CH686674A5 - Verfahren zur Beschichtung einer Flaeche aus Glas. - Google Patents

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CH686674A5 CH02650/89A CH265089A CH686674A5 CH 686674 A5 CH686674 A5 CH 686674A5 CH 02650/89 A CH02650/89 A CH 02650/89A CH 265089 A CH265089 A CH 265089A CH 686674 A5 CH686674 A5 CH 686674A5
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Description

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CH 686 674 A5
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Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekanntlich fallen unter die eingangs genannten Beschichtungsmethoden PVD - abgekürzt für «phy-sical vapor déposition» - und CVD abgekürzt für «chemical vapor déposition», das Bedampfen, Sput-tern, lonenplattieren, die reaktiven Varianten dieser Methoden, thermische, plasma- und photonen aktivierte sowie das laserinduzierte CVD. Diese Beschichtungsmethoden sind in dem Fachbuch «Oberflächen- und Dünnschicht-Technologie» Ausgabe 1987 von René A. Haefer eingehend beschrieben.
Bei den PVD-Prozessen erfolgt die Abscheidung aus der Gasphase durch Bedampfen, Sputtern oder lonenplattieren. Beim Bedampfen unter Vakuum, verdampft das Schichtmaterial in einer heizbaren Quelle und die sich geradlinig ausbreitenden Dampfatome lassen sich auf dem Substrat als Schicht auftragen.
Sputtern oder Kathodenzerstäubung ist ein Vaku-umprozess, in welchem Ionen auf das Schichtmaterial (Targetmaterial) treffen und dieses durch Impulsübertragung zerstäuben.
Beim lonenplattieren unter Vakuum wird ein Teil der zum Substrat gelangenden Atome ionisiert und durch ein elektrisches Feld beschleunigt. Durch die Beschleunigungsenergie, mit welcher die Teile auf dem Substrat auftreffen, werden die Eigenschaften der aufgetragenen Schicht begünstigt.
Auf diese Art werden dünne Schichten für optische, optoelektronische, magnetische und mikroelektronische Bauelemente hergestellt. Weitere Anwendungsgebiete sind die Tribologie, der Korrosionsschutz, die Wärmeisolationsbeschichtung sowie dekorative Schichten.
CVD-Prozesse werden unter chemischer Abscheidung aus der Dampfphase durchgeführt. Beim thermischen CVD-Prozess finden chemische Reaktionen in der Dampfphase statt, worauf sich das Reaktionsmaterial als Schicht auf dem Substrat niederschlägt.
Weiter existieren das plasma-aktivierte CVD, das photonenaktivierte CVD sowie das laser-induzierte CVD.
Die CVD-Verfahren werden hauptsächlich im Maschinen- und Apparatebau sowie der elektronischen Industrie angewendet und dienen der Herstellung von Verschleissschutzschichten oder Korrosionsschutzschichten.
Durch diese Verfahren können die Material- und Zustandseigenschaften des Substrates auf eine bestimmte Eindringtiefe geändert werden. Die Eigenschaften der Randschicht hängen dann vom Substratmaterial, dem gewählten Verfahren und den Prozessparametern ab.
Die Herstellung und Venwendung von Isolierglasfenstern befasst sich in hohem Masse mit der Isolationszone zwischen den einzelnen Glasscheiben und deren Dichtheit gegenüber der Umgebung.
Fenster dieser Art, aus zwei oder mehreren Glasscheiben gebildet, sind an den Rändern mittels elastisch wirkender Paste aufgeklebten, profilierten Metalleisten versehen.
Bei einer anderen Bauart wird die Randdichtung der sog. Isolierglasfenster durch ein mit den Glasscheiben verlötetes Bleiband hergestellt, wobei der Glasscheibenrand zuvor mittels einem Flammspritzverfahren mit einer verkupferten oder verzinnten Haftschicht versehen wird.
Solche Dichtungen sind erfahrungsgemäss nicht gasdicht, weil einerseits das in den zwischen den Glasscheiben vorgesehenen Hohlraum eingeführte Isoliergas Argon über die Gummidichtung diffundiert oder weil andererseits die Haftschicht zwischen der Glasscheibe und der Kupferschicht porös ist. Diese Durchlässigkeit lässt das Eindringen von Feuchtigkeit zwischen die Glasscheiben zu, sodass das Fenster zeitweise beschlagen ist.
Gasdichte Randdichtungen bilden seit Jahren ein ungelöstes Problem und somit ein Hindernis in der Entwicklung stark verbesserter Wärmeisolationen, insbesondere in der Fensterindustrie.
Zudem gestatten Isolierverglasungen mit hohen Isolationswerten die Gewinnung von Energie aus natürlichem Licht auf wirtschaftliche Weise.
Insbesondere ist es wegen des ungelösten Abdichtungsproblems noch nicht gelungen, ein Lichtelement oder Fenster auszuführen, welches durch einen evakuierten Hohlraum einen extrem hohen Isolationswert aufweist.
Ein dauerhaft evakuiertes Bau- und/oder Lichtelement würde dem Wohnungs- und Industriebau neue Möglichkeiten eröffnen, insbesondere im Bereich der Wärmeenergie könnten erhebliche Einsparungen erzielt werden, wenn bspw. durch evakuierte, transparente Wände die Beheizung der Häuser durch das einfallende Licht vorgenommen und somit die Reduktion grösserer Mengen umweltschädlicher fossiler Brennstoffe verwirklicht würde.
Demzufolge hat sich durch eine unbefriedigende Situation die Aufgabe gestellt, ein Verfahren nach der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Wärmeverluste in geschlossenen Räumen weitgehend behoben werden bzw. das Erwärmen von geschlossenen Räumen vornehmlich durch Tageslicht erfolgen kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.
Diese Vorgehensweise gewährleistet die Herstellung von aus wenigstens zwei beabstandeten, einen isolierenden Zwischenraum bildenden Wandelementen bestehenden Bau- und/oder Lichtelementen mit einer gasdichten Randdichtung.
Durch die Anwendung dieses Verfahrens treffen losgelöste Atome des Beschichtungsmaterials auf die feste Oberfläche der Wandelemente (Substrat) und werden als Adatome lose gebunden. Als Adatome diffundieren sie über die Oberfläche bis sie als stabiler Keim bzw. durch Anlagerung an vorhandene Keime kondensieren. Die Beweglichkeit der Adatome an der Oberfläche hängt von ihrer kinetischen Energie, der Substrattemperatur und der Stärke der Wechselwirkung zwischen Adatom und Substrat ab. Besteht eine starke Wechselwirkung, dann erhält man eine hohe Keimdichte, und umgekehrt. Durch Anlagerung von Adatomen wachsen die Keime zu sog. Inseln, und letztere koalisieren
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zu einem zusammenhängenden Film. Die Keimdichte und das Keimwachstum bestimmen die Kontaktflächen in der Übergangszone. Bei grosser Keimdichte ist die Haftfestigkeit aufgrund grosser Kontaktflächen entsprechend hoch. Das Schichtmaterial wird in Poren der Substratoberfläche bzw. der Oberfläche der Wandelemente verankert.
Die unter diesen Verfahren mit dem Substrat verbundene Schicht, erreicht eine Reissfestigkeit die grösser ist als sie der Werkstoff Glas der Wandelemente aufweist. Zudem ist die Übergangszone, auch Interface-Zone genannt, ebenso gasdicht wie das aus Glas bestehende Wandelement selbst.
Die mit diesen Vorgehen abgestäubten Atome werden mit einer hohen Energie ausgestossen, die je nach Target- bzw. Beschichtungsmaterial bis 40 Elektronenvolt (eV) beträgt, während verdampfte Atome beim Aufdampfverfahren Energien von nur 0,2 bis 0,3 eV aufweisen. Die höhere Energie beim Sputtern ist ein Grund für eine bessere Haftfestigkeit der aufgebrachten Schicht gegenüber dem Aufdampfverfahren.
Die Haftfestigkeit einer aufgesputterten Schicht auf Glas hängt von den Haftstellen ab, an denen im ersten Augenblick der Schichtbildung Zentren einer nuklearen Bindung entstehen. Diese Zentren werden durch Fehlstellen in der Oberfläche gebildet; von Fehlstellen im Kristallgitter, lokalen Potentialänderungen als Folge von freien Bindungen oder elektrischen Aufladungen.
Die Kathodenzerstäubung oder das Sputtern begünstigen die Bildung solcher Haftstellen.
Von den erwähnten Verfahren dürfte sich das Magnetron-Sputtersystem aus der Gruppe PVD (physical vapor déposition) als das zur Zeit bestgeeignetste Verfahren für die Realisierung eines bislang unerreichten gasdichten Isolierglas - Randverbundes erweisen. Dieses Sputtersystem gestattet relativ hohe Depositionsraten und grosse Depositi-onsflächen bei geringer Substratserwärmung.
Bevor man mit Sputtern beginnt, erzeugt man an der Glasoberfläche, etwa auf der zu erstellenden Breite der Haftschicht vorteilhaft eine lonenerosion durch Umlegen des Targetpotentials auf die Glasoberfläche. Damit reinigt man die Glasoberfläche und schafft zusätzliche, haftvermittelnde Fehlstellen im Kristallgitter.
Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem über der Glasoberfläche eine mit Hochfrequenz gespie-sene Elektrode angeordnet wird, sodass das Glas unter Elektronenbeschuss kommt.
Die ersten Atomlagen der reaktiven metallischen Haftschicht oxidieren und legieren mit dem Glas.
Damit die metallische Haftschicht beim Herstellen der dichten Verbindung zwischen den Wandelementen nicht beschädigt wird, ist vorteilhaft eine schützende Sperrschicht vorzusehen, die sich als löt-oder schweissbarer Werkstoff eignet. Diese Sperrschicht besteht aus Nickel, Kupfer oder dgl. gut lötbarem Metall oder Metallegierungen, die einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Glas aufweisen. Durch die Sperrschicht wird beim Schmelzvorgang des auf die Sperrschicht aufgetragenen Weichlotes verhindert, dass sich letzeres mit der Haftschicht legiert und diese nicht zerstört. Das
Weichlot besitzt vorteilhaft einen Ausdehnungskoeffizienten wie Glas.
Die Schmelztemperatur des Weichlotes sollte nicht höher sein als die Temperaturverträglichkeit einer Wärmeschutzschicht des Fensterglases.
Alternativ kann mit Ausnahme der Haftschicht der metallische Schichtaufbau mittels galvanischer oder chemischer Abscheidung oder durch thermisches Spritzen vorgenommen werden, wobei es bei der galvanischen Vorgehensweise vorteilhaft ist, wenn zwecks besserer elektrischer Leitfähigkeit die Haftschicht vorerst mit einem Kupferauftrag versehen wird.
Besonders einfach erweist sich ein Bau- und/ oder Lichtelement, wenn zwei beabstandete Wandelemente an ihrem jeweils beschichteten Rand von einer mit einem Weichlot verlöteten, bandähnlichen Folie gasdicht eingefasst sind.
Eine solche Einfassung eignet sich zur Ausbildung eines Hohlraumes zwischen dem stirnseitigen Rand der Wandelemente und der letztere gasdicht umgebenden Folie.
Dieser Hohlraum kann mit Gettermitteln ausgestattet sein, die die Aufrechterhaltung des Vakuums zwischen den Wandelementen begünstigen.
Zum Schutz der Wandelemente gegen übermässige Erwärmung bei der Aktivierung des Gettermit-tels auf ca. 350°C ist es vorteilhaft, wenn der stirnseitige Rand der Wandelemente mit einer luftdurchlässigen Isolationsschicht belegt wird.
Damit Luft gegen das Gettermittel strömen kann, ist vorzugsweise zwischen die Isolation und das Gettermittel eine durchlässige Schicht bzw. ein Drahtgeflecht vorzusehen.
Das zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehene Bau und/oder Lichtelement ist in der einzigen Figur in einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt und anschliessend erläutert.
Mit 1 ist ein Bau- und/oder Lichtelement eines Gebäudes ausschnittweise veranschaulicht. Der eine Rand dieses aus zwei Wandelementen 2, 3 gebildeten Bau- und/oder Lichtelementes 1 offenbart eine durch physikalische (PVD) oder chemische (CVD) Abscheidung aus der Gas- bzw. Dampfphase vorgenommene Haftschicht 4 eines metallischen Werkstoffes, die für eine gasdichte Verbindung zwischen dem aus Glas bestehenden und durch einen Abstand einen evakuierbaren Zwischenraum 5 bildenden Wandelementen 2, 3 vorgesehen ist. Diese Haftschicht 4 könnte zur Bildung einer Dichtung auch an den zwischen den Wandelementen 2, 3 sich zugekehrten Rändern aufgetragen werden.
In der vorliegenden Darstellung ist auf die Haftschicht 4 eine die Haftschicht schützende Sperrschicht 6 aufgetragen, die sich als lötbar auszeichnet und galvanisch, chemisch oder durch thermisches Spritzen hergestellt wird.
Eine weitere Schicht 7 aus lötbarem Material ist mit der Sperrschicht 6 verschmolzen und dient der dichten Verbindung der den Rand des aus zwei Wandelementen 2, 3 gebildeten Bau- und/oder Lichtementes 1 einfassenden lötbaren Folie 8.
Letztere kann - wie gezeigt - so angeordnet
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sein, dass sie 8 zwischen dem stirnseitigen Rand des Bau- und/oder Lichtelementes 1 mit diesem einen Hohlraum 9 bildet, der zur Einlage von Getter-mitteln vorgesehen werden kann.
Zur Vermeidung von Schäden bei der Aktivierung des Gettermittels und zu dessen Wirksamkeit, liegt an dem stirnseitigen Rand der Wandelemente 2, 3 eine luftdurchlässige Isolation als Wärmeschutz an und vor ihr eine durchlässige Schicht in Form eines Geflechtes aus Draht, Fiber oder ähnlichen, zu diesem Zweck geeigneten Materialien.

Claims (14)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Randdichtung für einen zwischen wenigstens zwei beabstandeten Wandelementen (2, 3) aus Glas oder einer Glaslegierung eines Bau- und/oder Lichtelementes begrenzten Zwischenraum, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand am Umfang der Wandelemente (2, 3) durch physikalische oder chemische Abscheidung aus der Gas- bzw. Dampfphase mit einer metallischen Haftschicht (4) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Haftschicht (4) eine als Sperrschicht (6) dienende weitere Schicht aus lötbarem Material aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (6) mittels galvanischer oder chemischer Abscheidung oder durch thermisches Spritzen aufgetragen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (4) vor dem galvanischen Auftrag der Sperrschicht (6) mit einer Kupferschicht versehen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (4) durch Magnetron-Sputtern erstellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erstellen der Haftschicht (4) die betreffende Oberfläche der Bauelemente (2, 3) einer mit Hochfrequenz gespie-senen Elektrode ausgesetzt wird.
7. Bau- und/oder Lichtelement mit einer gasdichten Randdichtung zwischen wenigstens zwei beabstandeten Wandelementen (2, 3) aus Glas oder einer Glaslegierung, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer Haftschicht (4) versehene Rand am Umfang wenigstens einer Seitenfläche der Wandelemente (2, 3) mit einem lötbaren Metall als Sperrschicht (6) beschichtet ist.
8. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das lötbare Material der Sperrschicht (6) durch ein Weichlot (7) gebildet ist, das eine geringere Schmelztemperatur als die Temperaturverträglichkeit einer Wärmeschutzschicht des Wandelementes (2, 3) aufweist.
9. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei beab-standete Wandelemente (2, 3) an ihrem jeweils beschichteten Rand von einer verlöteten, bandähnlichen Folie (8) eingefasst sind.
10. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch
9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem stirnseitigen Rand der Wandelemente (2, 3) und der Folie (8) ein Hohlraum (9) vorgesehen ist.
11. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (9) mit Gettermitteln versehen ist.
12. Bau- und/oder Lichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennkennzeichnet, dass der stirnseitige Rand der Wandelemente (2, 3) mit einer durchlässigen Isolation versehen ist.
13. Bau- und/oder Lichtelement nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Isolation und dem Gettermittel eine durchlässige Schicht vorgesehen ist.
14. Bau- und/oder Lichtelement nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Sperrschicht (6) einen zumindest annähernd ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas oder die Glaslegierung aufweist.
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