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Verre portant un revêtement
La présente invention se rapporte à un verre portant un revêtement multi-couches transmettant la lumière.
Du verre portant un revêtement trouve son utilisation dans de nombreux domaines et pour différents usages. La présente invention concerne principalement l'application de revêtements à du verre à des fins de protection solaire.
L'usage de plus en plus fréquent en architecture de façades vitrées impose certains desiderata que le fabricant de verre doit essayer de satisfaire. Au point de vue technique, il est souvent souhaité que le vitrage ne laisse pas passer une trop grande proportion du rayonnement solaire incident afin que l'intérieur de la structure vitrée ne soit pas surchauffée par temps ensoleillé. Cependant, le vitrage doit aussi transmettre une proportion raisonnable de lumière visible, afin de permettre l'éclairement naturel de l'intérieur de la structure, et afin de permettre à ses occupants de voir à l'extérieur.
Au point de vue esthétique, on préfère parfois que la totalité de la façade vitrée d'un bâtiment présente un aspect approximativement uniforme : il peut donc être souhaitable que les fenêtres d'un bâtiment présentent des caractéristiques en réflexion qui, lorsqu'elles sont observées de l'extérieur, sont similaires à celles des parties opaques de la façade, telles que les allèges. En outre, il peut être souhaitable d'obtenir une couleur particulière du verre revêtu lorsqu'il est regardé en réflexion.
La présente invention se rapporte à un verre portant un revêtement multi-couches transmettant la lumière, caractérisé en ce que le dit revêtement comprend successivement : (A) une couche d'oxyde métallique ("la couche A") contenant une matière dont l'indice de réfraction est plus élevé que celui du verre ; (B) une couche d'oxyde métallique ou de silice ("la couche B") contenant une matière dont l'indice de réfraction est plus petit que celui de la matière de la couche A ; et (C) une couche ("la couche C") contenant une matière choisie parmi le chrome, les alliages contenant du chrome, les alliages de titane et d'aluminium, leurs nitrures, et le nitrure de zirconium ou de titane.
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Les trois couches agissent ensemble de manière avantageuse pour le but poursuivi, et les propriétés précises obtenues peuvent être modifiées en changeant les matières utilisées et les épaisseurs de ces couches. La troisième couche citée, la couche C, de métal ou de nitrure, est une couche absorbante, et elle est avant tout responsable de l'abaissement de la transmission du verre revêtu vis-à-vis du rayonnement solaire total. L'augmentation de l'épaisseur de la couche C diminuera la transmission énergétique totale et diminuera en même temps la transmission lumineuse. Elle peut également avoir un effet sur la couleur du vitrage lorsqu'il est regardé en réflexion.
Les deux premières couches citées, les couches A et B d'indices de réfraction respectivement plus grand et plus petit, modifient également les propriétés de transmission lumineuse du verre revêtu. Pour une épaisseur donnée de la couche C, elles peuvent être disposées pour augmenter la transmission lumineuse, et pour augmenter la pureté de couleur d'excitation de la lumière réfléchie. Et ceci peut être fait sans réduire la réflexion énergétique totale du verre revêtu ; en fait, dans certaines circonstances, cette réflexion peut être augmentée. B est donc possible de réduire l'absorption du rayonnement énergétique du verre revêtu et de réduire son facteur solaire.
On utilise l'expression"facteur solaire"pour décrire la somme de l'énergie totale directement transmise et de l'énergie qui est absorbée et re-rayonnée par la face éloignée de la source d'énergie, comme une proportion du rayonnement énergétique total atteignant le verre revêtu.
Un choix judicieux de la position des couches sur le verre par rapport à l'observateur et de l'épaisseur de telles couches, peut aussi permettre de réduire la réflexion lumineuse sans augmenter le facteur solaire et/ou d'obtenir une teinte relativement neutre. n est considéré comme particulièrement avantageux que l'emploi d'un revêtement multi-couches sur du verre selon l'invention offre des paramètres supplémentaires (les matières et les épaisseurs des couches) qui peuvent être modifiés pour obtenir un bon compromis entre la transmission lumineuse du verre et son facteur solaire et qu'il permet un degré de contrôle de la couleur en réflexion du verre revêtu.
L'emploi d'un tel verre revêtu dans une façade de bâtiment peut aussi faciliter l'harmonisation de l'aspect extérieur de cette façade entre des parties qui sont transparentes et des parties qui sont opaques.
La séquence de dépôt des trois couches du revêtement sur le verre doit, selon l'invention, être soit A, B, C, soit C, B, A. L'ordre que l'on choisit dépendra de la manière dont le verre revêtu sera installé dans un bâtiment et des propriétés optiques qu'on souhaite. A titre d'exemple, les propriétés optiques
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d'une feuille revêtue selon l'invention peuvent varier selon que la couche A ou la couche C est plus proche de l'observateur.
Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, la dite couche A est disposée entre la dite couche C et le verre. n est conventionnel de définir les différentes positions possibles d'un revêtement sur une feuille de verre telle qu'elle est installée dans un châssis de fenêtre extérieure de la manière suivante : la position 1 est à la face extérieure de la feuille extérieure ou de la seule feuille de la fenêtre et la position 2 est à la face intérieure de cette feuille ; les positions 3 et 4 sont respectivement les faces orientées vers l'extérieur et vers l'intérieur du second panneau interne, s'il échet, et ainsi de suite. Afin d'obtenir l'aspect désiré en réflexion depuis l'extérieur d'un bâtiment, le verre peut être installé de manière que la couche A soit disposée entre la couche C et l'extérieur du bâtiment.
Dès lors, certaines formes préférées de réalisation de l'invention, dans lesquelles la dite couche A est disposée entre la dite couche C et le verre peuvent être installées de manière que le revêtement soit en position 2. Evidemment, un revêtement constitué de couches A, B, C déposées dans l'ordre inverse peut aussi être placé en position 2. Dans les deux cas, le revêtement est protégé des conditions climatiques ambiantes qui pourraient provoquer un vieillissement prématuré du revêtement et une détérioration de ses propriétés. Une protection supplémentaire du revêtement contre le vieillissement prématuré dû aux polluants atmosphériques peut être offerte en incorporant une telle feuille revêtue dans un vitrage creux, avec le revêtement disposé à l'intérieur de ce vitrage.
De ce fait, le contact du revêtement avec des polluants atmosphériques peut être entravé, ou évité si l'intérieur du vitrage creux est scellé.
En général, lorsque la couche C est constituée de chrome ou de nickel-chrome, ou d'un nitrure de chrome, de nickel-chrome, de zirconium ou de titane, cette couche peut avoir une résistance à la corrosion atmosphérique qui convient à tous les cas pratiques. Cependant, certains alliages contenant du chrome, tels que des aciers inoxydables, ont une résistance moins satisfaisante.
Dès lors, dans certaines de ces formes préférées de réalisation de l'invention, la dite couche C est une couche d'acier inoxydable (contenant du chrome) qui est à son tour surmontée d'un revêtement protecteur d'oxyde ou de nitrure. n existe différents revêtements d'oxyde ou de nitrure connus en soi qui sont durs et durables et qui contribuent donc à la résistance à la corrosion atmosphérique et à l'abrasion du revêtement dans son ensemble et agissent donc contre le vieillissement prématuré du revêtement.
Lorsque la couche C est constituée d'un nitrure, tel que du nitrure
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de titane, celle-ci peut être protégée par une mince couche d'oxyde. Dès lors, pour éviter qu'une couche de nitrure de titane soit griffée, on peut appliquer une fine couche d'oxyde de titane ou d'oxyde d'étain. Ces couches protectrices ont peu d'influence sur les propriétés optiques du revêtement dans son ensemble.
Par exemple, de l'oxyde d'étain est légèrement lubrifiant et protège le revêtement contre les griffes. Un revêtement d'oxyde d'épaisseur égale ou inférieure à 15 nm convient, par exemple 10 nm de Ti02 ou 15 nm de SnO2.
Dans d'autres formes préférées de réalisation de l'invention, la dite couche C est disposée entrer la dite couche A et le verre. Une feuille de verre portant un tel revêtement peut être installée en tant que fenêtre de bâtiment avec le revêtement en position 1 pour obtenir l'aspect souhaité en réflexion lorsqu'elle est vue de l'extérieur du bâtiment. Ceci voudra dire que la couche A du revêtement peut être exposée aux conditions climatiques ambiantes, mais il existe plusieurs matières d'indice de réfraction élevé que l'on peut aisément déposer pour former des revêtements durs et durables qui ont une résistance suffisante à la corrosion atmosphérique et à l'abrasion pour les buts poursuivis.
Un revêtement ayant des couches déposées dans l'ordre inverse peut aussi être en position 1 de manière que la couche C soit exposée aux conditions climatiques ambiantes. Le positionnement en 1 du revêtement peut avoir certains avantages au point de vue de la protection contre l'énergie solaire.
Parce que la couche C du revêtement absorbe le rayonnement solaire, elle tendra à devenir très chaude et même brûlante pendant son exposition à un fort ensoleillement. La feuille de verre qui la porte sera également chauffée. Par conséquent, la feuille revêtue peut être une source importante de rayonnement infra-rouge. Si le revêtement est en position 1, il y aura une légère tendance qu'un tel rayonnement soit préférentiellement émis en direction de l'extérieur du bâtiment mais, chose plus importante, la face de la feuille revêtue qui occupe la position 2 peut être pourvue d'un revêtement qui réduit l'émissivité de cette face vis-à-vis du rayonnement infra-rouge. Par exemple, un revêtement d'oxyde d'étain dopé peut être disposé en position 2. Ceci augmente l'effet de protection solaire du verre revêtu.
On notera évidemment qu'un tel revêtement à basse émissivité peut avantageusement être déposé sur une seconde feuille d'un vitrage creux qui incorpore également un verre revêtu selon l'invention, que le revêtement multicouches occupe la position 1 ou la position 2. Un tel revêtement à basse émissivité pourrait occuper la position 3 ou la position 4.
De préférence, une telle couche C est constituée de nitrure de titane. Du nitrure de titane peut aussi former des couches durables
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chimiquement et mécaniquement. Dans cette couche, le titane et l'azote ne doivent pas être présents en proportions stoechiométriques, et on a en fait trouvé qu'on obtient les meilleurs résultats lorsqu'il y a un excès stoechiométrique de titane, de telle manière que le couche puisse contenir du titane libre. Une telle couche peut être facilement formée par pulvérisation cathodique de titane en présence d'azote. L'épaisseur d'une telle couche de nitrure de titane peut être contrôlée de manière précise et reproductible si elle est produite de cette manière.
L'épaisseur de la couche C a un effet prononcé sur les propriétés optiques du verre revêtu, en particulier en ce qui concerne sa transmission et sa couleur en réflexion. En modifiant l'épaisseur de cette couche du revêtement, il est possible d'obtenir une variété de couleurs en réflexion et une gamme de transmissions lumineuses. De préférence, une telle couche C de nitrure de zirconium ou de titane a une épaisseur géométrique comprise entre 15 nm et 60 nm. De telles couches tendent à présenter une teinte bleutée à verdâtre en réflexion. D'autres matières aptes à former une dite couche C, en l'occurence du chrome, des alliages contenant du chrome et leurs nitrures, peuvent être conformées en couches du revêtement qui ont une teinte neutre ou grise en réflexion.
L'emploi d'alliages de titane et d'aluminium ou de leurs nitrures permet de former des revêtements d'une large gamme de couleurs.
Parce que la dite couche C absorbe assez bien le rayonnement incident et peut tendre à devenir assez chaude, le verre pourrait être soumis à un certain niveau de choc thermique qui serait inacceptable pour des raisons de sécurité, à moins que les verres soient renforcés d'une certaine manière. Pour cette raison, le dit verre est avantageusement du verre trempé. Le traitement de trempe utilisé peut être un traitement de trempe thermique, ou un traitement de trempe chimique, selon la convenance. Dans certains cas (par exemple lorsque la transmission lumineuse est élevée-de l'ordre de 40%), la réduction du facteur solaire résultante de certaines formes de réalisation de l'invention, permet d'éviter la nécessité de renforcer mécaniquement le verre par trempe ou par durcissement.
En effet, la modification de la sélectivité réduit l'absorption dans le revêtement pour une transmission lumineuse donnée, et réduit dès lors l'effet de chauffage du vitrage.
De préférence, la dite couche A, la couche d'indice de réfraction plus élevé, est une couche consistant substantiellement en dioxyde de titane, dioxyde de zirconium et/ou dioxyde d'étain. Une couche appropriée de dioxyde de titane peut être formée avec un indice de réfraction d'environ 2,3 par une technique de pulvérisation cathodique bien connue en soi. Le dioxyde zirconium
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a un indice de réfraction de 2,1. Une couche de revêtement de dioxyde d'étain peut être formée de manière similaire, de nouveau avec un indice de réfraction proche de 2. Ces matières peuvent être conformées en couches de haute qualité qui sont transparentes et durables, chimiquement et mécaniquement.
En variante, on peut préférer déposer par voie pyrolytique une ou plusieurs de ces couches de revêtement afin de favoriser la résistance à l'abrasion et à la corrosion. B est actuellement envisagé qu'une telle couche de revêtement déposée par pyrolyse peut être formée, soit directement sur le verre, soit sur une couche pyrolytique de revêtement déposée auparavant.
Avantageusement, la dite couche A a une épaisseur optique comprise entre 20 nm et 190 nm, et de préférence comprise entre 30 nm et 100 nm. L'effet qu'une telle couche A a sur les propriétés de transmission du rayonnement énergétique du verre revêtu est ainsi amélioré, en raison des effets d'interférence.
De préférence, la dite couche B, la couche d'indice de réfraction plus petit, est une couche consistant substantiellement en oxyde de silicium.
L'emploi d'oxyde de silicium est avantageux parce qu'il peut lui aussi être conformé en couches durables chimiquement et mécaniquement. Une couche d'oxyde de silicium convenable peut être formée par pulvérisation cathodique.
Une telle pulvérisation cathodique peut être mise en oeuvre en présence d'oxygène en une quantité telle que le réglage de la teneur en oxygène de la couche qui est formée soit tel que la couche ait un indice de réfraction aussi faible que possible, si on le désire. Par exemple, il est possible d'obtenir une couche d'oxyde de silicium ayant un indice de réfraction d'environ 1,4 à 1,45.
Avantageusement, la dite couche B a une épaisseur optique comprise entre 5 nm et 120 nm, et de préférence comprise entre 5 nm et 60 nm, avantageusement entre 14 nm et 60 nm. L'effet que cette couche a sur les propriétés de transmission du rayonnement énergétique du verre revêtu est ainsi amélioré, en raison des effets d'interférence.
Certaines formes de réalisation de l'invention seront maintenant décrites plus en détail, à titre d'exemple, et en se référant aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
Les figures 1 à 3 sont chacune une coupe transversale schématique et de détail d'une forme de réalisation d'un vitrage selon l'invention.
Dans la figure 1, une feuille de verre G1 est revêtue successivement d'une couche A, d'une couche B et d'une couche C qui, ensemble, forment un revêtement multi-couches en position 2, c'est-à-dire sur la face intérieure de la feuille extérieure ou de la feuille unique d'une fenêtre. La
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feuille de verre G1 est associée, de manière facultative, à une seconde feuille de verre G2 pour former un vitrage creux qui peut, de manière optionnelle, être scellé hermétiquement de manière à protéger le revêtement A, B, C de tout contact avec l'air ambiant. Une telle seconde feuille de verre facultative G2 est représentée comme portant un revêtement facultatif E en position 3 constitué d'une matière qui est adaptée pour réduire l'émissivité de la face en position 3 de la feuille de verre G2 vis-à-vis du rayonnement infra-rouge.
Parce que l'émissivité est réduite, la réflexion est améliorée, de sorte que le rayonnement infra-rouge provenant de la première feuille de verre revêtue G1 est réfléchi en retour vers l'extérieur du bâtiment. En variante, un tel revêtement facultatif E peut être appliqué sur la face en position 4 de la feuille de verre G2 avec un résultat similaire, quoique dans ce cas, la seconde feuille de verre G2 tendra à devenir plus chaude que si le revêtement E est en position 3.
Dans la figure 2, une feuille de verre G est revêtue successivement d'une couche C, d'une couche B et d'une couche A qui, ensemble, forment un revêtement multi-couches en position 1. Un revêtement facultatif E est également déposé sur la feuille de verre G en position 2 et est constitué d'une matière qui est adaptée pour réduire l'émissivité de la face en position 2 de la feuille de verre G vis-à-vis du rayonnement infra-rouge.
Dans la figure 3, une feuille de verre G est revêtue successivement d'une couche A, d'une couche B et d'une couche C qui, ensemble, forment un revêtement multi-couches en position 2, c'est-à-dire sur la face intérieure de la feuille extérieure ou de la feuille unique d'une fenêtre. La feuille de verre G est représentée comme portant un revêtement facultatif P, également en position 2, d'un oxyde ou d'un nitrure dont le but est d'améliorer la résistance de la couche C contre l'attaque chimique et/ou physique.
EXEMPLE 1
Un ruban de verre flotté de 6 mm d'épaisseur, alors qu'il est encore chaud après avoir quitté une enceinte de flottage, traverse un poste de revêtement où un revêtement de dioxyde d'étain se forme sur le verre par pyrolyse, d'une manière connue en soi, en une épaisseur optique comprise entre
30 nm et 100 nm pour former la couche A. Le ruban est découpé en feuilles et les feuilles sont ensuite trempées thermiquement. En variante, des feuilles prédécoupées sont revêtues pyrolytiquement et, après un tel revêtement, le gradient de refroidissement est réglé de manière que ces feuilles soient trempées thermiquement.
Une feuille de verre trempé portant un revêtement pyrolytique est introduite dans une enceinte de traitement contenant deux sources de
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pulvérisation cathodique à magnétron plan ayant des cibles respectivement en titane et en silicium et pourvue d'un sas d'entrée et d'un sas de sortie, d'un convoyeur pour le substrat, de sources de puissance, d'entrées de gaz de pulvérisation et d'un orifice d'évacuation.
La pression dans l'enceinte est réduite à 0,15 Pa. Le substrat est acheminé devant les sources de pulvérisation alors que la source de silicium est activée et pulvérisée à froid par de l'oxygène gazeux sous une pression effective de dépôt de 0,2 Pa pour donner une couche d'oxyde de silicium (une couche B) d'indice de réfraction de 1,4 et d'une épaisseur optique comprise entre 10 et 120 nm. La source de silicium est ensuite désactivée. En variante, la source de silicium est constituée par une cathode rotative.
L'oxygène est purgé du système et de l'azote est introduit sous une pression de 0,3 Pa en tant que gaz de pulvérisation. La source de titane est activée et le substrat est acheminé devant elle pour déposer une couche comprenant du nitrure de titane ayant une épaisseur géométrique comprise entre 15 et 60 nm. En fait, lorsqu'elle est analysée plus tard, on trouve que la couche de "nitrure de titane"contient un léger excès stoechiométrique de titane.
EXEMPLE 2
Une feuille de verre sodo-calcique de composition ordinaire de 6 mm d'épaisseur est trempée chimiquement. La trempe chimique est effectuée en mettant le verre en contact avec du nitrate de potassium fondu à une température de 465 C pendant une période comprise entre deux heures et demie et huit heures pour obtenir le degré voulu de contrainte de compression superficielle de 450 à 600 MPa à la surface du verre. Le verre est du verre flotté et, avant la trempe, il est maintenu à une température de 465 C pendant 8 heures pour rétablir l'équilibre des populations ioniques des couches superficielles opposées du verre. En variante, le verre utilisé est du verre étiré de 4 mm d'épaisseur, et ce pré-traitement est omis.
Trois couches de revêtement, A, B, et C, respectivement de dioxyde de titane, d'oxyde de silicium et de nitrure de titane, sont alors appliquées sur le verre. Pour déposer ces couches, le substrat est introduit dans une enceinte de traitement contenant deux sources de pulvérisation à magnétron plan ayant des cibles respectivement en titane et en silicium, et pourvue d'un sas d'entrée et d'un sas de sortie, d'un convoyeur pour le substrat, de sources de puissance, d'entrées de gaz de pulvérisation et d'un orifice d'évacuation.
La pression dans l'enceinte est réduite à 0,15 Pa. Le substrat est acheminé devant les sources de pulvérisation alors que la source de titane est
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activée et pulvérisée à froid par de l'oxygène gazeux en présence d'argon sous une pression effective de dépôt de 0,2 Pa pour donner une couche de dioxyde de titane d'indice de réfraction de 2,3. La source de titane est désactivée et la source de silicium est activée. Le substrat est acheminé devant cette source pour déposer une couche d'oxyde de silicium d'indice de réfraction de 1,4. La source de silicium est ensuite désactivée.
En variante, la source de silicium est une cathode rotative. Dans une autre variante, les sources de titane et de silicium sont activées simultanément et le substrat est acheminé devant elles pour y déposer séquentiellement les deux couches de revêtement.
Fmalement, l'oxygène est purgé du système et de l'azote est introduit sous une pression de 0,3 Pa en tant que gaz de pulvérisation. La source de titane est activée et le substrat est acheminé devant elle pour déposer une couche comprenant du nitrure de titane ayant une épaisseur géométrique comprise entre 15 et 60 nm. En fait, lorsqu'elle est analysée plus tard, on trouve que la couche de"nitrure de titane"contient un léger excès stoechiométrique de titane.
Les épaisseurs des différentes couches du revêtement sont les suivantes :
Couche A Dioxyde de titane ép. géométrique 35 nm
Couche B Oxyde de silicium ép. géométrique 20 nm
Couche C Nitrure de titane ép. géométrique 35nm
Le résultat est une feuille de verre portant des couches de revêtement A, B, et C successivement déposées, comme le représentent les figures 1 et 3 des dessins.
Les propriétés optiques de la feuille revêtue lorsqu'elle est placée en position 2 et regardée depuis le côté verre, sont :
Transmission lumineuse TL = 25%
Réflexion lumineuse RL < 10%.
La couleur réfléchie est pourpre, avec une pureté de plus de 40%.
EXEMPLES 3 ET 4
En variantes de l'exemple 2, les trois couches de revêtement sont déposées dans le même ordre, à savoir avec la couche d'oxyde de titane adjacente au verre, mais avec des épaisseurs différentes. Ces épaisseurs géométriques et les propriétés des différentes feuilles revêtues sont données dans le tableau 1 suivant, les feuilles ayant été revêtues en position 2 et examinées depuis la face verre :
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<tb>
<tb> Tableau <SEP> 1
<tb> Exemple <SEP> 3 <SEP> Exemple <SEP> 4
<tb> Epaisseur <SEP> Ti02 <SEP> 25nm <SEP> 20nm
<tb> Epaisseur <SEP> Si02 <SEP> 40nm <SEP> tOnm
<tb> EpaisseurTiN <SEP> 25 <SEP> nm <SEP> 25 <SEP> nm
<tb> Transmission <SEP> lumineuse <SEP> 30% <SEP> 30%
<tb> Réflexion <SEP> lumineuse <SEP> 9% <SEP> 8%
<tb> Facteur <SEP> solaire <SEP> 39% <SEP> 39%
<tb> Teinte <SEP> violet-pourpre <SEP> neutre
<tb> Longueur <SEP> d'onde <SEP> dominante <SEP> 470 <SEP> nm
<tb> Pureté <SEP> de <SEP> couleur <SEP> 44% <SEP> 3%
<tb> Coordonnée <SEP> a <SEP> de <SEP> Hunter <SEP> +7
<tb> Coordonnée <SEP> b <SEP> de <SEP> Hunter-29
<tb>
n faudrait noter que la feuille revêtue de l'exemple 4 possède une réflexion lumineuse et une couleur qui sont proches de celles du verre non revêtu,
cependant avec un facteur solaire relativement faible.
EXEMPLE 5
En variante de l'exemple 2, les trois couches de revêtement ont les mêmes épaisseurs mais sont déposées dans l'ordre inverse sur une face d'une feuille de verre.
La feuille ainsi revêtue offre un facteur solaire de 34% avec sa face non revêtue dirigée vers la source énergétique et elle a les propriétés suivantes lorsqu'elle est observée depuis sa face non revêtue :
Réflexion lumineuse RL = 28%
Transmission lumineuse TL = 30%
Coordonnées de Hunter a = 0, b = 14
Teinte en réflexion : jaune or avec une longueur d'onde dominante de 575 nm et une pureté de couleur d'excitation de 28%.
Afin d'obtenir une même transmission lumineuse de 30% en utilisant seulement une couche de revêtement de nitrure de titane sur le verre, cette couche de revêtement devrait être formée de la même manière mais en une épaisseur de 23 nm, et elle offrirait une réflexion lumineuse de 13%.
Cependant, son facteur solaire serait de 38% et sa teinte serait bleue avec une pureté de couleur d'excitation de 19%. De ce fait, en adoptant cet exemple de l'invention, le facteur solaire et le rapport de la transmission lumineuse sur le facteur solaire sont améliorés et la couleur est altérée.
Si une couche de revêtement unique de nitrure de titane était formée de la même manière en une même épaisseur de 35 nm, la transmission
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lumineuse serait réduite à seulement 20% avec une réflexion lumineuse de 20% et un facteur solaire de 31%. La teinte serait à nouveau bleue, avec une pureté de couleur d'excitation de 13%. De nouveau, le rapport de la transmission lumineuse sur le facteur solaire est amélioré et la couleur est altérée.
En variante de cet exemple, l'autre face de la feuille de verre porte une couche de revêtement à basse émissivité déposée par pyrolyse de manière à obtenir une feuille revêtue telle qu'illustrée à la figure 2 des dessins.
EXEMPLES 6 A 8
En variante de l'exemple 5, les trois couches de revêtement sont déposées dans le même ordre, à savoir avec le nitrure de titane adjacent au verre, mais sous des épaisseurs différentes. Ces épaisseurs géométriques et les propriétés des différentes feuilles revêtues sont données dans le tableau 2 suivant, avec deux exemples comparatifs, Comp A et Comp B. Le facteur solaire est mesuré avec la face non revêtue de la feuille de verre dirigée vers la source d'énergie, et les propriétés optiques sont considérées à partir de la face non revêtue de la feuille.
Tableau 2
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<tb>
<tb> Ex. <SEP> 6 <SEP> Ex. <SEP> 7 <SEP> Ex. <SEP> 8 <SEP> Comp <SEP> A <SEP> Comp <SEP> B
<tb> Epaisseur <SEP> TiN <SEP> 50nm <SEP> 20nm <SEP> 20nm <SEP> 15nm <SEP> 35 <SEP> nm
<tb> Epaisseur <SEP> Si02 <SEP> 25nm <SEP> 35nm <SEP> 15nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Epaisseur <SEP> TiOz <SEP> 20nm <SEP> 35nm <SEP> 15nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Transmission <SEP> lumineuse <SEP> 20% <SEP> 40% <SEP> 40% <SEP> 40% <SEP> 40%
<tb> Réflexion <SEP> lumineuse <SEP> 2S% <SEP> 23% <SEP> 220au <SEP> 8% <SEP> 20%
<tb> Facteur <SEP> solaire <SEP> 28% <SEP> 43% <SEP> 420au <SEP> 47% <SEP> 31%
<tb> Teinte <SEP> jaune <SEP> or <SEP> jaune <SEP> or <SEP> bleue <SEP> bleue <SEP> bleue
<tb> Long.
<SEP> d'onde <SEP> dominante <SEP> 576nm <SEP> 576nm <SEP> 482nm <SEP> 478nm <SEP> 478nm
<tb> Pureté <SEP> de <SEP> couleur <SEP> 21% <SEP> 37% <SEP> 19% <SEP> 21% <SEP> 13%
<tb> Coordonnée <SEP> a <SEP> de <SEP> Hunter <SEP> 0 <SEP> 0-3, <SEP> 5 <SEP> 0-2
<tb> Coordonnée <SEP> b <SEP> de <SEP> Hunter <SEP> +10, <SEP> 5 <SEP> +16 <SEP> +11-8, <SEP> 5-7
<tb>
EXEMPLES 9 A 12
En variantes de l'exemple2, l'enceinte de traitement contient une source supplémentaire de pulvérisation à magnétron plan qui est activée pour déposer une couche C ayant une épaisseur géométrique comprise entre 15 nm et 60 nm.
Dans l'exemple 9, cette source supplémentaire est en acier inoxydable et la source est activée dans une atmosphère d'argon sous une pression de 0,3 Pa pour former une couche C en acier inoxydable transmettant
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la lumière. Dans cet exemple, la couche d'acier inoxydable est la première couche déposée sur la feuille de verre.
Les épaisseurs des différentes couches du revêtement sont les suivantes :
Couche C Acier inoxydable ép. géométrique 5 nm
Couche B Oxyde de silicium ép. géométrique 30 nm
Couche A Dioxyde de titane ép. géométrique 30nm
La feuille ainsi revêtue offre un facteur solaire de 53% avec sa face non revêtue dirigée vers la source énergétique et elle a les propriétés optiques suivantes lorsqu'elle est observée depuis sa face non revêtue :
Réflexion lumineuse RL = 33%
Transmission lumineuse TL = 48%
Teinte en réflexion : gris jaunâtre avec une pureté de couleur d'excitation de 7%.
Une telle feuille revêtue peut être comparée avec une feuille qui porte un revêtement à deux couches d'acier inoxydable (5nm) et de dioxyde de titane (10nm) qui offre un facteur quelque peu similaire, en fait de 51%. Une telle feuille a les propriétés optiques suivantes lorsqu'elle est observée depuis sa face non revêtue :
Réflexion lumineuse RL == 13%
Transmission lumineuse TL = 37%
Teinte en réflexion : gris bleuté avec une pureté de couleur d'excitation de 10%.
Dans une variante de l'exemple 9, l'acier inoxydable est pulvérisé en présence d'azote sous une pression de 0, 3 Pa pour former une couche de revêtement de "nitrure d'acier inoxydable". Ceci n'a pas un grand effet sur les propriétés de transmission énergétique de la feuille revêtue, mais on a noté que la résistance à la corrosion du revêtement est améliorée.
Dans l'exemple 10, la source supplémentaire est en chrome, et la source est activée dans une atmosphère d'argon sous une pression de 0, 3 Pa pour former une couche C de chrome transmettant la lumière. En variante de cet exemple 10, le chrome est pulvérisé en présence d'azote sous une pression de 0,3
Pa pour former une couche de revêtement de nitrure de chrome.
Dans l'exemple 11, la source supplémentaire est en alliage chrome- nickel, et la source est activée dans une atmosphère d'argon sous une pression de
0,3 Pa pour former une couche C d'alliage chrome-nickel transmettant la lumière.
En variante de cet exemple 11, l'alliage chrome-nickel est pulvérisé en présence d'azote sous une pression de 0,3 Pa pour former une couche de revêtement de "nitrure de chrome-nickel". Dans une autre variante de l'exemple 11, du zirconium
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est pulvérisé en présence d'azote sous une pression de 0,3 Pa pour former une couche de revêtement de nitrure de zirconium.
Dans l'exemple 12, la source supplémentaire est en alliage titanealuminium, et la source est activée dans une atmosphère d'argon sous une pression de 0,3 Pa pour former une couche C d'alliage titane-aluminium transmettant la lumière. En variante de cet exemple 12, l'alliage titane-aluminium est pulvérisé en présence d'azote sous une pression de 0,3 Pa pour former une couche de revêtement de"nitrure de titane-aluminium".
EXEMPLE 13
En variante, quatre couches de revêtement sont déposées avec une couche d'oxyde de titane adjacente au verre.
Les épaisseurs et matières des différentes couches du revêtement sont les suivantes :
Couche A Dioxyde de titane ép. géométrique 20 nm
Couche B Oxyde de silicium ép. géométrique 20 nm
Couche C Acier inoxydable ép. géométrique 6nm et
Nitrure de titane ép. géométrique 15 nm.
La feuille ainsi revêtue offre un facteur solaire de 29% depuis sa face revêtue et elle a les propriétés optiques suivantes lorsqu'elle est observée depuis sa face revêtue :
Réflexion lumineuse RL = 44%
Transmission lumineuse TL = 23%
Teinte en réflexion : aucune perceptible. La feuille a une pureté de couleur d'excitation de 1%.
EXEMPLES 14 ET 15
En variantes de l'exemple 5, les trois couches de revêtement sont déposées dans le même ordre, à savoir avec le nitrure de titane adjacent au verre.
Les épaisseurs géométriques et les propriétés des différentes feuilles revêtues sont données dans le tableau 3 suivant, les propriétés optiques étant celles qui sont observées depuis la face revêtue.
Tableau 3
EMI13.1
<tb>
<tb> Ex. <SEP> 14 <SEP> Ex. <SEP> 15 <SEP> Comp <SEP> A <SEP> Comp <SEP> B
<tb> Epaisseur <SEP> TiN <SEP> 35nm <SEP> 35nm <SEP> 15nm <SEP> 35 <SEP> nm
<tb> Epaisseur <SEP> Si02 <SEP> 20nm <SEP> 40nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Epaisseur <SEP> Ti02 <SEP> 35nm <SEP> 40nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Transmission <SEP> lumineuse <SEP> 30% <SEP> 20% <SEP> 40% <SEP> 20%
<tb> Réflexion <SEP> lumineuse <SEP> 5% <SEP> 35% <SEP> 22% <SEP> 35%
<tb>
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EMI14.1
<tb>
<tb> Facteur <SEP> solaire <SEP> 36% <SEP> 33% <SEP> 42% <SEP> 26%
<tb> Teinte <SEP> pourpre <SEP> bleue <SEP> bleue <SEP> bleu-vert
<tb> Pureté <SEP> de <SEP> couleur <SEP> 76% <SEP> 32% <SEP> 10% <SEP> 5%
<tb> Long.
<SEP> d'onde <SEP> dominante <SEP> 470nm <SEP> 478nm <SEP> 476nm <SEP> 481nm
<tb> Coordonnée <SEP> a <SEP> de <SEP> Hunter <SEP> +17-2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Coordonnée <SEP> b <SEP> de <SEP> Hunter-65-30-7-3, <SEP> 5
<tb>
EXEMPLES 16 A 20
Les autres exemples dans le tableau 4 suivant sont préparés de la même manière que celle décrite vis-à-vis de l'exemple 5, excepté que dans les exemples 18 et 19, les couches de revêtement sont déposées par pyrolyse en utilisant une méthode bien connue en soi dans la technique, plutôt que par pulvérisation cathodique.
Tableau 4
EMI14.2
<tb>
<tb> Ex. <SEP> 16 <SEP> Ex. <SEP> 17 <SEP> Ex. <SEP> 18 <SEP> Ex. <SEP> 19 <SEP> Ex. <SEP> 20
<tb> Epaisseur <SEP> TiO2 <SEP> (A) <SEP> 55nm <SEP> 25nm <SEP> 30nm <SEP> 20nm <SEP> 10 <SEP> nm
<tb> Epaisseur <SEP> SiO2 <SEP> (B) <SEP> 30nm <SEP> lOnm <SEP> 70nm <SEP> 80nm <SEP> 60nm
<tb> Epaisseur <SEP> TiN <SEP> (C)
<SEP> 23nm <SEP> 35nm <SEP> 23nm <SEP> 23nm <SEP> 15nm
<tb> Ordre <SEP> du <SEP> revêtement <SEP> CBA <SEP> ABC <SEP> ABC <SEP> CBA <SEP> ABC
<tb> Face <SEP> observée <SEP> verre <SEP> verre <SEP> verre <SEP> couche <SEP> couche
<tb> Transmission <SEP> lumineuse <SEP> 28% <SEP> 24% <SEP> 26% <SEP> 31% <SEP> 42%
<tb> Réflexion <SEP> lumineuse <SEP> 17% <SEP> 7% <SEP> 26% <SEP> 27% <SEP> 22%
<tb> Facteur <SEP> solaire <SEP> 39% <SEP> 35% <SEP> 37% <SEP> 40% <SEP> 43%
<tb> Teinte <SEP> or <SEP> neutre <SEP> bleue <SEP> bleue <SEP> neutre
<tb> Long. <SEP> d'onde <SEP> dominante <SEP> 589nm <SEP> 477nm <SEP> 477nm
<tb> Pureté <SEP> de <SEP> couleur <SEP> 33% <SEP> 1% <SEP> 32% <SEP> 36% <SEP> 1%
<tb> Coordonnée <SEP> a <SEP> de <SEP> Hunter <SEP> +10 <SEP> 0-0, <SEP> 5
<tb> Coordonnée <SEP> b <SEP> de <SEP> Hunter <SEP> +11, <SEP> 5-26-31, <SEP> 4
<tb>
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Coated glass
The present invention relates to a glass having a multi-layer coating transmitting light.
Coated glass finds its use in many fields and for different uses. The present invention mainly relates to the application of coatings to glass for sun protection purposes.
The more and more frequent use in architecture of glazed facades imposes certain desiderata that the glass manufacturer must try to satisfy. From the technical point of view, it is often desired that the glazing does not allow too much of the incident solar radiation to pass through so that the interior of the glazed structure is not overheated in sunny weather. However, the glazing must also transmit a reasonable proportion of visible light, in order to allow natural lighting of the interior of the structure, and in order to allow its occupants to see outside.
From an aesthetic point of view, it is sometimes preferred that the entire glass facade of a building has an approximately uniform appearance: it may therefore be desirable for the windows of a building to have characteristics in reflection which, when observed from the outside, are similar to those of the opaque parts of the facade, such as the lighters. In addition, it may be desirable to obtain a particular color of the coated glass when viewed in reflection.
The present invention relates to a glass carrying a multi-layer light-transmitting coating, characterized in that said coating successively comprises: (A) a metal oxide layer ("layer A") containing a material of which refractive index is higher than that of glass; (B) a metal oxide or silica layer ("layer B") containing a material whose refractive index is lower than that of the material of layer A; and (C) a layer ("layer C") containing a material selected from chromium, chromium-containing alloys, titanium and aluminum alloys, their nitrides, and zirconium or titanium nitride.
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The three layers act together advantageously for the purpose pursued, and the precise properties obtained can be modified by changing the materials used and the thicknesses of these layers. The third layer cited, layer C, of metal or nitride, is an absorbent layer, and it is above all responsible for lowering the transmission of the coated glass with respect to total solar radiation. Increasing the thickness of layer C will decrease the total energy transmission and at the same time decrease the light transmission. It can also have an effect on the color of the glazing when viewed in reflection.
The first two layers mentioned, layers A and B of refractive indices respectively larger and smaller, also modify the light transmission properties of the coated glass. For a given thickness of the layer C, they can be arranged to increase the light transmission, and to increase the color purity of excitation of the reflected light. And this can be done without reducing the total energy reflection of the coated glass; in fact, in certain circumstances, this reflection can be increased. B is therefore possible to reduce the absorption of energy radiation from the coated glass and to reduce its solar factor.
The expression "solar factor" is used to describe the sum of the total energy directly transmitted and the energy which is absorbed and re-radiated by the face distant from the energy source, as a proportion of the total energy radiation. reaching the coated glass.
A judicious choice of the position of the layers on the glass relative to the observer and of the thickness of such layers, can also make it possible to reduce the light reflection without increasing the solar factor and / or to obtain a relatively neutral shade. It is considered particularly advantageous that the use of a multi-layer coating on glass according to the invention offers additional parameters (the materials and the thicknesses of the layers) which can be modified to obtain a good compromise between light transmission. of glass and its solar factor and that it allows a degree of color control in reflection of the coated glass.
The use of such coated glass in a building facade can also facilitate the harmonization of the exterior appearance of this facade between parts which are transparent and parts which are opaque.
The sequence of depositing the three layers of the coating on the glass must, according to the invention, be either A, B, C, or C, B, A. The order which one chooses will depend on the manner in which the coated glass will be installed in a building and desired optical properties. For example, the optical properties
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EMI3.1
of a coated sheet according to the invention may vary depending on whether layer A or layer C is closer to the observer.
In certain preferred embodiments of the invention, said layer A is disposed between said layer C and the glass. It is conventional to define the different possible positions of a coating on a glass sheet as it is installed in an exterior window frame in the following manner: position 1 is on the exterior face of the exterior sheet or of the single sheet of the window and position 2 is on the inside of this sheet; positions 3 and 4 are respectively the faces facing outward and inward of the second internal panel, if it occurs, and so on. In order to obtain the desired appearance in reflection from the exterior of a building, the glass can be installed so that layer A is disposed between layer C and the exterior of the building.
Therefore, some preferred embodiments of the invention, in which said layer A is disposed between said layer C and the glass can be installed so that the coating is in position 2. Obviously, a coating consisting of layers A , B, C deposited in reverse order can also be placed in position 2. In both cases, the coating is protected from ambient climatic conditions which could cause premature aging of the coating and deterioration of its properties. Additional protection of the coating against premature aging due to atmospheric pollutants can be offered by incorporating such a coated sheet in a hollow glazing, with the coating disposed inside this glazing.
Therefore, contact of the coating with atmospheric pollutants can be hindered, or avoided if the interior of the hollow glazing is sealed.
In general, when layer C consists of chromium or nickel-chromium, or of a chromium nitride, of nickel-chromium, of zirconium or of titanium, this layer can have an atmospheric corrosion resistance which is suitable for all practical cases. However, certain alloys containing chromium, such as stainless steels, have less satisfactory resistance.
Therefore, in some of these preferred embodiments of the invention, said layer C is a layer of stainless steel (containing chromium) which is in turn topped with a protective coating of oxide or nitride. There are various oxide or nitride coatings known per se which are hard and durable and which therefore contribute to the resistance to atmospheric corrosion and to the abrasion of the coating as a whole and therefore act against premature aging of the coating.
When layer C consists of a nitride, such as nitride
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titanium, it can be protected by a thin layer of oxide. Therefore, to prevent a layer of titanium nitride from being scratched, a thin layer of titanium oxide or tin oxide can be applied. These protective layers have little influence on the optical properties of the coating as a whole.
For example, tin oxide is slightly lubricating and protects the coating from scratches. An oxide coating with a thickness equal to or less than 15 nm is suitable, for example 10 nm of TiO2 or 15 nm of SnO2.
In other preferred embodiments of the invention, said layer C is arranged between said layer A and the glass. A sheet of glass carrying such a coating can be installed as a building window with the coating in position 1 to obtain the desired appearance in reflection when viewed from the exterior of the building. This will mean that the A layer of the coating can be exposed to ambient weather conditions, but there are several high refractive index materials that can be easily deposited to form hard, durable coatings that have sufficient corrosion resistance atmospheric and abrasion for the purposes pursued.
A coating having layers deposited in the reverse order can also be in position 1 so that layer C is exposed to ambient climatic conditions. The positioning in 1 of the coating can have certain advantages from the point of view of protection against solar energy.
Because layer C of the coating absorbs solar radiation, it will tend to become very hot and even hot when exposed to strong sunlight. The glass sheet which carries it will also be heated. Therefore, the coated sheet can be an important source of infrared radiation. If the coating is in position 1, there will be a slight tendency that such radiation is preferentially emitted towards the exterior of the building but, more importantly, the face of the coated sheet which occupies position 2 can be provided of a coating which reduces the emissivity of this face with respect to infrared radiation. For example, a coating of doped tin oxide can be placed in position 2. This increases the sun protection effect of the coated glass.
It will obviously be noted that such a low-emissivity coating can advantageously be deposited on a second sheet of hollow glazing which also incorporates a coated glass according to the invention, whether the multilayer coating occupies position 1 or position 2. Such a low emissivity coating could occupy position 3 or position 4.
Preferably, such a layer C consists of titanium nitride. Titanium nitride can also form durable layers
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chemically and mechanically. In this layer, titanium and nitrogen should not be present in stoichiometric proportions, and it has in fact been found that best results are obtained when there is a stoichiometric excess of titanium, so that the layer can contain free titanium. Such a layer can be easily formed by sputtering of titanium in the presence of nitrogen. The thickness of such a layer of titanium nitride can be precisely controlled and reproducible if produced in this way.
The thickness of layer C has a pronounced effect on the optical properties of the coated glass, in particular with regard to its transmission and its color in reflection. By modifying the thickness of this coating layer, it is possible to obtain a variety of colors in reflection and a range of light transmissions. Preferably, such a layer C of zirconium or titanium nitride has a geometric thickness of between 15 nm and 60 nm. Such layers tend to have a bluish to greenish tint in reflection. Other materials capable of forming a so-called layer C, in this case chromium, alloys containing chromium and their nitrides, can be formed into layers of the coating which have a neutral or gray hue in reflection.
The use of titanium and aluminum alloys or their nitrides makes it possible to form coatings of a wide range of colors.
Because said layer C absorbs incident radiation fairly well and can tend to become quite hot, the glass may be subjected to a certain level of thermal shock which would be unacceptable for safety reasons, unless the glasses are reinforced with a certain way. For this reason, said glass is advantageously tempered glass. The quenching treatment used can be a thermal quenching treatment, or a chemical quenching treatment, as appropriate. In certain cases (for example when the light transmission is high - of the order of 40%), the reduction in the solar factor resulting from certain embodiments of the invention makes it possible to avoid the need to mechanically reinforce the glass by quenching or hardening.
Indeed, the modification of the selectivity reduces the absorption in the coating for a given light transmission, and therefore reduces the heating effect of the glazing.
Preferably, said layer A, the layer with a higher refractive index, is a layer consisting essentially of titanium dioxide, zirconium dioxide and / or tin dioxide. A suitable layer of titanium dioxide can be formed with a refractive index of about 2.3 by a sputtering technique well known per se. Zirconium dioxide
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has a refractive index of 2.1. A coating layer of tin dioxide can be similarly formed, again with a refractive index close to 2. These materials can be formed into high quality layers which are transparent and durable, chemically and mechanically.
As a variant, it is preferable to deposit one or more of these coating layers by pyrolytic route in order to promote resistance to abrasion and corrosion. B is currently envisaged that such a coating layer deposited by pyrolysis may be formed, either directly on the glass, or on a pyrolytic coating layer previously deposited.
Advantageously, said layer A has an optical thickness between 20 nm and 190 nm, and preferably between 30 nm and 100 nm. The effect that such a layer A has on the transmission properties of the energy radiation of the coated glass is thus improved, due to the interference effects.
Preferably, said layer B, the layer of smaller refractive index, is a layer consisting substantially of silicon oxide.
The use of silicon oxide is advantageous because it too can be formed into chemically and mechanically durable layers. A suitable silicon oxide layer can be formed by sputtering.
Such sputtering can be carried out in the presence of oxygen in an amount such that the adjustment of the oxygen content of the layer which is formed is such that the layer has as low a refractive index as possible, if it is longed for. For example, it is possible to obtain a layer of silicon oxide having a refractive index of approximately 1.4 to 1.45.
Advantageously, said layer B has an optical thickness comprised between 5 nm and 120 nm, and preferably comprised between 5 nm and 60 nm, advantageously between 14 nm and 60 nm. The effect that this layer has on the transmission properties of the energy radiation of the coated glass is thus improved, due to the interference effects.
Certain embodiments of the invention will now be described in more detail, by way of example, and with reference to the appended schematic drawings in which:
Figures 1 to 3 are each a schematic and detailed cross section of an embodiment of a glazing according to the invention.
In FIG. 1, a glass sheet G1 is successively coated with a layer A, with a layer B and with a layer C which, together, form a multi-layer coating in position 2, that is to say say on the inside of the outside sheet or the single sheet of a window. The
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glass sheet G1 is optionally associated with a second glass sheet G2 to form a hollow glazing which can optionally be hermetically sealed so as to protect the coating A, B, C from contact with the ambiant air. Such an optional second glass sheet G2 is shown as carrying an optional coating E in position 3 made of a material which is adapted to reduce the emissivity of the face in position 3 of the glass sheet G2 with respect to the infrared radiation.
Because the emissivity is reduced, the reflection is improved, so that the infrared radiation from the first coated glass sheet G1 is reflected back to the outside of the building. Alternatively, such an optional coating E may be applied to the 4-position face of the glass sheet G2 with a similar result, although in this case the second glass sheet G2 will tend to become hotter than if the coating E is in position 3.
In FIG. 2, a glass sheet G is successively coated with a layer C, a layer B and a layer A which, together, form a multi-layer coating in position 1. An optional coating E is also deposited on the glass sheet G in position 2 and consists of a material which is adapted to reduce the emissivity of the face in position 2 of the glass sheet G with respect to infrared radiation.
In FIG. 3, a glass sheet G is successively coated with a layer A, a layer B and a layer C which, together, form a multi-layer coating in position 2, that is to say say on the inside of the outside sheet or the single sheet of a window. The glass sheet G is shown as carrying an optional coating P, also in position 2, of an oxide or a nitride the aim of which is to improve the resistance of the layer C against chemical and / or physical attack. .
EXAMPLE 1
A ribbon of float glass 6 mm thick, while still hot after leaving a floating enclosure, passes through a coating station where a coating of tin dioxide is formed on the glass by pyrolysis, in a manner known per se, in an optical thickness between
30 nm and 100 nm to form layer A. The ribbon is cut into sheets and the sheets are then thermally soaked. Alternatively, precut sheets are pyrolytically coated and, after such coating, the cooling gradient is adjusted so that these sheets are thermally quenched.
A sheet of tempered glass carrying a pyrolytic coating is introduced into a treatment enclosure containing two sources of
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flat magnetron sputtering having targets in titanium and silicon respectively and provided with an entry and exit airlock, a conveyor for the substrate, power sources, gas inlets of spray and exhaust port.
The pressure in the enclosure is reduced to 0.15 Pa. The substrate is conveyed in front of the spray sources while the silicon source is activated and sprayed cold with gaseous oxygen under an effective deposition pressure of 0, 2 Pa to give a layer of silicon oxide (a layer B) with a refractive index of 1.4 and an optical thickness of between 10 and 120 nm. The silicon source is then deactivated. As a variant, the source of silicon is constituted by a rotary cathode.
Oxygen is purged from the system and nitrogen is introduced at a pressure of 0.3 Pa as atomizing gas. The titanium source is activated and the substrate is routed in front of it to deposit a layer comprising titanium nitride having a geometric thickness between 15 and 60 nm. In fact, when analyzed later, the "titanium nitride" layer is found to contain a slight stoichiometric excess of titanium.
EXAMPLE 2
A sheet of soda-lime glass of ordinary composition 6 mm thick is chemically toughened. Chemical toughening is carried out by bringing the glass into contact with molten potassium nitrate at a temperature of 465 C for a period of between two and a half and eight hours to obtain the desired degree of surface compressive stress from 450 to 600 MPa on the surface of the glass. The glass is float glass and, before tempering, it is maintained at a temperature of 465 ° C. for 8 hours to restore the balance of the ionic populations of the opposite surface layers of the glass. As a variant, the glass used is drawn glass 4 mm thick, and this pre-treatment is omitted.
Three coating layers, A, B, and C, of titanium dioxide, silicon oxide and titanium nitride, respectively, are then applied to the glass. To deposit these layers, the substrate is introduced into a treatment chamber containing two plane magnetron sputtering sources having targets in titanium and silicon respectively, and provided with an entry airlock and an exit airlock, d '' a conveyor for the substrate, power sources, spray gas inlets and a discharge orifice.
The pressure in the enclosure is reduced to 0.15 Pa. The substrate is conveyed in front of the spray sources while the titanium source is
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activated and sprayed cold with gaseous oxygen in the presence of argon under an effective deposition pressure of 0.2 Pa to give a layer of titanium dioxide with a refractive index of 2.3. The titanium source is deactivated and the silicon source is activated. The substrate is routed in front of this source to deposit a layer of silicon oxide with a refractive index of 1.4. The silicon source is then deactivated.
Alternatively, the source of silicon is a rotary cathode. In another variant, the sources of titanium and silicon are activated simultaneously and the substrate is routed in front of them to sequentially deposit the two coating layers there.
Finally, the oxygen is purged from the system and nitrogen is introduced under a pressure of 0.3 Pa as atomizing gas. The titanium source is activated and the substrate is routed in front of it to deposit a layer comprising titanium nitride having a geometric thickness between 15 and 60 nm. In fact, when analyzed later, the "titanium nitride" layer is found to contain a slight stoichiometric excess of titanium.
The thicknesses of the different layers of the coating are as follows:
Layer A Titanium dioxide th. geometric 35 nm
Layer B Thick silicon oxide geometric 20 nm
Layer C Titanium nitride th. geometric 35nm
The result is a sheet of glass carrying coating layers A, B, and C successively deposited, as shown in Figures 1 and 3 of the drawings.
The optical properties of the coated sheet when it is placed in position 2 and viewed from the glass side, are:
Light transmission TL = 25%
Light reflection RL <10%.
The reflected color is purple, with a purity of more than 40%.
EXAMPLES 3 AND 4
In variants of Example 2, the three coating layers are deposited in the same order, namely with the titanium oxide layer adjacent to the glass, but with different thicknesses. These geometric thicknesses and the properties of the various coated sheets are given in the following table 1, the sheets having been coated in position 2 and examined from the glass side:
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb>
<tb> Table <SEP> 1
<tb> Example <SEP> 3 <SEP> Example <SEP> 4
<tb> Thickness <SEP> Ti02 <SEP> 25nm <SEP> 20nm
<tb> Thickness <SEP> Si02 <SEP> 40nm <SEP> tOnm
<tb> ThicknessTiN <SEP> 25 <SEP> nm <SEP> 25 <SEP> nm
<tb> Transmission <SEP> bright <SEP> 30% <SEP> 30%
<tb> Reflection <SEP> bright <SEP> 9% <SEP> 8%
<tb> Factor <SEP> solar <SEP> 39% <SEP> 39%
<tb> Hue <SEP> purple-purple <SEP> neutral
<tb> Length <SEP> wave Dominant <SEP> <SEP> 470 <SEP> nm
<tb> Purity <SEP> from <SEP> color <SEP> 44% <SEP> 3%
<tb> Coordinate <SEP> a <SEP> from <SEP> Hunter <SEP> +7
<tb> Coordinate <SEP> b <SEP> from <SEP> Hunter-29
<tb>
It should be noted that the coated sheet of Example 4 has a light reflection and a color which are close to those of uncoated glass,
however with a relatively low solar factor.
EXAMPLE 5
As a variant of Example 2, the three coating layers have the same thicknesses but are deposited in reverse order on one face of a glass sheet.
The sheet thus coated offers a solar factor of 34% with its uncoated side facing the energy source and it has the following properties when viewed from its uncoated side:
Light reflection RL = 28%
Light transmission TL = 30%
Hunter coordinates a = 0, b = 14
Reflective tint: golden yellow with a dominant wavelength of 575 nm and an excitation color purity of 28%.
In order to obtain the same light transmission of 30% using only a coating layer of titanium nitride on the glass, this coating layer should be formed in the same way but in a thickness of 23 nm, and it would offer a reflection 13% bright.
However, its solar factor would be 38% and its hue would be blue with an excitation color purity of 19%. Therefore, by adopting this example of the invention, the solar factor and the ratio of light transmission to the solar factor are improved and the color is altered.
If a single coating layer of titanium nitride were formed in the same way in the same thickness of 35 nm, the transmission
<Desc / Clms Page number 11>
light would be reduced to only 20% with a light reflection of 20% and a solar factor of 31%. The hue would again be blue, with an excitation color purity of 13%. Again, the ratio of light transmission to the solar factor is improved and the color is altered.
As a variant of this example, the other face of the glass sheet carries a coating layer with low emissivity deposited by pyrolysis so as to obtain a coated sheet as illustrated in FIG. 2 of the drawings.
EXAMPLES 6 TO 8
As a variant of Example 5, the three coating layers are deposited in the same order, namely with the titanium nitride adjacent to the glass, but in different thicknesses. These geometric thicknesses and the properties of the various coated sheets are given in the following table 2, with two comparative examples, Comp A and Comp B. The solar factor is measured with the uncoated side of the glass sheet facing the source of energy, and the optical properties are considered from the uncoated side of the sheet.
Table 2
EMI11.1
<tb>
<tb> Ex. <SEP> 6 <SEP> Ex. <SEP> 7 <SEP> Ex. <SEP> 8 <SEP> Comp <SEP> A <SEP> Comp <SEP> B
<tb> Thickness <SEP> TiN <SEP> 50nm <SEP> 20nm <SEP> 20nm <SEP> 15nm <SEP> 35 <SEP> nm
<tb> Thickness <SEP> Si02 <SEP> 25nm <SEP> 35nm <SEP> 15nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Thickness <SEP> TiOz <SEP> 20nm <SEP> 35nm <SEP> 15nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Transmission <SEP> bright <SEP> 20% <SEP> 40% <SEP> 40% <SEP> 40% <SEP> 40%
<tb> Reflection <SEP> bright <SEP> 2S% <SEP> 23% <SEP> 220au <SEP> 8% <SEP> 20%
<tb> Factor <SEP> solar <SEP> 28% <SEP> 43% <SEP> 420au <SEP> 47% <SEP> 31%
<tb> Hue <SEP> yellow <SEP> or <SEP> yellow <SEP> or <SEP> blue <SEP> blue <SEP> blue
<tb> Long.
<SEP> wave Dominant <SEP> <SEP> 576nm <SEP> 576nm <SEP> 482nm <SEP> 478nm <SEP> 478nm
<tb> Purity <SEP> from <SEP> color <SEP> 21% <SEP> 37% <SEP> 19% <SEP> 21% <SEP> 13%
<tb> Coordinate <SEP> a <SEP> from <SEP> Hunter <SEP> 0 <SEP> 0-3, <SEP> 5 <SEP> 0-2
<tb> Coordinate <SEP> b <SEP> from <SEP> Hunter <SEP> +10, <SEP> 5 <SEP> +16 <SEP> + 11-8, <SEP> 5-7
<tb>
EXAMPLES 9 TO 12
In variants of example 2, the treatment enclosure contains an additional source of planar magnetron sputtering which is activated to deposit a layer C having a geometric thickness of between 15 nm and 60 nm.
In Example 9, this additional source is made of stainless steel and the source is activated in an argon atmosphere under a pressure of 0.3 Pa to form a layer C of transmitting stainless steel
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the light. In this example, the stainless steel layer is the first layer deposited on the glass sheet.
The thicknesses of the different layers of the coating are as follows:
Layer C Stainless steel th. geometric 5 nm
Layer B Thick silicon oxide geometric 30 nm
Layer A Titanium dioxide th. geometric 30nm
The sheet thus coated offers a solar factor of 53% with its uncoated side facing the energy source and it has the following optical properties when viewed from its uncoated side:
Light reflection RL = 33%
Light transmission TL = 48%
Reflective tint: yellowish gray with an excitation color purity of 7%.
Such a coated sheet can be compared with a sheet which has a two-layer coating of stainless steel (5nm) and titanium dioxide (10nm) which offers a somewhat similar factor, in fact 51%. Such a sheet has the following optical properties when viewed from its uncoated side:
Light reflection RL == 13%
Light transmission TL = 37%
Reflective tint: bluish gray with an excitation color purity of 10%.
In a variant of Example 9, the stainless steel is sprayed in the presence of nitrogen under a pressure of 0.3 Pa to form a coating layer of "stainless steel nitride". This does not have a great effect on the energy transmission properties of the coated sheet, but it has been noted that the corrosion resistance of the coating is improved.
In Example 10, the additional source is chromium, and the source is activated in an argon atmosphere under a pressure of 0.3 Pa to form a layer C of light-transmitting chromium. As a variant of this example 10, the chromium is sprayed in the presence of nitrogen under a pressure of 0.3
Pa to form a coating layer of chromium nitride.
In example 11, the additional source is of chromium-nickel alloy, and the source is activated in an argon atmosphere under a pressure of
0.3 Pa to form a layer C of chromium-nickel alloy transmitting light.
As a variant of this example 11, the chromium-nickel alloy is sprayed in the presence of nitrogen under a pressure of 0.3 Pa to form a coating layer of "chromium-nickel nitride". In another variant of Example 11, zirconium
<Desc / Clms Page number 13>
is sprayed in the presence of nitrogen at a pressure of 0.3 Pa to form a coating layer of zirconium nitride.
In Example 12, the additional source is made of titanium aluminum alloy, and the source is activated in an argon atmosphere under a pressure of 0.3 Pa to form a layer C of titanium-aluminum alloy transmitting light. As a variant of this example 12, the titanium-aluminum alloy is sprayed in the presence of nitrogen under a pressure of 0.3 Pa to form a coating layer of "titanium-aluminum nitride".
EXAMPLE 13
Alternatively, four coating layers are deposited with a layer of titanium oxide adjacent to the glass.
The thicknesses and materials of the different layers of the coating are as follows:
Layer A Titanium dioxide th. geometric 20 nm
Layer B Thick silicon oxide geometric 20 nm
Layer C Stainless steel th. geometric 6nm and
Titanium nitride th. geometric 15 nm.
The sheet thus coated offers a solar factor of 29% from its coated side and it has the following optical properties when viewed from its coated side:
Light reflection RL = 44%
Light transmission TL = 23%
Tint in reflection: none noticeable. The sheet has an excitation color purity of 1%.
EXAMPLES 14 AND 15
In variants of Example 5, the three coating layers are deposited in the same order, namely with the titanium nitride adjacent to the glass.
The geometric thicknesses and the properties of the various coated sheets are given in Table 3 below, the optical properties being those which are observed from the coated face.
Table 3
EMI13.1
<tb>
<tb> Ex. <SEP> 14 <SEP> Ex. <SEP> 15 <SEP> Comp <SEP> A <SEP> Comp <SEP> B
<tb> Thickness <SEP> TiN <SEP> 35nm <SEP> 35nm <SEP> 15nm <SEP> 35 <SEP> nm
<tb> Thickness <SEP> Si02 <SEP> 20nm <SEP> 40nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Thickness <SEP> Ti02 <SEP> 35nm <SEP> 40nm <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Transmission <SEP> bright <SEP> 30% <SEP> 20% <SEP> 40% <SEP> 20%
<tb> Reflection <SEP> bright <SEP> 5% <SEP> 35% <SEP> 22% <SEP> 35%
<tb>
<Desc / Clms Page number 14>
EMI14.1
<tb>
<tb> Factor <SEP> solar <SEP> 36% <SEP> 33% <SEP> 42% <SEP> 26%
<tb> Hue <SEP> purple <SEP> blue <SEP> blue <SEP> blue-green
<tb> Purity <SEP> from <SEP> color <SEP> 76% <SEP> 32% <SEP> 10% <SEP> 5%
<tb> Long.
<SEP> wave Dominant <SEP> <SEP> 470nm <SEP> 478nm <SEP> 476nm <SEP> 481nm
<tb> Coordinate <SEP> a <SEP> from <SEP> Hunter <SEP> + 17-2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> Coordinate <SEP> b <SEP> from <SEP> Hunter-65-30-7-3, <SEP> 5
<tb>
EXAMPLES 16 TO 20
The other examples in Table 4 below are prepared in the same manner as that described with respect to Example 5, except that in Examples 18 and 19, the coating layers are deposited by pyrolysis using a well-defined method. known per se in the art, rather than sputtering.
Table 4
EMI14.2
<tb>
<tb> Ex. <SEP> 16 <SEP> Ex. <SEP> 17 <SEP> Ex. <SEP> 18 <SEP> Ex. <SEP> 19 <SEP> Ex. <SEP> 20
<tb> Thickness <SEP> TiO2 <SEP> (A) <SEP> 55nm <SEP> 25nm <SEP> 30nm <SEP> 20nm <SEP> 10 <SEP> nm
<tb> Thickness <SEP> SiO2 <SEP> (B) <SEP> 30nm <SEP> lOnm <SEP> 70nm <SEP> 80nm <SEP> 60nm
<tb> Thickness <SEP> TiN <SEP> (C)
<SEP> 23nm <SEP> 35nm <SEP> 23nm <SEP> 23nm <SEP> 15nm
<tb> Order <SEP> from <SEP> coating <SEP> CBA <SEP> ABC <SEP> ABC <SEP> CBA <SEP> ABC
<tb> Face <SEP> observed <SEP> glass <SEP> glass <SEP> glass <SEP> layer <SEP> layer
<tb> Transmission <SEP> bright <SEP> 28% <SEP> 24% <SEP> 26% <SEP> 31% <SEP> 42%
<tb> Reflection <SEP> bright <SEP> 17% <SEP> 7% <SEP> 26% <SEP> 27% <SEP> 22%
<tb> Factor <SEP> solar <SEP> 39% <SEP> 35% <SEP> 37% <SEP> 40% <SEP> 43%
<tb> Hue <SEP> or <SEP> neutral <SEP> blue <SEP> blue <SEP> neutral
<tb> Long. <SEP> wave Dominant <SEP> <SEP> 589nm <SEP> 477nm <SEP> 477nm
<tb> Purity <SEP> from <SEP> color <SEP> 33% <SEP> 1% <SEP> 32% <SEP> 36% <SEP> 1%
<tb> Coordinate <SEP> a <SEP> from <SEP> Hunter <SEP> +10 <SEP> 0-0, <SEP> 5
<tb> Coordinate <SEP> b <SEP> from <SEP> Hunter <SEP> +11, <SEP> 5-26-31, <SEP> 4
<tb>