DE202010018236U1

DE202010018236U1 - Mit einer Schichtung mit niedriger Emissivität beschichtetes Substrat

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Publication number: DE202010018236U1
Application number: DE202010018236.0U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2020-06-12
Also published as: CN108545962A; EP2440503B1; BRPI1013090A2; CN102803174A; JP2015157759A; AU2010258455B2; BRPI1013090B1; HUE053560T2; JP5964883B2; EA022242B1; MX346709B; ES2852923T3; JP2014156395A; US20120087005A1; PL2440503T3; KR20120037386A; US9481603B2; CA2762319A1; FR2946639B1; JP2012529419A

Abstract

Material umfassend ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung aus dünnen Schichten mit niedriger Emissivität umfassend eine einzige dünne Schicht aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten beschichtet ist, wobei die Schichtung einen Flächenwiderstand kleiner gleich 1,9 Ohm/Quadrat aufweist und die Schichtung so beschaffen ist, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 75% oder sogar 76% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 5 oder sogar 4 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet von anorganischen dünnen Schichten, die insbesondere auf Substraten aufgebracht werden.
Zahlreiche dünne Schichten werden auf Substraten aufgebracht, insbesondere aus Flachglas oder leicht gewölbtem Glas, um den dadurch erzeugten Materialien besondere Eigenschaften zu verleihen: optische Eigenschaften, beispielsweise Reflexion oder Absorption von Strahlen in einem bestimmten Wellenbereich, Eigenschaften einer bestimmten Stromleitfähigkeit oder Eigenschaften einer Reinigungsfreundlichkeit oder einer Fähigkeit des Materials zur Selbstreinigung.
Diese dünnen Schichten basieren meist auf anorganischen Verbindungen: Oxide, Nitride oder Metalle. Die Stärke beträgt im Allgemeinen mehrere Nanometer bis mehrere hundert Nanometer. Daher werden sie als dünne Schichten bezeichnet.
Zu den interessantesten gehören dünne Schichten auf Basis von metallischem Silber, die Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit und der Reflexion von Infrarotstrahlen aufweisen, weshalb sie in Verglasungen insbesondere zum Sonnenschutz (zum Verringern der eintretenden Sonnenenergiemenge) oder mit niedriger Emissivität (zum Verringern der aus einem Gebäude oder einem Fahrzeug ins Freie austretenden Energiemenge) eingesetzt werden.
Um die Oxidation des Silbers zu vermeiden und seine Reflexionseigenschaften im sichtbaren Bereich zu dämpfen, wird die oder jede Silberschicht im Allgemeinen in eine Schichtung von Schichten eingefügt. Bei Verglasungen zum Sonnenschutz oder mit niedriger Emissivität ist die oder jede dünne Schicht auf Silberbasis im Allgemeinen zwischen zwei dielektrischen dünnen Schichten auf Oxid- oder Nitridbasis angeordnet (beispielsweise aus SnO₂ oder Si₃N₄). Unter der Silberschicht kann ebenfalls eine sehr dünne Schicht, welche die Benetzung und Kernbildung des Silbers begünstigen soll (beispielsweise aus Zinkoxid ZnO), und auf der Silberschicht eine zweite sehr dünne Schicht (eine Opferschicht, beispielsweise aus Titan), welche die Silberschicht schützen soll, wenn das Aufbringen der folgenden Schicht in einer oxidierenden Atmosphäre erfolgt oder Wärmebehandlungen zu einer Wanderung von Sauerstoff innerhalb der Schichtung führen, angeordnet werden. Diese Schichten werden jeweils als Benetzungsschicht und Sperrschicht bezeichnet. Die Schichtungen können ebenfalls mehrere Silberschichten umfassen.
Die Silberschichten besitzen die Eigenschaft, dass bestimmte ihrer Eigenschaften verbessert sind, wenn sie sich in einem wenigstens teilweise kristallisierten Zustand befinden. Im Allgemeinen wird eine maximale Erhöhung des Kristallisationsgrads dieser Schichten (Massen- oder Volumenanteil von kristallisiertem Material) und der Größe der Kristallkörner (bzw. der Größe von kohärenten Beugungsbereichen, gemessen durch Röntgenstrahlen-Beugungsverfahren) angestrebt.
Es ist insbesondere bekannt, dass Silberschichten mit einem hohen Kristallisationsgrad und somit einem geringen Restgehalt an amorphem Silber eine niedrigere Emissivität und einen niedrigeren Eigenwiderstand sowie eine höhere Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich aufweisen als großteils amorphe Silberschichten. Die elektrische Leitfähigkeit und die Eigenschaften der geringen Emissivität dieser Schichten werden dadurch verbessert. Die Zunahme der Größe der Körner ist mit einer Abnahme der Kornfugen verbunden, was sich auf die Beweglichkeit der Träger elektrischer Ladung günstig auswirkt.
Ein im industriellen Maßstab häufig angewendetes Verfahren für das Aufbringen von dünnen Schichten, insbesondere auf Glassubstraten, ist das Verfahren der Kathodenzerstäubung mit Magnetfeldunterstützung, auch als Magnetron-Verfahren bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird unter einem Hochvakuum in Nähe eines Ziels umfassend die aufzubringenden chemischen Elemente ein Plasma erzeugt. Die aktiven Teilchen des Plasmas bombardieren das Ziel und lösen die Elemente heraus, die sich auf dem Substrat unter Bildung der gewünschten dünnen Schicht ablagern. Dieses Verfahren wird als reaktiv bezeichnet, wenn die Schicht aus einem Material besteht, das auf eine chemische Reaktion zwischen den aus dem Ziel herausgelösten Elementen und dem im Plasma enthaltenen Gas zurückzuführen ist. Wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist, dass auf einer identischen Linie eine sehr komplexe Schichtung von Schichten aufgebracht werden kann, indem das Substrat nacheinander verschiedene Ziele passiert, im Allgemeinen in der gleichen Vorrichtung.
Bei der industriellen Umsetzung des Magnetron-Verfahrens bleibt das Substrat auf Umgebungstemperatur oder wird leicht erwärmt (weniger als 80°C), insbesondere wenn die Geschwindigkeit des Passierens des Substrats hoch ist (was im Allgemeinen aus wirtschaftlichen Gründen angestrebt wird). Was zunächst als Vorteil erscheinen mag, stellt jedoch bei den beschriebenen Schichten einen Nachteil dar, da die herrschenden niedrigen Temperaturen im Allgemeinen ein ausreichendes Kristallwachstum nicht zulassen. Dies ist insbesondere der Fall bei dünnen Schichten mit geringer Stärke und/oder Schichten, die aus Materialien mit einem sehr hohen Schmelzpunkt bestehen. Die mit diesem Verfahren erzeugten Schichten sind daher großteils entweder vollständig amorph oder nanokristallisiert (wobei die mittlere Größe der Kristallkörner weniger als einige Nanometer beträgt) und es sind Wärmebehandlungen erforderlich, um den gewünschten Kristallisationsgrad oder die gewünschte Korngröße zu erzielen.
Mögliche Wärmebehandlungen bestehen im Erwärmen des Substrats während oder am Ende des Beschichtens am Auslauf der Magnetron-Linie. Im Allgemeinen sind Temperaturen von wenigstens 200 oder 300°C erforderlich. Die Kristallisation ist in der Tat umso besser und die Körner sind umso größer, je näher die Temperatur des Substrats der Schmelztemperatur des Materials ist, aus dem die dünne Schicht besteht.
Das Erwärmen des Substrats in industriellen Magnetron-Linien (während des Beschichtens) hat sich jedoch als schwierig in der Umsetzung erwiesen, insbesondere weil die Wärmeübertragung unter Vakuum, insbesondere in Form von Strahlung, schwierig handzuhaben ist und zu höheren Kosten bei großen Substraten mit einer Breite von mehreren Metern führen. Bei Substraten aus Glas mit geringer Stärke birgt diese Art der Behandlung häufig ein höheres Bruchrisiko. Darüber hinaus neigen Silberschichten, die auf einem warmen Substrat aufgebracht werden, dazu, diskontinuierliche Schichten in Form von Inseln zu bilden, deren Eigenwiderstand hoch ist.
Das Erwärmen des beschichteten Substrats am Ende des Beschichtens, beispielsweise durch Setzen des Substrats in einen Ofen oder Bestrahlen des Substrats mit Infrarotstrahlung mit herkömmlichen Heizvorrichtungen wie Infrarotlampen, hat ebenfalls Nachteile, da die verschiedenen Verfahren ein Erwärmen ohne Unterscheiden von Substrat und dünner Schicht beinhalten. Das Erwärmen des Substrats auf Temperaturen über 150°C kann bei großen Substraten (Breite von mehreren Metern) zu Bruch führen, da keine identische Temperatur auf der gesamten Breite des Substrats gewährleistet werden kann. Die Erwärmung der Substrate verlangsamt das gesamte Verfahren, weil ihr vollständiges Abkühlen abgewartet werden muss, bevor sie zugeschnitten oder eingelagert werden können, was normalerweise durch Stapeln der Substrate aufeinander erfolgt. Ein stark kontrolliertes Abkühlen ist darüber hinaus unbedingt erforderlich, um das Entstehen von Spannungen innerhalb des Glases und somit die Gefahr eines Bruchs zu vermeiden. Da ein solches stark kontrolliertes Abkühlen sehr kostenintensiv ist, wird das Tempern im Allgemeinen nicht ausreichend kontrolliert, um die thermischen Spannungen innerhalb des Glases zu vermeiden, was zu einem vermehrten Bruch in der Linie führt. Das Tempern weist darüber hinaus den Nachteil auf, dass das Zuschneiden des Glases erschwert wird, da Sprünge eine stärkere Neigung zeigen, sich linear fortzusetzen.
Das Erwärmen der beschichteten Substrate erfolgt, wenn die Scheiben gewölbt und/oder vorgespannt sind, da ein erneutes Erwärmen des Glases auf einen Wert oberhalb der Erweichungstemperatur erfolgt (im Allgemeinen mehrere Minuten lang bei mehr als 600 oder 700°C). Das Vorspannen oder Bombieren ermöglicht somit das Erzielen des gewünschten Ergebnisses bezüglich der Kristallisation von dünnen Schichten. Es wäre jedoch kostenintensiv, alle Scheiben ausschließlich zum Zweck der Verbesserung der Kristallisation der Schichten solchen Behandlungen zu unterziehen. Ferner können vorgespannte Scheiben nicht mehr zugeschnitten werden und bestimmte Schichtungen von dünnen Schichten halten den hohen Temperaturen beim Vorspannen des Glases nicht stand.
Die vom Anmelder eingereichte Patentanmeldung WO 2008/096089 beschreibt ein Schnelltemperverfahren, das darin besteht, die Schicht einer extrem hohen Leistung pro Flächeneinheit auszusetzen. Die Schicht wird extrem schnell erwärmt, ohne dass die Wärme Zeit hat, sich im Substrat zu verteilen. Dadurch ist eine Wärmebehandlung der dünnen Schicht möglich, ohne das Substrat wesentlich zu erwärmen, wodurch die Bruchgefahr durch Temperaturschocks begrenzt wird. Bei Schichten auf Basis von Silber werden Verfahren eingesetzt, die einen Laser, der Infrarotstrahlung ausstrahlt, Induktion, einen Plasmabrenner oder die Einwirkung einer Flamme verwenden. Diese Verfahren ermöglichen das Erzielen von Eigenwiderständen, die zuvor nur durch Vorspannen des Glases erzielbar gewesen wären.
Die Erfindung bezweckt das Vorschlagen eines verbesserten Produkts, das es mit einem Verfahren ermöglicht, noch geringere Eigenwiderstände zu erzielen und die genannten Probleme zu umgehen, wobei eine hohe Lichtdurchlässigkeit beibehalten wird.
Hierzu verwendet die Erfindung ein Material nach Anspruch 1.
Dieses Material kann erzeugt werden durch ein Verfahren zum Erzielen eines auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung von dünnen Schichten mit niedriger Emissivität beschichteten Substrats, umfassend folgende Schritte:

– Auf der wenigstens einen Seite des Substrats wird eine Schichtung von dünnen Schichten aufgebracht, umfassend wenigstens eine dünne Schicht aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten.
– Die wenigstens eine beschichtete Seite wird mit wenigstens einer Laserstrahlung im wenigstens einen Wellenlängenbereich von 500 bis 2000 nm wärmebehandelt, so dass die Emissivität und/oder der Quadratwiderstand der Schichtung um wenigstens 5% verringert werden.

Bei diesem Verfahren umfasst die Schichtung vor der Behandlung wenigstens eine dünne Schicht, die wenigstens teilweise die Laserstrahlung absorbiert, so dass die Absorption der Schichtung in wenigstens einer Wellenlänge der Laserstrahlung so beschaffen ist, dass die Absorption eines mit der Schichtung beschichteten Substrats aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm in der wenigstens einen Wellenlänge der Laserstrahlung größer gleich 10% beträgt.
Die Absorption eines mit der Schichtung beschichteten Substrats in einer gegebenen Wellenlänge ist als gleich dem Wert von 100% definiert, von dem die Durchlässigkeit des beschichteten Substrats in der gleichen Wellenlänge und die Reflexion des gleichen beschichteten Substrats in der gleichen Wellenlänge auf der Seite der Schichtung abgezogen werden.
Unter klarem Glas ist ein Kalk-Natron-Silikatglas zu verstehen, das im Floatverfahren hergestellt wird, nicht mit Schichten beschichtet ist und eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 90%, eine Lichtreflexion von etwa 8% und eine Energiedurchlässigkeit von etwa 83% bei einer Stärke von 4 mm aufweist. Licht-/Energiedurchlässigkeit und -reflexion entsprechen den Definitionen in der Norm NF EN 410. Typisches klares Glas wird beispielsweise unter der Bezeichnung „SGG Planilux” vom Unternehmen Saint-Gobain Glass France oder unter der Bezeichnung „Planibel Clair” vom Unternehmen AGC Flat Glass Europe vertrieben. Diese Substrate werden herkömmlicherweise zur Herstellung von Verglasungen mit niedriger Emissivität verwendet.
Das Verfahren ist selbstverständlich nicht auf Beschichtungen auf einem Substrat aus klarem Glas oder auf einem Substrat mit einer Stärke von 4 mm begrenzt. Die Beschichtung kann auf jedem Art von Substrat aufgebracht werden, aber die Absorption der Schichtung muss so beschaffen sein, als wäre sie auf einem Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm aufgebracht worden, wobei die Absorption dieses mit der Schichtung beschichteten Substrats der beanspruchten entspricht.
Das Verfahren ermöglicht die Zufuhr einer ausreichenden Energiemenge, um die Kristallisation der dünnen Silberschicht durch einen physikalisch-chemischen Mechanismus des Kristallwachstums an bereits in der Schicht vorhandenen Keimen im festen Aggregatzustand zu begünstigen. Die Begünstigung der Kristallisation der Silberschicht kann insbesondere zu einem Verschwinden von etwaigen Resten der amorphen Phase und/oder zu einer Zunahme der Größe der kohärenten Beugungsbereiche und/oder zu einer Abnahme der Dichte von punktuellen Fehlern (Lücken, Einlagerungen) oder Oberflächen- oder Volumenfehlern wie Bikristallen führen.
Das Verfahren bietet den Vorzug, dass nur die Schichtung mit niedriger Emissivität erwärmt wird, ohne dass es zu einer wesentlichen Erwärmung des gesamten Substrats kommt. Somit ist ein langsames und kontrolliertes Abkühlen des Substrats vor dem Zuschneiden und Einlagern des Glases nicht erforderlich. Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls die Integration einer Heizvorrichtung in den bestehenden Dauerproduktionslinien, insbesondere im Platz zwischen dem Ausgang des Vakuumbeschichtungsbereichs der Magnetron-Linie und der Vorrichtung zur Lagerung des Glases durch Stapeln. In bestimmten Fällen kann die Behandlung auch direkt im Vakuumbeschichtungsbereich erfolgen.
Die Verwendung einer Laserstrahlung bietet den Vorzug, Temperaturen im Allgemeinen unter 100°C, häufig sogar unter 50°C, auf dem Niveau der Seite gegenüber der ersten Seite des Substrats (d. h. auf dem Niveau der nicht beschichteten Seite) erzielen zu können. Diese besonders vorteilhafte Eigenschaft ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Wärmeaustauschkoeffizient sehr hoch ist, typischerweise höher als 400 W/(m²·s). Die Oberflächenleistung auf dem Niveau der zu behandelnden Schichtung ist vorzugsweise größer gleich 20 oder 30 kW/cm².
Diese sehr hohe Energiedichte ermöglicht es, die gewünschte Temperatur auf dem Niveau der Schichtung äußerst schnell zu erreichen (im Allgemeinen in einer Zeit kleiner gleich 1 Sekunde) und somit die Dauer der Behandlung gleichermaßen zu begrenzen, wobei sich die erzeugte Wärme innerhalb des Substrats nicht verteilen kann. Jeder Punkt der Schichtung wird somit vorzugsweise der Wärmebehandlung (d. h. Bringen auf eine Temperatur größer gleich 300°C) für eine Dauer im Allgemeinen von kleiner gleich 1 Sekunde oder 0,5 Sekunden unterzogen. Die herkömmlicherweise verwendeten Infrarotlampen (ohne Vorrichtung zum Fokussieren der Strahlung) ermöglichen hingegen nicht das Erzielen dieser hohen Leistungen pro Flächeneinheit: Die Behandlungszeit muss länger sein, um die gewünschten Temperaturen zu erzielen (häufig mehrere Sekunden), und das Substrat muss somit zur Verteilung der Wärme zwangsläufig auf höhere Temperaturen gebracht werden, selbst wenn die Wellenlänge der Strahlung angepasst wird, um ausschließlich von der dünnen Schicht und nicht vom Substrat absorbiert zu werden.
Aufgrund des mit dem Verfahren verknüpften sehr hohen Wärmeaustauschkoeffizienten wird der Teil des Glases in einem Abstand von 0,5 mm der dünnen Schicht im Allgemeinen keinen Temperaturen über 100°C ausgesetzt. Die Temperatur der Seite des Substrats gegenüber der durch die wenigstens eine Laserstrahlung behandelte Seite übersteigt während der Wärmebehandlung vorzugsweise 100°C, insbesondere 50°C und sogar 30°C nicht.
Der wesentliche Teil der zugeführten Energie wird somit von der Schichtung genutzt, um die Kristallisationseigenschaften der oder jeder Silberschicht zu verbessern, die sie enthält.
Das Verfahren wird ferner durch das Vorhandensein von wenigstens einer dünnen Schicht in der Schichtung vor der Behandlung verbessert, welche die Laserstrahlung ausreichend absorbiert, so dass die Absorption eines Substrats aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, in wenigstens einer Wellenlänge der Laserstrahlung größer gleich 10% ist. Die Schichtung kann vor der Behandlung eine oder mehrere dieser Schichten umfassen, die nachfolgend als absorbierende Schichten bezeichnet werden. Die Schichtung kann beispielsweise eine absorbierende Schicht oder zwei, drei, vier oder sogar fünf oder sechs absorbierende Schichten umfassen. Ungeachtet der Anzahl der absorbierenden Schicht ist es wesentlich, dass die Absorption der Schichtung in der Wellenlänge des Laserstrahls dem Anspruch entspricht. Das Vorhandensein von wenigstens einer absorbierenden Schicht trägt zu einem wesentlichen Verstärken der Wirkung der Laserbehandlung bei: Die von der absorbierenden Schicht absorbierte Energie wird in der Nähe der Silberschicht wieder freigesetzt, was zu einem Erhöhen der lokalen Temperatur auf dem Niveau dieser Schicht führt. Die resultierende Zunahme der Wirkung der Laserbehandlung ermöglicht somit ein Verbessern der Emissivitätseigenschaften der endgültigen Schichtung und/oder ein Beschleunigen der Behandlung und/oder ein Verwenden eines weniger leistungsfähigen und somit kostengünstigeren Lasers.
Für eine zusätzliche Verstärkung der Wirkung der Laserbehandlung ist die Absorption der Schichtung so beschaffen, dass die Absorption eines Substrats aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, vor der Laserbehandlung und in wenigstens einer Wellenlänge der Laserstrahlung vorzugsweise größer gleich 12%, 13% oder 15% und sogar 20%, 25% oder 30% ist.
Der mit dem Verfahren erzielte Kristallisationsgrad beträgt vorzugsweise größer gleich 20% oder 50%, insbesondere 70% und sogar 90%. Dieser Kristallisationsgrad, definiert als die Masse des kristallisierten Materials von der Gesamtmasse des Materials, kann durch Beugung der Röntgenstrahlen mit dem Rietveld-Verfahren ausgewertet werden. Aufgrund eines Kristallisationsmechanismus durch Wachstum von Kristallkörnern an Keimen oder Nuklei wird der Kristallisationsgrad im Allgemeinen von einer Zunahme der kristallisierten Körner oder der kohärenten Beugungsbereiche, gemessen durch Röntgenstrahlenbeugung, begleitet.
Die Verbesserung der Kristallisationseigenschaften ermöglicht ebenfalls ein Erhöhen der Lichtdurchlässigkeit des beschichteten Substrats um wenigstens 5%, insbesondere 10%, oder 15% und sogar 20% absolut. (Es handelt sich um keine relative Erhöhung.) Die Lichtdurchlässigkeit wird gemäß der Norm NF EN 410 berechnet.
Vorzugsweise werden durch die Wärmebehandlung der Quadratwiderstand und/oder die Emissivität der Schichtung um wenigstens 10%, 15% oder sogar 20% verringert. Es handelt sich hierbei um eine relative Verringerung im Verhältnis zum Wert der Emissivität bzw. des Quadratwiderstands vor der Behandlung.
Ein weiterer Vorzug dieses Verfahrens besteht in der Tatsache, dass das Verfahren die Schichtung von dünnen Schichten einer Behandlung unterzieht, die einem Vorspannen entspricht. Bei bestimmten Schichtungen von dünnen Schichten können sich die optischen Eigenschaften (kolorimetrische Koordinaten, Licht- oder Energiedurchlässigkeit) bei einem Vorspannen des Glases ändern. Das Verfahren ermöglicht somit das Erzeugen eines nicht vorgespannten Glases (das somit nicht im Inneren ein für vorgespanntes Glas spezifisches Spannungsprofil aufweist, das ein Zuschneiden ermöglicht), das im Wesentlichen die gleichen optischen Eigenschaft aufweist wie nach einem Vorspannen. Das Verfahren ermöglicht ferner das Vermeiden von Nachteilen, die mit dem Vorspannen verknüpft sind, insbesondere bezüglich des Aussehens der Schichtung (Unschärfe). Wenn das beschichtete und durch das Verfahren behandelte Substrat einem Vorspannen unterzogen würde, würden die optischen Eigenschaften durch das Vorspannen nicht mehr beeinflusst werden. Die Behandlung bietet somit einen weiteren Vorzug: Sie erzeugt Schichtungen (insbesondere solche, die zwei oder drei Silberschichten umfassen), welche die gleichen optischen Eigenschaften im vorgespannten und im nicht vorgespannten Zustand aufweisen. Es wird somit ermöglicht, an der gleichen Fassade nicht vorgespannte und vorgespannte Verglasungen zu verwenden, die auf der gleichen Schichtung basieren, aber trotzdem das gleiche Aussehen aufweisen. Vor dem Vorspannen können die vorgespannten Verglasungen behandelt worden sein oder nicht. Somit können an der gleichen Fassade Verglasungen angebracht werden, welche die gleiche Basisschichtung umfassen, aber drei verschiedenen Behandlungen unterzogen werden: ein Vorspannen, eine Wärmebehandlung wie zuvor beschrieben oder eine Wärmebehandlung gefolgt von einem Vorspannen.
Das Verfahren ist somit vorzugsweise so beschaffen, dass der Parameter ΔE* zwischen dem behandelten beschichteten Substrat und dem nicht behandelten, aber vorgespannten beschichteten Substrat kleiner gleich 2,0, insbesondere 1,5, ist. Alternativ oder kumulativ ist das Verfahren vorzugsweise so beschaffen, dass der Parameter ΔE* zwischen dem behandelten und anschließend vorgespannten beschichteten Substrat und dem behandelten beschichteten Substrat ohne Vorspannen kleiner gleich 2,0, insbesondere 1,5, ist. Es gilt folgende Formel: ΔE* = √(ΔL*)² + (Δa*)² + (Δb*)² . Die kolorimetrischen Koordinaten L*, a* und b* werden unter Berücksichtigung der Lichtquelle D65 und des Referenzbeobachters CIE-1931 berechnet. Es handelt sich um kolorimetrische Koordinaten der Seite der Schichtung oder der Seite des Substrats, d. h. der Seite gegenüber der Schichtung, unter Reflexion. Der Begriff ΔL* bezeichnet die Änderung der Koordinate L* zwischen den beiden betrachteten Zuständen. Gleiches gilt für die Begriffe Δa* und Δb*.
Um noch niedrigere Werte für Eigenwiderstand und Emissivität zu erzielen, kann das Substrat einem Vorspannschritt nach dem Wärmebehandlungsschritt unterzogen werden. Das Wärmevorspannen wird im Allgemeinen nach dem Zuschneiden des Glases auf die gewünschten Endmaße durchgeführt.
Es ist unter Umständen interessant, die Leistung des Lasers zu ändern, um eine minimale Absorption nach der Wärmebehandlung zu gewährleisten, so dass nach einem etwaigen nachfolgenden Vorspannen die Beschichtung keine Fehler in Form von Unschärfe oder Korrosion aufweist.
Das Substrat besteht aus Glas. Es ist vorzugsweise transparent, farblos (dann handelt es sich um ein klares oder extraklares Glas) oder gefärbt, beispielsweise blau, grau oder bronzefarben. Das Glas ist vorzugsweise ein Kalk-Natron-Silikatglas; es kann sich aber auch um ein Borosilikat- oder Alumoborosilikatglas handeln.
Das Glassubstrat besteht vorzugsweise aus Floatglas, d. h. aus einem Glas, das durch ein Verfahren erzeugt wird, das darin besteht, geschmolzenes Glas auf ein Bad aus geschmolzenem Zinn zu gießen (Floatbad). In diesem Fall kann die zu behandelnde Schicht auf der „Zinn”-Seite wie auf der „Atmosphären”-Seite des Substrats aufgebracht werden. Unter „Atmosphären”- und „Zinn”-Seite sind die Seiten des Substrats zu verstehen, die sich jeweils in Kontakt mit der im Floatbad herrschenden Atmosphäre oder in Kontakt mit dem geschmolzenen Zinn befanden. Die Zinn-Seite enthält eine geringe Menge oberflächlichen Zinns, das sich in der Struktur des Glases verteilt hat. Es kann ebenfalls durch Herstellung von Verbundglas zwischen zwei Walzen erzeugt werden, wobei dieses Verfahren insbesondere ein Bedrucken der Oberfläche des Glases mit Motiven ermöglicht.
Die Schichtung mit niedriger Emissivität vor oder nach der Wärmebehandlung umfasst wenigstens eine Silberschicht zwischen wenigstens zwei dielektrischen Schichten. In der Schichtung ist wenigstens eine absorbierende Schicht enthalten. Nachfolgend wird zunächst die bevorzugte Architektur der behandelten Schichtungen beschrieben, bevor detailliert die Anordnung der oder jeder absorbierenden Schicht in einer solchen Architektur behandelt wird. Vorbehaltlich abweichender Angaben sind die genannten Stärken physikalische Stärken.
Die Schichtung mit niedriger Emissivität vor oder nach der Wärmebehandlung umfasst vorzugsweise, ausgehend vom Substrat, eine erste Beschichtung, umfassend wenigstens eine dielektrische Schicht, wenigstens eine Silberschicht, ggf. eine obere Sperrschicht, und eine zweite Beschichtung, umfassend wenigstens eine dielektrische zweite Schicht.
Vorzugsweise beträgt die physikalische Stärke der oder jeder Silberschicht 6 bis 20 nm.
Die obere Sperrschicht dient zum Schützen der Silberschicht während des Aufbringens einer späteren Schicht (beispielsweise wenn letztere in einer oxidierenden oder nitrierenden Atmosphäre aufgebracht wird) und während einer etwaigen Wärmebehandlung durch Vorspannen oder Bombieren.
Die Silberschicht kann ebenfalls auf und in Kontakt mit einer oberen Sperrschicht aufgebracht werden. Die Schichtung kann somit eine obere Sperrschicht und/oder eine untere Sperrschicht umfassen, welche die oder jede Silberschicht umgeben.
Die Sperrschichten (untere und/oder obere) basieren im Allgemeinen auf einem Metall, das aus Nickel, Chrom, Titan, Niob oder einer Legierung dieser verschiedenen Metalle gewählt wird. Insbesondere sind Nickel-Titan-Legierungen (insbesondere solche, die etwa 50 Gewichtsprozent von jedem Metall enthalten) oder Nickel-Chrom-Legierungen (insbesondere solche, die 80 Gewichtsprozent Nickel und 20 Gewichtsprozent Chrom enthalten) zu nennen. Die obere Sperrschicht kann ebenfalls aus mehreren übereinander liegenden Schichten bestehen, beispielsweise, ausgehend vom Substrat, aus Titan, anschließend aus einer Nickellegierung (insbesondere einer Nickel-Chrom-Legierung), oder umgekehrt. Die verschiedenen genannten Metalle bzw. Legierungen können ebenfalls teilweise oxidiert sein, insbesondere eine Unterstöchiometrie an Sauerstoff aufweisen (beispielsweise TiO_x oder NiCrO_x).
Diese Sperrschichten (untere und/oder obere Sperre) sind sehr dünn, weisen normalerweise eine Stärke von weniger als 1 nm auf, um die Lichtdurchlässigkeit der Schichtung nicht zu beeinträchtigen, und können während der Wärmebehandlung teilweise oxidieren. Wie nachfolgend beschrieben kann die Stärke von wenigstens einer Sperrschicht größer sein, um eine absorbierende Schicht darzustellen. Im Allgemeinen sind die Sperrschichten Opferschichten, die den Sauerstoff aus der Atmosphäre oder dem Substrat aufnehmen können, um somit die Oxidation der Silberschicht zu verhindern.
Die erste und/oder zweite dielektrische Schicht besteht typischerweise aus einem Oxid (insbesondere aus Zinnoxid) oder vorzugsweise aus einem Nitrid, insbesondere aus Siliciumnitrid (insbesondere bei der zweiten dielektrischen Schicht mit dem größten Abstand zum Substrat). Im Allgemeinen kann das Siliciumnitrid dotiert sein, beispielsweise mit Aluminium oder Bor, um ein Aufbringen mit Verfahren der Kathodenzerstäubung zu erleichtern. Der Dotierungsgrad (entsprechend dem atomaren Prozentsatz im Verhältnis zur Siliciummenge) überschreitet im Allgemeinen 2% nicht. Diese dielektrischen Schichten dienen zum Schützen der Silberschicht vor einem chemischen oder mechanischen Angriff und beeinflussen ebenfalls die optischen Eigenschaften, insbesondere die Reflexion, der Schichtung aufgrund von Interferenzphänomenen.
Die erste Beschichtung kann eine dielektrische Schicht oder mehrere dielektrische Schichten, typischerweise 2 bis 4, umfassen. Die zweite Beschichtung kann eine dielektrische Schicht oder mehrere dielektrische Schichten, typischerweise 2 bis 3, umfassen. Diese dielektrischen Schichten bestehen vorzugsweise aus einem Material gewählt aus Siliciumnitrid, Titan-, Zinn- oder Zinkoxid oder einer beliebigen Mischung oder einer Feststofflösung, beispielsweise ein Zinn- und Zinkoxid, oder ein Titan- und Zinkoxid. In der ersten Beschichtung oder in der zweiten Beschichtung beträgt die physikalische Stärke der dielektrischen Schicht oder die gesamte physikalische Stärke der Gesamtheit der dielektrischen Schichten vorzugsweise 15 bis 60 nm, insbesondere 20 bis 50 nm.
Die erste Beschichtung umfasst vorzugsweise unmittelbar unter der Silberschicht oder unter der etwaigen unteren Sperrschicht eine Benetzungsschicht, deren Funktion ein Verbessern der Benetzung und des Haftens der Silberschicht ist. Das insbesondere mit Aluminium dotierte Zinkoxid hat sich zu diesem Zweck als besonders geeignet erwiesen.
Die erste Beschichtung kann ebenfalls direkt unter der Benetzungsschicht eine Glättungsschicht enthalten, die aus einem teilweise oder vollständig amorphem (d. h. mit sehr geringer Rauigkeit) gemischten Oxid besteht, dessen Funktion in der Begünstigung des Wachstums der Benetzungsschicht in einer bevorzugten kristallographischen Richtung besteht, welche die Kristallisation des Silbers durch Phänomene der Epitaxie begünstigt. Die Glättungsschicht besteht vorzugsweise aus einem gemischten Oxid von wenigstens zwei Metallen gewählt aus Sn, Zn, In, Ga, Sb. Ein bevorzugtes Oxid ist das mit Antimon dotierte Zinn- und Indiumoxid.
In der ersten Beschichtung werden die Benetzungsschicht oder die etwaige Glättungsschicht vorzugsweise direkt auf der ersten dielektrischen Schicht aufgebracht. Die erste dielektrische Schicht wird vorzugsweise direkt auf dem Substrat aufgebracht. Um die optischen Eigenschaften der Schichtung besser anzupassen (insbesondere bezüglich des Aussehens bei Reflexion), kann die erste dielektrische Schicht alternativ auf einer anderen Schicht auf einem Oxid oder Nitrid, beispielsweise aus Titanoxid, aufgebracht werden.
In der zweiten Beschichtung kann die zweite dielektrische Schicht direkt auf der Silberschicht oder vorzugsweise auf einer oberen Sperre oder ebenfalls auf anderen Schichten aus einem Oxid oder einem Nitrid, welche die optischen Eigenschaften der Schichtung anpassen sollen, aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine Schicht aus vorzugsweise mit Aluminium dotiertem Zinkoxid oder auch eine Schicht aus Zinnoxid zwischen einer oberen Sperre und der zweiten dielektrischen Schicht, die vorzugsweise aus Siliciumnitrid besteht, aufgebracht werden. Das insbesondere mit Aluminium dotierte Zinkoxid ermöglicht ein Verbessern der Haftung zwischen dem Silber und den oberen Schichten.
Somit umfasst die behandelte Schichtung vorzugsweise wenigstens eine Abfolge von ZnO/Ag/ZnO. Das Zinkoxid kann mit Aluminium dotiert sein. Eine untere Sperrschicht kann zwischen der Silberschicht und der darunter liegenden Schicht angeordnet sein. Alternativ oder kumulativ kann eine obere Sperrschicht zwischen der Silberschicht und der darüber liegenden Schicht angeordnet sein.
Schließlich kann die zweite Beschichtung mit einer Überschicht überfangen sein, die nach dem Stand der Technik gelegentlich als „Overcoat” bezeichnet wird. Sie bildet die letzte Schicht der Beschichtung, steht somit im Kontakt mit der Umgebungsluft und dient zum Schutz der Schichtung vor jeglichen mechanischen (Kratzer) oder chemischen Angriffen. Diese Überschicht ist im Allgemeinen sehr dünn, um das Aussehen der Schichtung unter Reflexion nicht zu beeinträchtigen. (Die Stärke beträgt typischerweise 1 bis 5 nm.) Sie basiert vorzugsweise auf Titanoxid oder gemischtem Zinn- und Zinkoxid, insbesondere dotiert mit Antimon, aufgebracht in unterstöchiometrischer Form. Wie nachfolgend beschrieben kann die Zusammensetzung dieser Überschicht so gewählt werden, dass sie die oder eine absorbierende Schicht der Schichtung bildet.
Die Schichtung kann eine oder mehrere Silberschichten, insbesondere zwei oder drei Silberschichten, umfassen. Wenn mehrere Silberschichten vorhanden sind, kann die zuvor dargestellte allgemeine Architektur wiederholt werden. In diesem Fall fällt die zweite Beschichtung bezüglich einer gegebenen Silberschicht (somit oberhalb dieser Silberschicht angeordnet) im Allgemeinen mit der ersten Beschichtung bezüglich der folgenden Silberschicht zusammen.
Die Schichtung vor der Wärmebehandlung umfasst wenigstens eine absorbierende Schicht. Eine absorbierende dünne Schicht kann in direktem Kontakt mit der Silberschicht angeordnet sein, um die Übertragung der wieder freigesetzten Energie zur Silberschicht zu verbessern. Eine absorbierende dünne Schicht kann insbesondere unterhalb der Silberschicht (d. h. näher zum Substrat) und/oder oberhalb der Silberschicht angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine dünne Schicht, die wenigstens teilweise die Laserstrahlung absorbiert, eine metallische Schicht, die direkt oberhalb der Silberschicht (obere Sperrschicht) oder direkt unterhalb der Silberschicht (untere Sperrschicht) angeordnet ist und die eine Stärke von 2 bis 5 nm, insbesondere von 3 bis 5 nm aufweist. Diese Sperrschicht oxidiert bei der Laserbehandlung teilweise und ergibt ein allgemein an Sauerstoff unterstöchiometrisches Oxid, dessen Lichtabsorption verringert ist. Dünnere Schichten weisen keine ausreichende Absorption auf, um einen spürbaren Effekt der Übertragung von Energie zur Silberschicht zu erzielen. Ferner neigen dünnere Schichten dazu, bei der Laserbehandlung vollständig zu oxidieren, was zu einer schlechteren mechanischen Widerstandsfähigkeit der endgültigen Schichtung führt. Die beschriebene Bandbreite der Stärke, die ungewöhnlich ist, weil sie die übliche Stärke von Sperrschichten überschreitet, ist somit besonders gut geeignet für die Behandlung. Bezüglich der chemischen Beschaffenheit der Sperrschichten gilt die vorhergehende Beschreibung ebenfalls, wenn die Sperrschicht eine absorbierende Schicht ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist eine dünne Schicht, die wenigstens teilweise die Laserstrahlung absorbiert, eine Schicht aus insbesondere an Stickstoff stöchiometrischem oder unterstöchiometrischem Nitrid. Das stöchiometrische Nitrid wird vorzugsweise aus Niob-, Titannitriden oder einem beliebigen Gemisch von diesen gewählt, die im Wellenlängenbereich des Lasers höhere Absorptionen aufweisen. Das an Stickstoff unterstöchiometrische Nitrid wird vorzugsweise aus unterstöchiometrischen Silicium-, Aluminium-, Titan-, Nioboxiden oder einem beliebigen Gemisch von diesen gewählt. Bei Bedarf, insbesondere, wenn die behandelte Schicht eine Sonnenschutzfunktion gewährleisten muss, kann das absorbierende Nitrid vor der Oxidation geschützt werden, indem es zwischen zwei transparenten Schichten aus Nitriden wie Siliciumnitrid eingekapselt wird. Diese Schichtung aus drei übereinander angeordneten Nitridschichten kann ebenso unter der Silberschicht wie über der Silberschicht angeordnet werden. In der zuvor dargestellten allgemeinen Architektur kann die absorbierende Nitridschicht ebenso zur ersten Beschichtung wie zur zweiten Beschichtung gehören. Wenn sie eingekapselt ist, ersetzt die Schichtung aus drei Nitridschichten vorzugsweise die erste dielektrische Schicht und/oder die zweite dielektrische Schicht, insbesondere wenn sie aus Siliciumnitrid bestehen. Es wurde jedoch festgestellt, dass bei der Behandlung die absorbierende Nitridschicht, auch wenn sie nicht eingekapselt ist, nicht oxidierte, insbesondere bei Verwendung von Niobnitrid, das besonders stabil ist. Die absorbierende Nitridschicht weist vorzugsweise eine Stärke von 2 bis 10 nm, insbesondere von 2 bis 5 nm auf.
Gemäß einer dritten Ausführungsform ist eine dünne Schicht, die wenigstens teilweise die Laserstrahlung absorbiert, eine Schicht, die in Kontakt mit der Luft ist und aus einem Metall, einem an Sauerstoff unterstöchiometrischen Metalloxid oder einem Metallnitrid besteht. Im Rahmen der zuvor dargestellten allgemeinen Architektur handelt es sich somit um die Überschicht oder „Overcoat”. Diese Überschicht befindet sich in Kontakt mit der Luft und ist somit die letzte Schicht der Schichtung; sie oxidiert im Allgemeinen bei der Laserbehandlung, so dass die Lichtabsorption nach der Behandlung sehr gering ist. In bestimmten Fällen, insbesondere bei Niobnitrid, oxidiert die Überschicht nicht und behält nach der Behandlung eine erhebliche Lichtabsorption, was einen Vorzug darstellen kann, wenn die Schichtung eine Sonnenschutzfunktion erfüllen muss. Die Stärke dieser Schicht in Kontakt mit der Luft ist vorzugsweise kleiner gleich 5 nm oder 3 nm und größer gleich 1 nm. Eine solch geringe Stärke ist im Allgemeinen ausreichend, um die beabsichtigte Absorption zu erzielen. Eine geringe Stärke ermöglicht ferner eine vollständige Oxidation nach der Behandlung und somit ein Erzielen von hoher Lichtdurchlässigkeit. Das Metall wird vorzugsweise aus Silicium, Niob, Titan, Aluminium, Zink, Zinn, Zirconium oder einer beliebigen Legierung von diesen gewählt. Das an Sauerstoff unterstöchiometrische Oxid ist vorzugsweise ein Silicium-, Niob-, Titan-, Aluminium-, Zink-, Zinn-, Zirconiumoxid oder ein beliebiges Gemisch von diesen. Das Nitrid kann stöchiometrisch sein und in diesem Fall handelt es sich vorzugsweise um ein Niob- oder Titannitrid oder ein Gemisch von diesen. Das Nitrid kann ebenfalls unterstöchiometrisch sein: Es kann sich dann um ein Silicium-, Aluminium-, Titan-, Niob-, Zink-, Zinn-, Zirconiumoxid oder ein beliebiges Gemisch von diesen handeln.
Gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform ist eine dünne Schicht, die wenigstens teilweise die Laserstrahlung absorbiert, eine Schicht aus einem an Sauerstoff unterstöchiometrischen Metalloxid, die sich unterhalb und vorzugsweise im Kontakt mit der oder jeder Silberschicht und/oder oberhalb und vorzugsweise im Kontakt mit der oder jeder Silberschicht befindet. Es kann sich insbesondere um eine Benetzungsschicht im zuvor definierten Sinne handeln. Das an Sauerstoff unterstöchiometrische Oxid wird vorzugsweise gewählt aus Zinkoxid, Titanoxid, Zinnoxid oder einem beliebigen Gemisch von diesen.
Gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform ist eine dünne Schicht, die wenigstens teilweise die Laserstrahlung absorbiert, eine Schicht auf Basis von Kohlenstoff, die in Kontakt mit der Luft steht. Der Kohlenstoff liegt vorzugsweise in Form von Graphit oder amorph vor und/oder enthält wenigstens 50% oder sogar 100% sp2-Kohlenstoff. Die dünne Schicht auf Basis von Kohlenstoff besteht vorzugsweise aus Kohlenstoff, kann aber auch mit einem Metall dotiert oder teilweise wasserstoffhaltig sein. Die Stärke der Kohlenstoffschicht ist vorzugsweise kleiner gleich 5 nm, insbesondere 2 nm oder sogar 1 nm. Der Kohlenstoff weist eine hohe Absorptionsfähigkeit im sichtbaren Bereich und Infrarotbereich auf. Die Kohlenstoffschicht, insbesondere wenn es sich mehrheitlich um sp2-hybridisiertem Kohlenstoff handelt wie in Form von Graphit oder amorpher Form und umso mehr wenn die Stärke gering ist, wird bei der Behandlung vermutlich durch Oxidation zu Kohlenstoffdioxid, der verdampft, entfernt, so dass die Restabsorption nach der Behandlung minimal ist. Die dünne Schicht auf Basis von Kohlenstoff kann durch mehrere Verfahren erzeugt werden, insbesondere durch Kathodenzerstäubung mit Magnetfeldunterstützung, beispielsweise mit einem Graphitziel in einer Argonatmosphäre. Andere Beschichtungsverfahren sind chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Lichtbogenspritzen, Bedampfung und Sol-Gel-Verfahren.
Ungeachtet der Anordnung in der Schicht kann die oder eine absorbierende Schicht ebenfalls auf einem mit wenigstens einem Ion eines Übergangsmetalls (beispielsweise Eisen, Chrom, Vanadium, Mangan, Cobalt, Nickel, Kupfer) oder einer seltenen Erde (beispielsweise Neodym oder Europium) dotiertem Oxid basieren.
Die behandelte Schicht kann eine einzige absorbierende Schicht umfassen. Sie kann ebenfalls mehrere umfassen, beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf, insbesondere wenn das Vorhandensein einer einzigen absorbierenden Schicht nicht ausreicht, um die für die gesamte Schichtung beabsichtigte Absorption zu erzielen. Die Schichtung kann somit so gewählt werden, dass sie mehrere absorbierende Schichten enthält, die in Kombination ein Erzielen der beabsichtigten Absorption ermöglichen, aber einzeln dies nicht ermöglichen. Dies ist insbesondere der Fall bei Schichtungen, die mehrere Silberschichten, insbesondere zwei oder drei, umfassen: Die Erhöhung der Anzahl der Sperrschichten (untere und/oder obere Sperren) kann zum Erzielen einer hohen Absorption in der Wellenlänge des Lasers führen, während hingegen die einzelnen Schichten eine unzureichende Stärke aufweisen, um alleine diese Absorption zu erzielen.
Um die Absorption der Laserstrahlung durch die Schichtung noch mehr zu verbessern, kann letztere mehre Arten von absorbierenden Schichten gemäß der vorhergehenden Beschreibung umfassen. Jede der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen kann insbesondere mit einer oder mehreren anderen Formen kombiniert werden. Insbesondere können die bevorzugten Formen 1 und 2, 1 und 3, 1 und 4, 1 und 5, 2 und 3, 2 und 4, 3 und 4, 2 und 5, 3 und 5, 1,2 und 3, 1,2 und 4, 1, 2 und 5, 1, 3 und 4, 1, 3 und 5, 2, 3 und 4, 2, 3, und 5, 3, 4, und 5, 1, 2, 3 und 4, 1, 2, 3 und 5, 1, 2, 4 und 5, 1, 3, 4 und 5, 2, 3, 4 und 5 kombiniert werden. Beispielsweise kann die Schicht eine verstärkte Sperrschicht (mit einer Stärke von 2 bis 5 nm) und eine absorbierende Überschicht (Kombination von erster und dritter bevorzugter Ausführungsform) umfassen. Bestimmte bevorzugte Formen können ebenfalls miteinander kombiniert werden. Dies gilt für die zweite bevorzugte Form insofern, als die Schichtung mehrere absorbierende Schichten aus Nitrid umfassen kann, die insbesondere zwischen zwei Schichten aus Siliciumnitrid, beispielsweise zwei oder drei, eingekapselt sind. Ebenso kann die Schichtung mehrere Sperrschichten (untere und/oder Sperren) umfassen, die verstärkt sind, so dass ihre Absorption der Laserstrahlung zunimmt (Kombinationen der ersten Form).
Einige nicht einschränkende Beispiele für eine Schichtung, die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren behandelt werden kann, sind nachfolgend beschrieben. Die Schichten sind in der Reihenfolge des Aufbringens ausgehend vom Substrat aufgeführt. Optionale Schichten sind in Klammern angegeben.
Schichtung 1: Si₃N₄/TiO₂/(SnZnO_x)/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄/Ti
Schichtung 2: TiO₂/ZnO/Ag/ZnO/(TiO₂)/Si₃N₄/ZnSn
Schichtung 3: (Si₃N₄)/TiO₂/(NiCr)/Ag/NiCr/(ZnO)/SnO₂
Schichtung 4: Si₃N₄/NbN/Si₃N₄/(SnZnO_x)/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si₃N₄/TiO_x
Schichtung 5: SiN_x/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si₃N₄
Schichtung 6: Si₃N₄/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄.
Schichtung 7: Si₃N₄/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄
Schichtung 8: Si₃N₄/TiO₂/(SnZnO_x)/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si₃N₄/C
Bei der Schichtung 1 besteht eine absorbierende Schicht aus der metallischen Überschicht (aus Titan, aber andere Metalle ebenso wie unterstöchiometrische Nitride oder Oxide wie zuvor dargestellt sind ebenfalls möglich) und ggf. aus der oberen Sperre (hier aus Titan, aber es können ebenfalls die genannten Metalle oder Legierungen verwendet werden), wenn diese verstärkt ist. Diese Schichtung stellt die dritte bevorzugte Form dar, ggf. in Kombination mit der ersten.
Die Schichtung 2 umfasst eine absorbierende Schicht, die eine metallische Überschicht aus einer SnZn-Legierung ist. Diese Schichtung stellt somit die dritte bevorzugte Form dar. Andere Legierungen aus den zuvor beschriebenen sind natürlich ebenfalls möglich.
Die Schichtung 3 umfasst eine obere Sperre und eine untere Sperre, beide aus einer Nickel- und Chromlegierung. Eine oder jede dieser Sperren kann so verstärkt sein, dass sie eine oder zwei absorbierende Schicht(en) darstellt/darstellen. Beispielsweise kann nur die untere Sperre oder nur die obere Sperre verstärkt sein (erste bevorzugte Form). Alternativ können beide Sperren verstärkt sein (erste bevorzugte Form kombiniert mit sich selbst).
Die Schichtung 4 umfasst eine absorbierende Schicht aus Niobnitrid und eine absorbierende Überschicht aus an Sauerstoff unterstöchiometrischem Titanoxid. Sie stellt somit eine Kombination der zweiten und dritten bevorzugten Form dar. Die obere Sperre aus einer Nickel- und Chromlegierung kann ebenfalls so verstärkt sein, dass sie eine absorbierende Schicht darstellt (erste bevorzugte Form). Diese Art der Schichtung weist eine Sonnenschutzfunktion und zusätzlich eine niedrige Emissivität auf.
In der Schichtung 5 ist eine absorbierende Schicht eine Schicht aus an Stickstoff unterstöchiometrischem Siliciumnitrid (zweite bevorzugte Form). Die obere Sperre aus einer Nickel- und Chromlegierung kann ebenfalls so verstärkt sein, dass sie eine absorbierende Schicht darstellt (erste bevorzugte Form).
Die Schichtungen 6 und 7 stellen Schichtungen dar, die jeweils zwei und drei Silberschichten enthalten. In bestimmten Fällen kann die große Anzahl von Sperren (hier aus Titan, aber es sind auch die anderen bereits genannten Metalle oder Legierungen verwendbar) ausreichen, um die gewünschte Absorption zu erzielen. In anderen Fällen muss ggf. wenigstens eine Sperre verstärkt werden.
Die Schichtung 8 umfasst als letzte Schicht eine Schicht aus Kohlenstoff, vorzugsweise in amorpher Form oder Graphit-Form. Diese stark absorbierende Schicht verschwindet bei der Wärmebehandlung durch Oxidation. Eine metallische Schicht, beispielsweise aus Titan, kann unterhalb und in Kontakt mit dieser Kohlenstoffschicht angeordnet sein.
In den zuvor dargestellten Schichtungen kann wenigstens eine Zinkoxidschicht ebenfalls an Sauerstoff unterstöchiometrisch sein und eine absorbierende Schicht bilden, welche die vierte bevorzugte Form darstellt.
Die Wärmebehandlung erfolgt im Allgemeinen mit einer Strahlung mit einer definierten Wellenlänge. Die Verwendung mehrerer verschiedener Laser, um das beschichtete Substrat der Einwirkung von mehreren Strahlungen mit unterschiedlicher Wellenlänge auszusetzen, ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Die Wellenlänge der Strahlung beträgt vorzugsweise 530 bis 1000 nm, oder 600 bis 1000 nm, insbesondere 700 bis 950 nm, oder sogar 800 bis 950 nm, weil das Silber diese Art der Strahlung weniger reflektiert als die Infrarotstrahlungen mit einer größeren Wellenlänge. Die Behandlung ist somit wirksamer. Ferner absorbiert das Substrat, wenn es aus klarem Glas besteht, in diesem Wellenlängenbereich weniger. Es ist somit weniger geeignet, hohe Temperaturen auszuhalten.
Vorzugsweise werden Diodenlaser verwendet, die beispielsweise mit einer Wellenlänge von 808 nm, 880 nm, 915 nm, 940 nm oder 980 nm strahlen. In der Form von Diodensystemen können sehr hohe Leistungen erzielt werden, die ein Erreichen von Oberflächenleistungen auf dem Niveau der zu behandelnden Schichtung von mehr als 20 kW/cm² oder 30 kW/cm² ermöglichen.
Zur Vereinfachung der Anwendung können auch Faserlaser eingesetzt werden, d. h. die Laserstrahlung wird in eine Glasfaser geleitet und tritt anschließend nahe der zu behandelnden Fläche durch einen Fokussierkopf aus. Es kann ebenfalls ein Faserlaser eingesetzt werden, bei dem das Verstärkungsmilieu selbst eine Glasfaser bildet.
Das Laserbündel kann punktuell sein, wofür ein System zum Verschieben des Laserbündels auf der Ebene des Substrats vorgesehen werden muss.
Die Laserstrahlung stammt jedoch vorzugsweise aus wenigstens einem Laserbündel, das eine Linie bildet (nachfolgend als „Laserlinie” bezeichnet), die gleichzeitig die gesamte Breite des Substrats oder einen Teil bestrahlt. Diese Form ist vorzuziehen, da sie die Verwendung von kostspieligen Systemen zum Verschieben vermeiden, die im Allgemeinen viel Platz beanspruchen und wartungsintensiv sind. Das linienförmige Laserbündel kann insbesondere durch leistungsstarke Diodenlasersysteme erzeugt werden, die mit einer Fokussieroptik kombiniert sind. Die Stärke der Linie beträgt vorzugsweise 0,01 bis 1 mm. Die Länge der Linie beträgt typischerweise 5 mm bis 1 m. Das Profil der Linie kann insbesondere die Form einer Gauß-Kurve aufweisen oder zinnenförmig sein.
Die Laserlinie, welche die Breite des Substrats vollständig oder teilweise gleichzeitig bestrahlt, kann aus einer einzigen Linie bestehen (welche die gesamte Breite des Substrats bestrahlt) oder aus mehreren, ggf. getrennten Linien. Wenn mehrere Linien verwendet werden, sind diese vorzugsweise so angeordnet, dass die gesamte Oberfläche der Schichtung behandelt wird. Die oder jede Linie ist vorzugsweise senkrecht zur Richtung des Passierens des Substrats oder schräg angeordnet. Die verschiedenen Linien können das Substrat gleichzeitig oder zeitlich versetzt behandeln. Entscheidend ist, dass die gesamte Oberfläche behandelt wird.
Um die gesamte Oberfläche der Schicht zu behandeln, erfolgt vorzugsweise eine relative Verschiebung zwischen einerseits dem beschichteten Substrat der Schicht und der oder jeder Laserlinie. Das Substrat kann somit verschoben werden, insbesondere beim Passieren der ortsfesten Laserlinie in einer Translationsbewegung, im Allgemeinen unterhalb, aber ggf. auch oberhalb der Laserlinie. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für eine kontinuierliche Behandlung. Alternativ kann das Substrat ortsfest und der Laser beweglich sein. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen den jeweiligen Geschwindigkeiten des Lasers größer gleich 1 Meter pro Minute, oder 4 bzw. sogar 6, 8, 10 oder 15 Meter pro Minute, um eine hohe Behandlungsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Die sorgfältige Wahl von bestimmten Schichten der Schichtung ermöglicht das Gewährleisten einer sehr starken Abnahme des Eigenwiderstands für hohe Verschiebungsgeschwindigkeiten und somit hohe Behandlungsgeschwindigkeiten.
Wenn das Substrat verschoben wird, insbesondere in einer Translationsbewegung, kann es mit allen mechanischen Fördermitteln in Bewegung versetzt werden, beispielsweise mit Bändern, Rollen oder Platten in Translationsbewegung. Das Fördersystem ermöglicht ein Kontrollieren und Regeln der Geschwindigkeit des Verschiebens. Wenn das Substrat aus einem elastischen organischen Polymermaterial besteht, kann das Verschieben mit einem Folienvorschubsystem in Form einer Abfolge von Rollen erfolgen.
Der Laser kann ebenfalls in Bewegung versetzt werden, um den Abstand zum Substrat anzupassen, was insbesondere, aber nicht ausschließlich, nützlich sein kann, wenn das Substrat gewölbt ist. Vorzugsweise ist das Laserbündel auf die zu behandelnde Beschichtung fokussiert, so dass diese sich in einem Abstand kleiner gleich 1 mm zur Fokalebene befindet. Wenn das System zum Verschieben des Substrats oder des Lasers bezüglich des Abstands zwischen Substrat und Fokalebene nicht ausreichend genau ist, empfiehlt es sich vorzugsweise, dass der Abstand zwischen Laser und Substrat angepasst werden kann. Diese Anpassung kann automatisch erfolgen, insbesondere durch eine Regelung durch eine Messung des Abstands vor der Behandlung.
Wenn die Laserlinie verschoben wird, muss ein System zum Verschieben des Lasers oberhalb oder unterhalb des Substrats vorgesehen werden. Die Dauer der Behandlung wird durch die Geschwindigkeit des Verschiebens der Laserlinie geregelt.
Es sind natürlich alle relativen Positionen des Substrats und des Lasers möglich, sofern die Oberfläche des Substrats entsprechend bestrahlt werden kann. Das Substrat ist im Allgemeinen horizontal angeordnet, kann aber auch vertikal oder in einem beliebigen Winkel angeordnet sein. Wenn das Substrat horizontal angeordnet ist, wird der Laser im Allgemeinen so angeordnet, dass er die obere Seite des Substrats bestrahlt. Der Laser kann ebenfalls die untere Seite des Substrats bestrahlen. In diesem Fall muss das Trägersystem des Substrats, ggf. auch das Fördersystem des Substrats, falls letzteres in Bewegung ist, die Strahlung im zu bestrahlenden Bereich durchlassen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Förderrollen verwendet werden: Da die Rollen getrennt sind, kann der Laser in einem Bereich angeordnet werden, der zwischen zwei aufeinander folgenden Rollen angeordnet ist.
Wenn beide Seiten des Substrats zu behandeln sind, können mehrere an der einen Seite und an der anderen Seite des Substrats angeordnete Laser verwendet werden, egal ob das Substrat horizontal, vertikal oder in einem beliebigen Winkel angeordnet ist.
Die Strahlungsvorrichtung, beispielsweise der Linienlaser, kann in eine Beschichtungslinie integriert sein, beispielsweise in eine Beschichtungslinie mit Kathodenzerstäubung mit Magnetfeldunterstützung (Magnetron-Verfahren) oder eine chemische Bedampfungsanlage (CVD), insbesondere mit Plasmaunterstützung (PECVD), unter Vakuum oder unter Luftdruck (APPECVD). Die Linie umfasst im Allgemeinen Vorrichtungen zum Halten der Substrate, eine Beschichtungsanlage, Vorrichtungen zur optischen Kontrolle und Stapelvorrichtungen. Die Substrate passieren beispielsweise auf Förderrollen nacheinander jede Vorrichtung bzw. jede Anlage.
Die Strahlungsvorrichtung, beispielsweise der Linienlaser, ist vorzugsweise nach der Beschichtungsanlage angeordnet, beispielsweise am Auslauf der Beschichtungsanlage. Das Substrat kann somit inline nach dem Aufbringen der Schicht, am Auslauf der Beschichtungsanlage und vor den Vorrichtungen zur optischen Kontrolle oder nach den Vorrichtungen zur optischen Kontrolle und vor den Vorrichtungen für die Schichtung der Substrate behandelt werden.
Die Strahlungsvorrichtung kann ebenfalls in die Beschichtungsanlage integriert werden. Beispielsweise kann der Laser in eine der Kammern einer Beschichtungsanlage mit Kathodenzerstäubung, insbesondere in einer Kammer, in der eine dünne Atmosphäre herrscht, insbesondere unter einem Druck von 10^–6 mbar bis 10^–2 mbar angeordnet sein. Der Laser kann ebenfalls außerhalb der Beschichtungsanlage angeordnet sein, aber so, dass ein Substrat innerhalb der Anlage behandelt wird. Zu diesem Zweck genügt es, ein für die Wellenlänge der verwendeten Strahlung transparentes Fenster vorzusehen, durch den der Laserstrahl die Schicht behandelt. Somit kann eine Schicht (beispielsweise eine Silberschicht) vor dem nachfolgenden Aufbringen einer weiteren Schicht in der gleichen Anlage behandelt werden. Wenn eine absorbierende Schicht eine beispielsweise metallische Überschicht ist, kann deren Oxidation beeinträchtigt werden, wenn das Substrat in einer Vakuumkammer angeordnet ist. In diesem Fall kann die Schichtung in einer Spezialkammer behandelt werden, in der die oxidierende Atmosphäre kontrolliert wird.
Ungeachtet dessen, ob sich die Strahlungsvorrichtung außerhalb der Beschichtungsanlage befindet oder in diese integriert ist, sind solche Inline-Verfahren einem Batch-Verfahren vorzuziehen, bei dem eine Schichtung der Glassubstrate zwischen dem Beschichtungsschritt und der Wärmebehandlung erforderlich wäre.
Batch-Verfahren können von Interesse sein, wenn die Wärmebehandlung an einem anderen Ort erfolgt als die Beschichtung, beispielsweise an einem Ort, an dem die Bearbeitung des Glases erfolgt. Die Strahlungsvorrichtung kann somit in anderen Linien als der Beschichtungslinie integriert sein. Sie kann beispielsweise in einer Linie zur Herstellung von Mehrfachverglasungen (insbesondere Doppel- oder Dreifachverglasungen) oder in eine Linie zur Herstellung von Verbundglas integriert sein. Bei diesen verschiedenen Fällen erfolgt die Wärmebehandlung vorzugsweise vor der Herstellung der Mehrfachverglasung bzw. des Verbundglases.
Das Aufbringen der Schichtung auf dem Substrat kann durch jede Art von Verfahren erzeugt werden, insbesondere durch Verfahren, die großteils amorphe oder nanokristallisierte Schichten erzeugen wie das Verfahren mit Kathodenzerstäubung, insbesondere mit Magnetfeldunterstützung (Magnetron-Verfahren), das Verfahren der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung (PEVCD), das Vakuumverdampfungsverfahren oder das Sol-Gel-Verfahren.
Die Schichtung wird vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung aufgebracht, insbesondere mit Magnetfeldunterstützung (Magnetron-Verfahren).
Zur Vereinfachung erfolgt die Laserbehandlung vorzugsweise unter Luft und/oder bei Luftdruck. Die Wärmebehandlung der Schicht kann jedoch auch innerhalb des Vakuumbeschichtungsbereichs erfolgen, beispielsweise vor einer nachfolgenden Beschichtung.
Die Laserbehandlung ist vorzugsweise so beschaffen, dass jeder Punkt der dünnen Schicht auf eine Temperatur von wenigstens 300°C unter Aufrechterhaltung einer Temperatur kleiner gleich 100°C an jedem Punkt der Seite gegenüber der ersten Seite gebracht wird, so dass der Kristallisationsgrad der dünnen Schicht unter Bewahren ihrer Durchgängigkeit und ohne Schmelzschritt der dünnen Schicht erhöht wird. Die dünne Schicht bleibt somit am Ende der Behandlung durchgehend.
Unter „durchgehender dünner Schicht” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Schicht im Wesentlichen die Gesamtheit des Substrats oder bei einer Schichtung die Gesamtheit der darunter liegenden Schicht abdeckt. Es ist wichtig, dass der durchgehende Charakter der dünnen Schicht (und somit deren vorteilhafte Eigenschaften) durch die Behandlung erhalten bleibt.
Unter „Punkt der Schicht” ist ein Bereich der Schicht zu verstehen, die der Behandlung zu einem bestimmten Zeitpunkt unterzogen wird. Die gesamte Schicht (d. h. jeder Punkt) wird auf eine Temperatur von wenigstens 300°C gebracht, wobei aber jeder Punkt der Schicht nicht zwangsläufig gleichzeitig behandelt wird. Die Schicht kann insgesamt zum gleichen Zeitpunkt behandelt werden, wobei jeder Punkt der Schicht gleichzeitig auf eine Temperatur von wenigstens 300°C gebracht wird. Die Schicht kann alternativ so behandelt werden, dass die verschiedenen Punkte der Schicht oder der Gesamtheiten von Punkten nacheinander auf eine Temperatur von wenigstens 300°C gebracht werden, wobei die zweite Methode häufiger benutzt wird, wenn eine durchgehende Anwendung im industriellen Maßstab erfolgt.
Das Verfahren kann an einem horizontal oder vertikal angeordneten Substrat angewendet werden. Es kann ebenfalls an einem Substrat mit dünnen Schichten auf beiden Seiten angewendet werden, wobei wenigstens eine Schicht von einer der Seiten oder von jeder Seite behandelt wird. Wenn die auf den beiden Seiten des Substrats aufgebrachten dünnen Schichten behandelt werden, können die dünnen Schichten von jeder Seite gleichzeitig oder nacheinander durch identische oder verschiedene Techniken behandelt werden, abhängig insbesondere davon, ob die Beschaffenheit der behandelten Schichten identisch oder verschieden ist. Der Fall, dass die Behandlung gleichzeitig an beiden Seiten des Substrats erfolgt, ist natürlich inbegriffen.
Die Erfindung betrifft Materialien, die durch das zuvor beschriebene Verfahren erzeugt werden können.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung von dünnen Schichten mit niedriger Emissivität, umfassend eine einzige dünne Schicht aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten, beschichtet ist. Die Schichtung ist insbesondere folgendermaßen beschaffen:

– Die Schichtung weist einen Quadratwiderstand kleiner gleich 1,9 Ohm oder sogar 1,8 Ohm auf und die Schichtung ist so beschaffen, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 75% oder sogar 76% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 5 oder sogar 4 aufweist, oder
– die Schichtung weist einen Quadratwiderstand größer gleich 1,9 Ohm und kleiner gleich 2,4 Ohm auf und die Schichtung ist so beschaffen, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 81% oder sogar 82% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 5 oder sogar 4 aufweist, oder
– die Schichtung weist einen Quadratwiderstand größer gleich 2,4 Ohm und kleiner gleich 3,0 Ohm auf und die Schichtung ist so beschaffen, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 87% oder sogar 88% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 4 aufweist.

Die physikalischen Stärken der Silberschichten betragen vorzugsweise 14 bis 18 nm bei der ersten Alternative, 12 bis 16 nm bei der zweiten Alternative und 10 bis 14 nm bei der dritten Alternative.
Das Verfahren ermöglicht durch Optimierung der Übertragung der Energie zur Silberschicht ein wirksames Erzielen von Schichtungen mit niedriger Emissivität, die eine Kombination zwischen der Emissivität einerseits und den optischen Eigenschaften (Licht- und Farbdurchlässigkeit) andererseits bieten, die ansonsten nur durch Vorspannen erzielbar gewesen wäre.
Die Lichtdurchlässigkeit wird auf der Basis eines Spektrums gemäß der Norm NF EN 410 berechnet. Der chromatische Wert a* wird unter Berücksichtigung des Referenzbeobachters CIE 1931 und der Lichtquelle D65 berechnet.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung von dünnen Schichten mit niedriger Emissivität, umfassend wenigstens zwei dünne Schichten aus Silber zwischen zwei dielektrischen dünnen Schichten, beschichtet ist, so dass der Parameter ΔE* zwischen dem beschichteten Substrat und dem beschichteten Substrat nach dem Vorspannen kleiner gleich 2,0 oder sogar 1,5 ist. Die Schichtung umfasst vorzugsweise zwei oder drei Silberschichten.
Es gilt folgende Formel: ΔE* = √(ΔL*)² + (Δa*)² + (Δb*)² . Die kolorimetrischen Koordinaten L*, a* und b* werden unter Berücksichtigung der Lichtquelle D65 und des Referenzbeobachters CIE-1931 berechnet. Es handelt sich um kolorimetrische Koordinaten der Seite des Substrats, d. h. der Seite gegenüber der Schichtung, unter Reflexion. Der Begriff ΔL* bezeichnet die Änderung der Koordinate L* zwischen dem beschichteten Substrat und dem gleichen beschichteten Substrat nach dem Vorspannen. Gleiches gilt für die Begriffe Δa* und Δb*.
Wie bereits ausgeführt ermöglicht die Behandlung das Erzielen von kolorimetrischen Eigenschaften, die im Wesentlichen denen entsprechen, die durch eine Vorspannbehandlung erzielt werden, oder diesen wenigstens sehr ähnlich sind. Wenn das nicht vorgespannte Substrat einem Vorspannen unterzogen würde, würden seine kolorimetrischen Eigenschaften durch das Vorspannen wenig beeinflusst werden. Nach dem Kenntnisstand der Erfinder konnte noch keine Schichtung, die wenigstens zwei Silberschichten umfasst, diese Eigenschaft, die als Vorspannbarkeit bezeichnet wird, erfüllen.
Die Schichtungen gemäß der Erfindung weisen vorzugsweise die zuvor beschriebene allgemeine Architektur auf. Aus Gründen der Knappheit und Klarheit sind die entsprechenden Passagen nicht erneut wiedergegeben, aber alle Details zur Anordnung der verschiedenen Schichten, ihrer Funktion (erste und zweite Beschichtung, dielektrische Schichten, obere Sperrschichten, untere Sperrschichten, Benetzungsschicht, Glättungsschicht, Überschicht), ihrer chemischen Beschaffenheit und ihren Stärken sind ebenfalls auf die Schichtungen gemäß der Erfindung anwendbar.
Vorzugsweise umfassen die beschichteten Substrate gemäß der Erfindung keine Antireflexbeschichtung auf der Seite gegenüber der Schichtung aus dünnen Schichten mit niedriger Emissivität.
Die Substrate gemäß der Erfindung können in Einfach-, Mehrfach- oder Verbundverglasungen, Spiegeln und Wandverkleidungen aus Glas verwendet werden. Bei einer Mehrfachverglasung, umfassend wenigstens zwei durch eine Gasschicht getrennte Glasscheiben, ist vorzugsweise die Schichtung auf der Seite in Kontakt mit der Gasschicht angeordnet, insbesondere der Seite 2 zum Äußeren (d. h. auf der Seite des Substrats in Kontakt mit dem Äußeren des Gebäudes gegenüber der Seite zum Äußeren) oder der Seite 3 (d. h. auf der Seite des zweiten Substrats ausgehend vom Äußeren des Gebäudes nach außen).
Die Erfindung wird mit den folgenden nicht beschränkenden Ausführungsbeispielen dargestellt.
BEISPIEL 1
Auf einem Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das vom Anmelder unter der Bezeichnung „SGG Planilux” vermarktet wird, werden verschiedene Schichtungen mit niedriger Emissivität aufgebracht. Alle Schichtungen werden nach dem Stand der Technik in einer Linie zur Kathodenzerstäubung (Magnetron-Verfahren) aufgebracht, in der das Substrat unter verschiedenen Zielen passiert.
Die Tabelle 1 gibt für jede getestete Schichtung die physikalische Stärke der Schichten in nm an. Die erste Linie entspricht der Schicht mit dem größten Abstand zum Substrat, die in Kontakt mit der Außenluft steht.

Die Absorption entspricht der Absorption eines Substrats aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, in der Wellenlänge der Laserstrahlung (808 nm).

Probe	C1	1	2	3	4	5	6
Ti	0	0	3	2	0	2	2
ZnSnSbO_x	2	0	0	0	2	0	0
Si₃N₄:Al	0	0	0	0	20	0	0
NbN	0	0	0	0	4	0	0
Si₃N₄:Al	35	35	40	40	15	35	38
ZnO:Al	5	5	5	5	5	5	5
Ti	0,5	2	0,5	2	0,5	0,5	0,5
Ag	9,5	9,5	15	15	11	11	13,5
ZnO:Al	5	5	5	5	5	5	5
TiO₂	10	10	15	15	10	10	13
Si₃N₄:Al	20	20	10	10	20	20	15
Absorption (%)	9,1	16,3	25,8	30,1	24,2	19,5	21,0

Tabelle 1

Die folgende Tabelle 2 gibt die verwendeten Parameter der Beschichtung für die verschiedenen Schichten an.

Schicht	Verwendetes Ziel	Beschichtungsdruck	Gas
Si₃N₄	Si:Al mit 92:8% wt	1,5·10^–3 mbar	Ar/(Ar + N₂) mit 45%
TiO₂	TiO_x mit x von etwa 1,9	1,5·10^–3 mbar	Ar/(Ar + O₂) mit 95%
ZnSnSbO_x	SnZn:Sb mit 34:65:1 wt	2·10^–3 mbar	Ar/(Ar + O₂) mit 58%
ZnO:Al	Zn:Al mit 98:2% wt	2·10^–3 mbar	Ar/(Ar + O₂) mit 52%
Ti	Ti	2·10^–3 mbar	Ar
NbN	Nb	2·10^–3 mbar	Ar/(Ar + N₂) mit 40%
Ag	Ag	2·10^–3 mbar	Ar mit 100%

Tabelle 2

Jede dieser Schichtungen umfasst eine einzige Silberschicht mit einer Stärke von 15 nm, 13,5 nm, 11 nm oder 9,5 nm gemäß den Beispielen. Alle umfassen eine obere Sperrschicht aus metallischem Titan, eine Benetzungsschicht aus Zinkoxid und zwei dielektrische Schichten aus Siliciumnitrid. Die Probe C1 ist ein Vergleichsbeispiel. Sie umfasst eine nicht absorbierende Überschicht aus mit Antimon dotiertem Zink- und Zinnoxid und eine obere Sperrschicht mit herkömmlicher Stärke (0,5 nm), wodurch eine niedrige Absorption in der Wellenlänge des Lasers bewirkt wird. Die Probe 1 gemäß der Erfindung umfasst eine stärke obere Sperrschicht (2 nm), so dass die Absorption einen Wert von 16% erreicht. Die Proben 2, 3, 5 und 6 gemäß der Erfindung weisen eine metallische Überschicht aus Titan auf. Die obere Sperrschicht von Beispiel 3 ist ferner auf 2 nm verstärkt. Unter Berücksichtigung der durch diese Änderungen bewirkten Titanüberstärken erreicht die Absorption des beschichteten Substrats bei diesen Beispielen Werte von 20 bis 30%. Die Probe 3 wiederum umfasst eine absorbierende Schicht aus Niobnitrid, die das Erzielen einer Absorption von 24% ermöglicht. Diese Schichtung erfüllt gleichzeitig eine Funktion der niedrigen Emissivität und des Sonnenschutzes.
Die verschiedenen Proben werden mit einem Linienlaser behandelt, der eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 808 nm ausstrahlt und gegenüber dem das beschichtete Substrat in einer Translationsbewegung passiert.
Die folgende Tabelle 3 gibt Folgendes an:

– Geschwindigkeit des Passierens, in Meter pro Minute,
– Quadratwiderstand, bezeichnet als R_c und ausgedrückt in Ohm, vor und nach der Laserbehandlung
– relative Abnahme des Quadratwiderstands aufgrund der Behandlung, bezeichnet als ΔR_c und ausgedrückt in Prozent,
– normale Emissivität bei einer Temperatur von 283 K, berechnet gemäß der Norm EN 12898 auf der Basis eines Reflexionsspektrums im Spektrumsbereich von 5 bis 50 Mikrometer, bezeichnet als ε_n und ausgedrückt in %, vor und nach der Laserbehandlung,
– relative Abnahme der normalen Emissivität aufgrund der Behandlung, bezeichnet als Δ ε_n und ausgedrückt in %,
– Licht- und Energiedurchlässigkeit der Probe im Sinne der Norm NF EN 410, vor und nach der Laserbehandlung,
– chromatischer Wert a* unter Reflexion an der Seite der Schichtung unter Berücksichtigung des Referenzbeobachters CIE 1931 und der Lichtquelle D65.

Probe	C1	C1	1	1	2	3	4	5	6
Geschwindigkeit (m/min)	10	4	10	4	8	10	10	8	8
R_c vorher (Ω)	4,70	4,70	4,82	4,82	2,20	2,20	3,67	3,70	2,72
R_c nachher (Ω)	4,65	4,51	4,10	3,75	1,72	1,67	2,97	2,84	2,12
ΔR_c (%)	1,1	4,2	15	22	22	24	19	23	22
ε_n vorher (%)	5,2	5,2	5,3	5,3	2,4	2,4	4,0	4,0	3,0
ε_n nachher (%)	5,2	5,0	4,5	4,1	1,8	1,8	3,2	3,1	2,3
Δ ε_n (%)	0	3,8	15	23	25	25	20	22	23
T_L vorher (%)	89,0	89,0	81,8	81,8	57,0	57,1	64,3	76,5	71,5
T_L nachher (%)	89,0	89,1	88,9	89,2	65,4	76,5	65,1	88,0	83,2
a* nachher	1,5	1,5	2,3	2,6	3,3	3,2	–2,2	2,5	2,8
T_E vorher (%)	67,2	67,2	58,4	58,4	40,1	38,3	45,9	50,5	46,4
T_E nachher (%)	67,2	67,3	67,1	66,5	47,2	47,3	46,1	61,3	57,1

Die Proben gemäß der Erfindung weisen nach der Laserbehandlung eine Abnahme des Quadratwiderstands und der Emissivität um wenigstens 15% oder sogar 20% bei den vor der Behandlung am stärksten absorbierenden Proben auf, was eine erhebliche Verbesserung der Kristallisation der Silberschichten hinweist, insbesondere auf eine Zunahme der Korngröße des kristallisierten Silbers. Eine Verringerung der Behandlungsgeschwindigkeit ermöglicht noch ein weiteres Absenken der Werte für Quadratwiderstand und Emissivität.
Bei den Proben 1 bis 3 und 5 bis 6 nimmt die Lichtdurchlässigkeit, die vor der Behandlung gering ist, weil die Schichtung absorbierend ist, stark zu, bis sie bei einer gleichen Silberstärke einen Wert erreicht, der mit dem der Probe C1 vergleichbar ist, die vor der Behandlung wenig absorbierend ist. Diese Zunahme der Lichtdurchlässigkeit ist auf die Oxidation des Titans während der Behandlung zurückzuführen. Die Lichtdurchlässigkeit der Probe 4 ändert sich hingegen im Laufe der Laserbehandlung nur wenig, vermutlich weil die Schicht aus Siliciumnitrid, die oberhalb der Schicht aus Niobnitrid aufgebracht ist, die letztere vor Oxidation schützt.
Im Vergleich dazu weist die Probe C1 bei einer Behandlung mit identischer Geschwindigkeit nur eine minimale Abnahme des Quadratwiderstands auf. Eine Verringerung der Behandlungsgeschwindigkeit auf 4 Meter pro Minute ist sogar noch unzureichend bezüglich der Abnahme von Quadratwiderstand und Emissivität. Die Anpassung der Schichtung ermöglicht somit eine erhebliche Beschleunigung der Behandlung und/oder ein Erzielen von wesentlich höheren Leistungen bei gleicher Behandlungsgeschwindigkeit.
Diese Beispiele zeigen ferner, dass das Verfahren das Erzielen von Schichtungen auf nicht vorgespanntem Glas mit der folgenden Kombination ermöglicht:

– ein Quadratwiderstand kleiner gleich 1,9 Ohm, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 75% und ein chromatischer Wert a* kleiner gleich 5, was bei den Beispielen 2 und 3 der Fall ist,
– ein Quadratwiderstand kleiner gleich 2,4 Ohm, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 81% und ein chromatischer Wert a* kleiner gleich 5, was beim Beispiel 6 der Fall ist,
– ein Quadratwiderstand kleiner gleich 3,0 Ohm, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 87% und ein chromatischer Wert a* kleiner gleich 4, was beim Beispiel 5 der Fall ist.

Die Probe 2 wurde ebenfalls einem Vorspannen nach der Laserbehandlung oder direkt nach dem Beschichten (d. h. ohne Laserbehandlung) unterzogen.

Die folgende Tabelle 4 gibt die Lichtdurchlässigkeit (im Sinne der Norm NF EN 410) und die kolorimetrischen Koordinaten der Seite der Schichtung unter Reflexion (Lichtquelle D65, Referenzbeobachter CIE-1931) vor der Laserbehandlung, nach der Laserbehandlung, nach der Laserbehandlung und dem anschließenden Vorspannen und nach dem Vorspannen (ohne Laserbehandlung) an. Die Tabelle 4 gibt ebenfalls die Änderungen der Kolorimetrie der Probe durch die Laserbehandlung oder das Vorspannen an. Diese Änderungen werden mit dem zuvor definierten Parameter ΔE* ausgedrückt. Es wird die Probe vor der Laserbehandlung mit der behandelten Probe (Auswirkung der Laserbehandlung) und mit der vorgespannten Probe (Auswirkung des Vorspannens), die Probe nach der Laserbehandlung mit der vorgespannten Probe (aber ohne Laserbehandlung: Vergleich zwischen den Auswirkungen der Laserbehandlung und der Auswirkungen des Vorspannens) und die Probe nach der Laserbehandlung mit der laserbehandelten und anschließend vorgespannten Probe verglichen.

vorher	TL	65,4
	L*	42,8
	a*	3,3
	b*	–11,5
nach Laser	TL	76,5
	L*	46,4	ΔE* vor/nach Laser	6,9
	a*	3,3
	b*	–6,5
nach Laser und anschließendem Vorspannen	TL	76,9
	L*	46,7	ΔE* nach Laser/nach Laser und anschließendem Vorspannen	0,8
	a*	3,4
	b*	–5,8
nach Vorspannen	TL	76,7
	L*	46,7	ΔE* vor/nach Vorspannen	7,3
	a*	3,4
	b*	–6,1
			AE* nach Laser/nach Vorspannen	0,5

Tabelle 4

Aus der Tabelle 4 geht hervor, dass die kolorimetrischen Koordinaten eines behandelten Substrats denen eines vorgespannten Substrats sehr nahe kommen. Ebenso kommen die kolorimetrischen Koordinaten eines behandelten Substrats denen eines behandelten und anschließend vorgespannten Substrats sehr nahe. Die Behandlung ermöglicht es somit, ein nicht vorgespanntes Substrat zu erzielen, dessen Schichtung nach wie vor vorspannbar ist, insofern, als die kolorimetrischen Eigenschaften durch das Vorspannen nicht wesentlich verändert werden. Somit können an der gleichen Fassade nicht vorgespannte und vorgespannte Substrate kombiniert werden.
BEISPIEL 2
Auf einem Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das vom Anmelder unter der Bezeichnung „SGG Planilux” vermarktet wird, werden verschiedene Schichtungen mit niedriger Emissivität aufgebracht. Alle Schichtungen werden nach dem Stand der Technik in einer Linie zur Kathodenzerstäubung (Magnetron-Verfahren) aufgebracht, in der das Substrat unter verschiedenen Zielen passiert.
Auf einer Schichtung des Typs Substrat/Si₃N₄/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si₃N₄ wird eine absorbierende Schicht aus Titan mit einer Stärke von 3 nm bei der Probe 10 und eine absorbierende Schicht aus Titan mit einer Stärke von 1,5 mm, die wiederum von einer Schicht aus Kohlenstoff mit einer Stärke von etwa 2 nm überfangen ist, bei der Probe 11 aufgebracht.
Die Absorption, die der Absorption eines Substrats aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, in der Wellenlänge der Laserstrahlung (bei diesem Beispiel 980 nm) entspricht, beträgt 15,3% bei der Probe 10 und 19,4% bei der Probe 11.
Die Kohlenstoffschicht wird durch Kathodenzerstäubung mit einem Ziel aus Graphit in einer Argonatmosphäre erzeugt. Das Vorhandensein dieser Kohlenstoffschicht ermöglicht ein weiteres Erhöhen der Absorption der Laserstrahlung.
Die verschiedenen Proben werden mit einem Linienlaser behandelt, der eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 980 nm ausstrahlt und gegenüber dem das beschichtete Substrat in einer Translationsbewegung passiert.
Die folgende Tabelle 5 gibt Folgendes an:

– Geschwindigkeit des Passierens, in Meter pro Minute,
– Quadratwiderstand, bezeichnet als R_c und ausgedrückt in Ohm, vor und nach der Laserbehandlung
– relative Abnahme des Quadratwiderstands aufgrund der Behandlung, bezeichnet als ΔR_c und ausgedrückt in Prozent,
– Lichtdurchlässigkeit der Probe im Sinne der Norm NF EN 410, vor und nach der Laserbehandlung,

Probe	10	10	11	11
Geschwindigkeit (m/min)	13	16	20	21
R_c vorher (Ω)	5,0	5,0	4,9	4,9
R_c nachher (Ω)	4,2	4,5	4,1	4,3
ΔR_c (%)	–16,3	–10,3	–16,5	–11,5
T_L vorher (%)	80,8	80,8	76,8	76,8
T_L nachher (%)	84,1	83,0	79,4	79,5

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Überschicht aus Kohlenstoff das Erzielen von erheblichen Vorteilen bei der Passiergeschwindigkeit ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/096089 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm NF EN 410 [0020]
Norm NF EN 410 [0031]
Norm NF EN 410 [0102]
Norm EN 12898 [0116]
Norm NF EN 410 [0116]
Norm NF EN 410 [0122]
Norm NF EN 410 [0129]

Claims

Material umfassend ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung aus dünnen Schichten mit niedriger Emissivität umfassend eine einzige dünne Schicht aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten beschichtet ist, wobei die Schichtung einen Flächenwiderstand kleiner gleich 1,9 Ohm/Quadrat aufweist und die Schichtung so beschaffen ist, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 75% oder sogar 76% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 5 oder sogar 4 aufweist.
Material nach Anspruch 1, wobei die Schichtung einen Quadratwiderstand kleiner gleich 1,8 Ohm aufweist.
Material umfassend ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung aus dünnen Schichten mit niedriger Emissivität umfassend eine einzige dünne Schicht aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten beschichtet ist, wobei die Schichtung einen Flächenwiderstand größer als 1,9 Ohm/Quadrat und kleiner gleich 2,4 Ohm/Quadrat aufweist und die Schichtung so beschaffen ist, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 81% oder sogar 82% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 5 oder sogar 4 aufweist.
Material umfassend ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung aus dünnen Schichten mit niedriger Emissivität umfassend eine einzige dünne Schicht aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten beschichtet ist, wobei die Schichtung einen Flächenwiderstand größer als 2,4 Ohm/Quadrat und kleiner gleich 3,0 Ohm/Quadrat aufweist und die Schichtung so beschaffen ist, dass ein Substrat aus klarem Glas mit einer Stärke von 4 mm, das mit der Schichtung beschichtet ist, eine Lichtdurchlässigkeit größer gleich 87% oder sogar 88% und einen chromatischen Wert a* der Seite der Schichtung unter Reflexion kleiner gleich 4 aufweist.
Material umfassend ein Substrat aus nicht vorgespanntem Glas, das auf wenigstens einer Seite mit einer Schichtung von dünnen Schichten mit niedriger Emissivität, umfassend wenigstens zwei dünne Schichten aus Silber zwischen wenigstens zwei dielektrischen dünnen Schichten, beschichtet ist, so dass der Parameter ΔE* zwischen dem beschichteten Substrat und dem beschichteten Substrat nach dem Vorspannen kleiner gleich 2,0 oder sogar 1,5 ist.
Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schichtung mit niedriger Emissivität, ausgehend vom Substrat, eine erste Beschichtung, umfassend wenigstens eine dielektrische Schicht, wenigstens eine Silberschicht, ggf. eine obere Sperrschicht, und eine zweite Beschichtung, umfassend wenigstens eine zweite dielektrische Schicht, umfasst.
Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die physikalische Stärke der Silberschicht 6 bis 20 nm beträgt.
Material nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die erste Beschichtung unmittelbar unter der Silberschicht oder unter einer etwaigen unteren Sperrschicht eine Benetzungsschicht umfasst, deren Funktion ein Verbessern der Benetzung und des Haftens der Silberschicht umfasst, insbesondere eine Schicht aus Zinkoxid.
Einfach-, Mehrfach- oder Verbundverglasung, umfassend ein Material nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Mehrfachverglasung, umfassend wenigstens zwei durch eine Gasschicht getrennte Glasscheiben, darunter ein Material nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem die Schichtung auf einer Seite in Kontakt mit der Gasschicht, insbesondere auf der Seite 2 im Verhältnis zum Äußeren oder auf der Seite 3, angeordnet ist.