DE69629786T2

DE69629786T2 - Anpassbare, hochtemperaturbeständige, dauerhafte und IR-reflektierende, durch Zerstäubungsbeschichtung hergestellte Gläser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69629786T2
Application number: DE69629786T
Authority: DE
Inventors: Temperance Lingle Philip J.; Klaus W. Brighton Hartig; Steven L. Monroe Larson
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: CA2192876C; NO965385D0; AU719493B2; ES2206537T3; HUP9603448A2; CZ365496A3; DE69629786D1; EP1364923A1; PL317479A1; EP0779255A1; CA2192876A1; NZ299916A; HU216065B; ATE248783T1; ID17754A; HU9603448D0; JP3777234B2; CN1157806A; ES2354513T3; US5688585A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf durch Sputterverfahren beschichtete Gläser und auf Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf durch Sputterverfahren beschichtete Gläser, die hitzebeständig und beständige sind und deren Erscheinung der Glassseite sich während einer Wärmebehandlung nicht signifikant ändert.
Verwandte Anmeldungen
Diese Erfindung ist eine Continuation-in-Part der Anmeldung mit der Seriennummer 08/486,643, die am 07. Juni 1995 eingereicht worden ist, die eine Continuation-in-Part der Anmeldung mit der Serien-Nr.: 08/102,281 ist, die am 05. August 1993 eingereicht worden ist.
Hintergrund der Erfindung
Die Popularität von metallbeschichteten und metalloxidbeschichteten Gläsern in architektonischem und automobilem Design ist gut bekannt. Wie in Patent- und anderer Literatur berichtet wird, erreichen derartige Gläser gewöhnlich durch die Manipulation des beschichtenden Schichtsystems recht akzeptabel Grade der Reflexion, der Transmission, der Emissivität, des chemischen Widerstands und der Beständigkeit sowie der gewünschten Farbe. Siehe zum Beispiel in dieser Hin sicht die US-Patente mit den Nr. 3,935,351; 4,413,877; 4,462,883; 3,826,728; 3,681,042; 3,798,146 und 4,594,137, um nur einige zu nennen.
Es wurde ebenfalls ausreichend berichtet, dass, während einige vernünftige akzeptable Techniken zum Aufbringen derartiger Beschichtungen existieren, eine der effizientesten und daher der bevorzugtesten die gut bekannte Technik ist, auf die als die "magnetisch verbesserte" Sputter-Beschichtung" Bezug genommen wird. Über eine derartige Technik wird in dem US-Patent mit der Nr. 4,166,018 berichtet, die eine anerkannte fundamentale Lehre in dem Fachgebiet darstellt. (Siehe ebenfalls Munz et al. "Performance and Sputtering Criteria of Modern Architectural Glass Coatings" SPIE Vol. 325, Optical Thin Films, 1982, Seiten 65,73.)
In den letzten Jahren hat die Popularität von beschichteten Gläsern zahlreiche Versuche veranlasst, einen beschichteten Glasartikel zu erzielen, der vor der Wärmehandlung beschichtet werden kann und der danach wärmebehandelt werden kann, ohne das sich die Charakteristika der Beschichtung oder des Glases selbst nachteilig verändern (d. h. der resultierende Glasartikel). Einer der Gründe dafür ist zum Beispiel, dass es extrem schwierig sein kann, eine gleichförmige Beschichtung auf einem bereits gebogenen Glasstück zu erzielen. Es ist gut bekannt, dass, wenn eine flache Glasoberfläche beschichtet werden kann und danach gebogen werden kann, viel einfachere Techniken verwendet werden können, um eine gleichförmige Beschichtung zu erzielen, als wenn das Glas zuvor gebogen worden ist. Dies ist auch wahr zum Beispiel im Hinblick auf architektonische Gläser und Gläser von Wohngebäuden, wo unter bestimmten Umständen wärmebehandelte und nicht wärmebehandelte Glasscheiben in dem gleichen Gebäude genutzt werden und die so gut wie möglich zumindest in der Erscheinung ihrer Glasseite, wie in Farbe und Reflexion, angepasst sein müssen, wobei dies eine Charakteristik darstellt, die am besten repräsentiert ist durch ΔE, wie sie in der ASTM-Norm D-2244-93 definiert ist (die im November 1993 publiziert wurde) und den Titel trägt "Standard Test-Verfahren zum Berechnen der Farbunterschie de von instrumentell bestimmten Farbkoordinaten". Kurz gesagt, je geringer der ΔE-Wert, um so näher ist die Anpassung.
In der Vergangenheit sind bestimmte Techniken entwickelt worden zum Herstellen von beschichteten hitzebeständigen Glasartikeln, die dann und danach wärmebehandelt werden im Zuge des Temperns, Biegens oder einer Technik, die als "Wärmeverstärkung" bekannt ist. Allgemein gesprochen haben diese zuvor beschichteten Artikel alle darunter gelitten, dass sie nicht hitzebeständig sind bei den höheren angehobenen Temperaturen, die zum Erzielen eines ökonomischen Biegens, Temperns und/oder Hitzeverstärkens notwendig sind (d. h. 1150°F–1450° F). Kurz gesagt litten diese Techniken oft an der Notwendigkeit, die Temperatur bei ungefähr 1100°F oder weniger zu halten, um eine Hitzebeständigkeit zu erzielen, ohne nachteilig die Beschichtung oder ihr Substrat zu beeinflussen. In geradezu allen vorbekannten Techniken war ein mit dem System beschichtetes Substrat nicht wirklich an sich selbst anpassbar, nach dem es einer Wärmebehandlung unterzogen worden ist, gerade wenn es als hitzebeständig erachtet wurde, wie zum Beispiel durch einen zu hohen ΔE-Wert der zumindest in ihrer Reflexionscharakteristik der Glasseite reflektiert ausgedrückt ist.
Das Fehlen jeglicher wesentlicher nachteiliger Effekte durch die Beschichtung oder seines Substrats definiert, was hierin durch den Begriff "hitzebeständig" gemeint ist. Während sich in bestimmten Situation einige Charakteristika während der Wärmebehandlung etwas verändern können, bedeutet hierin "hitzebeständig" zu sein, dass die gewünschten Eigenschaften, wie beispielsweise die Emissivität, der Schichtwiderstand, die Beständigkeit und der chemische Wiederstand, des äußersten Schichtsystems und des Gesamtproduktes erzielt werden müssen, trotz des Umstandes, dass das beschichtete Glas einer oder mehreren der oben diskutierten Wärmebehandlungen ausgesetzt worden ist (d. h. Biegen, Tempern und/oder Wärmeverstärken). Für die meisten architektonischen Zwecke, die durch diese Erfindung in Erwägung gezogen werden, bedeutet eine optimierte Wärmebehandelbarkeit, dass das Glas und seine lagenartige Beschichtung im Wesentli chen unverändert bleibt in zumindest seiner Emissivität, seines Schichtwiderstandes, seiner Beständigkeit und in seinen chemischen Widerstandseigenschaften zwischen dem Produkt vor der Wärmebehandlung und dem abschließenden Produkt nach der Wärmebehandlung. Für die meisten automobilen sowie die architektonischen Zwecke kann eine Emissivitätsänderung zum Besseren (d. h. einer Verringerung) aufgrund der Wärmebehandlung toleriert werden und sie ist sogar wünschenswert, solange die optimierte Wärmebehandelbarkeit bedeutet, dass die Änderung gleichförmig über das Substrat stattfindet und solange sie unabhängig ist, von den Parametern, die zum Ausführen der Wärmebehandlung erforderlich sind.
In den Ausführungsformen dieser Erfindung ist das Beschichtungssystem bevorzugt "hitzebeständig" innerhalb der Bedeutung dieses Begriffs, wie er oben definiert worden ist, aber es ist in gleicher Weise wesentlich, dass der derart mit dem Beschichtungssystem beschichtete Artikel nach der Wärmebehandlung ebenfalls anpassbar ist, an einen ähnlichen Artikel, der nicht wärmebehandelt worden ist (zum Beispiel er selbst vor der Wärmebehandlung), weil allein sein ΔE-Wert, zumindest im Hinblick auf die Glasseitenreflexion, als eine Charakteristik des Beschichtungssystems minimiert worden ist (d. h. aufgrund der Einzigartigkeit von bestimmten Beschichtungssystemen dieser Erfindung).
In dieser Hinsicht offenbart das US-Patent mit der Nr. 5,188,887 bestimmte Beschichtungssysteme des Standes der Technik, die hitzebeständig sind, weil sie erfolgreich bei höheren erhöhteren Temperaturen, als zuvor genannt, wärmebehandelt werden können, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, obwohl sie das Tempern, Biegen oder Wärmeverstärken durchlaufen haben. Allgemein gesprochen finden diese Beschichtungskompositionen des Standes der Technik ihre Einzigartigkeit in dem Schichtsystem, das als eine metallische Schicht eine Legierung mit hohem Nickelanteil verwendet, die in ihrer bevorzugten Form eine Legierung ist, die als Haynes 214 bekannt ist, und im Wesentlichen aus 75,45% Ni, 4,00% Fe, 16,00% Cr, 0,04% C, 4,50 Al und 0,01% Y besteht (die Prozentangaben sind in Gewichtsprozent). Unter Verwendung einer Legierung mit hohem Nickelanteil, wie beispielsweise Haynes 214 und sein Überbeschichten mit stöchiometrischem Zinnoxid (SnO₂) entweder allein oder mit anderen Schichten (z. B. eine Unterschicht des gleichen stoichometrischen Zinnoxids und/oder eine Zwischenschicht von Aluminium zwischen der oberen SnO₂-Schicht und der Legierung mit hohem Nickelanteil) wurde herausgefunden, dass die Hitzebeständigkeit von Glasartikeln bei erhöhten Temperaturen von ungefähr 1150°F bis 1450°F von ungefähr 2 bis 30 min ohne wesentliche Verschlechterung der Farbe, der mechanischen Beständigkeit, der Emissivität, der Reflexion oder der Transmission erzielt werden kann. Diese Kompositionen bildeten daher eine signifikante Verbesserung über vorhergehende hitzebeständige Systeme, wie jene, die in den folgenden Patenten offenbart sind: 4,790,922; 4,816,034; 4,826,525; 4,175,879 und 4,857,094. Es wurde jedoch herausgefunden, dass derartige Beschichtungssysteme nicht anpassbar sind, wie es oben definiert ist und wie durch ihre eher hohen ΔE-Werte verdeutlicht wird, die aus der Wärmebehandlung resultieren.
In Ergänzung zu den obigen Offenbarungen in den zuvor genannten Patenten ist das Leybold-Windschutzscheibenglassystem-TCC-2000 ebenfalls bekannt. In diesem System werden vier oder fünf Lagen von Metallen oder Metalloxiden ausgenutzt, um ein durch Sputterverfahren beschichtetes Glas zu erhalten, das einigermaßen hitzebeständig ist bei Temperaturen bis 1100°F und das ein vorbeschichtetes Glas verwendet werden kann, um gebogene und ungebogene Glaswindschutzscheiben herzustellen, vorausgesetzt, dass die Wärmebehandlung in engen zeitlichen Grenzen durchgeführt wird. Die Beschichtung von dem Glassubstrat nach außen umfasst für gewöhnlich eine erste Schicht aus Zinnoxid, eine zweite Schicht einer Nickel/Chromlegierung (gewöhnlich ungefähr 80/20), eine dritte Schicht aus Silber, eine vierte Schicht aus der Nickel/Chromlegierung und eine fünfte Schicht Zinnoxid. In Ergänzung zu der eher niedrigen oberen Grenze der Wärmebehandlungstemperatur und den Zeiten sind die resultierenden Beschichtungen eher weich und zeigen derart inakzeptabel geringe chemische Widerstandscharakteristika, dass sie realistischerweise nur an den inneren Oberflä chen von laminierten Glaswindschutzscheiben verwendet werden können. Anpassbarkeit ist in diesem System unerreichbar.
In dem zuvor genannten US-Patent mit der Nr. 4,715,879 wird im Speziellen gelehrt, dass das Schichtsystem darin nicht erzielt werden kann, ohne dass die Schutzschicht eines Metalloxids (z. B. Zinnoxid) gebildet wird, so dass das Oxid ein Sauerstoffdefizit aufweist (d. h. es ist nicht stöchiometrisch). Dies erfordert natürlich ein schwieriges Ausbalancieren in dem Herstellungsprozess. Die Hitzebeständigkeit in dieser Hinsicht ist ebenfalls in dem US-Patent mit der Nr. 4,826,525 offenbart. In diesem Patent wird jedoch spezifisch gelehrt, dass eine Schicht aus Aluminium aufgebracht werden muss, um die Hitzebeständigkeit zu erzielen. In keinem Fall ist jedoch die Anpassbarkeit erreichbar.
In dem zuvor genannten US-Patent mit der Nr. 5,229,194 ist ein signifikanter Fortschritt in hitzebeständigen durch Sputterverfahren aufgebrachten Beschichtungen offenbart, gerade wenn man sie mit jenen vergleicht, die in dem US-Patent mit der Nr. 5,188,887 offenbart sind. In dieser Erfindung wurde herausgefunden, dass einzigartige Ergebnisse auf dem Gebiet von hitzebeständigen durch Sputterverfahren beschichteten Gläsern erreichbar sind, insbesondere wenn sie als "Privatbereich"-Fenster in Fahrzeugen verwendet werden, wenn eine metallische Nickelschicht oder eine Legierungsschicht mit einem hohen Anteil an metallischem Nickel umgeben wird, durch eine Unterschicht und eine Oberschicht einer einzelnen Schicht eines Oxids oder eines Nitrids des Nickels oder der Legierung mit einem hohen Nickelanteil und wenn eine weitere Oberschicht eines Oxids wie zum Beispiel SnO₂, ZnO, TiO₂ oder Oxid-Legierungen davon, verwendet werden. Silizium wurde ebenfalls als nützlich für die erste Oberschicht der Schicht genannt, die metallisches Nickel enthält.
Derartige Schichtsysteme in ihrer bevorzugten Form bewiesen besondere Hitzebeständigkeit und Abrasionswiderstand. Während einige jedoch anfänglich chemisch resistent waren, wurde bei bestimmten Systemen, wenn sie in die Massen produktion überführt wurden, herausgefunden, dass sie nicht den eher rigorosen 5% HCl chemischen Widerstandskochtest überstehen (wie unten diskutiert). Ihre infraroten und UV-Reflektionscharakteristika wurden jedoch für einen großen Bereich von Anwendungen für exzellent befunden. Noch weiter haben jedoch ihre Werte für die Transmission von sichtbarem Licht, die wünschwert gering sind, für die Verwendung in "Privatbereich"-Fenstern, nichts destotrotz bewiesen, dass sie zu niedrig sind, um wirklich als Glasfenster oder Glaspaneele für architektonische Zwecke oder für Zwecke von Wohngebäuden Verwendung zu finden, wobei eine hohe Transmission von sichtbarem Licht gefordert ist. Wenn daher die Produktion die Sputterbeschichtungsvorrichtung benötigt, um Bestellungen für architektonisches oder beschichtetes Glas für Wohngebäude zu erfüllen, nachdem Glasscheiben für "Privatbereich"-Fenster beschichtet worden sind, die Beschichtungsvorrichtung abgeschaltet werden, so dass ein neues Schichtsystem gebildet werden kann. Wenn ein derartiges Abschalten verhindert werden könnte, würde ein signifikanter ökonomischer Vorteil erzielt werden. Es wurde wieder herausgefunden, dass die Anpassbarkeit fehlte.
In dem US-Patent mit der Nr. 5,344,718 ist ein bestimmtes einzigartiges mit Sputterverfahren aufgebrachtes Schichtsystem offenbart, dass eine einzigartige Anwendbarkeit für architektonische Zwecke und Zwecke in Wohngebäuden aufweist, weil es nicht nur gute chemische und mechanische Beständigkeit erzielt, sondern weil ebenfalls seine Eigenschaften für das Solarmanagement gut sind. Diese Systeme werden geeignet als "low-E"-Gläser (Beschichtungen) bezeichnet, weil ihre hemisphärische Emissivität (E_h) im Allgemeinen geringer war als ungefähr 0,16 und ihre normale Emissivität (E_n) im Allgemeinen geringer als 0,12 war. Gemessen auf eine andere Weise war ihr Schichtwiderstand bevorzugt geringer als ungefähr 10,5 Ohm/Fläche. In Ergänzung dazu, war für normale Glasdicken (z. B. 2 mm bis 6 mm) die Transmission des sichtbaren Lichts bevorzugt ungefähr 78% oder mehr (verglichen zu weniger als ungefähr 22–23% in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der zuvor genannten hitzebeständigen Schichtsysteme für "Privatbereich"-Fenster).
Die Erfindung in diesem zuvor genannten '718-Patent erzielte ihre einzigartigen low-E- und hohen Transmissionswerte für sichtbares Licht zusammen mit ihrer guten chemischen Beständigkeit und dem Widerstand gegenüber Abrasion durch das Verwenden eines Schichtsystems, das im Allgemeinen aufweist (von dem Glas auswärts) eine Grundierungsschicht aus Si₃N₄, eine erste Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung, einer Schicht aus Silber, einer zweiten Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung und einer Überzugsschicht von Si₃N₄. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen bestand das Schichtsystem im Wesentlich aus von dem Glas auswärts: Si₃N₄/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Si₃Na₄
Für dieses Schichtsystem aus sieben Schichten wurde herausgefunden, dass es etwas höhere Beständigkeits- und Kratzwiderstandscharakteristika zeigt als das oben beschriebene Schichtsystem aus fünf Schichten. In jedem System war jedoch die bevorzugte Ni:Cr-Schicht Nickelchrome, d. h. 80/20 nach Gewichtsprozent Ni : Cr, und in denen eine wesentlicher Anteil des Chroms als ein Nitrid des Cr gebildet ist, weil die Ni:Cr-Schicht in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre gebildet wurde.
Bedauerlicherweise erwiesen sich die beständig low-E Glasschichtsysteme mit hoher sichtbarer Transmission als nicht-hitzebeständig und sie sind nicht anpassbar. Dies wurde nun als wahr herausgefunden, nicht aufgrund irgendwelcher Oxidation der Silberschicht (Schichten), aber weil die metallische Silberschicht (Schichten) während der Wärmebehandlung diskontinuierlich werden aufgrund des Nicht-Benetzens; in diesem Fall, weil die Ni:Cr umgebenden Schichten nicht ausreichend sind, um die Kontinuität der Silberschicht (Schichten) während der Wärmebehandlung aufrecht zu erhalten. Daher konnten diese anderenfalls vorteilhaften Schichtsysteme nicht verwendet werden, wo das beschichtete Glas wärmebehandelt werden sollte, wie durch Tempern, Wärmeverstärken und Biegen. Be dauerlicherweise war es notwendig, die Silberschichten verwenden, um die gewünschten low-E-Niveaus zu erreichen.
Man sollte in dieser Hinsicht erinnern, dass es nicht nur die Herstellung von Windschutzscheiben für Automobile ist, in der hitzebeständige durch Sputterverfahren beschichtete Schichtsysteme ihre Anwendung finden. Wie oben erwähnt, erfordern bestimmte architektonische Anwendung und Anwendungen in Wohngebäuden ebenfalls beschichtetes Glas, das getempert, gebogen oder wärmeverstärkt werden soll. Noch weiter können die low-E-Glassysteme des zuvor genannten '718-Patentes allgemein nicht eingestellt werden, um sichtbare Transmissionswerte zu erzeielen, die gering genug sind, um sie geeignet für "Privatbereich"-Fenster zu machen, sogar wenn sie hitzebeständig wären, was sie nicht waren.
In dem US-Patent mit der Nr. 5,376,455 sind bestimmte hitzebeständige, low-E Beschichtungssysteme offenbart. Diese Systeme umfassen allgemein von dem Glas auswärts eine erste Schicht aus Si₃N₄ (ungefähr 350 Å–450 Å, eine erste Schicht aus Nickel oder Nickel/Chrom (ungefähr 20 Å), eine Schicht aus Silber (ungefähr 50 Å bis 120 Å), eine zweite Schicht aus Nickel oder Nickel/Chrom (ungefähr 7 Å) und eine zweite Schicht Si₃N₄ (ungefähr 450 Å bis 550 Å). Während die Anpassbarkeit zwischen wärmebehandelten und nicht-wärmebehandelten Systemen erzielt wurde, wurde es nur erreicht durch das Anpassen zweier unterschiedlicher Schichtsysteme (z. B. Spalte 23, Zeile 68 bis Spalte 24, Zeile 21). Während daher ein signifikanter Schritt vorwärts im Stand der Technik gemacht wurde, können diese Systeme im Allgemeinen nicht ein einzelnes Schichtsystem bereitstellen, das, wobei es "hitzebeständig" ist, ebenfalls zumindest eine ausreichend geringe Reflektion der Glasseite ΔE aufweist, um als anpassbar nach der Wärmebehandlung an sich selbst vor der Wärmebehandlung, betrachtet zu werden (z. B. das gleiche Beschichtungssystem gleichzeitig angewandt auf das gleiche Substrat-Batch oder später auf ein anderes Batch).
Wie man aus dem obigen bisher erkennen kann, war der Fachmann mit einem unlösbaren Problem konfrontiert, wenn der Fachmann fortfahren wollte, die bekannten Vorteile des Abrasions- und Korrosionswiderstandes (d. h. chemisch) unter Verwendung von Si₃N₄-Schichten zu erzielen, aber ebenfalls wünschte, teure Abschaltzeiten oder die Notwendigkeit des Erzeugens eines unterschiedlichen Schichtsystems für die Anpassbarkeit zu vermeiden, während gleichzeitig die Hitzebeständigkeit erzielt wird und man noch die Flexibilität hat, um die Eigenschaften des Solarmanagements über einen vernünftigen breiten Bereich zu variieren, um weitere Produktionsabschaltungen zu vermeiden (um die Anforderungen verschiedener Kunden zu erfüllen).
Es ist von dem obigen offensichtlich, dass eine Notwendigkeit im Stand der Technik für ein durch Sputterverfahren aufgebrachtes Schichtsystem existiert, welches die Vorteile des Beschichtens durch Sputterverfahren erzielt, während die oben beschriebenen Probleme und Nachteile im Stand der Technik überwunden werden. Es ist ein Zwecke dieser Erfindung, diese Notwendigkeit im Stand der Technik zu erfüllen und es ist eine andere Notwendigkeit, die dem Fachmann offensichtlich werden wird, sobald ihm die folgende Offenbarung vermittelt worden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Allgemein gesprochen erfüllt diese Erfindung die oben beschriebenen Anforderungen im Stand der Technik durch das Bereitstellen eines Glasartikels, wie er in Anspruch 1 definiert ist, der ein Glassubstrat aufweist mit einem durch Sputterverfahren aufgebrachten Schichtsystem umfassend von dem Glassubstrat auswärts (a) eine grundierende Schicht aus Silizium-Nitrid (Si₃N₄), (b) eine im wesentlichen metallische Schicht, die Nickel oder eine Nickellegierung umfasst und die im Wesentlichen frei ist von irgendwelchen Nitriden; und (c) eine überdeckende Schicht aus Silizium-Nitrid (Si₃N₄); und wobei jede der Schichten von ausrei chender Dicke ist, so dass, wenn das Glassubstrat eine Dicke von ungefähr 1,5 bis 13 mm aufweist und wenn sich das zuvor genannte Schichtsystem darauf befindet, der so beschichtete Glasartikel, wenn er wärmebehandelt wird, anpassbar ist, an einen Glasartikel mit dem gleichen Schichtsystem, wobei seine Glasseitenreflektivität ΔE, wie sie durch die Hunter-Technik gemessen wurde (d. h. ΔE_H, ASTM 2244-93), nicht größer ist als 2,0. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der so beschichtete Glasartikel ebenfalls hitzebeständig und hat einen sichtbaren Transmissionsfaktor von 1 bis 80% und mehr bevorzugt weniger als ungefähr 70%. In bestimmten weiter bevorzugten Ausführungsformen ist der Glasartikel vor und nach der Wärmebehandlung dauerhaft bzw. beständig und chemisch widerstandsfähig. In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung umfasst das Schichtsystem keine Silberschicht.
Diese Erfindung erfüllt weiterhin die oben beschriebenen Erfordernisse im Stand der Technik durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Wärmebehandeln eines beschichteten Glasartikels, wie er in Anspruch 1 definiert ist, dass allgemein aufweist:

a) Aufbringen eines Schichtsystems mit einem Sputterverfahren auf ein Glassubstrat umfassend von dem Glassubstrat auswärts, eine grundierende Schicht aus Silizium-Nitrid, eine im Wesentlichen metallische Schicht, die Nickel oder eine Nickellegierung enthält, und eine überdeckende Schicht aus Silizium-Nitrid; und
b) danach Aussetzen dieses beschichteten Glassubstrates einer Wärmebehandlung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Biegen, Tempern, Wärmeverstärken und Kombinationen davon besteht;
c) wobei nach dieser Wärmebehandlung der resultierende Artikel ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H (wie oben definiert) von nicht mehr als ungefähr 2,0 aufweist verglichen zu dem beschichteten Glassubstrat vor der Wärmebehandlung.

Die zuvor genannten Schichtsysteme werden bevorzugt dadurch gebildet, dass jede Schicht durch ein Sputterverfahren bis zu seiner erforderlichen Dicke auf einem Glassubstrat aufgebracht wird. Während die Glasdicke stark variiert werden kann, wird typischerweise der Glasartikel vom Flachglastyp sein und eine Dicke von ungefähr 1,5 bis 13,0 mm aufweisen (d. h. ungefähr 0,060" – 0,50") und gewöhnlicher ungefähr 2 mm bis 6 mm. Das Glas kann gefärbt oder nicht gefärbt sein, oder es kann gemustertes Glas sein. Derartiges Glas kann von dem Typ mit einer einzigen Festigkeit sein.
Um die Anpassbarkeit geeignet zu definieren, die durch diese Erfindung erzielt wird, werden die verschiedenen Charakteristika, die hierin dargestellt sind, durch Aufbringen auf ein Klarglassubstrat gemessen, um dadurch hervorzuheben, dass die Anpassbarkeit durch das Beschichtungssystem erzielt wird und nicht durch Effekte des Substrats. Typische Charakteristika, die durch die einzigartigen Beschichtungssysteme dieser Erfindung erzielt werden, lauten wie folgt:
In den meisten bevorzugten Formen dieser Erfindung zeigen der resultierende Artikel und sein Schichtsystem sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung exzellente chemische Widerstandsfähigkeit und Beständigkeit (d. h. Abrasions- oder Kratzwiderstand).
In den Zeichnungen
1 ist eine teilweise seitliche Schnittansicht eines Beschichtungssystems auf einem Glassubstrat, das eine Ausführungsform dieser Erfindung illustriert.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
Bestimmte Begriffe werden häufig bei der Glasbeschichtung verwendet, insbesondere wenn man die Eigenschaften und die Charakteristika des Solarmanagements oder Lichtmanagements des beschichteten Glases definiert, dass auf den Gebieten der Architektur und/oder des Automobilbaus verwendet wird. Derartige Begriffe werden hierin in Übereinstimmung mit ihrer gut bekannten Bedeutung verwendet. Zum Beispiel werden hierin verwendet:
Die Intensität des Lichts sichtbarer Wellenlänge, "das Reflexionsvermögen" ist definiert durch seinen Prozentsatz und es wird als R_xY ausgegeben (d. h. der Y-Wert der unten in der ASTM 308-85 zitiert ist), wobei "X" entweder "G" für die Glasseite oder "F" für die Filmseite ist. Die "Glasseite" (z. B. "G") bedeutet, dass man von der Seite des Glassubstrates sieht, die gegenüber der ist, auf der sich die Beschichtung befindet, während "Filmseite" (d. h. "F") bedeutet, dass man von der Seite des Glassubstrates sieht, auf dem die Beschichtung angeordnet ist.
Farbcharakteristika werden gemessen unter Verwendung der "a" und "b" Koordinaten. Die Koordinaten werden hierin durch den Index "h" dargestellt, um die konventionelle Nutzung der Hunter-Methode (oder Einheiten) zu bezeichnen, III C, 10° Observer, gemäß ASTM D-2244-93 "Standard Test Method for Calculation of Color Differences From Instrumentally Measured Color Coordinates" 15.9.93 durch die ASTM E-308-85 erweitert, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 06.01 "Standard Method for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System".
Die Begriffe "Emissivität" und "Transmissionsvermögen" werden gut verstanden im Stand der Technik und sie werden hierin verwendet gemäß ihrer gut bekannten Bedeutung. Daher bedeutet zum Beispiel der Begriff "Transmissionsvermögen" das solare Transmissionsvermögen bzw. das Transmissionsvermögen des Sonnenlichts, das sich aus dem Transmissionsvermögen für sichtbares Licht (TY), dem Transmissionsvermögen für infrarote Energie und dem Transmissionsvermögen für ultraviolettes Licht zusammensetzt. Das totale Transmissionsvermögen für solare Energie (TS) wird gewöhnlich als ein gewichteter Mittelwert dieser anderen Werte charakterisiert. Im Hinblick auf diese Transmissionsfaktoren ist die sichtbare Transmission, wie sie hierin angegeben wird, charakterisiert durch die Standard C-Lichtquellentechnik bei 380–720 nm, wobei sich Infrarot bei 800– 2100 nm, Ultraviolett bei 300–400 nm und das gesamte Sonnenlicht bei 300– 2100 nm befindet. Für die Zwecke der Emissivität wird jedoch ein besonderer Infrarotbereich (d. h. 2500–40000 nm) ausgenutzt, wie unten diskutiert wird.
Die sichtbare Transmission kann unter der Verwendung bekannter konventioneller Techniken gemessen werden. Zum Beispiel erhält man bei Verwendung eines Spektrophotometers, wie beispielsweise eines Beckman 5240 (Beckman Sci. Inst. Corp.) eine Spektralkurve der Transmission. Die sichtbare Transmission wird dann unter Verwendung der zuvor genannten ASTM 308/2244-93 Methodik berechnet. Eine geringere Anzahl an Wellenlängenpunkten, als vorgeschrieben, kann verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. Eine andere Technik zum Messen der sichtbaren Transmission besteht in dem Verwenden eines Spektrometers, wie beispielsweise eines kommerziell erhältlichen Spektragard Spektrophotometers, dass durch die Pacific Scientific Corporation hergestellt wird. Dieses Gerät misst und informiert direkt über die sichtbare Transmission. Wie hierin angegeben und gemessen wird; verwendet die sichtbare Transmission (d. h. der Y-Wert in den CIE-Farbwerten CIE tristimulus der ASTM E-308-85) den III. C., 10°-Observer.
Die "Emissivität" (E) ist ein Maß oder eine Charakteristik für sowohl die Absorption als auch die Reflexion des Lichts bei gegebenen Wellenlängen. Sie wird gewöhnlich durch die Form repräsentiert: E = 1 – Reflektionsvermögenfilm
Für architektonische Zwecke werden die Emissivitäts-Werte ziemlich wichtig in dem sogenannten "Mittelbereich", der manchmal ebenfalls als "Fernbereich" des Infrarotspektrums, d. h. ungefähr 2500–40000 nm, bezeichnet wird, wie durch das WINDOW 4.1 – Programm, LBL-35298 (1994) von Lawrence Berkeley Laboratories spezifiziert wird, worauf unten Bezug genommen wird. Der Begriff "Emissivität", wie er hierin verwendet wird, wird daher genutzt, um auf die Emissivitätswert Bezug zu nehmen, die in diesem Infrarotbereich gemessen werden, wie es durch den 1991 vorgeschlagenen ASTM-Standard spezifiziert wurde zum Messen der infraroten Energie, um die Emittanz zu berechnen, wie es durch den Rat der Hauptglashersteller vorgeschlagen wurde und der betitelt ist mit "Testverfahren zum Messen und Berechnen der Emittanz von architektonischen Flachglasprodukten unter Verwendung von radiometrischen Messungen". Dieser Standard und seine Vorschriften sind hierin durch Referenz aufgenommen. In diesem Standard wird über die Emissivität als die hemisphärische Emissivität (E_h) und die normale Emissivität (E_n) berichtet.
Die tatsächliche Sammlung von Daten für die Messung derartiger Emissivitätswerte ist allgemein üblich und kann durchgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Beckman Models 4260 Spektrophotometer mit "VW" Anbau (Beckman Scientific Inst. Corp.). Dieses Spektrophotometer misst das Reflexionsvermögen gegenüber der Wellenlänge und daraus wird die Emissivität berechnet unter Verwendung des zuvor genannten 1991 vorgeschlagenen ASTM-Standards, der hierin durch Referenz aufgenommen worden ist.
Ein anderer hierin verwendeter Begriff ist der "Schichtwiderstand". Der Schichtwiderstand (R_S) ist ein bekannter Begriff im Stand der Technik und wird hierin verwendet in Übereinstimmung mit seiner gut bekannten Bedeutung. Allgemein gesprochen bezieht sich dieser Begriff auf den Widerstand in Ohm für jede Einheitsfläche eines Schichtsystems auf einem Glassubstrat für einen elektrischen Strom, der durch das Schichtsystem läuft. Der Schichtwiderstand ist eine Angabe dafür, wie gut die Schicht infrarote Energie reflektiert, und er wird daher oft zusammen mit der Emissivität verwendet als ein Maß dieser Charakteristik. Der "Schichtwiderstand" wird konventionell unter Verwendung eines 4-Punkt-Proben-Ohmmeters gemessen, wie beispielsweise eine Einweg 4-Punkt-Probe für die Widerstandsfähigkeit mit einem Magnetron Instruments Corp.-Kopf, Model M-800, das durch die Signatone Corp. in Santa Clara, Kalifornien, produziert wird.
Die "chemische Beständigkeit" oder das "chemische Beständigsein" wird hierin als Synonym zu dem Begriff der "chemischen Widerstandsfähigkeit" oder der "chemischen Stabilität" des Standes der Technik verwendet. Die chemische Beständigkeit wird bestimmt durch das Kochen einer 2'' × 5''-Probe eines beschichteten Glassubstrates in ungefähr 500 cm³ von 5% HCl für eine Stunde (d. h. bei ungefähr 220°F). Für die Probe wird angenommen, dass sie diesen Test besteht (und daher das Schichtsystem "chemisch widerstandsfähig" ist oder sie wird dafür erachtet, eine "chemische Beständigkeit" aufzuweisen), wenn das Schichtsystem der Probe keine feinen Löcher größer als ungefähr 0,003" im Durchmesser nach diesem einstündigen Kochen zeigt.
Die "mechanische Beständigkeit" oder einfach "das Beständigsein", wie es hierin verwendet wird, ist definiert durch einen von zwei Tests. Der erste Test verwendet ein PACIFIC-SCIENTIFIC-ABRASION-TESTGERÄT (oder ähnliches), wobei eine 2'' × 4'' × 1'' Nylonbürste zyklisch über das Schichtsystem in 500 Zyklen läuft, wobei es ein 150 g Gewicht angewandt auf eine 6'' × 17'' Probe verwendet. In dem anderen alternativen Test wird ein konventioneller Taber-Abrader (oder ähnliches) verwendet, um eine 4'' × 4'' Probe 300 Umdrehungen von 2 C.S. 10F Abrasionsrädern auszusetzen, wobei ein jedes ein daran befestigtes 500 g Gewicht aufweist. In jedem Test, wenn keine substantiellen erkennbaren Kratzer auftreten, wenn man mit dem bloßen Augen bei sichtbarem Licht schaut, wird der Test als bestanden erachtet und der Artikel wird als "beständig" bezeichnet.
Die Dicken der verschiedenen Schichten in den Systemen, über die berichtet wird, werden durch alternative Techniken gemessen und daher ist der Begriff "Dicke", wie er hierin verwendet wird, definiert durch alternative Techniken. In einer Technik werden bekannte optische Kurven verwendet oder in der alternativen Technik wird ein konventionelles Nadel-Ellipsometer (d. h. ein Profilometer) verwendet. In einer anderen und besonders vorteilhaften Technik wird ein "n & k"-Analysierer verwendet (n & k Technology, Inc., Santa Clara, California). Es wird angenommen, dass diese Technik allgemein in dem US-Patent mit der Nr.4,905,170 beschrieben ist, gemeinsam mit der Fähigkeit, dass die "n" (d. h. der Brechungsindex) und die "k" (d. h. der Koeffizient der Extinktion)-Werte des zu untersuchenden Films bestimmbar sind. Die Offenbarung dieses Patents wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen. Derartige Verfahren und Techniken sind dem Fachmann gut bekannt und daher benötigen sie keine weitere Erläuterung ausgenommen der Bemerkung, dass die Dicken, von denen hierin berichtet wird und die hierin verwendet werden, in Angstrom (Å) angegeben werden.
Ein anderer hierin verwendeter Begriff und ein wichtiger Begriff um den Gegenstand der Erfindung zu verstehen, ist der Begriff Delta E'' (d. h. "ΔE"). Dieser Begriff wird im Stand der Technik gut verstanden und er wird zusammen mit verschiedenen Techniken, um ihn zu bestimmen, in der zuvor genannten ASTM-2244-93 angegeben (ihre Offenbarung wird hierin durch Bezugnahme aufgenommen).
Wie angegeben und gemäß der ASTM-2244-93 gemessen wurde, ist "ΔE" ein Weg, um adäquat die Änderung (oder das Fehlen davon) im Reflexionsvermögen und/oder im Transmissionsvermögen (und daher genauso in der Farberscheinung) in einem Artikel bzw. Gegenstand auszudrücken. ΔE wird hierin bestimmt durch die "ab"-Technik, durch die Hunter (H) Technik und/oder durch die Friele-MacAdam-Chickering (FMC-2) Technik. Alle werden als nützlich und gleichwertig für die Zwecke dieser Erfindung erachtet. Wegen der Nützlichkeit sind jedoch die "ΔE"-Werte, die hierin verwendet werden und die in den Ansprüchen dieser Erfindung angegeben sind, jene, die durch die Hunter-Technik bestimmt wurden, und sie werden daher üblicherweise als ΔE_H bezeichnet. Wenn daher zum Beispiel gesagt wird, dass das "Reflexionsvermögen ΔE_H der Glasseite" eines beschichteten Substrats, wie es hierin untersucht wird, nicht größer ist als ungefähr 2,0, ist der Wert 2,0 der Hunter-Wert. Innerhalb des Rahmens dieser Erfindung befinden sich dann natürlich die äquivalenten (passenden) Werte, wenn sie durch eine der anderen zwei Techniken ("ab" oder FMC-2) bestimmt worden sind, wie sie in der ASTM-2244-93 genannt sind, oder wenn sie durch irgendeine andere Technik zum Berechnen einer derartigen Änderung oder eines Fehlens davon bestimmt wurden.
In dieser Hinsicht sollte hervorgehoben werden, dass es für die meisten betrachteten kommerziellen Zwecke die Reflexionscharakteristik der Glasseite ist, die den niedrigst möglichen E-Wert für die Anpassbarkeit haben muss, und dass der ΔE-Wert des Reflektionsvermögens der Filmseite und/oder des Transmissionsvermögens entweder unwichtig oder von wesentlich geringerer Bedeutung für die meisten aber nicht alle Anwendungen ist. Nichts destotrotz betrachtet diese Erfindung für die Anpassbarkeit, wenn diese letzteren zwei ΔE-Werte betrachtet werden, dass das "Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE" sowie das "sichtbare Transmissionsvermögen ΔE_H" geringer oder gleich sein sollte als ungefähr 5,0 und bevorzugt geringer oder gleich zu ungefähr 4,0. Dies sind natürlich Hunter-Werte und die gleiche Diskussion, wie sie oben im Hinblick auf die Äquivalenz von Werten unter Verwertung anderer Techniken geführt wurde, findet hier genauso Anwendung.
Wendet man sich nun der 1 zu, ist dort eine teilweise Querschnittsansicht einer typischen Ausführungsform eines Artikels gemäß dieser Erfindung illustriert. Dann weist das Glassubstrat 1 eine Grundierung 2 (d. h. Schicht 1) aus Si₃N₄, eine Zwischenschicht 3 (d. h. Schicht 2) aus nicht-nitriertem Nickel oder einer Nickellegierung (bevorzugt 80/20 Nickel/Chrom) und eine Überschicht 4 (d. h. Schicht 3) aus Si₃N₄ auf. Auf die Schichten selbst wird jeweils als die Schichten 1, 2, 3 Bezug genommen.
Der Vorgang und die Vorrichtung, die zum Bilden der verschiedenen Schichten auf dem Glassubstrat 1 verwendet werden, können ein konventionelles Beschichtungssystem basierend auf Sputterverfahren mit mehreren Kammern (mehreren Targets) sein, wie es durch Airco, Inc. hergestellt wird. Ein Beispiel für einen Beschichter, der dazu geeignet ist, ist ein G-49 Airco Inc. Sputter-Beschichter für große Flächen von Flachglas. Man sollte hier erkennen, dass es ein Aspekt dieser Erfindung ist, dass seine einzigartigen Ergebnisse durch die Verwendung von konventionellen Beschichtungstechniken durch Sputterverfahren erzielt werden ohne die Notwendigkeit von speziellen Verfahren, um intrinsische Spannungen zu entfernen, wie es in dem US-Patent mit der Nr. 5,377,045 berichtet wird, dass oben diskutiert ist.
Wie in 1 gezeigt, werden nur 3 Schichten, d. h. 1, 2 und 3, in dieser Ausführungsform verwendet. Von dem Glas auswärts weisen die Schichten und ein allgemeiner und ein bevorzugter Dickenbereich, der durch die obige "n & k"-Technik gemessen wurde, für diese besondere Ausführungsform auf:
Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, dass die bisher angenommene essenzielle Begrenzung, eine Nickellegierung mit einem hohen Nickelanteil verwenden zu müssen (oder pures Nickel), um die Hitzebeständigkeit zu erzielen, nicht länger anwendbar ist, wenn sie in Kombination mit den Schichten aus Si₃N₄ verwendet wird, wie oben dargestellt ist. Während die Schicht 2 eine nickelenthaltende Schicht sein sollte, muss es keine Nickellegierung mit einem hohen Nickelanteil sein. Es ist jedoch ein Erfordernis für diese Erfindung, dass während einige kleine oder geringere Oxidationsmengen in der nickelenthaltenden Schicht toleriert werden können, die nickelenthaltene Schicht im Wesentlichen frei von jedem Nitrid bleiben muss, um ausreichend chemisch widerstandsfähig zu sein, um die meisten Anforderungen zu befriedigen. Es ist jedoch als bevorzugt für die optimierte Anpassbarkeit herausgefunden worden, dass im Wesentlichen keine Oxidation des Nickels oder der Nickellegierungsschicht stattfinden darf. Während in dieser Hinsicht Nitride nicht signifikant das Erzielen der Hitzebeständigkeit unter den meisten Umständen stören, ist für die Bildung eines derartigen Nitrids herausgefunden worden, dass es die chemische Beständigkeit, wie sie durch den zuvor genannten 5%-HCl-Kochtest gemessen wird, verringert.
Wie oben erläutert, kann die nickelenthaltende Schicht im Wesentlichen vollständig aus Nickel sein, wobei jedoch eine einfache Ni/Cr-Legierung mehr bevorzugt ist. Ein Beispiel einer derartigen Gruppe von Legierungen, die verwendet werden können, ist die eher große Anzahl von Edelstählen, die Nickelanteil so wenige wie ungefähr 10 Gewichtsprozent Nickel aufweisen (z. B. SS-316, der aus 10% Ni und 90% anderen Stoffen, im Wesentlichen Fe und Cr) besteht. Natürlich bleiben Nickel/Chrom-Legierungen mit hohem Nickelanteil bevorzugt für die Verwendung in dieser Erfindung. Diese enthalten 80/20 Gewichtsprozent Ni/Cr und eine Haynes 214 Legierung, deren nominale Zusammensetzung in Gewichtsprozent im Wesentlichen besteht aus:
Andere Beispiele von Ni/Cr-Legierungen, die in der Anwendung dieser Erfindung nützlich sind, umfassen Inconel und Nickelchrom. Allgemein gesprochen umfasst dann die metallische Schicht (Schichten) die in Kombination mit den einschließend angeordneten Si₃N₄-Schichten verwendet werden, wie durch diese Erfindung betrachtet wird, zumindest ungefähr 10% Nickel und diese Schichten müssen im Wesentlichen in unoxidierter Form vorhanden sein (oder haben nur einen geringen Betrag an Oxidation erfahren) und die metallische Schicht ist bevorzugt im Wesentlichen frei von einem Nitrid, um die chemische Widerstandsfähigkeit zu maximieren.
Während ein Dreischichtsystem in der Figur gezeigt ist, wird man verstehen, dass die Erfindung nicht derart begrenzt ist. Andere Schichten können, wenn gewünscht, hinzugefügt werden, um weitere Zwecke und Charakteristika zu bewirken. Diese anderen Schichten sollten jedoch nicht nachteilig die Anpassungscharakteristik beeinflussen, die einzigartig für diese Erfindung ist. Daher bedeutet der Begriff "im Wesentlichen bestehend aus", wie er hierin verwendet wird, dass die Erfindung nicht auf ein Dreischichtsystem begrenzt ist, solange die Anpassbarkeit noch erzielt wird trotz des Hinzufügens von einer oder mehreren Schichten zu den Wesentlichen drei Schichten, die oben beschrieben sind.
Beispiele
Die folgenden Schichtsysteme wurden durch Sputterverfahren unter Verwendung des zuvor genannten G-49 Airco Beschichters für große Flächen von Flachglas auf klaren Glassubstraten von 1/4'' Dicke und 100'' × 144'' Breite und Länge unter Verwendung eines Si-Targets (mehrere Targets) dotiert mit ungefähr 6 Gewichtsprozent Aluminium und mit konventionellen Techniken zur Beschichtung mit Sputterverfahren, wie dargestellt wurde, beschichtetet. Die chemischen Tests und die Beständigkeitstests, die verwendet worden sind, sind die oben beschriebenen. Die verwendete Wärmebehandlung ist beispielhaft ein typischer Tempervorgang unter Verwendung eines kommerziellen Temperofens, der die Probe ungefähr 1265°F (685°C.) für ungefähr einen dreiminütigen Zyklus (tatsächliche Probentemperatur ungefähr 1200°F) aussetzt und die Probe auf Raumtemperatur abschreckt. Die Proben wurden vor dem Tempern zu 24'' × 36'' Platten geschnitten. Die Dickenmessungen der beschichteten Lagen wurden gemäß der oben beschriebenen "n & k"-Technik durchgeführt.
Beispiel 1 (die Bezugszeichen beziehen sich auf die Figur)
Unter Verwendung des zuvor genannten konventionellen Beschichters und der unten aufgelisteten Einstellungen des Beschichters wurde eine erste Grundierung 2 [Schicht 1] aufgebracht mit einer Dicke von ungefähr 40 Å auf das zuvor genannte klare Flachglassubstrat. Eine Zwischenbeschichtung 3 aus Nickel/Chrom (80/20 Ni:Cr in Gewichtsprozent) [d. h. Schicht 2] wurde dann mit einer Dicke von ungefähr 75 Å aufgebracht. Abschließend wurde eine überdeckende Schicht [Schicht 3] aus Si₃N₄ mit einer Dicke von ungefähr 350 Å aufgebracht.
Die so gebildeten beschichteten Proben bestanden die Tests für die mechanische Beständigkeit und für die chemische Widerstandsfähigkeit, wie sie oben beschrieben sind sowohl vor als auch nach dem Tempern, und sie waren hitzebeständig, wie es oben definiert ist. Ihre Eigenschaften des Solarmanagements bzw. des Managements für Sonnenlicht und die Hunter-ΔE-Werte (und die Hunter-Farbkoordinaten a_H und b_H) sind unten angegeben. In Kürze, es wurde für den beschichteten Artikel herausgefunden, dass er beständig, temperbar, biegbar ist und dass er seine Erscheinung als ein Ergebnis der tempernden Wärmebehandlung, der er ausgesetzt war, nicht signifikant verändert. Man betrachtet ihn daher als anpassbar auf einer kommerziell akzeptablen Basis und er hat besonders wünschenswerte Eigenschaften im Solarmanagement, die nützlich sind in einscheibigen oder in IG-Mehrfachscheiben-Architekturprodukten.
Einstellungen des Beschichters
Optische Eigenschaften (III. C, 10° Observer, Hunter-Werte)
Die normale Emissivität (E_n) und die hemisphärische Emissivität (E_h) waren jeweils 0,73 und 0,69 und der Schichtwiderstand (R_S) betrug 269 Ohm pro Fläche vor der Wärmebehandlung. Nach der Wärmebehandlung waren E_n und E_h jeweils 0,71 und 0,67 und R_s betrug 235 Ohm/Fläche (d. h. jede wurde als eine nicht signifikante Änderung unter der zuvor genannten Definition der "Hitzebeständigkeit" angesehen).
Beispiel 2
Die Verfahren des obigen Beispiels 1 wurden wiederholt, ausgenommen, dass die Dicke der Nickelchromzwischenschicht 3 [d. h. Schicht 2] auf ungefähr 140 Å (d. h. ungefähr das Doppelte) erhöht worden ist, um wesentlich das sichtbare Transmissionsvermögen zu reduzieren zu einem wirklichen "Privatbereich"-Fensterbereich (z. B. ungefähr 30% des sichtbaren Transmissionsvermögens der Glasseite). Die unteren Tabellen listen jeweils die Einstellungen des Beschichters und die Eigenschaften auf. Wieder wurde für den beschichteten Artikel herausgefunden, dass er anpassbar ist auf einer kommerziell akzeptablen Basis, dass er beständig, temperbar, biegbar ist und dass er als ein Ergebnis der Wärmebehandlung keine signifikante Änderung in seiner Erscheinung zeigt. Er zeigt ebenfalls wünschenswerte Eigenschaften im Solarmanagement und insbesondere dort, wo geringes Transmissionsvermögen für sichtbares Licht für den Privatbereich wünschenswert ist.
Einstellungen des Beschichters
Optische Eignschaften (III. C, 10° Observer, Hunter-Werte)
Die normale Emissivität (E_n) und die hemisphärische Emissivität (E_h) waren jeweils 0,55 und 0,54 und der Schichtwiderstand (R_s) betrug 108 Ohm pro Fläche vor der Wärmebehandlung. Nach der Wärmebehandlung waren E_n und E_h jeweils 0,48 und 0,49 und R_s betrug 89 Ohm/Fläche (d. h. jeder Wert wurde wieder als eine nicht signifikante Änderung und als in der Definition "hitzebeständig", wie sie oben dargestellt ist, angesehen).
Nach dem Erhalt der obigen Offenbarung werden viele andere Merkmale, Modifikationen und Verbesserungen dem Fachmann offensichtlich werden. Diese anderen Merkmale, Modifikationen und Verbesserungen werden daher als ein Teil dieser Erfindung angesehen, wobei der Rahmen selbiger durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

Ein wärmebehandelter Glasartikel, umfassend ein Glassubstrat mit einem Schichtsystem beschichtet mit Sputter-Verfahren, umfassend von dem Glassubstrat auswärts a) eine grundierende Schicht, bestehend aus Siliziumnitrit; b) eine im Wesentlichen metallische Schicht, die Nickel oder eine Nickellegierung umfasst und c) eine überdeckende Schicht bestehend aus Siliziumnitrit; wobei Schicht (a) eine Dicke von 5 bis 70 Å aufweist, Schicht (b) eine Dicke von 30 bis 150 Å aufweist, Schicht (c) eine Dicke von 200 bis 500 Å aufweist, wobei die Schichten jeweils von einer ausreichenden Dicke sind, so dass, wenn das Glassubstrat eine Dicke von 1,5 mm bis 13 mm aufweist und sich das zuvor genannte Schichtsystem darauf befindet, der so beschichtete Glasartikel ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H von einem 10°-Observer gemäß ASTM 2244-93 von nicht größer als 2,0 aufweist, wenn man ihn mit dem gleichen Artikel vor der Wärmebehandlung vergleicht.
Ein Glasartikel gemäß Anspruch 1, wobei das Schichtsystem im Wesentlichen frei von Silber ist.
Ein Glasartikel gemäß Anspruch 1, wobei der so beschichtete Glasartikel ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H, wie in Anspruch 1 definiert, von nicht größer als 5,0 und ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von nicht größer als 5,0 aufweist, wenn man ihn vergleicht, wie es in Anspruch 1 definiert ist, und der die folgenden Charakteristika sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung aufweist: TY 1% bis 80% R_GY 4% bis 55% R_fY 4% bis 65% En 0,1 bis 0,75 Eh' 0,1 bis 0,75 R_S 20 bis 500 Ohm/Fläche 4. Ein Glasartikel gemäß Anspruch 1, wobei Schicht (a) eine Dicke von 30 bis 50 Å aufweist; Schicht (b) eine Dicke von 50 bis 100 Å aufweist; Schicht (c) eine Dicke von 300 bis 400 Å aufweist; und wobei der Glasartikel die folgenden Charakteristika sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung aufweist: TY < 70% R_GY 5% bis 45% R_fY 5% bis 45% sichtbare Farbe a_H ungefähr 0 ±2 b_H ungefähr –4 ± 4 En 0,2 bis 0,75 Eh' 0,2 bis 0,75 R_st 20 bis 300 Ohm/Fläche.
Ein Glasartikel gemäß Anspruch 4, wobei der Glasartikel beständig ist und chemisch widerstandsfähig und wobei Schicht (b) im Wesentlichen frei von jedem Nitrid ist.
Ein Glasartikel gemäß Anspruch 4, wobei die Wärmebehandlung ein Tempern ist und wobei Schicht (b) im Wesentlichen frei von jedem Oxid ist.
Ein Glasartikel gemäß Anspruch 1, wobei: Schicht (a) eine Dicke von 40 Å aufweist; Schicht (b) eine Dicke von 75 Å aufweist und im Wesentlichen aus einem nicht-nitrierten und einem nicht-oxidierten Nickelchrom in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 80 : 20 Nickel : Chrom besteht; Schicht (c) eine Dicke von 350 Å aufweist und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach dem Tempern die folgenden Charakteristika zeigt: TY 50% R_GY 13% R_fY 10% bis 11% ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H von weniger als 1,5, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als 4,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als 4,0.
Ein Glasartikel nach Anspruch 7, wobei: das Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H kleiner ist als 0,5; das Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H kleiner ist als 2,0; das sichtbare Transmissionsvermögen ΔE_H kleiner ist als 1,0; und wobei der Glasartikel beständig und chemisch widerstandsfähig ist.
Ein Glasartikel gemäß Anspruch 1, wobei: die Schicht (a) eine Dicke von 40 Å aufweist, die Schicht (b) eine Dicke von 140 Å aufweist und im Wesentlichen aus einem nicht-nitrierten und einem nicht-oxidierten Nickelchrom in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 80 : 20 Nickel zu Chrom besteht, die Schicht (c) eine Dicke von 350 Å aufweist und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach dem Tempern die folgenden Charakteristika zeigt: TY 30% R_GY 20 bis 21% R_fY 16% ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H von weniger als 2,0, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als 4,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als 3,0, und wobei der Glasartikel beständig und chemisch widerstandsfähig ist.
Ein Glasartikel gemäß den Ansprüchen 4, 7 und 9, wobei die Schichten aus Siliziumnitrit bis zu 6 Gewichtsprozent Aluminium enthalten, wobei das Schichtsystem im Wesentlichen frei ist von Silber und im Wesentlichen aus den Schichten (a), (b) und (c) besteht und wobei das Schichtsystem beständig und chemisch widerstandsfähig ist.
Ein Verfahren zum Wärmbehandeln eines beschichteten Glasartikels, wie er in Anspruch 1 definiert ist, aufweisend: a) Ausbringen eines Schichtsystems gemäß Anspruch 1 mit einem Sputter-Verfahren auf ein Glassubstrat und b) danach Aussetzen dieses beschichteten Glassubstrats einer Wärmebehandlung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Biegen, Tempern, Wärmeverstärken und aus Kombinationen davon; wobei der resultierende Artikel nach der Wärmebehandlung ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, wie es in Anspruch 1 definiert ist, zeigt, das nicht größer ist als ungefähr 2,0, wenn es verglichen wird, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Ein Verfahren zum Wärmbehandeln eines beschichteten Glasartikels gemäß Anspruch 11, wobei die Wärmebehandlung im Wesentlichen aus dem Tempern des Glases besteht, wobei man den Glasartikel einer Umgebungstemperatur größer als ungefähr 1.200°F aussetzt und den Glasartikel für eine Zeitspanne abschreckt bzw. quencht, um den Glasartikel zu tempern.
Ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines beschichteten Glasartikels, umfassend: a) Aufbringen eines Schichtsystems gemäß Anspruch 1 mit einem Sputter-Verfahren auf ein Glassubstrat, und b) danach Aussetzen des beschichteten Glassubstrats einer Wärmebehandlung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Biegen, Tempern, Wärmeverstärken und aus Kombinationen davon; wobei nach der Wärmebehandlung der Glasartikel ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, wie es in Anspruch 1 definiert ist, von nicht größer als 2,0, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von nicht größer als 5,0 zeigt und wobei er die folgenden Charakteristika sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung aufweist: TY 1–80% R_GY 4–55% R_fY 4% bis 65% En 0,1 bis 0,75 Eh1 0,1 bis 0,75 R_S 20 bis 500 Ohm/Fläche.
Ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines beschichteten Glasartikels gemäß Anspruch 13, wobei das Beschichten durch ein Sputter-Verfahren umfasst: Aufbringen der Schicht (a) mit einer Dicke von 30 bis 50 Å, Aufbringen der Schicht (b) mit einer Dicke von 50 bis 100 Å und Aufbringen der Schicht (c) mit einer Dicke von 300 bis 400 Å und wobei der Glasartikel die folgenden Charakteristika sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung aufweist: TY < 70% R_GY 5%–45% R_fY 5% bis 45% sichtbare Farbe a_H ungefähr 0 ± 2 b_H ungefähr –4 ± 4 En 0,2 bis 0,75 Eh' 0,2 bis 0,75 R_S 20 bis 300 Ohm/Fläche und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach der Wärmbehandlung beständig und chemisch widerstandsfähig ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Schicht (b) aufgebracht wird mit einer Dicke von ungefähr 75 Å und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung ein TY von 50%, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H, wie es in Anspruch 1 definiert ist, von weniger als 1,0 aufweist und ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H von weniger als 0,5.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Schicht (b) aufgebracht ist mit einer Dicke von ungefähr 140 Å und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung ein TY von 30% und ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H, wie es in Anspruch 1 definiert ist, von weniger als 3,0 aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines wärmebehandelten, mit einem Sputter-Verfahren beschichteten Glasartikels, der ästhetisch anpassbar ist an einen nicht wärmebehandelten, mit einem Sputter-Verfahren beschichteten Glasartikel, so dass er zumindest im Wesentlichen die gleiche Erscheinung der Glasseite aufweist, die folgenden Schritte aufweisend: a) Aufbringen eines Schichtsystems gemäß Anspruch 1 mit einem Sputter-Verfahren auf jedes von zumindest. zwei Glassubstraten; b) Aussetzen von zumindest einem der mit einem Sputter-Verfahren beschichteten Substrate einer Wärmebehandlung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Biegen, Tempern, Wärmeverstärken und aus Kombinationen davon, wodurch das zumindest eine Substrat nach der Wärmebehandlung ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, wie in Anspruch 1 definiert, von nicht größer 1,5 zeigt, wenn es mit dem nicht-wärmebehandelten Substrat verglichen wird, wobei die derart gebildeten wärmebehandelten, durch ein Sputter-Verfahren beschichteten Substrate im Wesentlichen die gleiche Erscheinung der Glasseite aufweisen, wie die nicht wärmebehandelten, durch ein Sputter-Verfahren beschichteten Substrate.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Glassubstrate sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung die folgenden Charakteristika aufweisen: TY < 70% R_GY 5%–45% R_fY 5% bis 45% sichtbare Farbe a_H ungefähr 0 ± 2 b_H ungefähr –4 ± 4 En 0,2 bis 0,75 Eh' 0,2 bis 0,75 R_S 20 bis 300 Ohm/Fläche und wobei die wärmebehandelten Substrate nach der Wärmebehandlung die folgenden Charakteristika, wie in Anspruch 1 definiert, im Vergleich zu den nicht wärmebehandelten Substraten aufweisen: ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als 5,0 und ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als 5,0.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Glassubstrate sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung die folgenden Charakteristika aufweisen: TY 50% R_GY 13% R_fY 10–11% ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, wie in Anspruch 1 definiert, von weniger als 1,5, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als 4,0, und ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als 4,0 und wobei die beschichteten Glassubstrate beständig und chemisch widerstandsfähig sind.
Die Verwendung von Glasartikeln für architektonische Zwecke und für Zwecke in Wohngebäuden, wie sie in Anspruch 1 definiert sind, umfassend ein Glassubstrat mit einem durch ein Sputter-Verfahren aufgebrachtes Schichtsystem, aufweisend von dem Glassubstrat auswärts: a) eine grundierende Schicht bestehend aus Siliziumnitrit; b) eine im Wesentlichen metallische Schicht, die Nickel oder eine Nickellegierung umfasst, und c) eine überdeckende Schicht bestehend aus Siliziumnitrit; wobei die Verwendung durch den Umstand charakterisiert ist, dass der wärmebehandelte und der nicht-wärmebehandelte identische Glasartikel mit den gleichen strukturellen Charakteristika zusammen verwendet werden, wobei die Schichten jeweils von einer ausreichenden Dicke sind, so dass, wenn das Glassubstrat eine Dicke von ungefähr 1,5 mm bis 13 mm aufweist und sich das zuvor genannte Schichtsystem darauf befindet, der so beschichtete Glasartikel, wenn er wärmebehandelt wurde, ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H , wie in Anspruch 1 definiert, von nicht größer als 2,0 aufweist, so dass die wärmebehandelten Glasartikel im Wesentlichen die gleiche Erscheinung im Reflexionsvermögen und in der Farbe aufweisen wie die nicht-wärmebehandelten und identischen Glasartikel, so dass der wärmebehandelte Glasartikel anpassbar ist an den nicht wärmebehandelten Glasartikel.
Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei das Schichtsystem im Wesentlichen frei von Silber ist.
Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei Schicht (a) eine Dicke von 5–70 Å aufweist, die Schicht (b) eine Dicke von 30–150 Å aufweist, die Schicht (c) eine Dicke von 200–500 Å aufweist.
Verwendung gemäß Anspruch 22, wobei der so beschichtete Glasartikel, wenn er wärmebehandelt ist, gemäß den Definitionen in Anspruch 1 ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von nicht größer als 5,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von nicht größer als 5,0 aufweist und die folgenden Charakteristika sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung zeigt: TY 1%–80% R_GY 4%–55% R_fY 4%–65% E_n 0,1–0,75 E_h' 0,1–0,75 R_s 20–500 Ohm/Fläche 24. Verwendung gemäß Anspruch 22, wobei Schicht (a) eine Dicke von 30 bis 50 Å aufweist, Schicht (b) eine Dicke von 50 bis 100 Å aufweist, Schicht (c) eine Dicke von 300 bis 400 Å aufweist, und wobei der Glasartikel die folgenden Charakteristika sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung aufweist: TY weniger als 70% R_GY 5%–45% R_FY 5%–45% sichtbare Farbe ah ungefähr 0 ± 2 bh ungefähr –4 ± 4 E_n 0,2–0,75 E_h' 0,2–0,75 R_st 20–300 Ohm/Fläche
Verwendung gemäß Anspruch 24, wobei der Artikel beständig und chemisch widerstandsfähig ist und die Schicht (b) im Wesentlichen frei von jeglichen Nitriden ist.
Verwendung gemäß Anspruch 24, wobei die Wärmebehandlung ein Tempern ist und die Schicht (b) im Wesentlich frei von jeglichen Oxiden ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei Schicht (a) eine Dicke von 40 Å aufweist; Schicht (b) eine Dicke von 75 Å aufweist und im Wesentlichen aus nicht-nitriertem und nicht-oxidiertem Nickel/Chrom mit einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 80 : 20 Nickel zu Chrom besteht; Schicht (c) eine Dicke von 350 Å aufweist und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach dem Tempern die folgenden Charakteristika aufweist: TY 50% R_GY 13% R_FY 10%–11% ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, von weniger als 1,5, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als ungefähr 4,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als ungefähr 4,0.
Verwendung gemäß Anspruch 27, wobei: das Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H geringer ist als ungefähr 0,5, das Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H geringer ist als ungefähr 2,0, das sichtbare Transmissionsvermögen ΔE_H geringer ist als ungefähr 1,0, und wobei der Glasartikel beständig ist und chemisch widerstandsfähig.
Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei: Schicht (a) eine Dicke von ungefähr 40 Å aufweist, Schicht (b) eine Dicke von ungefähr 140 Å aufweist und im Wesentlichen aus nicht-nitriertem und nicht-oxidiertem Nickel/Chrom in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 80:20 Nickel zu Chrom besteht, Schicht (c) eine Dicke von ungefähr 350 Å aufweist und wobei der Glasartikel sowohl vor als auch nach dem Tempern die folgenden Charakteristika zeigt: TY ungefähr 30% R_GY ungefähr 20%–21% R_FY ungefähr 16 ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H von weniger als ungefähr 2,0, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als ungefähr 4,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen von weniger als ungefähr 3,0 und wobei der Glasartikel dauerhaft und chemisch widerstandsfähig ist.
Verwendung gemäß den Ansprüchen 24, 27 und 29, wobei die Schichten aus Silizium-Nitrid bis zu 6% Aluminium enthalten, wobei das Schichtsystem im Wesentlichen frei von Silber ist und im Wesentlichen aus den Schichten (a), (b) und (c) besteht und wobei das Schichtsystem beständig und chemisch widerstandsfähig ist.
Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei das Glassubstrat sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung die folgenden Charakteristika aufweist: TY ungefähr 30% R_GY' ungefähr 20%–21% R_FY'' ungefähr 16%, ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, von weniger als ungefähr 2,0, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als ungefähr 4,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als ungefähr 3,0 und wobei die beschichteten Glassubstrate beständig und chemisch widerstandsfähig sind.
Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei die Glassubstrate sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung die folgenden Charakteristika aufweisen: TY ungefähr 50% R_GY ungefähr 13% R_FY ungefähr 10%–11%, ein Reflexionsvermögen der Glasseite ΔE_H, von weniger als ungefähr 1,5, ein Reflexionsvermögen der Filmseite ΔE_H von weniger als ungefähr 4,0, ein sichtbares Transmissionsvermögen ΔE_H von weniger als ungefähr 4,0 und wobei die beschichteten Glassubstrate beständig und chemisch widerstandsfähig sind.