остеклению;
L
- T: обозначает светопропускание в видимой области, в %, измеренное под источником света A 2° наблюдателем;
- a*t и b*t: обозначают цвета при передаче a* и b* в системе L*a*b*, измеренные под источником света A с 2° наблюдателем на стороне самой внешней поверхности, и измеренные, таким образом, перпендикулярно остеклению;
- Abs.: обозначает поглощение света в видимой области, в %, измеренное под источником света D65 с 10° наблюдателем.
Следующие сокращения используются в таблицах 4 и 5:
- HT: термическая обработка,
- ΔRht: изменение удельного сопротивления листа до и после термической обработки,
- ΔRhr: изменение удельного сопротивления листа после термической обработки и после термической обработки и испытания на высокую влажность,
- R.: сопротивление слоя
Taб. 4
%In
HT
Отражение
Пропускание
Abs
R.
T. ad
ΔRht
R.
R<sub>L</sub>
a*R
b*R
T<sub>L</sub>
a*t
b*t
Inv. 1
5,8
перед
11,3
1,9
7,6
62,2
-2,4
-3,1
26
28,3
ОК
-4,5
-
после
11,3
4,7
7,5
62,7
-3,4
-5,8
26
23,5
ОК
-
Inv. 2
3,1
перед
10,2
0,7
5,8
65,8
-1,8
-2,3
24
23
ОК
-4,7
-
после
9,7
5,5
6,2
68,6
-3,7
-4,5
22
18,3
ОК
<<20
Inv. 3
4,5
перед
10
1,5
4,2
66,4
-1,9
-1,8
24
26,3
ОК
-4,1
-
после
10,8
5,5
8.8
65,8
-3,2
-5,3
23
22,2
ОК
-
Inv. 4
4,2
перед
9,4
0,7
4,8
68,5
-1,5
-1,8
22
19
ОК
+6,2
<20
после
9,8
3,3
6,5
65,8
-2,7
-4,7
24
25,2
ОК
-
Inv. 5
12,7
перед
10,7
2,2
8,6
62
-2
-2,7
27
23
ОК
-1,1
-
после
11,5
6,7
11,3
61,6
-3,9
-4,7
27
21,9
ОК
-
Inv. 6
22,6
перед
13,8
2,3
12,6
51,7
-2,1
34
30,7
ОК
+1,8
-
после
14,9
5
12,4
50,4
-3,4
-3,8
35
32,5
ОК
-
Inv. 7
12,7
перед
11,8
2,4
9,8
58,9
-2,3
-3,4
29
26,4
ОК
+3,7
-
после
12,2
6,3
10,9
59,5
-3,9
-5,2
28
29,7
ОК
-
Inv. 8
3,1
перед
9,8
1,1
5,2
67,3
-1,7
-2,2
23
22,4
ОК
-5,2
-
после
9,7
5,6
8,4
67,6
-3,3
-5,3
23
17,2
ОК
<20
Inv. 9
4,2
перед
9,6
1,1
4,1
68,6
-4,6
-1,6
22
17,8
ОК
-
<20
после
12
0,8
7,8
59,9
-2,1
-4,7
28
-
ОК
-
Inv. 10
2,2
перед
9
6
11,6
69
-2,5
-2,4
22
9,6
ОК
-3,1
<10
после
12,9
9,6
17,8
68,2
-4,1
-5,9
19
6,5
ОК
<10
Inv. 11
2,2
перед
12,3
8,7
19,9
60
-3,4
-4,2
28
8,5
-
-1,5
<10
после
18,8
8,6
23,6
55,9
-4,2
-10,4
25
7,0
-
<10
Cmp.12
-
перед
10
6
12,9
65,1
-2,3
-2,9
25
7,6
-
-
<10
Cmp.13
-
перед
12,1
9
19,2
62,4
-3,2
-4
25
5,9
-
+0,3
<10
после
18,6
8,9
23,7
58
-4,2
-10,7
23
6,2
-
<10
Cmp.14
-
после
7,1
-
-
71,0
-3,6
-4,7
-
11,3
-
<20
Taб. 5
HT/TR
Отражение
Пропускание
Abs
R.
ΔRht
R.
R<sub>L</sub>
a*R
b*R
T<sub>L</sub>
a*t
b*t
Inv. 10
После HT
12,9
9,6
17,8
68,2
-4,1
-5,9
18,9
6,5
-
<10
После RН
12,2
9,6
17,4
69,1
-4,1
-5,4
18,7
6,4
-0,1
<10
После RН
-
-
-
-
-
-
-
7,9
+1,4
<10
Cmp.14
После HT
7,1
-
-
71,0
-3,6
-4,7
-
7,9
<10
После RН
-
-
-
-
-
-
-
11,3
+3,4
<20
Устойчивость к термической обработке:
Эти примеры показывают, что в большинстве случаев добавление индия к серебру в функциональном покрытии не ухудшает закрепление стопки слоев на подложке в той мере, в которой выполняются испытания на адгезию.
Когда функциональное покрытие включает в себя последовательность нескольких слоев серебра и индия, тогда лучшие результаты получаются в том случае, когда последовательность слоев начинается и/или заканчивается слоем серебра.
Лучшие результаты также получаются, когда функциональное покрытие содержит менее чем 5% по массе индия. Примеры Inv.5. Inv.6 и Inv.7 имеют высокие значения удельного сопротивления листа.
Когда функциональные покрытия содержат, по меньшей мере, 3% по массе индия, тогда после термической обработки наблюдается увеличение удельного сопротивления, которое выражается с помощью значений ΔRht, которые являются отрицательными и составляют меньше чем -2. Эта тенденция наблюдается не систематически, а только тогда, когда функциональные покрытия содержат менее чем 3% по массе индия, поскольку значения удельного сопротивления листа тогда очень малы, в частности, менее чем 10 Ом на квадрат.
Когда в функциональных покрытиях пропорции составляют менее чем 4% и еще лучше от 1 до 3% по массе индия по отношению к массе индия и серебра, тогда удельное сопротивление листа значительно не увеличивается из-за добавления индия по сравнению с аналогичной стопкой слоев на основе функционального покрытия, основанного исключительно на серебре. В частности, для примеров Inv.10 и Inv.11, включающих менее чем 2,5% по массе индия по отношению к массе индия и серебра, наблюдается, что удельные сопротивления листа составляют менее чем 10 Ом перед термической обработкой.
Но самое главное заключается в том, что удельное сопротивление листа после термической обработки значительно не повышается или даже снижается. Для этого примеры согласно настоящему изобретению Inv.10 и Inv.11 до и после термической обработки можно сравнить со сравнительными примерами Cmp.12 и Cmp 13.
Поскольку удельное сопротивление вообще пропорционально излучательной способности, это означает, что отличные тепловые характеристики не изменяются из-за добавления индия.
Устойчивость к влажной коррозии
Сравнительный пример (Cmp.14), который не содержит индий в функциональном покрытии, имеет после старения гораздо более высокое удельное сопротивление листа, чем у примера, согласно настоящему изобретению, Inv.10 (11,3 Ом для Cmp.14 и 6,4 или 7,9 Ом для Inv.10). Сравнительный материал, поэтому менее эффективен, чем материал, согласно настоящему изобретению, после старения.
Кроме того, это значительное увеличение удельного сопротивления листа после ускоренного старения сопровождается коррозией, которую визуально явно видно.
В заключение
Материал в соответствии с настоящим изобретением после высокотемпературной термической обработки и после испытания на старение не является белесоватым. Также не наблюдается увеличение удельного сопротивления слоя. Эти два наблюдения позволяют сделать вывод, что технология настоящего изобретения сделает возможным значительно улучшить химическую стойкость стопки слоев.
Функциональное покрытие в соответствии с настоящим изобретением сделает возможным поддерживать высокие значения пропускания света после термической обработки, и это несмотря на незначительные пропорции используемого индия.
Технология настоящего изобретения, таким образом, делает возможным получить стабильность характеристик остекления до и после термической обработки.
Отличная химическая стабильность стопки слоев согласно настоящему изобретению позволяет использовать материал со стопкой слоев, расположенной либо на внешней поверхности, то есть при контакте с окружающим воздухом, либо на внутренней поверхности подложки.