DE1596879C3 - Mit einer durchsichtigen Gold-Eisen-Legierung überzogener, lichtdurchlässiger Gegenstand, insbesondere aus Glas, sowie seine Verwendung - Google Patents
Mit einer durchsichtigen Gold-Eisen-Legierung überzogener, lichtdurchlässiger Gegenstand, insbesondere aus Glas, sowie seine VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einer goldhaltigen Metallschicht überzogenen, lichtdurchlässigen
Gegenstand, insbesondere aus Glas.
Bei lichtdurchlässigen Gegenständen, insbesondere bei Glasscheiben, ist es bekannt, eine lichtdurchlässige,
filmartige Goldschicht aufzubringen, um Wärmestrahlen zu reflektieren, das übrige Licht aber in ausreichender
Menge durchtreten zu lassen, um so eine befriedigende Durchsicht durch die Glasscheibe zu
gewährleisten.
Die bekannte aus Gold bestehende filmartige Metallschicht besitzt jedoch wesentliche materialbedingte
Nachteile insofern, als sie einmal keine ausreichende Haftfähigkeit gegenüber anderen Materialien, insbesondere
der Glasoberfläche besitzt, und zum anderen zufolge ihrer Weichheit wenig abriebfest ist, so daß
sie leicht beschädigt werden kann. Um eine ausreichende Haftung der Metallschicht an dem Glas zu
erreichen, war man daher gezwungen, zwischen dieser und dem Glas eine Zwischenschicht anzuordnen, die
ausreichende Haftfähigkeit einmal gegenüber dem Glas und zum anderen gegenüber der Metallschicht besitzt.
Diese bisher erforderliche Anordnung einer Zwischenschicht bedingt einen nicht unerheblichen Aufwand
und bringt keinerlei Verbesserung hinsichtlich der Abriebfestigkeit der Metallschicht.
Unter Zwischenschalten solcher Haftschichten sind auch bereits Gold-Eisen-Legierungen verwendet worden,
um auf diese Weise elektrisch leitende Schichten auf Glasoberflächen herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu beheben und feine Gold-Eisen-Legierung
zu schaffen, die die erwünschten Eigenschaften hinsichtlich der Wärmereflexion und der
Lichtabsorption aufweist und eine ausreichende Haftfähigkeit gegenüber dem Glas besitzt, so daß sie ohne'
Verwendung einer Zwischenschicht unmittelbar auf ίο die Glasoberfläche aufgetragen werden kann, und die
außerdem eine solche Härte besitzt, daß sie durch Abrieb nicht beschädigt werden kann. :
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Legierung aus 88 bis 98 Gewichtsprozent
Gold, 1 bis 6 Gewichtsprozent Germanium und 1 bis 6 Gewichtsprozent Chrom besteht.
Vorteilhafte Zusammensetzungen und eine Verwendung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei Außenverglasungen die goldhaltige Metallschicht so wirkungsvoll gegen Witterungseinflüsse zu schützen,
kann auf die freie Oberfläche dieser Schicht ein Schutzüberzug aufgebracht werden, der entsprechend dem
Schutzbegehren ausgebildet ist.
Die aus der Legierung gebildeten Überzüge werden durch Verdampfung in einem Vakuum auf den Gegenstand aufgebracht, wobei vorzugsweise die Verdampfung
durch Elektronenbombardement durchgeführt wird. Die erfindungsgemäße Legierung kann auf
schnelle Weise durch Verdampfung einer Schmelze auf den Gegenstand in Form eines Überzuges aufgebracht
werden, wobei während der Verdampfung sich geringfügige Veränderungen der Zusammensetzung durch
eine gewisse Fraktionierung ergeben; das Aufdampfen kann auch dadurch erfolgen, daß die pulverisierte
Legierung auf den überhitzten Gegenstand fallengelassen wird, wobei keine Veränderung der Zusammensetzung
sich ergibt; das Aufbringen des Überzuges kann auch durch gleichzeitige Verdampfung jedes
Legierungsbestandteiles mittels verschiedener Verdampfungsquellen erfolgen, wobei die Zusammensetzung
und die Aufdampfgeschwindigkeit durch die den verschiedenen Verdampfungsquellen zugeführte
elektrische Energie bestimmt wird. In der Vakuumkammer können verschiedene Verdampfungsquellen
vorgesehen sein, die mit unterschiedlichen Energien betrieben werden, wobei ein Teil dieser Verdampfungsquellen
der Aufbringung des erfindungsgemäßen Überzuges und eine weitere Verdampfungsquelle der
Aufbringung eines Schutzüberzuges dienen kann. Um die erforderliche Abriebfestigkeit und Haftung
des Überzuges bei gewünschter Lichtdurchlässigkeit und Sonnenreflexion zu erreichen, liegt die untere
Grenze der Legierungsbestandteile Germanium und Chrom bei annähernd jeweils 1 Gewichtsprozent,
während Anteile von mehr als 12 Gewichtsprozent zum teilweisen Verlust der angestrebten Eigenschaften
führen. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt mit einer Legierung, bestehend aus 2 bis 4 Gewichtsprozent
Chrom, 2 bis 4 Gewichtsprozent Germanium und 92 bis 96 Gewichtsprozent Gold.
Die Dicke des Überzuges schwankt in Abhängigkeit von den erwünschten optischen Eigenschaften. Ein bevorzugtes
Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Gebiet der Architektur, wo sich als Verglasung dienende
Gegenstände mit Überzugsdicken von 125 bis 225 A als zweckmäßig erwiesen haben, da diese Überzugsdicken
zu einer Durchlässigkeit des Lichtes von 35 bis 50 % führen, während die Durchlässigkeit der Sonnen-
energie auf etwa 23 bis 37% verringert wird gegenüber einer polierten Glasscheibe mit einer Dicke von
6,35 mm, die eine Durchlässigkeit für Licht und Sonnenenergie von etwa. 89 bis 80% besitzt. Dort wo
eine geringere Lichtdurchlässigkeit verlangt wird, können selbstverständlich größere Überzugsdicken verwendet
werden, durch die die Durchlässigkeit des Lichtes und der Sonnenenergie auf 20% und darunter
verringert werden kann, wobei Glasscheiben von 12,7 mm Stärke verwendet werden können, v/o eine
hohe mechanische Festigkeit, beispielsweise bei Verglasungen für Gebäude, gefordert wird.
Dort, wo bei Gebäuden die mit Überzügen versehenen Gegenstände als Außenverglasungen verwendet
werden, ist es zweckmäßig, zur Erhöhung der Widerstände gegen Witterungseinflüsse den Überzug
mit einem durchsichtigen Schutzüberzug auszustatten.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand folgender Beispiele erläutert:
Eine polierte und geschliffene und gesäuberte Glasscheibe mit einer Stärke von 3,18 mm und einer Größe
von 30,5 · 30,5 cm wird in eine Vakuumkammer eingebracht, die mit einer Hochspannungs-Entladungselektrode,
einem Glaserhitzer und einer Elektronenstrahl-Verdampfungsquelle mit einem durch Wasser
gekühlten Kupfertiegel und einem der Steuerung der Dicke des Überzuges dienenden optischen Überwachungssysiem
ausgerüstet ist. Die Vakuumkammer wird auf einen Druck von 20 Mikron Hg evakuiert
und die Scheibe bei diesem Druck durch Ionenbombardierung unter einer Spannung von 2000 V über
eine Glühentladungselektrode 10 Minuten lang gesäubert. Die Vakuumkammer wird darauf auf 4 · 10"5
Torr evakuiert. Die Verdampfungsquelle oder der Kupfertiegel, der mit der erfindungsgemäßen Legierung
beschickt ist, wird durch die Elektronenstrahlquelle aktiviert, wobei die Aufbringung des Überzuges
in einer Zeit von 60 Sekunden bei dem vorerwähnten Druck aus einer Entfernung von 61 cm erfolgt. Die
Dicke des Überzuges wurde durch die Überwachungs-
) vorrichtung auf 190 A gesteuert. Vor der Aufbringung
des Überzuges wurde das Glas durch die Erhitzungsvorrichtung auf 1500C erhitzt. Nach Erreichung der
angegebenen Dicke des Überzuges wird die Verdampfungsquelle und der Glaserhitzer abgeschaltet, die
Glasscheibe sich abkühlen gelassen und der Druck der Vakuumkammer auf Atmosphärendruck gebracht. Die
optische Untersuchung und die Handhabung der mit dem Überzug versehenen Glasscheibe zeigt keine Risse
oder Fehlstellen in dem Überzug, der sich als dauerhaft gegenüber einer Abriebbeanspruchung erwies, bei
der ein reiner Goldfilm zerstört worden wäre. Die optischen Eigenschaften des Gegenstandes waren folgende
:
Lichtquelle C
(Illuminated Engineering Society Lighting Handbook, 4. Auflage, 1966, Verlag I. E. S.)
Durchlässigkeit 40,5 %
Reflexion-Filmseite 34,2 %
Reflexion-Glasseite 23,3 %
Sonneneinstrahlung
Durchlässigkeit 24,6%
Reflexion-Filmseite ............ .· .51,6%
Reflexion-Glasseite 35,7%
Eine Glasscheibe gemäß Beispiel 1 wurde in gleicher ■ Weise wie dort mit einem Überzug versehen, wobei
eine Legierung aus 94,6 Gewichtsprozent Gold, 3,4 Gewichtsprozent Chrom und 2 Gewichtsprozent Germanium
verwendet wurde. Es wurde ein Überzug in einer Stärke von 180 A erreicht. Die optische Untersuchung
des Gegenstandes zeigte keine Risse oder
ίο Fehlstellen in dem Überzug, der außerdem die gleiche
Abriebfestigkeit besaß wie bei Beispiel 1. Die optischen Eigenschaften waren folgende:
Lichtquelle
Durchlässigkeit 40,3 %
Reflexion-Filmseite 33,0 %
Reflexion-Glasseite 22,4%
Sonnenstrahlung
Durchlässigkeit 25,6 %
Reflexion-Filmseite 49,5%
Reflexion-Glasseite 33,9 %
Eine Glasscheibe gemäß Beispiel 2 wurde unter Verwendung einer Legierung gemäß Beispiel 2 mit
einem Überzug ausgestattet. Das Aufbringen des Überzuges wurde solange föngesetzt, bis dieser eine Dicke
von 305 Ä erhielt. Der Gegenstand zeigte die gleichen zufriedenstellenden physikalischen Eigenschaften wie
die Gegenstände gemäß Beispiel 1 und 2 und besaß folgende optische Eigenschaften:
Lichtquelle
Durchlässigkeit 19,1 %
Reflexion-Filmseite 51,4%
Reflexion-Glasseite 38,5 %
Sonnenstrahlung ·
Durchlässigkeit 11,7 %
Reflexion-Filmseite 64,9 %
Reflexion-Glasseite 46,7 %
Wenn auch die Lichtdurchlässigkeit dieses Gegenstandes relativ gering ist, kann er dort vorteilhafte
Anwendung finden, wo eine geringe Durchlässigkeit der Sonnenstrahlung gefordert wird und die geringe
Lichtdurchlässigkeit zu keinen Beanstandungen führt. Oberlichter von Gebäuden oder Dächer von Kraftfahrzeugen
sind für die Anwendung dieses Gegenstandes ebenso geeignet, wie Verglasungen von Gebäuden,
wo eine übermäßige Durchlässigkeit der Sonnenstrahlung und Blendung besondere Probleme
bildet, beispielsweise in Wüstengebieten.
Es wurde eine Glasscheibe gemäß Beispiel 1 bis 3 in eine Vakuumkammer eingebracht, die eine Hochspannungs-Entladungselektrode,
einen Glaserhitzer, zwei Elektrodenstrahl-Verdampfungsquellen mit Kupfertiegeln
und dem optischen Überwachungssystem zur Steuerung der Überzugsstärke aufwies; nach
Säuberung der Glasscheibe in der Kammer und nach weiterer Absenkung des Vakuums gemäß Beispiel 1
wurde durch die eine mit einer Legierung aus 92 Gewichtsprozent Gold, 4 Gewichtsprozent Chrom und
4 Gewichtsprozent Germanium beschickte Verdampfungsquelle ein Überzug in einer Dicke von 185 A auf
die Glasscheibe aufgebracht, wobei die Glastemperatur auf 216° C gehalten wurde. Durch die zweite in einer
Entfernung von 81 cm von dem Gegenstand angeordnete, mit körniger Kieselerde beschickte Verdampfungsquelle
wurde auf die Oberfläche des Überzuges der heißen Glasplatte ein Schutzüberzug in einer Stärke
von 0,0044 mm aufgebracht während einer Zeitdauer von 12 Minuten bei einem Druck von 5 · 10~5 Torr.
Während des Aufbringens des Schutzüberzuges liegt die Temperatur des Glases durch die abgestrahlte
Wärme der Verdampfungsquelle auf 260° C. Die Glasscheibe wurde sich abkühlen gelassen und der Druck
der Vakuumkammer auf Atmosphärendruck abgesenkt. Bei optischer Inspektion zeigten sich keine Risse
oder Fehlstellen sowohl in dem Überzug als auch in dem auf diesen dick aufgebrachten Schutzüberzug. Bei
einem Bewitterungstest zeigten sich keine schädlichen Einwirkungen, wobei der Gegenstand einem an ultravioletten
Strahlen reichen Lichtbogen und intermittierend einer Besprühung mit Salzwasser ausgesetzt
wurde. Die optischen Eigenschaften waren folgende:
Lichtquelle
Durchlässigkeit 39,4 %
Reflexion-Filmseite 23,9 %
Reflexion-Glasseite 22,1 %
Sonnenstrahlung
Durchlässigkeit 27,1 %
Reflexion-Filmseite 33,0 %
' Reflexiort-Glasseite 27,1 %
Eine Glasscheibe mit einer Dicke von 6,35 mm und einer Größe von 91,5 · 91,5 cm wurde gemäß Beispiel 4
in einer Vakuumkammer erhitzt und durch Glühen gesäubert. Aus einem durch Elektronenbombardement
erhitzten Titandiboridtiegel wurde auf einen Abstand von 180 cm auf die eine Oberfläche der Glasplatte, die
auf einer Temperatur von 2000C gehalten wurde, ein
Überzug aus einer Legierung aus 92 Gewichtsprozent Gold, 4 Gewichtsprozent Chrom und 4 Gewichtsprozent
Germanium aufgebracht während einer Zeitdauer von 2 Minuten bei einem Druck von 1 · 10~5
Torr; die Dicke des Überzuges betrug annähernd 150 A. Die mit dem Überzug ausgestattete Glasscheibe
wurde durch Fernbedienung vor eine mit körniger Kieselerde beschickte Dampfquelle gebracht, wobei
die Entfernung 86,5 cm betrug. Es wurde bei dem herrschenden Druck während einer Zeitdauer von
8 Minuten ein Schutzüberzug in einer Dicke von 0,013 mm aufgebracht, wobei die Temperatur des Glases
185 auf 188° C anstieg. Die Inspektion zeigte keinerlei Risse oder andere Fehlstellen in dem Überzug
und in dem dicken Schutzügerzug; die Überzüge erwiesen sich abriebfest und widerstandsfähig gegen
Bewitterung. Die optischen Eigenschaften waren folgende:
Lichtquelle
Durchlässigkeit 44,1 %
Reflexion-Filmseite 17,9 %
Reflexion-Glasseite 16,0°'
Eine Glasplätte gemäß Beispiel 4 wurde in der
Vakuumkammer entsprechend diesem Beispiel gesäubert. Es wurde eine Legierung aus 94 Gewichtsprozent
Gold, 3 Gewichtsprozent Chrom und 3 Gesichtsprozent Germanium, die vorher in einem Vakuum
erschmolzen und feinverteilt worden war, in feinverteilter pulverförmiger Form durch Fallenlassen auf die
ίο Oberfläche einer Wolframplatte aufgebracht, die durch
Elektronenbombardement auf erhöhter Temperatur gehalten wurde, die wesentlich über dem Schmelzpunkt
der Legierung, jedoch unter dem Schmelzpunkt des Wolframs lag. Die Aufbringung des Filmes erfolgt in
60 Sekunden bei einem Druck von 1,6 ■ 10~5 Torr aus
einer Entfernung von 71 cm. Die Stärke des Überzuges betrug 170 Ä, während die Glastemperatur während
des Aufbringens auf 93° C gehalten wurde. Die mit dem Überzug versehene Glasscheibe wurde sodann
ao auf 238° C erhitzt und über eine zweite, mit körniger
Kieselerde beschickte Verdampfungsquelle wurde durch Elektronenbombardement ein Schutzüberzug
von 0,00075 mm auf den Überzug bei heißer Glasscheibe aufgebracht. Der Schutzüberzug und der Überzug
zeigten gute Haftung und chemische Stabilität. Die Abriebfestigkeit war etwas geringer als beim Beispiel 5.
Die optische« Eigenschaften waren folgende:
Lichtquelle
Durchlässigkeit 44,7 %
Reflexion-Filmseite 22,5 %
Reflexion-Glasseite 22,1 %
Sonnenstrahlung
Durchlässigkeit 30,8 %
Reflexion-Filmseite 38,0%
Reflexion-Glasseite 32,2 %
Um die Wirkung unterschiedlicher Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierung zu untersuchen,
wurde durch weiteres Verdampfen in gleicher Weise wie beim Beispiel 6 ein aus einer Legierung aus
94 Gewichtsprozent Gold, 2 Gewichtsprozent Chrom
und 4 Gewichtsprozent Germanium bestehender Überzug in einer Stärke von 195 A aufgebracht. Die physikalischen
Eigenschaften der Filme waren die gleichen wie beim Beispiel 6; die optischen Eigenschaften waren
folgende:
Lichtquelle
Durchlässigkeit 40,5 %
Reflexion-Filmseite 27,0%
Reflexion-Glasseite 25,6%
Sonnenstrahlung
Durchlässigkeit 26,S /0
Reflexion-Filmseite 42,6%
Reflexion-Glasseite 35;2 %
Sonnenstrahlung
Durchlässigkeit , .28,5 %
Reflexion-Filmseite '. 27,6 %
Reflexion-Glasseite 20,1 %
Eine Glasscheibe in einer Stärke von 6,35 mm und einer Größe von 91,5 · 76,5 cm wurde gemäß Beispiel 4
in einer Vakuumkammer erhitzt und gesäubert. Eine Legierung aus 94 Gewichtsprozent Gold, 2 Gewichtsprozent
Chrom und 4 Gewichtsprozent Germanium wurde im Vakuum erschmolzen und sodann feinverteilt
und in feinverteilter pulverförmiger Form auf die
Oberfläche einer Molybdänplatte gebracht, die durch einen Elektronenstrahl unmittelbar unterhalb des
Schmelzpunkts des Molybdäns gehalten,-wurde. Das
Aufbringen des Überzuges erforderte 70 Sekunden bei einem Druck von 2 · 10~5 Torr und einer Entfernung
von 180 cm. Die Stärke des Überzuges wurde auf 180 Ä eingestellt. Die Temperatur der Glasscheibe beiief
sich während des Aufbringens des Überzuges auf 15O0C. Die mit dem Überzug versehene Glasscheibe
wurde sodann auf 232° C erhitzt und in eine Entfernung von 86,5 cm zu einer zweiten Verdampfungsquelle
durch Fernbetätigung gebracht, die mit körniger Kieselerde beschickt war. Die Kieselerde wurde durch
Elektronenbombardement erhitzt und auf den Überzug innerhalb einer Zeit von 6 Minuten in einer Dicke von
0,011 mm als Schutzüberzug aufgebracht. Der Schutzüberzug
und der Überzug waren außerordentlich dauerhaft und zeigten ein gutes Haften und eine
chemische Stabilität. Die optischen Eigenschaften 5 waren folgende:
Durchlässigkeit 48,1 %
Reflexion-Filmseite 18,9%
Reflexion-Glasseite 17,7 %
Sonnenstrahlung
Durchlässigkeit 32,8 %
Reflexion-Filmseite 32,2%
Reflexion-Glasseite 24,5%
Claims (6)
1. Mit einer durchsichtigen Gold-Eisen-Legierung überzogener, lichtdurchlässiger Gegenstand, insbesondere
aus Glas, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung aus 88 bis 98 Gewichtsprozent Gold, 1 bis 6 Gewichtsprozent Germanium
und 1 bis 6 Gewichtsprozent Chrom besteht und ohne Haftschicht abriebfest auf die
Oberfläche aufgebracht ist.
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 92 bis 96 Gewichtsprozent
Gold, 2 bis 4 Gewichtsprozent Germanium und 2 bis 4 Gewichtsprozent Chrom besteht.
3. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 92 Gewichtsprozent
Gold, 4 Gewichtsprozent Chrom und 4 Gewichtsprozent Germanium besteht.
4. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 94 Gewichtsprozent
Gold, 3 Gewichtsprozent Chrom und
3 Gewichtsprozent Germanium besteht.
5. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 94 Gewichtsprozent
Gold, 2 Gewichtsprozent Chrom und
4 Gewichtsprozent Germanium besteht.
6. Verwendung des Gegenstands nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form einer Glasscheibe,
wobei an der frei liegenden Oberfläche der Legierungsschicht ein haftender, dicker, durchsichtiger
Schutzüberzug angeordnet ist, der aus einem Oxid mindestens eines der Elemente Aluminium,
Zirkonium, Cer, Titan, Silicium besteht.
Applications Claiming Priority (6)
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