CH644572A5

CH644572A5 - Vitre reflechissant le chaleur ayant un aspect neutre.

Info

Publication number: CH644572A5
Application number: CH465680A
Authority: CH
Inventors: Rolf Dr Groth
Original assignee: Bfg Glassgroup
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1980-06-17
Publication date: 1984-08-15
Also published as: SE8003192L; DE2924833C3; JPS5642644A; FR2459208B1; SE445450B; US4327967A; GB2052787B; DE2924833B2; GB2052787A; DE2924833A1; IT1131621B; IT8022904A0; AT377826B; FR2459208A1; BE883728A; JPS6337698B2; ATA160280A

Description

La présente invention concerne une vitre réfléchissant la chaleur, notamment pour fenêtre, ayant un aspect extérieur neutre et comportant un support transparent, une couche d'interférence disposée sur le support et constituée par une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2 et une couche d'or réfléchissant la chaleur disposée sur la couche d'interférence du côté opposé à celui du support transparent.

Pour vitrer les bâtiments, l'on fait de plus en plus appel à des vitrages qui présentent de bonnes propriétés de protection contre le soleil. A cet effet, les vitrages doivent posséder un pouvoir de transmission de l'ensemble du rayonnement solaire aussi faible que possible tout en assurant la transmission la meilleure possible de la lumière visible. Ils doivent posséder en même temps un aspect extérieur de coloration neutre et un pouvoir réfléchissant similaire à celui des fenêtres constituées par du verre clair. Dans certains cas, une • partie seulement des locaux du bâtiment doit être équipée de vitrages réfléchissant la chaleur (par exemple les locaux climatisés pour ordinateurs) tandis que tous les autres locaux sont munis de vitrages en verre à vitre normal, c'est-à-dire en verre clair. Dans ces cas, il est souhaitable que les vitrages réfléchissant la chaleur vus de l'extérieur possèdent la même réflexion visuelle que le verre clair afin d'assurer une harmonie de l'aspect extérieur de l'ensemble du bâtiment. Il en est également ainsi pour les bâtiments qui sont entièrement équipés de vitrages réfléchissant la chaleur, notamment quand ceux-ci doivent s'intégrer harmonieusement dans leur environnement (par exemple dans le cas d'urbanisation serrée dans une vieille ville).

Les couches d'or se sont particulièrement imposées en tant que revêtement pour vitrage réfléchissant la chaleur du fait qu'elles possèdent en outre de bonnes propriétés de protection contre le soleil pour une transmission située dans un domaine inférieur à environ 50%. En fait, vues de l'extérieur, ces couches d'or sont fortement teintées et ne sont donc pas appropriées aux applications susmentionnées. Il est vrai que, par réduction de l'épaisseur de la couche d'or, on peut également obtenir un aspect extérieur neutre et une faible réflexion visible. Cependant, l'épaisseur des couches que l'on doit employer est alors telle que l'on perd en grande partie les propriétés de protection contre le soleil.

A cet égard, l'emploi d'un vitrage réfléchissant la chaleur du type mentionné, dans lequel une couche d'interférence en une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2 est disposée entre le support transparent, constitué en général par une feuille de verre au silicate, et la couche d'or, apporte une amélioration. En effet, ce système à deux couches comportant une couche d'interférence et une couche d'or permet d'étendre légèrement le domaine de la faible réflexion neutre dans le visible à des couches d'or plus épaisses, tout en assurant une meilleure protection contre le soleil. Cependant, cela est encore insuffisant pour la plupart des applications. On obtient de cette manière (en regardant le vitrage du côté du verre, correspondant donc à la vue de l'extérieur lorsque le vitrage est placé) une réflexion dans le visible ayant encore tout juste une coloration neutre quand la couche d'or a une épaisseur de 7 nm.

Un vitrage réfléchissant la chaleur de ce type en verre clair, ayant une couche d'or de 7 nm d'épaisseur et une couche d'interférence à haut indice de réfraction en sulfure de zinc, placée entre le support en verre et la couche d'or, présente les caractéristiques techniques suivantes:

Transmission du rayonnement solaire = 55%

Réflexion du rayonnement solaire

(mesurée du côté du verre) = 13%

Transmission lumineuse (rapportée à

la sensibilité de l'œil humain) = 66,3%

Réflexion dans le visible

(mesurée du côté du verre) = 8,2%

Cette dernière valeur correspond tout à fait au taux de réflexion d'une feuille de verre clair (8%).

Toutefois, pour de nombreuses applications, il est nécessaire d'abaisser le taux de transmission du rayonnement solaire des vitrages réfléchissant la chaleur de ce genre. Dans la plupart des cas, pour obtenir une protection efficace contre le soleil, il faut disposer de valeurs de transmission inférieures à 50%. Si, pour ce faire, on augmente l'épaisseur de la couche d'or du vitrage réfléchissant la cha5

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leur du type indiqué, il n'est plus possible d'obtenir un aspect extérieur neutre. On n'arrive pas non plus au résultat escompté en modifiant en outre l'épaisseur de la couche d'interférence. Dans le domaine d'épaisseur de la couche d'interférence qui nous intéresse, l'augmentation de cette épaisseur fait passer l'impression de coloration du violet rougeâtre au vert pâle sans que le domaine de transition entre ces teintes comprenne une zone de coloration neutre.

Dès lors, on se propose — par la présente invention — de modifier la vitre réfléchissant la chaleur du type mentionné de telle manière qu'une augmentation de l'épaisseur de la couche d'or assure une transmission du rayonnement solaire dans le domaine inférieur à environ 50%, tout en assurant le maintien d'un aspect extérieur neutre en ce qui concerne la coloration.

La vitre selon l'invention comporte un support transparent, une couche d'interférence disposée sur le support et constituée par une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2 et une couche d'or réfléchissant la chaleur disposée sur la couche d'interférence du côté opposé à celui du support transparent. Le résultat désiré est obtenu en utilisant une couche d'or ayant une épaisseur comprise entre 7 et 10,5 nm et en disposant sur la couche d'or, du côté opposé à celui de la couche d'interférence, une couche de neutralisation en chrome,' en fer, en nickel, en titane, en alliages de ces métaux ou en un alliage de chrome, d'aluminium et de fer.

Une forme de mise en œuvre particulièrement préférée de l'invention prévoit que la couche de neutralisation consiste en un alliage chrome/nickel contenant 20% en poids de chrome et 80% en poids de nickel. D'autres formes d'exécution préférées de l'invention sont données dans les revendications dépendantes. Dans ce cadre, il s'est révélé spécialement opportun qu'au moins la couche de neutralisation, mais de préférence toutes les couches appliquées sur le support transparent, soient fabriquées par dépôt sous vide. Il est également avantageux d'appliquer entre le support transparent et la couche d'interférence — qui est constituée dans ce cas par du sulfure de zinc — une couche intermédiaire diélectrique, substantiellement dépourvue de pouvoir d'absorption de la lumière visible et agissant comme couche d'adhérence, cette couche intermédiaire étant constituée par une matière dont l'indice de réfraction correspond sensiblement à celui du support transparent, comme cela est connu par exemple par la demande de brevet publiée en République fédérale d'Allemagne sous le No DE-AS 2203943.

Dans le vitrage selon la présente invention, on peut disposer sur la couche d'or du côté opposé à celui de la couche d'interférence une couche de neutralisation qui est constituée de préférence par du nickel, du chrome, du fer ou du titane, ou encore par un alliage de ces métaux ou par un alliage de chrome, de fer et d'aluminium. Il est toutefois particulièrement avantageux d'utiliser par exemple des alliages de chrome et de nickel tels que ceux qui sont mentionnés dans le brevet octroyé en République fédérale d'Allemagne sous le N° DE-PS 2029181, où ils sont décrits comme constituants de la couche absorbante.

Grâce à la présence de la couche de neutralisation selon la présente invention, il est possible d'obtenir dans le système de couches: couche d'interférence à indice de réfraction élevé - couche d'or, pour des épaisseurs de la couche d'or supérieure à 7 nm, une apparence en réflexion côté verre de coloration complètement neutre (lors de son emploi comme vitrage de fenêtre, le vitrage réfléchissant la chaleur est normalement monté de manière que le support transparent est placé du côté extérieur du bâtiment et le système de couches du côté intérieur du local). En même temps, l'importance de la réflexion correspond toujours bien à celle d'une feuille de verre simple en verre clair. Le domaine d'épaisseurs de la couche d'or dans lequel se produit cet effet de neutralité de coloration est limité à des épaisseurs de la couche d'or allant jusqu'à 10,5 nm. Avec des couches d'or plus épaisses, on ne parvient plus à obtenir la neutralité de coloration au moyen de la couche de neutralisation, même si on adapte l'épaisseur de la couche d'interférence.

Il est particulièrement avantageux que, dans le vitrage réfléchissant la chaleur conforme à l'invention, la neutralité de coloration puisse être obtenue en augmentant en même temps l'épaisseur de la couche d'or. Cette augmentation de l'épaisseur de la couche d'or est avantageuse pour deux raisons. Tout d'abord, du fait des propriétés filtrantes sélectives de la couche d'or (transmission élevée dans la zone visible du spectre pour une faible transmission et une réflexion élevée dans l'infrarouge proche), on obtient un rapport transmission lumineuse/transmission totale du rayonnement solaire plus avantageux. Il faut encore ajouter que la partie absorbée par le vitrage et réchauffement qui en résulte sont limités par rapport à une solution dans laquelle, par exemple, la transmission du rayonnement solaire serait uniquement abaissée par l'emploi de verre absorbant ou de couches absorbantes. En outre, dans le domaine du rayonnement thermique, c'est-à-dire pour des longueurs d'onde supérieures à 4 |im, l'augmentation de l'épaisseur de la couche d'or provoque une augmentation du pouvoir réfléchissant de l'infrarouge du côté du vitrage portant le système de couches. De ce fait, l'échange thermique du vitrage avec l'intérieur du local ou avec une deuxième feuille de verre clair placée au voisinage du vitrage réfléchissant la chaleur conforme à l'invention, du côté de l'intérieur du local (configuration d'un vitrage isolant), est encore abaissé, ce qui procure une amélioration du coefficient k d'isolation thermique.

Le fait que dans le domaine d'épaisseurs de la couche d'or de 7 à 10,5 nm il soit possible d'obtenir la neutralité de coloration au moyen de la couche de neutralisation selon l'invention constitue un résultat surprenant, car les couches de métal ou d'alliages prévues comme couches de neutralisation présentent dans le domaine du spectre visible un pouvoir absorbant pratiquement indépendant de la longueur d'onde, c'est-à-dire qu'elles affaiblissent uniformément le rayonnement incident. Au surplus, il est surprenant que de très faibles épaisseurs de couche de l'ordre de 1 nm puissent déjà produire l'effet de neutralité de coloration. Pour des couches de cette épaisseur, les taux d'absorption sont encore de l'ordre de 10%, de sorte qu'elles ne provoquent pas un abaissement indésirable de la transmission du système de couches ni donc la transmission lumineuse de celui-ci.

L'effet de synergie obtenu, suivant l'invention, par la combinaison de la couche de neutralisation et de l'augmentation de l'épaisseur de la couche d'or n'était pas prévisible pour l'homme du métier. Ainsi, suivant le brevet octroyé en République fédérale d'Allemagne sous le N° DE-PS 2029181, il était certes connu d'utiliser, entre une feuille de verre et par exemple une couche d'or réfléchissant la chaleur, une couche absorbante dont la composition correspond à celle de la couche de neutralisation conforme à la présente invention.

Mais ce document ne fait aucune allusion au mode d'action de la couche de neutralisation prévue par l'invention en combinaison avec une couche d'interférence, en particulier une couche de sulfure de zinc, disposée de l'autre côté de la couche d'or. Dans le brevet des Etats-Unis N° 3476594, on décrit un système de couches comprenant un support transparent, à savoir une feuille de verre, revêtue successivement d'une couche de nickel et d'une couche d'or. Cette disposition de couches ne correspond pas à celle qui est proposée par la présente invention. Selon celle-ci, une couche de neutralisation consistant par exemple en un alliage chrome/nickel est placée sur un système à deux couches constitué par une couche d'interférence et par une couche d'or disposée du côté opposé à la feuille de verre. Dans la demande de brevet publiée en République fédérale d'Allemagne sous le N° DE-AS 1911036, il est question de l'utilisation de couches de métal, de semi-métal ou d'alliage de métaux en liaison avec un système d'interférence. A titre d'exemple, une couche d'or est insérée entre deux couches d'interférence, dans des rapports qui diffèrent complètement de ceux du vitrage réfléchissant la chaleur conforme à la présente invention. Le brevet octroyé en République sud-africaine sous le N° 76.03269 concerne, quant à lui, l'obtention d'un ton rose par l'emploi de cuivre comme couche de métal réfléchissant la chaleur, cette couche étant recouverte par une couche supplémentaire de métal ou d'alliage en une matière correspondant à la couche de neutralisation de la présente invention. Toutefois, cette publication ne comporte aucune indication quant au fait qu'il

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est possible d'obtenir un effet de synergie de la manière décrite en utilisant, comme le prévoit l'invention, un système comprenant une couche de neutralisation combinée avec une couche d'or.

On va décrire ci-après, de manière détaillée, un exemple d'exécution de l'invention en se référant au dessin annexé. 5

Le dessin schématique, qui comporté une figure unique, représente en coupe un exemple de réalisation d'un vitrage réfléchissant la chaleur conforme à l'invention.

Comme on peut le voir à la figure, on a disposé sur un support transparent 10, à savoir une feuille de verre clair, une couche d'inter- 10 férence 12 constituée par une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2, et qui, dans cet exemple de réalisation, est constituée par du sulfure de zinc. On applique sur celle-ci une couche d'or 14 d'une épaisseur choisie entre 7 et 10,5 nm, réfléchissant la chaleur, et finalement une couche de neutralisation 16 en un al- 15 liage chrome/nickel comprenant 80% de nickel et 20% de chrome.

Pour fabriquer le vitrage représenté au dessin, on a d'abord vaporisé la couche d'interférence 12 de sulfure de zinc sous une pression de 5 x IO-5 Torr sur une feuille de verre clair de 4 mm d'épaisseur, dans une installation de dépôt sous vide poussé. On a ensuite 20 vaporisé successivement la couche d'or 14 sous une épaisseur de 9,3 nm et la couche de neutralisation 16 sous une épaisseur de 1,3 nm. Le vitrage ainsi obtenu possède les propriétés suivantes: Transmission du rayonnement solaire = 44%

Réflexion du rayonnement solaire 25

(mesurée du côté verre) = 18%

Transmission lumineuse

(rapportée à la sensibilité de l'œil humain) = 57%

Réflexion dansle visible

(mesurée du côté du verre) = 8,7%

Vu du côté verre, le vitrage présente un aspect neutre qui correspond pratiquement, au point de vue optique, à celui d'une vitre simple de verre clair 10 non revêtue.

La comparaison des données techniques du vitrage réfléchissant la chaleur décrit ci-dessus avec celles d'un vitrage de coloration neutre comportant une couche d'interférence et une couche d'or de 7 nm d'épaisseur montre que l'emploi de la couche d'or plus épaisse dans le vitrage conforme à l'invention améliore nettement la sélectivité, c'est-à-dire le rapport transmission lumineuse/transmission du rayonnement solaire. L'amélioration permet de passer de 66,3/55 = 1,21 à 57/44 = 1,30. Il faut noter aussi que la réflexion du rayonnement solaire passe de 13 à 18%. Cela signifie que, par rapport à d'autres solutions dans lesquelles la réduction de la transmission du rayonnement solaire à moins de 50% est obtenue exclusivement par absorption, le rayonnement solaire échauffe moins fortement le vitrage conforme à l'invention. Par conséquent, le risque de bris par choc thermique s'en trouve réduit. Un autre avantage procuré par l'emploi d'une couche d'or plus épaisse réside dans le fait que, par suite de la réflexion plus élevée de la couche d'or dans la zone de rayonnement thermique (domaine des longueurs d'onde supérieures à 4 |im), l'échange radiatif entre la face revêtue et l'intérieur du local ou une deuxième feuille de verre placée vers l'intérieur est aussi considérablement réduit. De ce fait, le coefficient k d'isolation thermique est fortement amélioré. Ainsi, le pouvoir d'émission effectif dans une direction perpendiculaire à la surface, qui est de 0,18 pour une épaisseur de la couche d'or de 7 nm, est abaissé à environ 0,11 dans l'exemple de couche conforme à l'invention.

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1 feuille dessin

Claims

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1: Vitre réfléchissant la chaleur, notamment pour fenêtre, ayant un aspect extérieur neutre et comportant un support transparent, une couche d'interférence disposée sur le support et constituée par une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2 et une couche d'or réfléchissant la chaleur disposée sur la couche d'interférence du côté opposé à celui du support transparent, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche d'or (14) est comprise entre 7 et 10,5 nm et en ce qu'une couche de neutralisation en chrome, en fer, en nickel, en titane, en alliages de ces métaux ou en un alliage de chrome, d'aluminium et de fer est disposée sur la couche d'or (14) du côté opposé à celui de la couche d'interférence (12).

2. Vitre suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de neutralisation (16) est constituée par un alliage chrome/nickel contenant 20% en poids de chrome et 80% en poids de nickel.

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REVENDICATIONS

3. Vitre suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de neutralisation (16) est d'au moins 0,8 nm.

4. Vitre suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de neutralisation (16) est inférieure à 6 nm.

5. Vitre suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de neutralisation (16) est d'environ 1,3 nm.

6. Vitre suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche d'or (14) est d'environ 9,3 nm.

7. Vitre suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la couche d'interférence (12) est constituée par du sulfure de zinc.

8. Vitre suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, entre le support transparent (10) et la couche d'interférence (12) en sulfure de zinc, une couche intermédiaire diélectrique dépourvue de pouvoir d'absorption de la lumière visible, constituée par une matière dont l'indice de réfraction correspond sensiblement à celui du support transparent.

9. Vitre suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la couche intermédiaire est constituée par un oxyde métallique ou par un oxyde mixte de métaux.

10. Vitre suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la couche intermédiaire est constituée par de l'oxyde de silicium.

11. Vitre suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la couche intermédiaire est constituée par un verre.

12. Vitre suivant l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche intermédiaire est inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible.

13. Vitre suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le support transparent (10) est constitué par un verre au silicate.

14. Procédé de fabrication de la vitre suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la couche de neutralisation (16) est déposée sous vide.

15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que toutes les couches (12,14,16) appliquées sur le support transparent (10) sont déposées sous vide.

16. Vitrage isolant comportant plusieurs vitres, dont l'une au moins, qui est destinée après montage à être disposée vers l'extérieur du bâtiment, est constituée par une vitre réfléchissant la chaleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les vitres sont disposées à une certaine distance les unes des autres.

17. Vitrage selon la revendication 16, caractérisé en ce que les vitres sont collées les unes aux autres par des feuilles adhésives.