BR0115541B1

BR0115541B1 - substrato transparente tendo uma pilha de camadas finas com reflexão metálica.

Info

Publication number: BR0115541B1
Application number: BRPI0115541-5A
Authority: BR
Inventors: Heinz Schicht; Herbert Schindler; Uwe Schmidt; Axel Marold
Priority date: 2000-11-25
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2010-12-28
Also published as: EP1347947B1; ATE522482T1; CZ20031338A3; KR100812217B1; KR20030051862A; JP2009132611A; CN100357207C; US7153595B2; EP1347947A1; ES2371336T3; CZ305189B6; AU2002220814A1; DE10058700A1; PL362570A1; BR0115541A; WO2002042234A1; PT1347947E; MXPA03004339A; JP2004514636A; CN1476418A

Description

"SUBSTRATO TRANSPARENTE TENDO UMA PILHA DE CAMADASFINAS COM REFLEXÃO METÁLICA"

A presente invenção refere-se a um substrato transparente tendouma pilha de camadas finas com reflexão metálica, com resistência térmicaelevada, particularmente estes substratos são adaptados para serem tratadostermicamente (encurvamento, têmpera, recozimento), sem que o aspecto e aspropriedades ópticas das camadas sejam alteradas de modo significativo. Oempilhamento acima compreende uma camada de base dielétrica, uma camadametálica com reflexão elevada, de cromo ou uma liga metálica contendo, pelomenos, 45% em peso de cromo, e uma camada de recobrimento nitretadadielétrica. Todavia, a invenção é também dirigida às "vidraças" onde o substratode suporte do empilhamento é transparente mas não vítreo, notadamente umsubstrato rígido do tipo tereflalato de polietileno (PET), por conseguinte à basede polímeros orgânicos.

Os substratos revestidos deste modo tendo uma reflexão metálicaelevada e uma transmissão luminosa relativamente fraca são muito decorativos.

Na arquitetura, eles são usados com freqüência para o revestimento de paredes,fachadas (vidraças, lajeamento de fachadas) como elementos de espelho, comoespelhos semi-transparentes ou como placas decorativas de vidro. Eles podemser igualmente dotados de uma impressão de decoração suplementar e/ou podemtambém ser usados, conforme o caso, sob forma arqueada, tratados a fogo. Seeles forem usados como vidraças de vidro monolíticas, a camada superficial éexposta sem qualquer proteção à atmosfera, de modo que deve apresentar umacapacidade de resistência particularmente elevada com respeito às influênciasatmosféricas. Por razões de segurança, e/ou tendo em vista o aumento de suaresistência à flexão e ao impacto, os substratos de vidro revestidos destinadosa estes casos de aplicação são com freqüência protendidos por via térmica, ouseja, aquecidos a uma temperatura superior a 500°C, 550°C ou 600°C, e emseguida resfriados muito rapidamente. O dito empilhamento de camadas finasrefletoras deve também superar, sem ser danificado, essa solicitação térmica,as propriedades, particularmente estéticas, ópticas, térmicas, e energéticas, doconjunto de vidraças de vidro revestidas não devendo ser perturbadas por estefato.

Conhece-se, a partir do documento EP 0 962 429 Al, umavidraça de vidro com resistência térmica elevada tendo uma pilha de camadasdo gênero mencionado no início que preenche estas exigências. No caso desteempilhamento de camadas conhecido, a camada de base dielétrica é compostade S1O2, AI2O3, SiON, S13N4, ou AlN, ou então uma mistura de pelo menosdois destes materiais. Todos estes materiais só podem ser aplicados sobre avidraça de vidro à razão de uma taxa de pulverização catódica relativamentefraca e/ou com um reforço de um esforço tecnológico relativamente elevado.

Para que as instalações de revestimentos industriais funcionem, por razõeseconômicas, em velocidades de deslocamento tão elevadas quanto possível, acamada de base só pode, portanto, ser aplicada, no caso de instalações comuns,à razão de uma espessura relativamente baixa. Não obstante, uma espessuramaior da camada de base pode ser desejável como uma camada de interferênciapara modificar o aspecto da reflexão luminosa (cor, e intensidade da cor) davidraça de vidro, tanto em termos de reflexão luminosa do lado do vidro comoem termos de transmissão luminosa.

Conhece-se, a partir do documento EP 0 436 045 Al, da mesmamaneira, uma pilha de camadas que é capaz de ser arqueada, e/ou tensionadapreviamente, tendo uma camada de cromo como a camada de reflexão. Nestecaso, entretanto, a camada de recobrimento é composta de uma liga de Al comTi e/ou Zr. Graças a uma camada de acabamento deste gênero, a capacidade dereflexão elevada da camada de cromo do lado da camada se perde e a reflexãosobre o lado do vidro atinge, no máximo, um valor de 50%. A camada de baseé composta nesta ocorrência de TiO2, Ta2Os, ZrO2 ou SiO2. A camada de basedeve, com certeza, nesta ocorrência, ser capaz de ser depositada à razão de umaespessura tal que ele funcione como uma camada de interferência que modificaa cor, o aumento da espessura de camada sendo, ao contrário, limitado por estesmateriais por razões tecnológicas e econômicas.

No documento EP O 536 607 BI, é descrito vidraças de vidrorevestidas com um aspecto metálico, cujos revestimentos transparentes sãotambém apropriados para um tratamento térmico. A camada com propriedadesmetálicas é composta neste caso, no entanto, de um composto metálico, a saberde um boreto metálico, de um carbeto metálico, de um nitreto metálico, ou deum oxinitreto metálico. Estes compostos metálicos não possuem, em reflexãoluminosa, o mesmo brilho que o das camadas puramente metálicas. Sobre estacamada é disposta uma camada de proteção metálica, por exemplo, de cromo,que é oxidada quando do tratamento térmico. Os empilhamentos das camadasdescritos nesta publicação são, em primeiro lugar, empilhamentos com umatransparência elevada e a utilização da reflexão metálica sobre os dois ladosdas vidraças de vidro, por razões decorativas, não desempenha nenhum papelno caso destas pilhas de camadas.

É desejável fazer com que a impressão da cor da luz refletida poração interferencial da camada de base seja regulável de modo controlado, semser obrigatório, nessa óptica, fazer façanhas tecnológicas ou diminuir a velocidadede deslocamento da vidraça de vidro numa instalação de revestimento que operacontinuamente. Uma pilha de camadas deste gênero deveria apresentar uma altaresistência à corrosão (mecânica, química) e uma alta dureza, bem como deveriaconservar, depois de um processo de tratamento térmico do tipo encurvamento,têmpera, recozimento, suas propriedades, particularmente uma reflexão luminosaelevada e, essencialmente, de cor neutra do lado da camada e uma transmissãose situando no domínio compreendido entre 2 e 15%.

O objetivo da invenção consiste em proporcionar uma pilha decamadas melhorada do gênero citado no início, tendo uma reflexão metálicaelevada nos dois lados das vidraças de vidro assim revestidas.A camada de base dielétrica é consequentemente composta de,pelo menos, uma camada parcial oxidada, próxima da superfície do vidro, quepossui um índice de refração > 2,0, e uma camada parcial nitretada contígua ounão da camada metálica.

Uma camada de base que é simplesmente à base de um óxidofacilmente pulverizável por pulverização catódica sozinha não foi aprovada,porque se demonstrou que, neste caso, a camada de cromo metálico sofre umamodificação de cor durante o tratamento térmico ou é mesmo destruída. Esterisco é completamente eliminado pela formação de camadas múltiplas de acordocom a invenção da camada de base, durante a qual é disposta, imediatamentesob a camada metálica, uma fina camada parcial de nitreto metálico. Graças àdisposição da segunda camada parcial, contígua da superfície do vidro e à basede um óxido metálico facilmente pulverizável por pulverização catódica, tendoum índice de refração de, pelo menos, 2,0, não ocorre perturbação da resistênciatérmica da pilha de camadas. O aspecto de reflexão luminosa (cor, e intensidadeda cor) da luz refletida pode ser modificado de modo simples dentro de grandeslimites. A velocidade de deslocamento das vidraças de vidro por intermédio dainstalação de revestimento não deve, no entanto, ser substancialmente reduzida.As camadas parciais oxidadas deste gênero podem ser depositadas sem nenhumproblema à razão de uma espessura variando até 90 nm, de tal maneira que hajaum movimento considerável com relação ao aspecto da reflexão luminosa quese deseja obter.

Como um aperfeiçoamento da invenção, a dita camada parcialnitretada da camada de base dielétrica é composta de Si3N4 e/ou AlN (a qualpode, eventualmente, conter elementos minoritários (Al, boro, etc.), que são osdopantes dos alvos) e apresenta uma camada de, pelo menos, 10 nm. A camadaou as camadas parciais oxidadas da camada de base dielétrica é ou são à basede, preferivelmente, SnO2 e/ou ZnO e/ou TiO2 e/ou Nb2O5 e/ou ZnO2 e temou apresentam uma espessura variando de 30 a 90 nm.Um brilho particularmente elevado das ditas vidraças de vidrorevestidas é obtido graças à utilização de cromo puro para a camada metálicacom reflexão elevada. Graças às camadas de cromo puras, conseguiu-se chegara graus de reflexão no domínio visível do espectro variando até 60%. Comoligas metálicas contendo cromo são, no entanto, também apropriadas, as ligasde CrAl tendo 75-80% em peso de Cr, ligas de CrSi tendo 45-85% em peso deCr e ligas de CrAlSi tendo 70-80% em peso de Cr.

A título de exemplo, os seguintes modos operacionais podem serusados para obter as camadas de óxidos metálicos e as camadas nitretadas:

- se o depósito for reativo, utilizando-se um alvo de metal sub-oxidado (no caso de camadas metálicas), utilizando-se um alvo de metal de Si(eventualmente dopado com Al ou boro) ou um alvo sub-nitretado (no caso decamadas nitretadas),

- se o depósito for não reativo, os alvos cerâmicos podem serutilizados (no caso de camadas metálicas) ou utilizando-se um alvo nitretado(no caso de camadas nitretadas).

Em um aperfeiçoamento vantajoso da invenção, dispõe-se,sobre a camada de recobrimento nitretado da pilha de camadas, uma camadade proteção espessa de 1 a 3 nm de um metal ou uma liga metálica como Zr,Ti, TiCr, ou TiNi. Esta camada de proteção metálica é convertida, quando dotratamento térmico, de modo a formar uma camada de óxidos correspondente.

As pilhas de camadas, de acordo com a invenção, podem seraplicadas sobre as vidraças de vidro como camadas integrais que se aderemumas às outras sobre toda sua superfície. Pode-se obter efeitos particularmenteestéticos quando a pilha de camadas refletoras é aplicada sobre a superfície dovidro como uma camada descontínua sob a forma de uma decoração ou de ummotivo, ou se os motivos ou decorações, por exemplo, feitos de uma cor a sercozida, são impressos sobre aquele lado revestido da vidraça de vidro. A cor a sercozida pode ser recozida dando seqüência ao processo de tratamento térmico.Vantagens e detalhes suplementares da invenção irão aparecerna descrição seguinte de três exemplos de realização da invenção, aos quais secomparam dois exemplos comparativos de acordo com o estado da técnica.

Como ensaios destinados à avaliação da resistência à corrosãoda pilha de camadas, efetuou-se o ensaio "com névoa salina", de acordo coma norma ISO 9227, o teste "SO2", de acordo com a norma DIN 50018, o testede "abrasão Taber", de acordo com a norma DIN EN 1096-l;-2, o teste com"água de sudação", de acordo com a norma DIN 50017, e o teste "Cass", deacordo com a norma ISO 9227. As medidas da transmissão Tvis e da reflexãoRvis, no domínio visível do espectro, assim como as coordenadas de cor a* eb*, para fins da determinação da cor de reflexão, foram efetuadas de acordocom a norma DIN 5033.

Exemplo Comparativo 1

Numa instalação industrial de pulverização catódica, procede-se ao revestimento, de acordo com o processo de pulverização catódica comauxílio magnético, vidraças de vidro flutuado, espessuras de 6 mm, tendo asdimensões superficiais de 6 χ 3,21 m , com a ajuda da pilha de camadas:vidro - 10 nm de SiO2 - 35 nm de Cr - 6 nm de Si3N4. As amostras recolhidassobre a largura das vidraças de vidro deram os seguintes valores de reflexãoRvis e valores de transmissão Tvis:

Rvis-

- lado da camada 57,0%

- lado do vidro 48,7%

Tvis: 2,5%

Cor de reflexão (sistema de laboratório):

- lado da camada a* = -0,36

b* = 1,43

- lado do vidro a* = -0,53

b* = 0,32.As cores de reflexão sobre o lado do vidro e sobre o lado dacamada são quase idênticas, o lado da camada apresentando, no entanto, umaleve coloração amarelada, o que se reconhece igualmente ao valor positivo b*de 1,43.

Os testes relativos à resistência à corrosão e à dureza da camadaderam os seguintes resultados:

Teste de névoa salina: aprovado

Teste SO2: aprovado

Teste de abrasão Taber: aprovado

Teste de água de sudação: aprovado

Teste Cass: aprovado.

Exemplo Comparativo 2

Na mesma instalação de pulverização catódica que a usada nocaso do Exemplo Comparativo 1, tentou-se proceder com o revestimento dasvidraças de vidro com a ajuda da mesma pilha de camadas, todavia, com umacamada de base de uma espessura tal que a cor de reflexão sobre o lado do vidroera azul. Foi necessário, para esse fim, aplicar a camada de base de S1O2 àrazão de uma espessura de 100 nm. Apesar da utilização de catodos especiaisde Si, só foi possível realizar a fabricação da camada de base espessa de 100 nm20 com a ajuda de uma velocidade de deslocamento substancialmente reduzida davidraça de vidro.

A medida das propriedades ópticas deu os seguintes valores:Rvis ·

- lado da camada 57,3%25 - lado do vidro 28,3%

Tvis: 3,0%

Cor de reflexão (sistema de laboratório):

- lado da camada a* = -0,5

b* =+1,5<table>table see original document page 9</column></row><table>

Em relação ao Exemplo Comparativo 1, houve uma diminuiçãosubstancial da reflexão sobre o lado do vidro. A produtividade é, por outro lado,consideravelmente abaixada quando do revestimento. Todos os testes de corrosãoe de dureza foram, por outro lado, aprovados sem problema, como no caso doExemplo Comparativo 1.

Exemplo de Realização 1 da Invenção

Naquela mesma instalação de pulverização catódica de grandedimensão, foi realizado um empilhamento de camadas de acordo com a invençãocomo a seguir: vidro - 58 nm de SnC>2 - 17 nm de Si3N4 - 35 nm de Cr - 6 nmde Si3N4 - 2 nm de Zr. Diversas amostras foram extraídas da vidraça de vidrorevestida sobre a largura do vidro. As amostras foram sujeitas a um tratamentopor via térmica. A medida das propriedades ópticas das amostras submetidas ao(teste) mencionado acima deu os seguintes valores:

<table>table see original document page 9</column></row><table>

Todos os testes de corrosão e de dureza foram aprovados semproblema. No lado do vidro, aparece uma cor de reflexão neutra e sobre o ladoda camada aparece uma reflexão particularmente alta tendo um tom amareloprofundo e agradável.

Exemplo de Realização 2 da InvençãoNo mesmo ciclo de testes, realizou-se, nas condições de testemais uma vez idênticas, por colocação em posição de um catodo suplementar,o empilhamento de camadas de acordo com a invenção como a seguir: vidro -42 nm de SnO2 - 8 nm de ZnO - 17 nm de Si3N4 - 17 nm de Cr - 18,5 nm deSi3N4 - 2 nm de Zr.

As seguintes propriedades ópticas foram determinadas:

<table>table see original document page 10</column></row><table>

Todos os testes de corrosão e de dureza foram aprovados semproblema. No lado do vidro, a cor de reflexão era um azul intenso, enquanto queno lado da camada, a cor era amarela. Um elemento de vidraça deste gêneropode ser utilizado como um espelho semi-transparente, por exemplo, como umaporta de vidro integral, de um lado aparecendo reflexão em azul e do outro ladoaparecendo amarelo.

Exemplo de Realização 3 da Invenção

Naquela instalação de pulverização catódica de grande dimensão,preparou-se, nas condições de teste mais uma vez idênticas, o empilhamento decamadas de acordo com a invenção conforme a seguir: vidro - 56 nm de SnO2 -34 nm de Si3N4 - 35 nm de Cr - 6 nm de Si3N4 - 2 nm de Zr, e determinaram-seas propriedades das camadas.

A determinação das propriedades ópticas forneceu os seguintesvalores:Rvis-

- lado da camada

- lado do vidro

Tvis:

Cor de reflexão (sistema de laboratório):

- lado da camada

a* = 0,13

b* = 3,98

55,5%

39,5%

2,5%

- lado do vidro

a* = -6,53

b* = -2,0.

Todos os testes de corrosão e de dureza foram aprovados semproblema. O elemento de vidro apareceu em reflexão, sobre o lado do vidro,verde-azulado e, no lado da camada, ele obteve uma reflexão elevada com tomamarelado. Um elemento de vidro deste gênero pode ser usado, por exemplo,com o lado vidro virado para o exterior, como um elemento de fachada, o ladoda camada não tendo de preencher, neste caso, nenhuma função decorativa.

Claims

1. Substrato transparente tendo uma pilha de camadas finascom reflexão metálica, com resistência térmica elevada, particularmenteadaptado para ser tratado termicamente (encurvamento, têmpera, recozimento),compreendendo:uma camada de base dielétrica;uma camada metálica com reflexão elevada, de cromo ou deuma liga metálica contendo pelo menos 45% em peso de cromo; e,uma camada de recobrimento nitretada dielétrica,caracterizado pelo fato de que:a camada de base dielétrica é composta de: pelo menos umacamada parcial oxidada, contígua ou não ao substrato transparente, tendo umíndice de refração > 2,0; e, uma camada parcial nitretada contígua à camadametálica, cuja camada parcial nitretada da camada de base dielétrica é à basede S13N4 e/ou de AlN, e eventualmente de elementos minoritários.

2. Substrato, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a pelo menos uma camada parcial oxidada da camada de basedielétrica é à base de SnO2 e/ou ZnO e/ou TiO2.

3. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1ou 2, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma camada parcial oxidadada camada de base dielétrica apresenta uma espessura total na faixa entre 30 e 90 nm.

4. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que a camada parcial nitretada da camada debase dielétrica apresenta uma espessura de pelo menos 10 nm.

5. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que a liga contendo cromo é uma liga de CrAltendo 75-80% em peso de Cr, uma liga de CrSi tendo 45-85% em peso de Crou uma liga de CrAlSi tendo 70-80% em peso de Cr.

6. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que a camada metálica de cromo ou de liga decromo apresenta uma espessura de 15 a 50 nm.

7. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que sobre a camada de recobrimento nitretadaestá disposta uma camada de proteção espessa na faixa de 1 a 3 nm de um metalou uma liga metálica como Zr, Ti, TiCr, ZrCr ou TiNi, que é convertida, apóstratamento térmico do substrato assim revestido, em uma camada de óxidoscorrespondente.

8. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de que a camada de recobrimento nitretada é à basede Si3N4 e/ou de AlN e apresenta uma espessura de pelo menos 6 nm.

9. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 8, caracterizado pelo fato de que o empilhamento das camadas é aplicado aosubstrato como um revestimento contínuo.

10. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 8, caracterizado pelo fato de que o empilhamento das camadas é aplicadoao substrato como uma camada descontínua sob a forma de uma decoração oude um motivo.

11. Substrato, de acordo com qualquer uma das reivindicações-1 a 10, caracterizado pelo fato de que o substrato assim revestido é submetido,por via térmica, a um tratamento mecânico ou químico.