BR112015019918B1 - Espelho tendo camada refletiva de ou incluindo silício-alumínio - Google Patents

Espelho tendo camada refletiva de ou incluindo silício-alumínio Download PDF

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Abstract

espelho tendo camada refletiva de ou incluindo silício-alumínio. a presente invenção refere-se a espelhos tendo uma camada refletiva de ou incluindo silício-alumínio (por exemplo, sial). os espelhos podem ter primeiros espelhos de superfície ou segundos espelhos de superfície. os espelhos podem ser planos ou flexionados em instâncias diferentes e podem ou não ser tratados com calor. em certas instâncias de exemplo, esses espelhos podem ser usados em aplicações residenciais, comerciais, de aparelhagem e/ou outras.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] Certas modalidades de exemplo desta invenção se referem a espelhos e a métodos de fabricação dos mesmos. Mais particularmente, certas modalidades de exemplo se referem a espelhos tendo uma camada refletiva de ou incluindo silício-alumínio. Os espelhos podem ser espelhos de primeira superfície ou espelhos de segunda superfície. Os espelhos podem ser planos ou flexionados em casos diferentes, e podem ou não ser tratados com calor (por exemplo, temperados termicamente e/ou flexionados termicamente). Em certos casos de exemplo, esses espelhos podem ser usados em aplicações residenciais interiores, comerciais, de móveis, aparelhagem e/ou outras.
ANTECEDENTES E SUMÁRIO DE MODALIDADES DE EXEMPLO DA INVENÇÃO
[0002] Os espelhos têm existido por anos e têm sido usados em aplicações de edificações interiores, tais como, por exemplo, em banheiros, como decorações, para móveis, etc. e para aplicações exteriores. Os espelhos geralmente são (a) espelhos de primeira superfície, em que o revestimento de espelho é provido entre o observador e o substrato de vidro de suporte, ou (b) espelhos de segunda superfície, em que o substrato de vidro de suporte é interposto entre o observador e o revestimento de espelho. Veja, por exemplo, as Patentes U.S. N° 7.276.289 e 7.678.459; Publicações U.S. N° 2006/0077580; 2007/0178316; 2008/0073203; 2008/0164173; 2010/0229853;2011/0176212; e 2011/0176236. Os conteúdos de cada um destes documentos de patente são incorporados desse modo aqui como referência.
[0003] Espelhos interiores, incluindo espelhos domésticos/residenciais, são tradicionalmente produzidos através de um processamento a úmido, também conhecido como prateação, o que permite uma camada de prata altamente refletiva e uma aparência agradável da imagem refletida. Contudo, a prateação é dispendiosa e não é amigável para o meio- ambiente. A prata também não é particularmente durável e, por exemplo, está sujeita à corrosão, quando exposta mesmo a ambientes internos de edificação. Os problemas de durabilidade também podem ser suplantados com espelhos inclusive de prata, contudo, pela aplicação de uma ou mais camadas de tinta de proteção. Embora estas tintas sejam dispendiosas, às vezes, e, no mínimo, injetem atrasos de tempo no processo, porque elas precisam ser revestidas e secas e, às vezes, revestidas de novo e secas de novo. As técnicas de revestimento a úmido também são “sujas” e potencialmente perigosas para os seres humanos.
[0004] Assim, será apreciado que há uma necessidade na técnica de espelhos melhorados e/ou métodos de feitura dos mesmos. Certas modalidades desta invenção resolvem um ou mais dos problemas discutidos acima.
[0005] Certas modalidades de exemplo desta invenção se referem a um espelho tendo uma camada refletiva de ou incluindo uma liga de silício (Si) e alumínio (Al). Uma camada refletiva como essa pode ser usada em espelhos de primeira superfície e/ou espelhos de segunda superfície. Certas modalidades de exemplo se referem ao uso de um alvo de deposição por pulverização catódica de ou incluindo SiAl, de modo a se depositar por pulverização catódica uma camada refletiva de ou incluindo silício-alumínio sobre um substrato de vidro (direta ou indiretamente), na fabricação de um espelho. Os espelhos formáveis com calor também podem se beneficiar do uso das camadas refletivas inclusive de SiAl depositado por pulverização catódica, cujo material mostrou sustentar pouco ou nenhum dano mecânico ou mudança ótica durante uma flexão de vidro térmico, mesmo em alguns raios de curvatura pequenos. Assim, as vantagens de exemplo de espelhos de SiAl incluem alta durabilidade mecânica, capacidade de têmpera térmica (possivelmente sem a necessidade de um revestimento( s) de proteção adicional, capacidade de flexão térmica sem fissuração, baixo custo e estabilidade ambiental.
[0006] Em certas modalidades de exemplo desta invenção, é provido um espelho, que compreende: um substrato de vidro; uma camada refletiva metálica ou substancialmente metálica compreendendo silício- alumínio provido no substrato de vidro; e em que a camada compreendendo silício-alumínio compreende, em uma base em peso, a partir de 70 a 99,98% de silício e a partir de 0,02 a 30% de alumínio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0007] A figura 1 é uma vista em seção transversal de um espelho de acordo com certas modalidades de exemplo desta invenção; a figura 2 é uma vista em seção transversal de um espelho de segunda superfície de exemplo de acordo com uma modalidade de exemplo desta invenção; e a figura 3 é uma vista em seção transversal de um espelho de primeira superfície de exemplo de acordo com uma modalidade de exemplo desta invenção.DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES DE EXEMPLO DA INVENÇÃO
[0008] Com referência, agora, mais particularmente aos desenhos nos quais números de referência indicam partes / materiais iguais por todas as várias vistas. Os espelhos de acordo com modalidades de exemplo desta invenção podem ser planos ou flexionados em instâncias diferentes, e podem ou não ser tratados com calor (por exemplo, termicamente temperados e/ou termicamente flexionados). Em certas instâncias de exemplo, esses espelhos podem ser usados em aplicações residenciais interiores, comerciais, aparelhagens, móveis e/ou outras.
[0009] Com referência às figuras 1 a 3, certas modalidades de exemplo desta invenção se referem a um espelho que tem uma camada refletiva 102 de ou incluindo uma liga de silício (Si) e alumínio (Al), o que provê uma reflectância de espelho. Uma camada refletiva 102 como essa pode ser usada em espelhos de primeira superfície (por exemplo, figura 3) e/ou espelhos de segunda superfície (por exemplo, figura 2). Certas modalidades de exemplo se referem ao uso de um alvo de deposição por pulverização catódica de ou incluindo um SiAl, de modo a se depositar por pulverização catódica uma camada refletiva 102 de ou incluindo silício- alumínio em um substrato de vidro 100 (direta ou indiretamente), na fabricação de um espelho. Embora os níveis de reflectância visíveis de SiAl não sejam tão altos como aqueles de camadas refletivas de Ag e Al em espelhos, as camadas refletivas de SiAl 102 podem obter níveis de reflectância suficiente para aplicações, tais como espelhos interiores / residenciais, e podem ser duráveis e comparativamente não dispendiosos. Mais ainda, os espelhos de SiAl podem ser usados para várias aplicações, em que é desejado que a camada refletiva seja semitransparente na faixa espectral visível e altamente refletiva na região espectral de IR médio, tais como espelhos para aparelhagens comerciais, tais como refrigeradores com portas/painéis planos ou curvados parcialmente transparentes, espelhos de salão de espelhos, base para espelhos astronômicos em uma primeira configuração de superfície (com camadas refletivas adicionais providas, além da(s) camada(s) de SiAl), e assim por diante. Os espelhos formáveis com calor também podem se beneficiar do uso de camadas refletivas inclusive de SiAl depositadas por pulverização catódica, cujo material mostrou sustentar pouco ou nenhum dano mecânico ou mudança ótica durante flexão de vidro térmica, mesmo em alguns raios de curvatura pequenos. Assim sendo, os espelhos mostrados nas figuras 1 a 3 podem ser espelhos planos, ou podem ser espelhos flexionados com calor, em que o substrato de vidro 100 é termicamente flexionado após a camada de SiAl 102 ter sido depositada por pulverização catódica nele. Assim, as vantagens de espelhos de SiAl de exemplo incluem alta durabilidade mecânica, capacidade de têmpera térmica (possivelmente sem a necessidade de um revestimento(s) de proteção adicional, capacidade de flexão térmica sem fissuração, baixo custo e estabilidade ambiental. Opcionalmente, uma camada de proteção dielétrica transparente (por exemplo, de ou incluindo nitreto de silício e/ou oxinitreto de silício) 104 e/ou um filme de proteção permanente (PPF) 108 podem ser aplicadas no substrato 100 sobre a camada refletiva 102 em qualquer uma das modalidades das figuras 1 a 3, para uma durabilidade geral adicionada. O PPF 108 pode ser aplicada de forma sólida em certas modalidades de exemplo. E, embora uma tinta possa ser provida em espelhos de acordo com modalidades de exemplo desta invenção, essa tinta de proteção não é necessária em muitas aplicações. As imagens refletidas a partir do espelho de acordo com modalidades de exemplo destas invenções podem ter uma tinta marrom.
[0010] A figura 1 é uma vista em seção transversal de um espelho (espelho de primeira superfície ou espelho de segunda superfície) de acordo com certas modalidades de exemplo desta invenção. Conforme mostrado na figura 1, um substrato de vidro 100 suporta um revestimento de espelho incluindo uma camada refletiva/de espelho 102 de ou incluindo silício-alumínio (por exemplo, SiAl). O revestimento de espelho opcionalmente pode incluir uma camada dielétrica transparente 104 (por exemplo, de ou incluindo um ou mais dentre nitreto de silício, oxinitreto de silício, nitreto de alumínio, oxinitreto de alumínio, óxido de alumínio e/ou nitreto de titânio) e/ou a camada de PPF 108 de filme ou similar. A camada refletiva à base de SiAl metálica ou substancialmente metálica 102 é depositada por pulverização catódica no substrato de vidro 100, através de um ou mais alvos de deposição por pulverização catódica de SiAl em uma atmosfera de ou incluindo um gás inerte, tal como um gás argônio. Em certas modalidades de exemplo, a camada de SiAl 102 é depositada por pulverização catódica, através de pelo menos um alvo de SiAl, em uma atmosfera de gás argônio que inclui pouco ou nenhum oxigênio ou gás nitrogênio. Uma camada de SiAl 102 é provida no espelho nas modalidades ilustradas, em que, embora seja possível que múltiplas camadas de SiAl podem ser providas. A camada de proteção opcional 104 (por exemplo, de Si3N4 ou outra estequiometria adequada) também pode ser depositada por pulverização catódica no substrato 100, sobre a camada refletiva 102. Opcionalmente, o filme PPF 108 também pode ser provido sobre o substrato 100, conforme mostrado na figura 1. No exemplo da figura 1, a camada metálica à base de SiAl 102 está em contato direto com o substrato de vidro 100 e, possivelmente, com a camada de proteção 104, embora seja possível que outra(s) camada( s) possa(m) ser provida(s) entre eles.
[0011] A camada de SiAl 102 pode conter, em uma base de % em peso, de 70 a 99,98% de Si (mais preferencialmente de 75 a 99,5%, ainda mais preferencialmente de 75 a 99%, e o mais preferencialmente de 85 a 98% de Si), e a partir de 0,02 a 30% de Al (mais preferencialmente de 0,2 a 25%, ainda mais preferencialmente de 1 a 25%, e o mais preferencialmente de 2 a 15% de Al). Foi descoberto que Al em demasia prejudica a estabilidade do Si na camada de 102, de modo que as faixas acima de Si e de Al são preferidas para a camada 102 em modalidades de exemplo. A adição do Al ao Si é vantajosa pelo fato de aumentar a reflectância da camada 102, se comparada com se a camada 102 fosse apenas de Si. Será apreciado que as quantidades (por exemplo, pequenas quantidades) de outro(s) material(is) também podem estar presentes na camada de SiAl 102 em certas modalidades de exemplo desta invenção.
[0012] O substrato de vidro 100 pode ser um vidro à base de soda - cal - sílica, e pode ter a partir de em torno de 1 a 10 mm de espessura, mais preferencialmente de em torno de 2 a 6 mm de espessura, em modalidades de exemplo desta invenção. A camada de as 102 pode ter a partir de em torno de 100 a 1000 Â (angstrons) de espessura, mais preferencialmente de em torno de 150 a 500 Â de espessura, ainda mais preferencialmente de em torno de 200 a 300 Â de espessura, e o mais preferencialmente de em torno de 220 a 250 Â de espessura. Foi descoberto que as propriedades refletivas da camada 102 se deterioram, se a camada de SiAl 102 for mais espessa do que 300 Â ou for mais fina do que 180 Â. Assim, surpreendentemente foi descoberto que a melhor reflectância é obtida a partir da camada de SiAl 102, quando a camada de SiAl 102 tiver de em torno de 180 a 300 Â de espessura e, mais preferencialmente, a partir de em torno de 220 a 250 Â de espessura.
[0013] A camada dielétrica de proteção transparente depositada por pulverização catódica 104 (por exemplo, de ou incluindo um ou mais dentre nitreto de silício, oxinitreto de silício, nitreto de alumínio, oxinitreto de alumínio, óxido de alumínio e/ou nitreto de titânio), se provida, pode terminal a partir de 50 a 1000 Â (angstrons) de espessura, mais preferencialmente de em torno de 100 a 400 Â de espessura, em certas modalidades de exemplo.
[0014] Em modalidades de exemplo, a camada de SiAl 102 tem uma transmissão visível a partir de em torno de 10 a 36% (mais preferencialmente de em torno de 12 a 32%), e uma reflectância visível a partir de em torno de 40 a 75% (mais preferencialmente, a partir de em torno de 43 a 65%). Assim, os espelhos mostrados nas figuras 1 a 3 podem ter uma transmissão visível a partir de em torno de 5 a 36%, mais preferencialmente de em torno de 10 a 34%, mais preferencialmente de em torno de 12 a 32%. E os espelhos mostrados nas figuras 1 a 3 podem transmissão uma reflectância de lado de filme visível a partir de em torno de 45 a 75%, mais preferencialmente a partir de em torno de 48 a 65%; e uma reflectância de lado de vido visível a partir de em torno de 40 a 70%, mais preferencialmente a partir de em torno de 42 a 55%, e o mais preferencialmente a partir de em torno de 45 a 53%.
[0015] A figura 2 é uma vista em seção transversal de um espelho de segunda superfície de exemplo de acordo com uma modalidade de exemplo desta invenção. Será apreciado que o revestimento de espelho na figura 2 pode ser o mesmo conforme mostrado e descrito com respeito à figura 1, embora também seja apreciado que a camada 104 e/ou a camada 108 não precisam estar presentes. O espelho na figura 2 é um espelho de segunda superfície, porque a luz incidente primeiramente passa através do substrato de vidro 100, antes de ser refletida pela camada refletiva à base de SiAl 102.
[0016] A figura 3 é uma vista em seção transversal de um espelho de primeira superfície de exemplo de acordo com uma modalidade de exemplo desta invenção. Será apreciado que o revestimento de espelho na figura 3 pode ser o mesmo que aquilo mostrado e descrito com respeito à figura 1, embora também seja apreciado que, conforme mostrado na figura 3, as camadas 104 e 108 não precisem estar presentes. O espelho na figura 3 é um espelho de primeira superfície, porque a luz incidente é refletida pela camada refletiva à base de SiAl 102, antes de atingir o substrato de vidro 100. Pode ser desejável não ter as camadas 104 e 108 em aplicações de experiência do usuário, de modo a se melhorar a reflectância por camada 102.
[0017] Nas modalidades da figura 1 a 3, a camada de SiAl 102 pode ser depositada no substrato de vidro 100 de qualquer maneira adequada, tal como através de uma deposição por pulverização catódica com DC ou RF de magnetron. Por exemplo, a deposição por pulverização catódica da camada inclusive de SiAl 102 pode ser feita à temperatura ambiente ou com uma temperatura elevada, em uma atmosfera de gás argônio pura ou substancialmente pura, por exemplo, para em torno de 2 a 20 mTorr (por exemplo, a uma pressão em torno de 3 mTorr).
[0018] Certas modalidades de exemplo opcionalmente podem incorporar um filme de proteção permanente (PPF) 108 com altos níveis de adesão, boa resistência a produto químico e/ou excelente durabilidade ambiental. O filme de proteção pode ser resistente à deslaminação a partir de uma penetração de umidade e/ou do uso de adesivos à base de asfalteno aplicados à superfície externa do filme de proteção. As resistências de adesivo dos filmes de proteção podem ser maiores do que ou iguais a 150 cN/20 mm de largura de tira, mais preferencialmente de 275 cN/20 mm de largura de tira, conforme medido em um teste de remoção de fita. Por exemplo, certas modalidades de exemplo podem ter uma resistência adesiva de 200 a 500 cN/20 mm de largura de tira, mais preferencialmente de 200 a 300 cN/20 mm de largura de tira. Em certas modalidades de exemplo, o PPF pode ser fino, por exemplo, tendo uma espessura de < 200 mícrons, e, às vezes, em torno de 40 a 100 mícrons de espessura. Uma resistência a descascamento pode ser aumentada através da incorporação de polímeros de formação de retículo cruzado adicionais em certas modalidades de exemplo. Os filmes de proteção de exemplo 108 a partir da Nitto-Denko incluem: SPV-9310, SPV-9320, SPV- 30800, SPV 5057 A5, e SPV 5057 A7. Outros fabricantes de filmes de proteção preferidos similares incluem Permacel, Tessa Tapes, B&K Films, e Novacell. Estes filmes de plástico vêm em uma ampla variedade de opacidades e cores.
[0019] Embora uma camada, um sistema de camada, um revestimento ou similar possa ser dito como estando “sobre” ou “suportado por” um substrato, uma camada, um sistema de camada, revestimento ou similar, outra(s) camada(s) pode(m) ser provida(s) entre eles. Assim, por exemplo, os revestimentos ou as camadas descritos acima podem ser considerados “sobre” e “suportados pelo” substancialmente e/ou outros revestimentos ou camadas, mesmo se outra(s) camada(s) for(em) provida(s) entre eles.
[0020] Em modalidades de exemplo desta invenção, é provido um espelho que compreende: um substrato de vidro; uma camada refletiva metálica ou substancialmente metálica compreendendo silício-alumínio provido sobre o substrato de vidro; e em que a camada compreendendo silício-alumínio compreende, em uma base em peso, de 70 a 99,98% de silício e a partir de 0,02 a 30% de alumínio.
[0021] No espelho do parágrafo imediatamente precedente, a camada compreendendo silício-alumínio pode consistir essencialmente em silício- alumínio.
[0022] No espelho de qualquer um dos dois parágrafos precedentes, a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício- alumínio pode compreender, em uma base em peso, de 75 a 99% de silício e de 1 a 25% de alumínio, mais preferencialmente de 85% a 98% de silício e a partir de 2 a 15% de alumínio.
[0023] No espelho de qualquer um dos três parágrafos precedentes, a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício- alumínio pode ter de 100 a 500 Â de espessura, mais preferencialmente de 130 a 300 Â de espessura.
[0024] No espelho de qualquer um dos quatro parágrafos precedentes, o espelho opcionalmente pode não conter nenhuma camada sobre o substrato de vidro sobre a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício-alumínio.
[0025] No espelho de qualquer um dos cinco parágrafos precedentes, o espelho e/ou a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício-alumínio pode ter uma transmissão visível a partir de em torno de 10 a 36%, mais preferencialmente de em torno de 12 a 32%.
[0026] No espelho de qualquer um dos seis parágrafos precedentes, a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício- alumínio pode ter uma reflectância visível a partir de em torno de 40 a 75%.
[0027] No espelho de qualquer um dos sete parágrafos precedentes, a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício- alumínio pode estar em contato direto com o substrato de vidro.
[0028] No espelho de qualquer um dos oito sete parágrafosprecedentes, a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício-alumínio pode ser uma camada depositada por pulverização catódica.
[0029] O espelho de qualquer um dos nove parágrafos precedentes ainda pode compreender pelo menos uma camada de proteção provida no substrato de vidro sobre a camada compreendendo ou consistindo essencialmente em silício-alumínio.
[0030] O espelho de qualquer um dos dez parágrafos precedentes ainda pode inclui uma camada dielétrica (por exemplo, de ou incluído nitreto de silício e/ou oxinitreto de silício) localizada entre o substrato de vidro e a camada refletiva metálica ou substancialmente metálica compreendendo silício-alumínio.
[0031] Embora a invenção tenha sido descrita em relação com o que é presentemente considerado como sendo a modalidade mais prática e preferida, é para ser entendido que a invenção não é para estar limitada à modalidade exposta, mas, ao contrário, pretende-se cobrir várias modificações ou arranjos equivalentes incluídos no espírito e no escopo das reivindicações em apenso.

Claims (14)

1. Espelho, caracterizado pelo fato de compreender:um substrato de vidro (100);uma camada refletiva metálica ou substancialmente metálica (102) compreendendo silício-alumínio provido no substrato de vidro (100); eem que a camada (102) compreendendo silício-alumínio compreende, em uma base em peso, de 70 a 99,98% de silício e de 0,02 a 30% de alumínio ecompreendendo adicionalmente pelo menos uma camada de proteção dielétrica transparente (104) provida no substrato de vidro (100) sobre a camada (102) compreendendo silício-alumínio, em que a referida camada de proteção (104) compreende um ou mais de nitreto de silício, oxinitreto de silício, nitreto de alumínio, oxinitreto de alumínio, óxido de alumínio e/ou nitreto de titânio.
2. Espelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio consistir essencialmente em silício-alumínio.
3. Espelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio compreender, em uma base em peso, de 75 a 99% de silício e de 1 a 25% de alumínio.
4. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio compreender, em uma base em peso, de 85 a 98% de silício e de 2 a 15% de alumínio.
5. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio ter de 100 a 500 Â.
6. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a camada compreendendo (102) silício-alumínio ter de 130 a 300 Â.
7. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o espelho e/ou a camada (102) compreendendo silício-alumínio ter uma transmissão visível em torno de 10 a 36%.
8. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o espelho e/ou a camada (102) compreendendo silício-alumínio ter uma transmissão visível em torno de 12 a 32%.
9. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio ter uma reflectância visível em torno de 40 a 75%.
10. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio estar em contato direto com o substrato de vidro.
11. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de a camada (102) compreendendo silício-alumínio ser uma camada depositada por pulverização catódica.
12. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de o espelho ser um espelho de primeira superfície ou um espelho de segunda superfície.
13. Espelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma camada dielétrica localizada entre o substrato de vidro (100) e a camada refletiva metálica ou substancialmente metálica (102) compreendendo silício-alumínio.
14. Espelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a camada dielétrica compreender nitreto de silício.
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