DE10259295A1

DE10259295A1 - Fassadenplatte

Info

Publication number: DE10259295A1
Application number: DE10259295A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Heft; Andreas Dr. Pfuch; Bernd Dr. Grünler; Uwe Dr. Kriltz
Original assignee: Centre Luxembourgeois de Recherches pour le Verre et la Ceramique CRVC SARL
Current assignee: Guardian Europe SARL
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: DE10259295B4; WO2004055296A3; WO2004055296A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fassadenplatte, insbesondere für ein Gebäude, mit einem Glassubstrat (1), einer auf dem Glassubstrat (1) angeordneten Interferenzschicht (2, 3), einer auf der Interferenzschicht (2, 3) angeordneten Zwischenschicht (4a, 4b) und einer auf der Zwischenschicht (4a, 4b) angeordneten Keramikschicht (5).

Description

1. Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fassadenplatte, eine Kombination aus Fassadenplatte und Fenster sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Fassadenplatte.

In der modernen Architektur besteht das Bedürfnis, Gebäude in optisch homogener Weise zu gestalten, so dass sich für den Betrachter unabhängig davon, ob eine Teil der äußeren Gebäudefläche als ein Fenster oder als eine blickdichte Fassade ausgebildet ist, eine weitgehend einheitliche Farb- und Reflexionswirkung ergibt.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, wie Fassadenplatten aus Glas gestaltet werden können, um dieses Ziel zu erreichen. Eine Möglichkeit besteht darin, für die Bildung einer angepassten Fassadenplatte die für das Fensterglas verwendeten Glasscheiben in einer Isolierglaseinheit mit gefärbtem oder emaillierten Floatglasscheiben zu kombinieren. Diese Methode ist jedoch aufwändig, kostenintensiv und aufgrund der Dicke der resultierenden Isolierglasscheiben nicht in allen Fällen anwendbar.

Eine einfache Farbbeschichtung der Rückseite einer Glasplatte kommt nicht in Betracht, da Farbschichten rein absorptive Systeme zur Farberzeugung darstellen, deren optischer Eindruck daher grundsätzlich anders ist als der eines modernen Fensters, das zum Sonnenschutz üblicherweise mit einer Interferenzschicht beschichtet ist, die nur für Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchlässig ist.

Aus der DE 40 03 851 C1 und der DE 41 08 616 C1 sind Fassadenplatten bekannt, bei denen die Lichtdurchlässigkeit der Glasscheibe durch eine Metallbeschichtung auf das gewünschte Maß verringert wird. Fraglich ist jedoch, ob sich in dieser Art hergestellte Fassadenplatten problemlos weiterverarbeiten lassen, beispielsweise durch Biegen, Härten, Laminieren etc., ohne dass die Beschichtung Schaden nimmt.

Ein anderer Ansatz ist aus der US 3,951,525 bekannt. Dieses Dokument offenbart eine gläserne Fassadenplatte mit einer durchsichtigen, reflektierenden Beschichtung, auf der unmittelbar eine undurchsichtige Emailleschicht angeordnet ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass solch ein Schichtsystem für eine Fassadenplatte seine optischen Eigenschaften im Laufe der Zeit verändert. Dadurch kann es zu unerwünschten Verfärbungen der Fassadenplatte kommen, so dass der einheitliche Gesamteindruck des Gebäudes verloren geht.

Zudem ist die Haftung zwischen der Emailleschicht und der direkt darunter liegenden Reflexionsschicht nicht ausreichend, um den hohen Belastungen während der Verarbeitung einer Fassadenplatte standzuhalten. Dieser Nachteil ist in der US 3,951,525 selbst angesprochen. Zur Verbesserung der Haftung wird daher vorgeschlagen, Emailleschichten zu verwenden, die einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Glassubstrat aufweisen, weil durch die resultierende Kompression nach dem Aufbringen der Emailleschicht eine dauerhaftere Fassadenplatte erreicht werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine Fassadenplatte, eine Kombination aus Fassadenplatte und Fenster sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Fassadenplatte bereitzustellen, um die oben erläuterten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß eines ersten Aspekts eine Fassadenplatte, insbesondere für ein Gebäude, mit einem Glassubstrat, einer auf dem Glassubstrat angeordneten Interferenzschicht, einer auf der Interferenzschicht angeordneten Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht angeordneten Keramikschicht.

Die erfindungsgemäße Fassadenplatte basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine dünne Zwischenschicht, die oberhalb der Interferenzschicht und unterhalb der Keramikschicht angeordnet ist, die Langzeitstabilität des von der erfindungsgemäßen Fassadenplatte erzeugten optischen Eindrucks erheblich verbessert werden kann. Die Zwischenschicht verhindert oder reduziert zumindest die chemische Wechselwirkung zwischen der Interferenzschicht und der Keramikschicht. Insbesondere wird beim Tempern einer erfindungsgemäßen Fassadenplatte die Diffusion von Sauerstoffionen aus der Keramikschicht in die Interferenzschicht gehemmt und damit eine Veränderung der optischen Eigenschaften der dünnen Interferenzschicht durch die aggressiven Sauerstoffionen reduziert. Darüber hinaus hat die Zwischenschicht einen ausgleichenden Einfluss auf die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der anderen Komponenten des Schichtsystems. Schließlich dient die Zwischenschicht als eine Haftvermittlungsschicht zur Verbesserung der mechanisch-chemischen Adhäsion zwischen der glatten Metalloberfläche der Interferenzschicht einerseits und der SiO₂-reichen Keramikschicht andererseits.

Vorzugsweise weist die Zwischenschicht einen zur Keramikschicht ähnlichen Brechungsindex auf. Die optischen Eigenschaften der Fassadenplatte bleiben daher durch die Zwischenschicht im wesentlichen unbeeinflusst und werden nur durch die Interferenzschicht und die Keramikschicht bestimmt.

Bevorzugt umfasst die Zwischenschicht zumindest eines oder eine Mischung der folgenden Materialien: Siliziumoxid, Siliziumnitrit, Silizium-oxy-nitrit, vorzugsweise in einer Dicke von 2 – 20 nm, bevorzugt 2 – 10 nm und besonders bevorzugt 3 – 8 nm. Die Interferenzschicht weist bevorzugt TiO₂ und eine nachfolgende Metallschicht auf, wobei die TiO₂-Schicht vorzugsweise eine Dicke von 2 – 20 nm aufweist.

Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung eine Kombination aus einer Fensterscheibe und einer oben erläuterten Fassadenplatte, wobei die Interferenzschicht und / oder die Keramikschicht so gewählt sind, dass die Fensterscheibe und die Fassadenplatte eine aufeinander angepasste Farb- und /-oder Lichtreflexionswirkung aufweisen.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Fassadenplatte, aufweisend die Schritte des Bereitstellens eines Glassubstrats, des Aufbringen einer Interferenzschicht, des Aufbringens einer Zwischenschicht und des Aufbringens einer Keramikschicht.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Interferenzschicht und /- oder die Zwischenschicht durch Magnetron-Kathodenzerstäubung aufgebracht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Zwischenschicht pyrolytisch aufgebracht wird. Denkbar sind jedoch auch Mischformen, bei denen ein Teil des Schichtsystem durch Magnetron-Kathodenzerstäubung aufgebracht wird während eine anderer Teil durch andere Verfahren, beispielsweise pyrolytisch aufgebracht wird. Die Keramikschicht wird bevorzugt mit einem Rollcoatingverfahren oder einem Siebdruckverfahren aufgebracht.

Weitere Verbesserungen der erfindungsgemäßen Fassadenplatte, der Kombination aus Fassadenplatte und Fenster und des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden den Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigt:
1: Ein Schnitt durch eine Fassadenplatte gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
2: Ein Schnitt durch eine Fassadenplatte gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer Fassadenplatte für ein Gebäude erläutert. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Fassadenplatte auch in anderen Bereichen zur optischen Gestaltung einer Fläche verwendet werden kann, beispielsweise im Schiffbau oder auch im Fahrzeugbau.
Wie in 1 gezeigt, wird zur Bildung einer Fassadenplatte gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ein Stapel mehrerer Schichten auf einer Glasplatte 1 angeordnet. Sowohl 1 als auch 2 sind nur schematische Zeichnungen. Die gezeigte Dicken des Schichten sind nicht maßstabsgerecht. Die Glasplatte 1 ist vorzugsweise ein Floatglas, beispielsweise ein klares Natronsilikatglas mit einer typischen Dicke von 6 mm, das nach der Beschichtung noch weiter verarbeitet werden kann, beispielsweise durch Vorspannen. Andere, für sichtbares Licht im wesentlichen durchsichtige Substrate, z.B. andere Glasarten oder auch geeignete Kunststoffe sind ebenfalls denkbar.
Auf dem Glassubstrat 1 wird zunächst eine Interferenzschicht abgeschieden, vorzugsweise durch Magnetron-Kathodenzerstäubung. Mit diesem Verfahren lassen sich großtechnisch Gläser beschichten. Die Interferenzschicht umfasst in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus 1 eine TiO₂-Schicht 2, die bevorzugt 8 nm dick ist, gefolgt von einer Metallschicht 3, die im Schichtsystem aus 1 als eine Ti-Schicht einer Dicke von 3 nm bereitgestellt wird.
Denkbar ist auch die Verwendung anderer Metalle, beispielsweise Silber oder Aluminium sowie der Einsatz anderer Metalloxide wie zum Beispiel SnO₂. Darüber hinaus kann die Interferenzschicht auch aus einer Abfolge mehrerer Metallschichten und dielektrischer Schichten bestehen. Der genaue Aufbau der Interferenzschicht richtet sich bevorzugt nach dem in Verbindung mit der erläuterten Fassadenplatte verwendeten Fenster, um nach Abschluss der Beschichtung eine angepasste, d.h. im wesentlichen übereinstimmende Reflexionswirkung des Fensters und der Fassadenplatte zu erzielen. Dies lässt sich beispielsweise feststellen, indem der Farbton der Reflexion des Himmels – blau oder bei Bewölkung grau – auf der Fensterscheibe und der korrespondierenden Fassadenplatte mit dem bloßen Auge verglichen werden.
Wie in 1 ferner zu erkennen, wird auf der Interferenzschicht 2, 3 eine Zwischenschicht 4a angeordnet. Für die Zwischenschicht 4a kommen grundsätzlich alle Materialien in Betracht, die verhindern, dass die Interferenzschicht 2, 3 durch eine chemische Wechselwirkung mit anderen Schichten angegriffen wird und die die optischen Eigenschaften der Fassadenplatte im Sinne der oben erläuterten Anpassung an die optische Erscheinung eines korrespondierenden Fensters nicht negativ beeinflussen. Dazu sollte insbesondere der Brechungsindex der Zwischenschicht mit dem Brechungsindex der Keramikschicht übereinstimmen.
Im Ausführungsbeispiel aus 1 wird eine Zwischenschicht von 5 nm SiO_0,5N₁ verwendet. Andere Materialien für die Zwischenschicht umfassen Siliziumoxid (SiO_x) und Silizium-oxy-nitrid. So zeigt 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer 8 nm dicken Zwischenschicht 4b aus Si₂N₃ die auf einer Interferenzschicht aus 10 nm TiO₂ und 2,5 nm Ti angeordnet ist.
Die Zwischenschicht kann wie die Interferenzschicht durch reaktives Sputtern mit einem Magnetron oder auch durch flammenpyrolytisches Abscheiden auf die Interferenzschicht aufgebracht werden. Bei dem letzteren Verfahren wird die zu beschichtende Glasplatte in einem geringen Abstand, z.B. 40 mm, an einem Brenner vorbeibewegt, der in einem Gemisch aus Luft und einem Zusatzstoff brennt. Beispielsweise lässt sich mit einen Luft-Silangemisch ein SiO_x Schicht auf dem Substrat abscheiden.
Die Zusammensetzung der Zwischenschicht kann dabei über einen gewissen Bereich variieren und von einer genauen Stöchiometrie der oben angegebenen Verbindungen abweichen. Auch die Verwendung von Mischungen der genannten Materialien ist denkbar.
Abschließend wird die Emailleschicht 5 aufgebracht. Dabei handelt es sich um ein handelsübliches Emaille. Die Emailschicht wird bei ca. 600°C in einem Durchlaufofen eingebrannt. Auch dieser Prozess lässt sich großtechnisch realisieren. Die Dicke der Emailleschicht 5 bestimmt, ob die Fassadenplatte vollständig blickdicht ist oder sichtbares Licht teilweise durchlässt. Je nach dem Einsatzzweck der Fassadenplatte lassen sich damit unterschiedliche optische Effekte erzielen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die Abwandlungen von den in den 1 und 2 erläuterten Schichtsystemen sind: Auf einem klaren Natronsilikat-Glassubstrat einer Dicke von 6 mm wird ein Interferenzschichtsystem mit 20 nm TiO₂ und 8 nm Titan mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ - A 3210 Z5H 26 aufgebracht. Darauf wird eine Zwischenschicht mit 10 nm Si₂N₃, ebenfalls mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 abgeschieden. Zur Emaillierung wird FERRO, MAGMALOR GmbH Cerdexpress-Glasfarbe, bleifrei, angepastet, FERNBLAU 80 1022, Code X124002A2 verwendet. Dabei handelt es sich um eine keramische Fritte auf SiO₂-Basis mit diversen Zusätzen, die mittels eines Sprayverfahrens aufgebracht wird. Anschließend wird die Fassadenplatte einem Vorspannprozeß in einem UNI-CHARGE-ESG-Ofen unterzogen.
In einem weiteren Beispiel wird auf ein klares Natronsilikat-Glassubstrat einer Dicke von 8 mm ein Interferenzschichtsystem mit 8 nm TiO₂ und 4 nm Titan mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 aufgebracht. In diesem Beispiel weist die Haftmittlerschicht 8 nm Siliziumoxynitrid auf, das ebenfalls mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 aufgebracht wird. Die Emaillierung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mit FERRO, MAGMALOR GmbH Cerdexpress – Glasfarbe, bleifrei, angepastet, BLAUGRAU, RAL 7031. Dabei handelt es sich um eine keramische Fritte auf SiO₂ – Basis mit diversen Zusätzen, die mittels Rollcoatingverfahren aufgebracht wird. Anschließend erfolgt wiederum ein Vorspannprozeß der gesamten Fassadenplatte in einem UNI-CHARGE-ESG-Ofen.
In noch einem weiteren Beispiel wird auf ein grünes Natronsilikat-Glassubstrat einer Dicke von 10 mm ein Interferenzschichtsystem mit 15 nm TiO₂ und 2 nm Titan mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 aufgebracht. Darauf wird eine Haftmittlerschicht, mit 4 nm Siliziumoxynitrid, ebenfalls mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 angeordnet. Die Emaillierung erfolgt mit FERRO, MAGMALOR GmbH Cerdexpress – Glasfarbe, bleifrei, angepastet, ZELTGRAU RAL 7010. Auch hierbei handelt es sich um eine keramische Fritte auf SiO₂-Basis mit diversen Zusätzen. Die Emaillierung wird mittels Rollcoatingverfahren aufgebracht. Anschließend erfolgt ein Vorspannprozeß der gesamten Fassadenplatte an einem UNI-CHARGE-ESG-Ofen Gemäß noch eines weiteren Beispiels wird auf einem klaren Natronsilikat-Glassubstrat einer Dicke von 15 mm ein Interferenzschichtsystem mit 10 nm TiO₂ und 2 nm Titan mittels Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 aufgebracht. In diesem Beispiel weist die Haftmittlerschicht 3 nm Siliziumoxynitrid auf, die ebenfalls durch Magnetron-Großflächenbeschichtung in einer Beschichtungsanlage HKZ – A 3210 Z5H 26 deponiert wird. Die Emaillierung erfolgt in diesem Beispiel mit FERRO, MAGMALOR GmbH Cerdexpress – Glasfarbe, bleifrei, angepastet, SCHWARZGRAU, RAL 7021. Auch dieses Emaille ist eine keramische Fritte auf SiO₂-Basis mit diversen Zusätzen, die mittels Siebdruckverfahren aufgebracht wird. Anschließend erfolgt ein wiederum ein Vorspannprozeß der gesamten Fassadenplatte an einem UNI-CHARGE-ESG-Ofen.

Claims

Fassadenplatte, insbesondere für ein Gebäude, aufweisend: a. ein Glassubstrat (1); b.eine auf dem Glassubstrat (1) angeordnete Interferenzschicht (2, 3); c. eine auf der Interferenzschicht (2, 3) angeordnete Zwischenschicht (4a, 4b); und d. eine auf der Zwischenschicht (4a, 4b) angeordnete Keramikschicht (5).
Fassadenplatte nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht (4a, 4b) einen zur Keramikschicht (5) ähnlichen Brechungsindex aufweist.
Fassadenplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht (4a, 4b) zumindest eines oder eine Mischung der folgenden Materialien umfasst: Siliziumoxid (SiO_x), Siliziumnitrit, Silizium-oxy-nitrit.
Fassadenplatte nach Anspruch 3, wobei die Zwischenschicht (4a) SiO_0,5N₁ aufweist.
Fassadenplatte nach Anspruch 3, wobei die Zwischenschicht (4b) Si₂N₃ aufweist.
Fassadenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (4a, 4b) eine Dicke von 2 – 20 nm, bevorzugt 2 – 10 nm und besonders bevorzugt 3 – 8 nm aufweist.
Fassadenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Interferenzschicht eine Schicht (2) TiO₂ und eine nachfolgende Metallschicht (3) aufweist.
Fassadenplatte nach Anspruch 7, wobei die Interferenzschicht eine Schicht TiO₂ einer Dicke von 2 – 20 nm aufweist.
Fassadenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keramikschicht (5) eine hinreichende Dicke aufweist, um im wesentlichen blickdicht zu sein.
Fassadenplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Interferenzschicht (2, 3), die Zwischenschicht (4a, 4b) und die Keramikschicht (5) auf einer dem Gebäude zugewandten Seite des Glassubstrats (1) angeordnet sind.
Kombination aus einer Fensterscheibe und einer Fassadenplatte nach einem der Ansprüche 1 – 10, wobei die Interferenzschicht (2, 3) und / oder die Keramikschicht (5) so gewählt sind, dass die Fensterscheibe und die Fassadenplatte eine aufeinander angepasste Farb- und / oder Lichtreflexionswirkung aufweisen.
Kombination nach Anspruch 11, wobei die Fensterscheibe eine vorspannbare, magnetron beschichtete Floatglasscheibe ist.
Verfahren zum Herstellen einer Fassadenplatte, aufweisend folgende Schritte: a. Bereitstellen eines Glassubstrats (1); b. Aufbringen einer Interferenzschicht (2, 3); c. Aufbringen einer Zwischenschicht (4a, 4b); und d. Aufbringen einer Keramikschicht (5).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Interferenzschicht (2, 3) und / oder die Zwischenschicht (4a, 4b) durch Magnetron-Kathodenzerstäubung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zwischenschicht (4a, 4b) pyrolytisch aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 – 15, wobei die Keramikschicht (5) mit einem Rollcoatingverfahren oder einem Siebdruckverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 – 16 zur Herstellung einer Fassadenplatte nach einem der Ansprüche 1 – 9.