CN110573468B

CN110573468B - 低发射率涂层，包括其的玻璃表面，及其制备方法

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Publication number: CN110573468B
Application number: CN201880026472.0A
Authority: CN
Inventors: 亨利·琳·博尤姆; 兰迪·利兰·斯图尔
Original assignee: Apogee Enterprises Inc
Current assignee: Apogee Enterprises Inc
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: WO2018203972A1; KR102565397B1; KR20200004299A; AU2018261218A1; CN110573468A; US20180319703A1; US10513459B2; US20200079688A1; CL2019003123A1; EP3619176A1; US10752539B2; CA3058157A1; AU2018261218B2; BR112019022749A2; SG11201908621YA

Abstract

公开了具有涂层的衬底。涂层由多个层形成。多个层的基础层包括合金，并且至少两个附加层包括银。还公开了用于衬底的涂层。还公开了涂覆衬底的方法。

Description

低发射率涂层，包括其的玻璃表面，及其制备方法

相关申请的引证

本申请根据35U.S.C.§119要求2017年5月4日提交的题为“LOW EMISSIVITYCOATINGS,GLASS SURFACES INCLUDING THE SAME,AND METHODS FOR MAKING THE SAME(低发射率涂层，包括其的玻璃表面，及其制备方法)”的美国临时申请No.62/501,278的权益，出于所有目的将其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

窗户技术的进步通过影响和改善加热、冷却和照明来降低能量消耗。针对这些目的已经开发了各种类型的玻璃涂层。降低能量消耗的玻璃涂层的实例包括：降低来自太阳的眩光或过热的阳光控制涂层，和降低辐射热增量(heat gain)或损失的低发射率(low-emissivity)(“低-E”)涂层，辐射热增量或损失通常是通过窗户的显著热传递的原因。

低-E涂层通常在热红外(IR)中具有高反射率(reflectance)，并且在可见光谱中可以具有或可以不具有高透射率。因此，它们是热红外低发射性的。一些这样的涂层可以允许太阳近IR(NIR)，用于例如在寒冷气候中帮助加热建筑物。一些这样的涂层可以例如在温暖的气候中反射回NIR。低发射率光学性质通常通过施加具有某些固有性质的材料来获得，或者可替代地，可以组合多种材料以获得特定的所需性能。金属薄膜已用于提供低发射率涂层。形成红外反射膜的薄膜通常是导电金属，例如银、金或铜。

包括这种金属的涂层可以制成对可见辐射或可见光高度透明，而在红外线中保持反射性。这种红外反射涂层通常包括红外反射材料和透明介电材料。红外反射材料降低通过涂层的热透射(transmission)。介电材料允许IR和可见光的透射并控制涂层的其它性质和特性，例如颜色和耐久性。然而，经由具有高反射涂层的窗户的太阳热增量(solar heatgain)仍然是期望能量效率的建筑商和承租人所关心的问题。

因此，工业上需要一种用于可见光透射衬底的涂层，其提供比目前可获得的涂层和涂覆衬底改善的太阳热增量系数(solar heat gain coefficients)系数，同时还提供金属涂层的可见光透射益处。

发明内容

本发明的实施方案涉及具有合金基础层和两个或更多个金属层的低发射率涂层。

公开了包含衬底和施涂到衬底上的涂层的制品的示例性实施方案。该涂层包括多个层，其中该多个层的基础层包括镍-铬-钼合金，并且两个附加层包括银。

公开了用于透明衬底的涂层的示例性实施方案。该涂层包括含有多个共同延伸层的膜。该涂层的多个共同延伸层包括基础合金层，包括镍、铬和钼的合金。该涂层的多个共同延伸层包括设置在基础合金层上的第一金属层。该涂层的多个共同延伸层包括设置在第一金属层上的第一阻挡层。该涂层的多个共同延伸层包括设置在第一阻挡层上的第一氧化物层。该涂层的多个共同延伸层包括设置在第一氧化物层上的第二金属层。该涂层的多个共同延伸层包括设置在第二金属层上的第二阻挡层。该涂层的多个共同延伸层包括设置在第二阻挡层上的第二氧化物层。该涂层的多个共同延伸层包括设置在第二氧化物层上的外涂层(overcoat layer)。

公开了涂覆衬底方法的示例性实施方案。该方法包括通过溅射将合金层直接施涂到衬底上，该合金层包括镍-铬-钼合金材料。该方法包括通过溅射将第一金属层施涂到衬底上，第一金属层包括金材料、银材料或铜材料中的一种或多种。该方法包括通过溅射将第二金属层施涂到衬底上，第二金属层包括金材料、银材料或铜材料中的一种或多种，其中合金层、第一金属层和第二金属层形成用于衬底的涂层的至少一部分。

来自任何公开的实施例的特征可以彼此组合使用，而没有限制。此外，通过考虑以下详细描述和附图，本公开的其它特征和优点对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

附图示出了本发明的多个实施例，其中相同的参考标号在附图中示出的不同视图或实施例中指代相同或相似的元件或特征。

图1是根据实施方案的涂覆衬底的示意图。

图2是根据实施方案的示例性涂覆衬底的示意图。

图3是根据实施方案的绝缘玻璃单元(insulating glass unit)的示意图。

图4是根据实施方案涂覆衬底的方法的示意图。

图5是各种实施例中可见光透射率相对于太阳热增量系数的曲线图。

具体实施方式

本发明的实施方案涉及低发射率和低太阳热增量涂层。更具体地，实施方案涉及具有低于约0.25的太阳热增量系数的低发射率涂层和具有该涂层的衬底。

介电膜通常用于抗反射红外反射膜和控制涂层的其它性质和特性，例如颜色和耐久性。这种膜通常具有>1.5的光与太阳能增益比(Light to Solar Gain Ratio)(LSG)(可见光透射率除以太阳热增量系数)的比。太阳热增量系数(Solar Heat Gain Coefficient)(SHGC)是在0.0至1.0的尺度上的度量，其表示由窗户透射的入射太阳热辐射的比例，其中0.0是不透射，而1.0是100％透射。可见光透射率(Visible Light Transmittance)(VLT)以百分比标度描述了可以穿过诸如涂层或涂覆窗户的物体的可见光的量。这些中的每一个可以通过不同的涂层独立地改变。

图1是涂覆衬底10的示意图。图2是其中具有特定材料的示例性涂覆衬底10'的示意图。涂覆衬底10包括衬底20和置于其上的涂层30。衬底20可以是任何透明的、基本上透明的或透光的衬底，例如玻璃、石英，任何塑料或有机聚合物衬底，或任何其它合适的材料或材料的组合。此外，衬底可以是两种或更多种不同材料的层压板(laminate)，并且可以是各种厚度。除了膜或涂层之外，衬底20还可以布置成包括低发射性能，这例如可以通过控制玻璃衬底中的铁含量来实现。在一个实施例中，衬底20是浮法玻璃(float glass)。可替代地，衬底20可以是具有低发射性能的玻璃类型，例如但不限于硼硅酸盐或PYREX^TM。衬底20可以是窗玻璃片(window pane)或窗板(panel)。衬底20可以具有大于约10μm的厚度，例如约10μm至约10cm、约100μm至约3cm、或约5mm至约1cm。

涂层30可以是薄膜涂层。涂层30可以是具有相对低SHCG(例如，低于约0.25、低于约0.23或低于约0.21)的低发射率涂层。涂层30被施涂到衬底20的表面上。涂层30可以是低发射率涂层，其可以包括沉积在衬底20表面上的一个或多个显微(microscopically)薄的、实际上不可见的金属层。涂层30对于入射到其上的可见光的至少一部分可以是透明的或基本上透明的，并且对于入射到其上的至少一些可见光和/或红外辐射可以是不透明的或基本上不透明的。因此，衬底20表面上的涂层30可以由低发射材料(例如一个或多个膜层)形成，所述低发射材料被布置成通过改变允许穿过衬底20的可见光和/或辐射的量来实现对例如太阳热增量的量的改变。涂层30具有将辐射红外能量反射的一般性质，因此倾向于将辐射热保持在产生它的玻璃的同一侧。

涂层30可以布置在如图1所示的分层系统中。在一个实例中，涂层30的层系统包括多个层，所述多个层描绘在衬底20上或以其它方式附接到衬底20上。涂层30可以以膜的形式形成或提供。膜可以是单层或多层。因此，一个或多个膜可以形成涂层30。膜以层的形式提供。涂层30的多个层中的每一层的厚度可以基本上相同或者可以层与层不同。一个或多个层的厚度可以是均匀的，或者可以在其宽度或长度上变化。同样地，单个层的厚度可以在其宽度或长度上变化。在一个实例中，膜或其一部分可在其至少一部分上具有或包括渐变的(gradual change)或分级的(graded)厚度。例如，在一些情况下，这些层可以随着距衬底的距离增加而增加厚度或减小厚度。一个或多个层可以以连续(contiguous)关系提供，即，直接在另一层或衬底的顶部上或邻近另一层或衬底。

涂层30可包括合金层32、第一金属层34、第一阻挡层36、第一氧化物层38、第二金属层40、第二阻挡层42、第二氧化物层44和外涂层46。如图1和图2所示，在示例中，合金层32可以直接设置在衬底上，第一金属层34可以直接设置在合金层32上，第一阻挡层36可以直接设置在第一金属层34上，第一氧化物层38可以直接设置在第一阻挡层36上，第二金属层40可以直接设置在第一氧化物层38上，第二阻挡层42可以直接设置在第二金属层40上，第二氧化物层44可以直接设置在第二阻挡层42上，并且外涂层46可以直接设置在第二氧化物层44上。在示例中，一个或多个附加层可以设置在上述任何层32-46之间。一个或多个附加层可以包括如下所述的任何附加合金层、阻挡层、氧化物层、金属层或外涂层。

涂层30包括合金层32。合金层32可以是直接设置在衬底20上的基础层。本公开不同于常规涂层，常规涂层通常需要设置在衬底20上的基础金属氧化物层(base metaloxide layer)。典型的窗户涂层包括基础金属氧化物层以提供对Na从玻璃衬底扩散到涂层中的阻挡，并提供底漆层以促进涂层叠层对玻璃衬底的粘附。如本文所公开的，发明人已经发现，除去常规金属氧化物基础层，提供合金层32，以及添加第二金属层40，降低了涂层的SHGC，同时保持优于类似涂层的VLT％。

合金层32可以包括陶瓷、聚合物或金属，例如镍、钼和铬的合金或超级合金。例如，合金层32可以包括镍基合金或超级合金，或奥氏体镍基合金或超级合金。例如，合金或超级合金可以是镍/铬/钼(以下称为“NCM”)合金，例如INCONEL^TM，如INCONEL^TM625。INCONEL^TM625是由Ni(最小约58％)、Cr(约20％至约23％)、Mo(约8％至约10％)、Nb和Ta(约3.15％至约4.15％)和Fe(最大约5％)(按重量计)组成的NCM合金。INCONEL^TM625的典型特性包括：密度为8.44g/cm³，熔点为约1350℃，膨胀系数为12.8μm/m℃(20-100℃)，刚度模量为79kN/mm²，以及弹性模量为205.8kN/mm²。INCONEL^TM625由以下标准涵盖：BS3076NA21、ASTMB446和AMS5666。INCONEL^TM625可得自，并且是西弗吉尼亚州亨廷顿(Huntington)的特殊金属公司(Special Metals Corporation)的商品名。在实例中，可以使用相对组分量不同于INCONEL^TM625的NCM合金。例如，INCONEL^TM可以以任何合适的形式获得以供使用。如本文所用，术语“INCONEL^TM”可以包括任何INCONEL^TM产品(例如INCONEL^TM625)的任何特性或组合物。INCONEL^TM可以多种不同的合金获得，尽管可以使用替代形式代替INCONEL^TM625并且可以不背离本公开的总体范围。INCONEL^TM625等价于：W.NR2.4856(南非，多合金公司(Multi-Alloys))，UNSN06625(宾夕法尼亚州，费城，森迈尔钢铁公司(Sandmeyer Steel))并且还被称为AWS012，以及以通用商品名

625，

625，

625，

625和

6020。在示例中，合金层32可以包括钼基合金或超级合金。在示例中，合金层32可以包括铬基合金或超级合金，或奥氏体铬基合金或超级合金。

因此，如图1和图2所示，合金层32与衬底20相邻。合金层32(例如，NCM层)可以沉积在衬底20上或以其它方式附着在衬底20上。合金层32可以具有小于约150埃

的厚度，例如在以下范围：约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

小于约

小于约

或小于约

合金层32可形成红外反射区或可形成其一部分。在实施例中，合金层32可以具有大于约

的厚度。合金层32的合金(例如，NCM合金)可有利地在加热时形成氧化物层并在宽温度范围内保持强度。合金层32还可以在涂层30的表面提供比传统氧化物基础层更大的可见光反射率。此外，合金层32可以在基础层处提供增加的SHGC和示例性反射性能，同时保持当前涂层技术的视觉外观。虽然具体描述了NCM合金，但适用于高温应用的其它合金或超级合金也可用于本发明，所述其它合金或超级合金可具有抗氧化和抗腐蚀性能中的一种或多种，或者另外地适用于极端环境，或者在高温下具有优异的机械强度和抗蠕变性，和/或良好的表面稳定性。NCM合金可以在惰性气氛中溅射以提供可以施涂到衬底20上的层组合物。

涂层30的一个或多个附加层可以包括金属材料，例如金属(例如纯金属或合金)或金属氧化物。除了合金或超级合金层之外，还可以施涂金属层或膜。为此，可以将金属诸如银、铜或金及其合金施涂到衬底20，更具体地施涂到其上具有一层或多层的衬底20。因此，如图1和图2所示，与合金层32连续的(contiguous)是形成红外反射层的第一金属层34。该第一金属层34可以包括合适的反射材料，特别是红外反射材料，例如但不限于银，金和/或铜以及它们的合金。在一个实例中，第一金属层34包括银层。在一个实例中，反射第一金属层34由银或银与另一材料组合形成，另一材料例如包括但不限于铜、金、铂、钯的另一金属。该材料形成组合物，其可以作为层或膜施涂到衬底20或其上的层上。在示例中，第一金属层34可以在其中包括多个子层，例如银层和铜层。第一金属层34可以沉积在合金层32上或以其它方式附着于其上。因此，从图1-图2中可以看出，第一金属层34位于合金层32的顶部。第一金属层34可以具有约

或更大的厚度，例如在以下范围内：约

至约

约

至约

约

至约

或约

至约

如图1和图2所示，可以在涂层30中提供第一阻挡层36和第二阻挡层42。第一阻挡层36和第二阻挡层42可以包括易于氧化的材料。第一阻挡层36和第二阻挡层42可以包括钛金属(例如基本上没有氧化或仅有痕量氧化的纯钛金属)或可以包括钛氧化物(或其一部分可以是钛氧化物，例如二氧化钛)。第一阻挡层36可以与第一金属层34连续(contiguous)。为此，第一阻挡层36可以设置在第一金属层34上(在合金层32上)，例如设置在银层上(设置在NCM合金层上)的钛层。第一阻挡层36可以沉积在第一金属层34上或以其它方式附着于其上。第一阻挡层36可以具有至少约

的厚度。例如，第一阻挡层36可以具有约

到约

的厚度，例如约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

或约

到约

如图1和图2所示，提供第一(例如，下部或中部)氧化物层38和第二(例如，顶部)氧化物层44。这些氧化物层各自形成通常透明的介电膜区域，其施涂在表面上或反射区域或层上。有用的介电膜材料包括锌、锡、铟、铋、钛、铪、锆及其合金的氧化物，以及氮化硅和/或氮氧化硅。虽然这里具体引用了氧化物，但是可替代的介电材料也可以适用于本发明的目的。在本文提供的示例中，氧化物层(例如，介电层)可以由氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)或其混合物(例如，ZnO/SnO₂)形成。例如，氧化物层(例如，第一氧化物层)或透明介电膜可以由氧化锌锡混合物形成或包括氧化锌锡混合物。介电膜可以是单一介电材料的单层，或者可以包括相同或不同介电材料的两个或更多个子层。应当理解，尽管提及金属氧化物，但这不应被认为限于完全氧化的金属氧化物，而是还包括可形成团聚并具有部分氧化态的那些物质。它们可以被指定为M(金属)Ox(氧化物)，例如Tiox，Snox等。

第一氧化物层38可具有至少约

的厚度。例如，第一氧化物层38可以具有范围从约

到约

的厚度，例如约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

或约

到约

第一氧化物层38可以与第一阻挡层36连续(contiguous)。为此，第一氧化物层38可以设置在第一阻挡层36上，例如设置在钛层上的氧化锌和二氧化锡层的组合。第一氧化物层38可以设置在第一阻挡层36上或以其它方式附着于其上。

如图1和图2所示，提供第二金属层40。第二金属层40在一个或多个方面可与第一金属层34类似或相同。例如，第二金属层可以包括上述用于第一金属层34的任何材料，例如银。第二金属层可以包括在此公开的用于第一金属层34的任何厚度或范围，例如在约

至约

范围内的厚度。第二金属层40可以与第一氧化物层38连续(contiguous)。为此，第二金属层40可以位于第一氧化物层38上，例如设置在组合氧化锌和二氧化锡层上的银层。第二金属层40可以设置在第一氧化物层38上或以其它方式附着于其上。第二金属层40可以提供附加的红外反射层。

如图1和图2所示，提供第二阻挡层42。第二阻挡层42在一个或多个方面可以与第一阻挡层36相似或相同。例如，第二阻挡层42可以包括上述用于第一阻挡层36的任何材料，例如钛。第二阻挡层42可以具有适于帮助保护涂层30的厚度。第二阻挡层42可以包括在此公开的用于第一阻挡层36的任何厚度或范围，例如在约

至约

范围内的厚度。第二阻挡层42可以与第二金属层40连续(contiguous)。为此，第二阻挡层42可以设置在第二金属层40上，例如设置在银层上的钛层。第二阻挡层42可以设置在第二金属层40上或以其它方式附着于其上。

可以提供上述第二氧化物层44。第二氧化物层44可以与第二阻挡层42连续(contiguous)。为此，第二氧化物层44可以定位在第二阻挡层42上，例如设置在钛层上的组合氧化锌和二氧化锡层。第二氧化物层44可以设置在第二阻挡层42上或以其它方式附着于其上。在示例中，第二氧化物层44的厚度可以不同于第一氧化物层38的厚度。例如，第二氧化物层44(例如，顶部氧化物层)可以具有约

至约

的厚度，例如约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

或约

到约

如图1和图2所示，第二氧化物层44(顶部氧化物层)也可以(任选地)携带或包括附着到表面上的外涂层46并且可以与其连续(contiguous)。因此，第二氧化物层44可以位于第二阻挡层42和外涂层46之间。外涂层46可以由诸如钛的金属组成或包括诸如钛的金属，或者可以由氧化钛(Tiox)形成，如图2所示。外涂层46可以具有至少约

的厚度。例如，外涂层46可以具有以下范围的厚度：约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

约

至约

或约

至约

外涂层46可具有暴露或以其它方式面对其中放置衬底20(衬底上具有涂层30)的环境的表面。从光学观点来看，第二氧化物层44和外涂层46(例如，Tiox层)可以作为单层处理。

在实施方案中，本文公开的涂层30的任何层可以包括共同形成相应层的多个离散子层。层的每个离散子层可包括本文公开的用于相应层的任何材料。在一些实施方案中，单层中的子层可各自包括相同的材料。例如，阻挡层中可以包括多个离散的钛子层。在一些实施方案中，单层中的子层可以各自包括不同的材料。例如，氧化物层可以在其中包括离散的二氧化锡和氧化锌的子层。

根据前述示例布置，衬底20在其表面上设置形成涂层30的膜层的夹层型布置。该涂层包括(基础)合金层32(例如，INCONEL^TM)，合金层32和第一阻挡层36(例如，钛)之间的第一金属层34(例如，银)。第一氧化物层38(例如，ZnO/SnO₂)位于第一阻挡层36和第二金属层40(例如，例如银)之间。第二金属层40设置在第一氧化物层38和第二阻挡层42(例如，钛)之间。第二阻挡层42可以设置在第二金属层40和第二氧化物层44(例如，ZnO/SnO₂)之间。第二氧化物层44可以具有设置在其上的外涂层46。阻挡层36、42也可以设置在第一金属层和第一氧化物层之间，或者第一氧化物层38和第二金属层40之间。虽然前述层被描述为是连续的(contiguous)，但是可以设想，在不脱离本发明的总体范围的情况下，可以将材料或层放置在适于涂层的预期目的的相应层之间。低发射率涂层30可以具有在约

到约

的范围内的厚度，例如约

到约

约

到约

约

到约

约

到约

约

到

或约

以上。

前述涂层30可以与任何透明的、基本上透明的或透光的衬底20一起使用以形成涂覆的衬底10或10′。在一些实施方案中，低发射率涂层30可以是在衬底20或窗玻璃片(window pane)(在其气隙(airspace)内)上的薄涂层，其反射热辐射或抑制其发射，从而减少通过玻璃的热传递。低发射率涂层30因此可以定位在玻璃的面向内的表面或表面上(例如，在双层玻璃单元(double paned glass unit)中的玻璃的外层玻璃上的面向内的表面)或可以位于一块玻璃的外表面上(例如，在双层玻璃单元的内层玻璃的外表面上)，并且可以进一步具有附加特征，例如但不限于可用于进一步反射太阳辐射的薄膜或主体色调(body tint)，或者也可以包括偏振材料。在一些实施方案中，低发射率涂层30可以设置在内层玻璃上内表面上(例如两个外侧叠层式玻璃的内表面上)。衬底20还可以由窗框保持。窗框同样可以具有独特的特征，例如最小化传导热传递的绝缘窗框。

衬底20可用于需要或期望控制反射率和透射率的各种布置和设置中。在实施例的一个实例中，衬底20可以用作或形成窗户或天窗(skylight)。为此，涂层30可以与窗玻璃片结合。窗玻璃片还可以具有独特的性能，例如绝缘性能。因此，如图3所示，在实施方案的一个实例中，将低发射率涂层30施涂到绝缘玻璃(“IG”)单元60或IG窗户单元的表面。如图所示，IG单元60可以是多层玻璃窗户(multi-pane window)，其具有包括玻璃板或其它透明材料的第一窗玻璃(pane)62和包括玻璃板或其它透明材料的第二窗玻璃64，在它们的外围边缘处由常规密封剂66密封以在它们之间形成腔室(chamber)68。通过密封第一和第二窗玻璃62、64的外围边缘并将诸如氩气的低传导率气体引入腔室68中，形成典型的高绝缘值(insulating value)IG单元60。第一窗玻璃62可以是IG单元60的最外部分，且第二窗玻璃可以是IG单元60的最内部分。例如，第一窗玻璃62可以是建筑物的外表面，且第二窗玻璃64可以是建筑物的内表面。第一窗玻璃62可以包括内表面72和外表面73(例如，在腔室68的外部)。第二窗玻璃64可以包括内表面74和外表面75(例如，在腔室68的外部)。在实施方案的一个示例中，涂层30可以施涂到腔室68内的第一窗玻璃62的内表面72上，如图所示。根据前者，当光通过第一窗玻璃62时，光首先接触涂层30的合金层32。

在实施方案中，腔室68内的第二窗玻璃64的内表面74可以可替代地或附加地用涂层30涂覆。因此，应当理解的是，图3仅说明其中可以使用本公开的涂层30的IG单元的一个实施方案。例如，本公开的涂层可以施涂到具有多于两块玻璃的IG单元。

可以使用各种技术来施涂涂层30，或形成本文所述涂层30的膜或层。提供了在具有表面的衬底上形成涂层30的方法的实例。该表面可以任选地通过适当的洗涤或化学制备来制备。涂层30可以沉积在衬底20的表面上。涂层30可以沉积在一系列离散层中的一个或多个中，或沉积为梯度膜(graded film)的厚度，或其组合。可以使用任何合适的薄膜沉积技术沉积涂层30。

在实施例的一个实例中，溅射可用于在衬底20上沉积或施加涂层30的一个或多个部分。众所周知，溅射是用于将材料薄膜沉积到表面或衬底上的技术。通过首先产生气态等离子体，然后将来自该等离子体的离子加速到一些源材料(例如靶)中，源材料通过能量转移被到达的离子侵蚀，并且以中性颗粒(neutral particle)的形式喷射，所述中性颗粒是单个原子或者是原子或分子的簇。当这些中性颗粒被喷射时，它们沿直线行进，除非它们与其他事物(无论它是其它颗粒还是附近表面)接触。放置在这些喷射颗粒的路径中的衬底将被源材料或靶的薄膜涂覆。众所周知，气态等离子体是一种动态条件，其中中性气体原子、离子、电子和光子同时以接近平衡的状态存在。可以通过计量气体(例如氩气或氧气)进入预抽吸(pre-pumped)的真空室中，允许室压力达到特定水平，然后使用真空馈通(vacuumfeed through)将活性电极引入该低压气体环境中来产生该动态条件。诸如RF、DC、MW的能量源可用于馈送(feed)并因此在等离子体损失能量到其周围时维持等离子体状态。所使用的溅射类型可以是二极管溅射、磁控管溅射、共焦溅射、直接溅射或其它合适的技术。在沉积涂层30的示例性方法中，使用DC磁控管溅射。磁控管溅射包括将衬底20传送通过一系列低压区，其中依次施加构成涂层30的各个膜区域。因此，金属膜或其层从金属源或靶溅射，这可在惰性气氛中发生。为了沉积透明介电膜或氧化物层，靶可以由电介质本身形成。可替代地，也可通过在反应性气氛中溅射金属靶来施涂介电膜。在这点上，例如为了沉积氧化锌，可以在氧化气氛中溅射锌靶。可以通过改变衬底的速度和/或通过改变施加在靶上的功率来控制沉积膜的厚度。在用于在衬底上沉积薄膜的方法的可替代实施例中，可以使用等离子体化学气相沉积。这种等离子体化学气相沉积包括通过等离子体分解气体源和随后在固体表面如玻璃衬底上形成膜。膜厚度可以通过改变衬底通过等离子体区时的速度和/或通过改变每个区内的功率和/或气体流速来调节。

图4是用于涂覆衬底的方法的示意图。在用于沉积涂层30的方法的实例中，涂布机(coater)(通常在图4中由50表示)用于以本文所述的布置沉积涂层，其可以从衬底20表面向外朝向暴露环境(例如，腔室68内的环境)依次包括合金层32区域、第一红外反射膜区域或第一金属层34、第一阻挡层36区域、第一透明介电膜区域或第一氧化物层38、第二红外反射膜区域或第二金属层40、第二阻挡层42区域、第二透明介电膜区域或第二氧化物层44、以及最外层或外涂层46。合适的涂布机是可从Applied Films获得的建筑玻璃涂布机(architectural glass coater)。通常，具有最少22个阴极位置和实现约10^-6托的真空的能力的涂布机是理想的。

参考图4，为了实现前述涂覆布置，将衬底20定位在涂布机50的开始处，并通过传送组件(未示出)传送到第一涂覆区51中，然后随后通过多个附加的近侧定位的涂覆区。应当理解，传送可以通过任何合适的装置(机械的、计算机化的或手动操作)来实现。在一个实例中，衬底的传送可以通过传送组件上的传送辊来进行。每个涂覆区可以设置有一个或多个溅射室或隔仓(bay)，其适于在衬底20上共同设置膜区域、子层或层。在每个隔仓中安装一个或多个包括可溅射的靶材料的靶。在本文提供的实例中，靶可以是锌或锡的化合物，或金属或金属化合物。

衬底被传送到第一涂覆区51中，其中形成合金层32和第一金属层34，条件是第一红外反射膜区域被直接施加在衬底20上或与衬底20连续(contiguous)。第一涂覆区51提供有惰性气氛。在一个实例中，惰性气氛包括氩气，尽管在不脱离本发明的总体范围的情况下可以使用替代的惰性气体。该涂覆区的活性溅射隔仓各自具有靶。靶的数量和类型，例如，平面的或圆柱形的或类似形式，可以出于适于制造的目的或根据需要而改变。隔仓中的第一靶可以是NCM合金靶(例如，对于合金层32)。后续或邻近隔仓中的靶可以是金属银靶(例如，对于第一金属层34)。另一个后续隔仓中的靶可以是金属钛靶(例如，对于第一阻挡层36)。衬底在NCM合金靶下面传送，从而沉积厚度为本文公开的任何合金层厚度的膜形式的NCM合金，例如约

至约

然后在银靶下面传送衬底20，以膜的形式沉积银，膜的厚度为本文公开的任何第一金属层厚度，例如约

到约

结果，第一红外反射膜区域以NCM合金膜和与其连续(contiguous)的银膜的形式沉积，厚度在约

和约

之间。然后将衬底传送到下一个隔仓中的钛靶下面，从而以包含钛并具有适于保护银第一金属层34免受氧化的厚度的膜的形式沉积第一阻挡区36。沉积以形成第一阻挡层36的钛的厚度可以包括本文公开的第一阻挡层36的任何厚度，例如在约

至约

的范围内

然后将衬底20输送到第二涂覆区52和第三涂覆区53中。第二和第三涂覆区52和53各自设有三个溅射室(或“隔仓”)，它们共同适于沉积包含氧化锌锡(ZnO/SnO₂)的第一透明介电膜区域或第一氧化物层38。所有这些隔仓都设有包含锌或锡的化合物的溅射靶。溅射靶的数量和类型，例如，平面的或圆柱形的等等，可以根据制造或其它偏好而改变。在氧化气氛中溅射靶以沉积包含锌和锡的氧化物膜形式的第一透明介电膜区域或第一氧化物层38。在这一点上，第二和第三涂覆区52、53中的氧化气氛可以各自由氧气组成或包括氧气。第二涂覆区52的靶可包括在邻近隔仓中的第一和第二锌靶和在涂覆区中的第三隔仓中形成第三靶的锡靶。靶可以由任何合适的类型形成，例如平面或圆柱形靶等，或者可以以适合于所提供目的的任何数量提供。第三涂覆区53可包括具有锡靶的第一隔仓和具有锌靶的两个后续隔仓，形成第二和第三靶。衬底在第二和第三涂覆区52和53中所有提到的靶下面传送，使得透明介电膜区域或第一氧化物层38以包含锌和锡的氧化物膜并且厚度在约

到约

之间的形式施涂。

在第四涂覆区54之后，衬底20(和沉积在其中的层)被传送通过具有两个活性溅射隔仓的第四涂覆区54。在第四涂覆区54中，第二红外反射膜区域或第二金属层40(例如，银层)直接施涂在第二透明介电膜区域或第一氧化物层38上或与其连续(contiguous)。溅射基本上如针对第一红外反射膜区域所述来进行。在这点上，第四涂覆区54具有可以由氩气形成的惰性气氛。该涂覆区中的每个溅射隔仓具有靶。靶可以是平面靶或圆柱形靶等。每个隔仓还可以包括多个靶。第一隔仓中的靶是金属银靶，邻近第二隔仓中的靶是金属钛靶。金属银靶形成第二金属层40，且金属钛靶形成第二阻挡层42。衬底20被传送到第一隔仓中的靶下方，以将第二红外反射膜区域沉积为金属银膜，该金属银膜具有在此公开的用于第二金属层的任何厚度的厚度，例如在大约

与大约

之间。然后以相同的速率将衬底20传送到邻近隔仓中的金属钛靶下方，以沉积第二阻挡层42膜区域，该第二阻挡层42膜区域包含本文公开的用于第二阻挡层的任何厚度的钛，例如在约

和约

之间。

然后将衬底传送通过第五涂覆区55，在此施加第二透明介电膜区域或第二氧化物层44。在所提供的示例中的涂覆区具有两个溅射隔仓，并且每个这样的隔仓可以设有一个或多个靶。靶可以是如本文所述的任何合适的形状或类型，并且可以包括作为锌或锡的化合物的可溅射材料。第五涂覆区55设有包括氧气的氧化气氛。可替代地，该气氛可包括氩气和氧气。衬底20被传送在第五涂覆区55中的这些靶下面，使得第二透明介电膜区域或第二氧化物层44作为包含锌和锡的氧化物膜并且具有本文公开的用于第二氧化物层44的任何厚度的厚度(例如在约

和约

之间)施加。

将衬底输送到第六涂覆区56和第七涂覆区57中，其中施涂第二透明介电膜区域或第二氧化物层44的最外部分，即外涂层46。第六和第七涂覆区56、57各自具有两个溅射隔仓，并且各自包含基本上由氧气组成的氧化气氛。可替代地，该气氛可包括氩气、氮气和/或氧气。在这些涂覆区的每一个中的溅射隔仓各自都设置有一个或多个任何类型的靶，例如但不限于圆柱形或平面靶。这些靶中的每一个包括钛或氧化钛的可溅射靶材料。衬底20被传送在第六和第七涂覆区56、57中的所有靶下面，使得外涂层46施涂到先前沉积的层上。外涂层46可视为单独的层，但可形成第二透明介电膜区域或第二氧化物层44的一部分。外涂层46作为氧化钛膜施加，该氧化钛膜具有本文公开的用于外涂层46的任何厚度的厚度，例如在约

和约

之间。

涂覆衬底的方法的实施方案可以如上所述进行以形成本文公开的任何涂层。在这样的实施方案中，涂层的单独的层可以以所示或所述的顺序施涂到衬底上以形成相应的涂层。在实施方案中，本文公开的任何层类型的一个或多个附加层可以布置在图1和图2中公开的任何层之间，而不受限制。例如，附加的INCONEL^TM层(例如，镍-铬-钼合金层)可以布置在图1和图2中公开的任何层之上或之间。

应当理解，虽然可以描述涂覆区和活性溅射隔仓的具体布置和数量，但是在一个或多个上述区和隔仓之间可以设置未使用的隔仓和/或涂覆区。同样，在不脱离本发明的总体范围的情况下，可以使用各种部件的可替代的位置、数量和变化。此外，虽然具体描述了磁控溅射，但是在施加涂层30的方法的可替代的示例中，涂层30可以例如通过粘合剂预先形成并施涂到衬底20。可替代地，涂层30或其性质可与衬底20整体形成。

实施例

以下实施例作为涂层30和将涂层30施涂到衬底20上的方法的说明给出，并且不旨在限制本发明的总体范围。

从以下实施例可以看出，本文所述的涂层30和施加涂层30的方法在提供改善的SHGC的同时保持与现有低发射涂层等同水平的光透射。

使用上述技术形成涂层以形成工作实施例1。工作实施例1包括下表1中公开的材料和厚度。

表1

还形成了比较实施例1-3。比较实施例1-3包括目前可获得的窗涂层(windowcoating)，其各自包括单层的银和与玻璃衬底接触的基础氧化物层(base oxide layer)。比较实施例1的厚度小于比较实施例2的厚度，比较实施例2的厚度小于比较实施例3的厚度。比较实施例1-3和工作实施例1中的每一个都是低发射涂层。

在IG单元的外窗玻璃的内表面上(例如，图3的表面72)测试了工作实施例1和比较实施例1-3的可见光透射/反射和SHGC。根据国家建筑物开窗评级委员会(NationalFenestration Rating Council(NFRC))方法，按照用于测定在法向入射下建筑物开窗产品太阳能热增益系数和可见光透射的NFRC 200-2004[E1A4]步骤(NFRC 200-2004[E1A4]Procedure for Determining Fenestration Product solar heat Gain Coefficientand Visible Transmittance at Normal Incidence)(其通过引用整体并入本文)，测试了具有本文所述性质的涂层30。每个实施例测定的VLT和SHGC列于下表2中。

表2。

表2	SHGC	VLT％
			比较实施例1	0.31	47
比较实施例2	0.29	43
			比较实施例3	0.23	36
工作实施例1	0.23	44

图5是表2的值的曲线图，示出了通过在其上具有相应示例涂层的IG单元的可见光透射率(“VLT”)的百分比相对于其太阳热增量系数(solar heat gain coefficient)。如图5所示，比较实施例1的性能包括47％的VLT和0.31的SHGC。比较实施例2的性能包括43％的VLT和0.29的SHGC。比较实施例3的性能包括36％的VLT和0.23的SHGC(注意比较实施例3是比较实施例中最薄的)。

工作实施例1的性能显示出44％的VLT和意想不到的0.23的SHGC。比较实施例2的VLT类似于工作实施例1的VLT，而比较实施例2的SHGC比工作实施例1的SHGC高得多。本发明人目前认为，类似的可见光反射材料之间SHGC的意想不到的差异至少部分归因于INCONEL^TM层直接定位在衬底上而不是如比较实施例2的情况中定位在氧化物层所致。

比较实施例1-3显示在约23-46％范围内的高外部反射率。工作实施例1表现出在约20-30％范围内的中等范围外部反射率。

如所述，低发射率涂层30对于至少一部分可见光可以是透明的或基本上透明的，并且对于红外辐射可以是不透明的或基本上不透明的。为此，由所述低发射材料形成的衬底20表面上的涂层30可以反射大量辐射热，从而降低通过玻璃的总热流量。因此，通过改变允许穿过衬底20的可见光和/或辐射的量，低发射率涂层30还可以被布置成允许高太阳能增益、中等太阳能增益或低太阳能增益。工作实施例1的涂层提供约1.7的光与太阳能增益比(LSG)(例如，VLT除以SHGC)。比较实施例1-3的涂层也给出约1.7的LSG。

尽管以上已经以一定程度的特殊性描述了各种代表性实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离说明书和权利要求书中阐述的本发明主题的精神或保护范围的情况下对所公开的实施例进行多种改变。连接引用(joinder reference)(例如，附接、联接、连接)应被广义地解释，并且可包括元件连接之间的中间构件和元件之间的相对运动。因此，连接引用不一定意味着两个元件直接连接并且彼此成固定关系。在一些实例中，在本文直接或间接阐述的方法中，以一种可能的操作顺序来描述各种步骤和操作，但所属领域的技术人员将认识到，在不一定脱离本发明的精神和保护范围的情况下，可重新布置、替换或消除步骤和操作。期望的是，以上描述中包含的或附图中所示的所有内容应被解释为仅是说明性的而非限制性的。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神的情况下，可以对细节或结构进行改变。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims

1.一种包括衬底和施涂到所述衬底上的涂层的制品，所述涂层包括多个层，其中所述涂层包括：

基础层，包括镍-铬-钼合金，所述基础层直接设置在所述衬底上，所述基础层形成红外反射区；

第一金属层，设置在所述基础层上，所述第一金属层包括银；

第一阻挡层，设置在所述第一金属层上；

第一氧化物层，设置在所述第一阻挡层上；

第二金属层，设置在所述第一氧化物层上，所述第二金属层包括银；

第二阻挡层，设置在所述第二金属层上；

第二氧化物层，设置在所述第二阻挡层上；以及

外涂层，设置在所述第二氧化物层上；

其中所述衬底是透明的、基本上透明的或透光的衬底。

2.根据权利要求1所述的制品，其中，所述镍-铬-钼合金包括铌或钽中的一种或多种、镍、铬、钼和铁。

3.根据权利要求1所述的制品，其中，所述镍-铬-钼合金包含至少3.15重量％-4.15重量％的铌或钽中的一种或多种、58重量％的镍、20重量％-23重量％的铬、8重量％-10重量％的钼、以及小于5重量％的铁。

4.根据权利要求1所述的制品，其中所述多个层从所述衬底向外包括：

所述基础层，具有

至

之间的厚度；

所述第一金属层，具有

至

范围内的厚度；

所述第一阻挡层，具有

至

范围内的厚度；

所述第一氧化物层，具有

至

之间的厚度；

所述第二金属层，具有

至

范围内的厚度；

所述第二阻挡层，具有

至

范围内的厚度；

所述第二氧化物层，具有

至

之间的厚度；以及

所述外涂层，具有

至

范围内的厚度。

5.根据权利要求4所述的制品，其中：

所述第一阻挡层和所述第二阻挡层包括钛；

所述第一氧化物层和所述第二氧化物层包括氧化锌和氧化锡；以及

所述外涂层包括氧化钛。

6.根据权利要求1所述的制品，其中所述衬底包括玻璃片。

7.根据权利要求6的所述制品，其中所述玻璃片形成其中具有多个玻璃片的绝缘玻璃单元的部分。

8.一种用于衬底的涂层，所述涂层包括：

膜，包括多个共同延伸层，所述多个共同延伸层包括：

基础合金层，直接设置在所述衬底上，包括镍、铬和钼的合金，所述基础合金层形成红外反射区；

设置在所述基础合金层上的第一金属层；

设置在所述第一金属层上的第一阻挡层；

设置在所述第一阻挡层上的第一氧化物层；

设置在所述第一氧化物层上的第二金属层；

设置在所述第二金属层上的第二阻挡层；

设置在所述第二阻挡层上的第二氧化物层；以及

设置在所述第二氧化物层上的外涂层；

其中所述衬底是透明的、基本上透明的或透光的衬底。

9.根据权利要求8所述的涂层，其中所述第一金属层和所述第二金属层中的每一个都包括银。

10.根据权利要求8所述的涂层，其中所述基础合金层包括厚度在

至

之间的镍-铬-钼合金层。

11.根据权利要求10所述的涂层，其中：

所述第一金属层具有

至

范围内的厚度；

所述第一阻挡层具有

至

范围内的厚度；

所述第一氧化物层具有

至

之间的厚度；

所述第二金属层具有

至

范围内的厚度；

所述第二阻挡层具有

至

范围内的厚度；

所述第二氧化物层具有

至

之间的厚度；以及

所述外涂层具有

至

范围内的厚度。

12.根据权利要求8所述的涂层，其中：

所述第一金属层和所述第二金属层包括金、银或铜中的一种或多种；

所述第一阻挡层和所述第二阻挡层包括钛；

所述外涂层包括氧化钛。

13.一种涂覆衬底的方法，所述方法包括：

通过溅射将合金层直接施涂到衬底上，所述合金层包括镍-铬-钼合金材料，所述合金层形成红外反射区；

通过溅射将第一金属层施涂到所述衬底上，所述第一金属层包括金材料、银材料、或铜材料中的一种或多种；

通过溅射将第一氧化物层施涂到所述衬底上；

通过溅射将第二金属层施涂到所述衬底上，

在施涂所述第二金属层之后，通过溅射将第二氧化物层施涂到所述衬底上，

所述第二金属层包括金材料、银材料、或铜材料中的一种或多种，其中所述合金层、所述第一金属层、和所述第二金属层形成所述衬底的涂层的至少部分；

其中所述衬底是透明的、基本上透明的或透光的衬底。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

在施涂所述第一氧化物层之前和施涂所述第一金属层之后，通过溅射将第一阻挡层施涂到所述衬底；

在将所述第二金属层施涂到所述第一氧化物层之后和在施涂所述第二氧化物层之前，通过溅射将第二阻挡层施涂到所述衬底；以及

在施涂第二氧化物层之后将外涂层施涂到所述衬底。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述第一金属层具有

至

范围内的厚度；

所述第一阻挡层具有

至

范围内的厚度；

所述第一氧化物层具有

至

之间的厚度；

所述第二金属层具有

至

范围内的厚度；

所述第二阻挡层具有

至

范围内的厚度；

所述第二氧化物层具有

至

之间的厚度；以及

所述外涂层具有

至

范围内的厚度。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述第一氧化物层和所述第二氧化物层包括氧化锌和氧化锡；

所述第一阻挡层和所述第二阻挡层包括钛；以及

所述外涂层包括氧化钛。

17.根据权利要求13所述的方法，其中施涂合金层、施涂第一金属层和施涂第二金属层包括使用具有多个涂覆区的涂布机和将在所述涂布机内的所述衬底传送经过所述多个涂覆区以施涂每个相应层。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述衬底包括玻璃。