CH686674A5 - Physical- or chemical-vapour deposition coating of glass surfaces - Google Patents
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Abstract
Description
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CH 686 674 A5 CH 686 674 A5
2 2nd
Beschreibung description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 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. As is known, the above-mentioned coating methods PVD - abbreviated for "physical vapor deposition" and CVD abbreviated for "chemical vapor deposition", vapor deposition, sputtering, ion plating, the reactive variants of these methods, thermal, plasma and photons activated as well as the laser-induced CVD. These coating methods are described in detail in René A. Haefer's 1987 edition of the “Surface and Thin Film Technology” book.
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. In the PVD processes, the gas phase is separated by vapor deposition, sputtering or ion plating. When vapor deposition takes place in a vacuum, the layer material evaporates in a heatable source and the linearly spreading vapor atoms can be applied to the substrate as a layer.
Sputtern oder Kathodenzerstäubung ist ein Vaku-umprozess, in welchem Ionen auf das Schichtmaterial (Targetmaterial) treffen und dieses durch Impulsübertragung zerstäuben. Sputtering or cathode sputtering is a vacuum process in which ions hit the layer material (target material) and atomize it by pulse transmission.
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. When ion plating under vacuum, some of the atoms reaching the substrate are ionized and accelerated by an electric field. The properties of the applied layer are favored by the acceleration energy with which the parts strike the substrate.
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. In this way, thin layers for optical, optoelectronic, magnetic and microelectronic components are produced. Other areas of application are tribology, corrosion protection, heat insulation coating and decorative layers.
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. CVD processes are carried out with chemical vapor deposition. In the thermal CVD process, chemical reactions take place in the vapor phase, whereupon the reaction material is deposited as a layer on the substrate.
Weiter existieren das plasma-aktivierte CVD, das photonenaktivierte CVD sowie das laser-induzierte CVD. There are also plasma-activated CVD, photon-activated CVD and laser-induced CVD.
Die CVD-Verfahren werden hauptsächlich im Maschinen- und Apparatebau sowie der elektronischen Industrie angewendet und dienen der Herstellung von Verschleissschutzschichten oder Korrosionsschutzschichten. The CVD processes are mainly used in machine and apparatus construction as well as in the electronic industry and are used to manufacture wear protection layers or corrosion protection layers.
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. With these methods, the material and condition properties of the substrate can be changed to a certain penetration depth. The properties of the surface layer then depend on the substrate material, the selected process and the process parameters.
Die Herstellung und Venwendung von Isolierglasfenstern befasst sich in hohem Masse mit der Isolationszone zwischen den einzelnen Glasscheiben und deren Dichtheit gegenüber der Umgebung. The production and use of insulating glass windows is largely concerned with the insulation zone between the individual glass panes and their tightness to the environment.
Fenster dieser Art, aus zwei oder mehreren Glasscheiben gebildet, sind an den Rändern mittels elastisch wirkender Paste aufgeklebten, profilierten Metalleisten versehen. Windows of this type, formed from two or more glass panes, are provided with profiled metal strips glued to the edges by means of an elastic paste.
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. In another design, the edge seal of the so-called insulating glass windows is produced by a lead tape soldered to the glass panes, the edge of the glass panes being previously provided with a copper-plated or tin-plated adhesive layer using a flame spraying process.
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. Experience has shown that such seals are not gas-tight because on the one hand the argon insulating gas introduced into the cavity provided between the glass panes diffuses through the rubber seal or on the other hand because the adhesive layer between the glass pane and the copper layer is porous. This permeability allows moisture to penetrate between the glass panes, causing the window to fog up temporarily.
Gasdichte Randdichtungen bilden seit Jahren ein ungelöstes Problem und somit ein Hindernis in der Entwicklung stark verbesserter Wärmeisolationen, insbesondere in der Fensterindustrie. Gas-tight edge seals have been an unsolved problem for years and therefore an obstacle to the development of greatly improved thermal insulation, especially in the window industry.
Zudem gestatten Isolierverglasungen mit hohen Isolationswerten die Gewinnung von Energie aus natürlichem Licht auf wirtschaftliche Weise. In addition, insulating glazing with high insulation values enables energy to be extracted from natural light in an economical manner.
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. In particular, because of the unsolved sealing problem, it has not yet been possible to implement a light element or window which has an extremely high insulation value due to an evacuated cavity.
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. A permanently evacuated building and / or lighting element would open up new possibilities for residential and industrial construction, especially in the area of thermal energy, considerable savings could be achieved if, for example, the houses were heated by the incident light through evacuated, transparent walls and thus the Reduction of large amounts of environmentally harmful fossil fuels would be realized.
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. As a result, an unsatisfactory situation has created the task of creating a method according to the type mentioned at the outset, with which heat losses in closed rooms can largely be eliminated or the heating of closed rooms can mainly take place by daylight.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1.
Diese Vorgehensweise gewährleistet die Herstellung von aus wenigstens zwei beabstandeten, einen isolierenden Zwischenraum bildenden Wandelementen bestehenden Bau- und/oder Lichtelementen mit einer gasdichten Randdichtung. This procedure ensures the production of structural and / or light elements consisting of at least two spaced-apart wall elements forming an insulating intermediate space with a gas-tight edge seal.
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 By using this method, detached atoms of the coating material hit the solid surface of the wall elements (substrate) and are loosely bound as adatoms. As adatoms, they diffuse over the surface until they condense as a stable germ or by attachment to existing germs. The mobility of the adatoms on the surface depends on their kinetic energy, the substrate temperature and the strength of the interaction between the adatom and the substrate. If there is a strong interaction, you get a high germ density and vice versa. By adding adatoms, the germs grow into so-called islands, and the latter coalize
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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. into a coherent film. The germ density and the germ growth determine the contact areas in the transition zone. If the germ density is high, the adhesive strength is correspondingly high due to the large contact areas. The layer material is anchored in pores of the substrate surface or the surface of the wall elements.
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. The layer bonded to the substrate using these methods achieves a tensile strength that is greater than that of the glass material of the wall elements. In addition, the transition zone, also called interface zone, is just as gas-tight as the wall element made of glass itself.
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. The atoms dusted with this procedure are ejected with a high energy, which is up to 40 electron volts (eV) depending on the target or coating material, while vaporized atoms in the vapor deposition process have energies of only 0.2 to 0.3 eV. The higher energy during sputtering is one reason for a better adhesive strength of the applied layer compared to the vapor deposition process.
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. The adhesive strength of a sputtered layer on glass depends on the points of adhesion at which centers of a nuclear bond form at the first moment of the layer formation. These centers are formed by imperfections in the surface; defects in the crystal lattice, local potential changes as a result of free bonds or electrical charges.
Die Kathodenzerstäubung oder das Sputtern begünstigen die Bildung solcher Haftstellen. Cathode sputtering or sputtering favor the formation of such traps.
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. Of the methods mentioned, the magnetron sputtering system from the PVD group (physical vapor deposition) should currently prove to be the most suitable method for realizing a previously unattainable gas-tight insulating glass edge bond. This sputtering system allows relatively high deposition rates and large deposition areas with little substrate heating.
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. Before starting sputtering, ion erosion is advantageously generated on the glass surface, for example on the width of the adhesive layer to be created, by shifting the target potential onto the glass surface. This cleans the glass surface and creates additional, adhesion-promoting defects in the crystal lattice.
Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem über der Glasoberfläche eine mit Hochfrequenz gespie-sene Elektrode angeordnet wird, sodass das Glas unter Elektronenbeschuss kommt. This effect can be intensified by placing an electrode spun at high frequency over the glass surface so that the glass comes under electron bombardment.
Die ersten Atomlagen der reaktiven metallischen Haftschicht oxidieren und legieren mit dem Glas. The first atomic layers of the reactive metallic adhesive layer oxidize and alloy with the glass.
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 So that the metallic adhesive layer is not damaged during the production of the tight connection between the wall elements, it is advantageous to provide a protective barrier layer which is suitable as a solderable or weldable material. This barrier layer consists of nickel, copper or the like. Well solderable metal or metal alloys that have a similar expansion coefficient as glass. During the melting process of the soft solder applied to the barrier layer, the barrier layer prevents the latter from alloying with the adhesive layer and not destroying it. The
Weichlot besitzt vorteilhaft einen Ausdehnungskoeffizienten wie Glas. Soft solder advantageously has a coefficient of expansion such as glass.
Die Schmelztemperatur des Weichlotes sollte nicht höher sein als die Temperaturverträglichkeit einer Wärmeschutzschicht des Fensterglases. The melting temperature of the soft solder should not be higher than the temperature tolerance of a heat protection layer of the window glass.
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. Alternatively, with the exception of the adhesive layer, the metallic layer structure can be carried out by means of galvanic or chemical deposition or by thermal spraying, it being advantageous in the galvanic procedure if the adhesive layer is initially coated with copper for better electrical conductivity.
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. A construction and / or lighting element proves to be particularly simple if two spaced-apart wall elements are enclosed in a gas-tight manner on their respective coated edge by a tape-like foil soldered to a soft solder.
Eine solche Einfassung eignet sich zur Ausbildung eines Hohlraumes zwischen dem stirnseitigen Rand der Wandelemente und der letztere gasdicht umgebenden Folie. Such an enclosure is suitable for forming a cavity between the front edge of the wall elements and the film surrounding the latter in a gas-tight manner.
Dieser Hohlraum kann mit Gettermitteln ausgestattet sein, die die Aufrechterhaltung des Vakuums zwischen den Wandelementen begünstigen. This cavity can be equipped with gettering agents which promote the maintenance of the vacuum between the wall elements.
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. To protect the wall elements against excessive heating when activating the getter at approximately 350 ° C., it is advantageous if the front edge of the wall elements is covered with an air-permeable insulation layer.
Damit Luft gegen das Gettermittel strömen kann, ist vorzugsweise zwischen die Isolation und das Gettermittel eine durchlässige Schicht bzw. ein Drahtgeflecht vorzusehen. So that air can flow against the getter, a permeable layer or a wire mesh should preferably be provided between the insulation and the getter.
Das zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehene Bau und/oder Lichtelement ist in der einzigen Figur in einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt und anschliessend erläutert. The construction and / or light element provided for carrying out the method according to the invention is shown in the single figure in an exemplary embodiment and is subsequently explained.
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. 1 shows a section of a construction and / or lighting element of a building. The one edge of this structural and / or light element 1, which is formed from two wall elements 2, 3, discloses an adhesive layer 4 of a metallic material which is made by physical (PVD) or chemical (CVD) deposition from the gas or vapor phase and which is suitable for a gas-tight connection is provided between the wall elements 2, 3, which are made of glass and form an evacuable space 5 by a distance. This adhesive layer 4 could also be applied to form a seal on the edges facing between the wall elements 2, 3.
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. In the present illustration, a barrier layer 6 protecting the adhesive layer is applied to the adhesive layer 4, which is characterized as solderable and is produced galvanically, chemically or by thermal spraying.
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. Another layer 7 made of solderable material is fused to the barrier layer 6 and serves for the tight connection of the solderable foil 8 enclosing the edge of the structural and / or light element 1 formed from two wall elements 2, 3.
Letztere kann - wie gezeigt - so angeordnet The latter can be arranged as shown
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CH 686 674 A5 CH 686 674 A5
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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. be that it 8 forms a cavity 9 between the front edge of the structural and / or light element 1, which can be provided for inserting getter means.
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. To avoid damage during the activation of the getter and its effectiveness, an air-permeable insulation is applied to the front edge of the wall elements 2, 3 as heat protection and in front of it a permeable layer in the form of a mesh of wire, fiber or the like, for this purpose suitable materials.
Claims (14)
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Family Applications (1)
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EP2705206A1 (en) * | 2011-05-05 | 2014-03-12 | Eversealed Windows, Inc. | Method and apparatus for an insulating glazing unit |
-
1989
- 1989-07-16 CH CH02650/89A patent/CH686674A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2705206A1 (en) * | 2011-05-05 | 2014-03-12 | Eversealed Windows, Inc. | Method and apparatus for an insulating glazing unit |
EP2705206A4 (en) * | 2011-05-05 | 2015-01-07 | Eversealed Windows Inc | Method and apparatus for an insulating glazing unit |
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---|---|---|---|
PL | Patent ceased |