DE2221472C3

DE2221472C3 - Verfahren zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung

Info

Publication number: DE2221472C3
Application number: DE2221472A
Authority: DE
Inventors: Sabatino Sceaux Cohen (Frankreich)
Original assignee: Saint Gobain Industries SA
Current assignee: Saint Gobain Industries SA
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1978-11-16
Also published as: FR2135033B1; DE2221472B2; ZA723008B; FR2135033A1; BR7202716D0; GB1336825A; IT955203B; JPS5312934B1; DE2221472A1; ES402292A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung mit einer halbreflektierenden, durch Vakuumaufdampfung abgeschiedenen Schicht aus Kupfer, Gold oder Silber.

Für solche, insbesondere auf dem Gebiet des Bauwesens verwendete Verglasungen ist es zweckmäßig, eine Anzahl von Faktoren zu definieren. Es handelt sich dabei zunächst um den Sonnenfaktor

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der das Verhältnis aus der Summe der durchgelassenen Energie plus wieder abgestrahlter Energie zur Energie des Einfalls wiedergibt.

Um einen ausreichenden Schutz gegen Wärmestrahlung sicherzustellen, soll der Sonnenfaktor möglichst klein sein. Werte zwischen 0,25 und 0,40 werden im allgemeinen als zufriedenstellend angesehen, wenn die Beleuchtungsstärke bzw. Lichtdurchlässigkeit noch ausreichend sind.

Die Beleuchtungsstärke ihrerseits wird häufig als

Luminanzfaktor -^- angegeben, der das Verhältnis der

durchgelassenen Lichtenergie zur einfallenden Lichtenergie wiedergibt, wobei Korrekturen durch bestimmte Faktoren, die die Zuordnung der Sonnenenergie zum sichtbaren Spektrum sowie die Sensibilitätskurve des menschlichen Auges berücksichtigen.

Für Sonnenfaktoren, die Innerhalb des obenerwähnten Intervalls von 0,25 — 0,40 liegen, strebt man in der Regel einen Luminanzfaktor zwischen 0,25 und 0,60 an. b5

Zur Erzielung von Verglasungen, die diesen optischen Eigenschaften entsprechen, wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Eine dieser Lösungen besteht darin, auf die Verglasung dünne, transparente Metallschichten aufzubringen, die für den Infrarotbereich eine erheblich höhere Reflexionsfähigkeit als für den sichtbaren Bereich des Spektrums besitzen.

Nach der US-PS 35 16 720 schneidet man auf den Träger eine Schicht aus einem reflexionsvermindernden Material ab, die selbst aus den unterschiedlichsten Materialien gebildet sein kann. Unter diesen werden auch Aluminium sowie Nickel oder auch Legierungen des Nickels genannt Eine Aufzählung von so vielen Elementen des periodischen Systems kann kaum eine eindeutige Lehre vermitteln. Auf der Schicht aus reflexionsverminderndem Material wird eine transparente Schicht der verschiedensten Oxyde oder aus ZnS abgeschieden, hierauf eine metallische Schicht aus Gold, Silber, Kupfer oder Aluminium. Hierauf wiederum eine Schicht vom gleichen Aufbau und gleicher Art wie die vorletzte Schicht Es y/ird also nie direkt auf einem Glasträger eine Schicht aus Gold, Silber oder Kupfer und hierauf eine Schutzschicht aus Aluminium abgeschieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine halbreflektierende Abscheidung, beispielsweise aus reinem Gold, so vorzunehmen, daß der mit Überzug versehenen Verglasung die gewünschten steuerbaren optischen Eigenschaften verliehen werden. Hier tritt aber das Problem auf, daß Gold wenig am Glas haftet und andererseits sehr brüchig ist, also geschützt werden muß. Gelöst wird dieses Problem überraschend dadurch, daß zuerst direkt auf dem Glas eine Schicht aus Kupfer, Gold oder Silber gewünschter, zu einer Verminderung des Transmissionskoeffizienten von 25 bis 75% führender Dicke abgeschieden wird, daß dann auf dieser Schicht eine Aluminiumschicht von einer Dicke abgeschieden wird, die ausreicht, um eine erneute Verminderung des Transmissionskoeffizienten von 20 bis 50%, bezogen auf die aus der Abscheidung der ersten Schicht resultierenden Transmission zu erreichen.

Vorzugsweise wird bis zu einer Verminderung des Transmissionskoeffizienten bei der Abscheidung der ersten Schicht aus Gold oder Kupfer Zwischen 45 bis 70% und bis zu einer Verminderung des Transmissionskoeffizienten bei der Abscheidung der Aluminiumschicht zwischen 25 bis 35% abgeschieden.

Zweckmäßig wird die Verminderung des Transmissionskoeffizienten mit einer Wellenlänge von 0,410 μπι gemessen.

Die auf der Goldschicht abgeschiedene Aluminiumschicht gibt der Goldschicht gleichzeitig Haftvermögen sowie den gewünschten Schutz, ohne Modifizierung der optischen Eigenschaften. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also die transparente Metallschicht aus Gold, Kupfer oder Silber direkt auf das Glas aufgebracht und dann durch die Aluminiumschicht geschützt. Hierbei war die Erkenntnis überraschend, daß Aluminium offensichtlich darum eine so starke Haftung der Goldschicht auf dem Glas herbeiführt, weil die Goldschicht mit einer Vielzahl winziger Löcher versehen ist, über die der Aluminiumdampf bis zur Glasfläche eindringt, um hieran zu haften, wobei das übrige an zahlreichen Stellen an der Glasoberfläche haftende Aluminium gleichzeitig die Goldschicht hält.

Diese Lösung ist offensichtlich auch wesentlich eleganter als das Aufbringen einer Verankerungsschicht aus Metalloxyd auf dem Glas, wie dies etwa die US-PS 26 76 117 zeigt.

Die Verglasungen nach der Erfindung sind zufrieden-

stellend hinsichtlich des Sonnenfaktors und des Luminanzfaktors.

Das Abscheiden erfolgt in bekannter und üblicher Weise durch Aufdampfen in einem Raum unter Vakuum, dessen Druck zwischen 10~⁶ und 10—' mm Hg Hegt Die nacheinander aufzudampfenden Metalle sind hierbei in Heiz- oder Brennkapseln, beispielsweise aus Wolfram, enthalten.

Die endgültig niedergeschlagenen Schichten liegen mit ihrer Gesamtdicke unterhalb von etwa 500 Ä.

Durch die Ausbringung einer Aluminiumschicht nach der Erfindung auf eine Schicht aus Kupfer, Gold oder Silber auf dem Glas ergeben sich unter anderem folgende Vorteile:

1. Die Haftfähigkeit wird erheblich verbessert; die Schicht wird durch das Aufbringen oder Abreißen eines druckempfindlichen Klebebandes nicht beeinträchtigt

Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch das Aufbringen einer Aluminjumschicht auf die Goldschicht die erzielte Haftfähigkeit besser ist als wenn die Aluminiumschicht als erste Schicht d.h. als Verankerungsschicht verwendet würde.

2. Die grünliche Färbung, die das Gold dem durchtretenden Licht verleiht wird derart gemildert daß man eine wesentlich neutralere Verglasung erhält Die endgültige Verfärbung der Verglasung hängt von den Anteilen von Gold zu Aluminium ab.

3. Die Gleichförmigkeit des elektrischen Widerstandes der Metallbeschichtung über lange Zeit wird verbessert

Bei der Verwendung von Kupfer, welches von Haus aus eine gute Haftfähigkeit auf Glas aufweist führt eine sekundäre Aluminiumbeschichtung zu weniger rötlichen Färbungen. Als Nebenerscheinung wird das Kupfer zudem gegen Oxidationsvorgänge geschützt.

Bei Silber ist bekannt, daß die Kurve der Reflexionsfähigkeit die im sichtbaren Bereich im wesentlichen horizontal verläuft bei etwa 3500 A ein sehr spitzes Minimum aufweist Der Einfluß der zusätzlichen Aluminiumschicht bezogen auf den Einfluß der nur aus Silber bestehenden Schicht, ist im sichtbaren Spektrum gering, bedeutsam jedoch im Ultraviolettbereich. Die Reflexionsfähigkeit der Verglasung wird in diesem Bereich erhöht; insbesondere wird das obenerwähnte spezifische Minimum des reinen Silbers beseitigt Dies kann für bestimmte Spiegelarten für optische Zwecke von Interesse sein.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen:

Die metallischen Schichten werden durch Aufdampfen unter Vakuum aufgebracht.

Vor der Behandlung werden die Glasplatten gereinigt, und zwar mit Hilfe einer Suspension aus Cer in Äthylalkohol. Anschließend werden die Glasplatten mittels eines in Äthylalkohol getränkten Baumwolltuches getrocknet.

Nach Einführen der behandelten Glasscheiben in den evakuierbaren Raum nimmt man in üblicher Weise eine »Entladung«, und zwar durch eine 10 Minuten dauernde Hochspannungsentladung, vor.

Die Dicke der abgeschiedenen Metallschichten wird dadurch eingestellt, daß während des Beschichtungsvorgangs kontinuierlich der Transmissionskoeffizient des Glases überwacht wird. Die Abscheidung wird unterbrochen, sobald dieser Koeffizient einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Da der Transmissionskoeffizient nicht bei sämtlichen Wellenlängen konstant ist wählt man vorzugsweise für die Messungen eine Wellenlänge, bei welcher eine geringfügige Dickenänderung der Schicht zu einer erheblichen Veränderung der Durchsichtigkeit führt um auf diese Weise die Genauigkeit der Messungen zu verbessern. In bestimmten Fällen kann es jedoch aus versuchstechnischen Gründen angebracht sein, eine andere Wellenlänge zu wählen, um beispielsweise den gleichzeitig vorhandenen Strahkingseinfluß auszuschalten, der auf die Erzeugerquellen für die Metalldämpfe zurückzuführen ist Die günstigsten, zugeordneten Werte von Luminanzfaktor und Sonnenfaktor in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, auf dessen Abszisse der Luminanzfaktor und auf dessen Ordinate der Sonnenfaktor aufgetragen ist lassen sich durch Punkte wiedergeben, die innerhalb eines Vierecks liegen, dessen Ecken durch folgende Koordinaten definiert sind: (0,25-0,12); (0,25-0,27); (0,60-0,60); (0,60—0,46); vorzugsweise folgende Koordinaten:

(0,30-0,17);(0,30-0,31);(0,52-0,52);(0,52-0,39).

Es kann auch eine zusätzliche Schicht aus Siliziummonoxid überlagert sein, und zwar unter den gleichen Betriebsbedingungen, bis sich in der Meßkurve ein Extremwert bemerkbar macht.

Beispiel 1

Auf eine Glasplatte mit den Abmessungen 69 χ 69 χ 0,6 cm wird eine Goldschicht bis zu einer Verminderung der Transmission um 55% abgeschieden.

Anschließend wird auf die Goldschicht eine Aluminiumschicht mit einer Dicke derart aufgebracht, daß sich eine Verminderung der Transmission um 33% gegenüber der vorher erzielten Transmission ergibt. Die Transmissionsmessungen werden mit einer Wellenlänge von 0,410 μπι durchgeführt.

F i g. 1 zeigt die Transmissionskurve 7" und die Reflexionskurve R der entstehenden Verglasung als Funktion der Wellenlänge, angegeben in μπι (das Reflexionsspektrum wird metallbeschichtungsseitig gemessen).

Diese Kurven geben die Möglichkeit den Sonnenfaktor und den Luminanzfaktor der resultierenden Verglasung zu ermitteln; diese Faktoren liegen jeweils bei 0,36 und 0,42. Solche Verglasungen sind für Bauzwecke geeignet.

Beispiel 2

Der Unterschied zu Beispiel 1 ist darin zu sehen, daß wesentlich weniger Gold abgeschieden wird. Man erzielt eine Verminderung der Transmission um nur etwa 35%, bezogen auf den ursprünglichen Wert der gläsernen Platte. Die Aluminiumschicht, die die Goldschicht überlagert, führt zu einer zusätzlichen Verminderung der Transmission um 33%. Die Messungen der Transmission werden mit einer Wellenlänge von 0,410 μιτι durchgeführt.

Fig.2 läßt die Transmissionskurve und die Reflexionskurve der erzielten Verglasung erkennen. Aus diesen Kurven läßt sich ein Sonnenfaktor von 0,45 und ein Luminanzfaktor von 0,47 ableiten.

Die Verglasung zeigt beim Lichtdurchtritt eine sehr viel neutralere Färbung, d. h. eine Färbung, die weniger grünlich als eine Verglasung nach Beispiel 1 ist.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel wird zunächst Kupfer bis zu einer Dicke abgeschieden, daß sich eine Verminderung der Transmission um 52%, bezogen auf die Ursprungstrans-

mission, ergibt. Anschließend wird auf die Kupferschicht eine Aluminiumschicht aufgebracht, die zu einer zusätzlichen Verminderung der Transmission um 25% führt. Bei den Messungen wird eine Wellenlänge von 0.550 μιη verwendet. ^r>

F i g. 3 zeigt die Kurven Tund R für die Transmission und die Reflexion (metallisierter Seite) der fertigen Verglasung.

Die Berechnung ergibt, daß bei dieser Verglasung der Sonnenfaktor bei 0,31, der Luminanzfaktor bei 0,40 liegt.

Die Färbung, die sich beim Lichtdurchtritt bei einer solchen Metallbeschichtung ergibt, nähert sich einer Bronze-Tönung.

Beis piel 4 _[5

Hier wird die erste Abscheidung durch Aufdampfen einer Legierung aus Gold mit 8% Nickel hergestellt. Der Ablagerungsvorgang wird unterbrochen, wenn die Verminderung der Transmission, bezogen auf den Ursprungswert, bei 50% liegt. Anschließend wird eine Aluminiumschicht aufgebracht, welche zu einer zusätzlichen Verminderung der Transmission um 25% führt. Bei den Transmissionsmessungen wird eine Wellenlänge von 0,410 μιη verwendet.

F i g. 4 zeigt die Kurven 7~und R für die Transmission und die Reflexion der erhaltenen Verglasung.

Die Berechnung zeigt, daß der Sonnenfaktor bei 0.39. der Luminanzfaktor bei 0,40 liegt.

Die beim Lichtdurchtritt erhaltene Färbung ist bei einer derartigen Metallbeschichtung grau.

Bei der Verwendung von Gold als erste Schicht wird die Schichtdicke so eingestellt, daß die Verminderung der Transmission zwischen 25 und 75%, vorzugsweise zwischen 45 und 70% liegt. Man bringt auf diese Goldschicht eine Aluminiumschicht derart auf, daß die J5 zusätzliche Verminderung der Transmission zwischen 20 und 50%, vorzugsweise zwischen 20 und 35% liegt.

Fig. 5 gibt im Diagramm auf der Ordinate den Sonnenfaktor, auf der Abszisse den Luminanzfaktor an. Jede Verglasung kann in einem solchen Diagramm als Punkt, dessen Koordinaten jeweils den für diese Verglasung errechneten Luminanzfaktor und Sonnenfaktor entsprechen, definiert werden.

Der Berechnung dieser Faktoren liegen die Transmission- und Reflexionsspektren zugrunde, die in der umgebende Atmosphäre gemessen sind, wie etwa die nach den Fi g. 1 bis 4.

Für architektonische Verwendungszwecke liegen diejenigen Punkte, die die erstrebenswerten Eigenschaften wiedergeben, praktisch in dem Bereich, der vom Trapez A BCD in F i g. 5 umschlossen wird.

Bei nur aus Aluminium bestehenden Beschichtungen verschiedener Dicke liegen die die erzielten Verglasungen wiedergebenden Punkte auf der Geraden L Zusätzliche Aufbringung einer Goldschicht führt dazu, daß die die Verglasung wiedergebenden Punkte sich nach unten unter die Gerade L verschieben. Die schraffierten Zonen entsprechen in etwa denjenigen Bereichen, deren Grenzen oben bereits definiert wurden. Die Zone AßZfD beispielsweise bezieht sich auf die Grenzwerte 0,25 und 0,60 des Luminanzfaktors. Bei der bevorzugten Zone (Viereck FGHI) liegt die untere Grenze des Luminanzfaktors bei 030, die obere etwas übe? 0,50.

Die vorstehenden Angaben gelten für eine Beschichtung aus Gold. Da jedoch das Reflexionsvermögen von Kupfer nahe dem von Gold liegt, gelten diese Verhältnisse in erster Näherung auch für Kupfer.

Das Auftragen einer Schicht aus Aluminium über eine Metallschicht, die aus Silber. Gold oder Kupfer bzw. deren Legierungen besteht, erschöpft sich nicht darin, daß die Werte für die jeweils allein betrachtete Schicht sich zueinander addieren. Durch Interpolation zwischen den verschiedenen Punkten, die auf Grund experimenteller Ermittlungen in ein Diagramm, etwa nach Fig. 5. eingetragen werden, lassen sich Herstellungsbedingungen festlegen, mit denen man die gewünschten endgültigen Eigenschaften erzielen kann.

Jeder vorgegebenen Dicke einer der Melallschichten entspricht eine Niveaulinie, mit welcher man das Diagramm nach Fig. 5 vervollständigen kann. Nach F i g. 5 sind zwei derartige Linien gezeigt. Die Linie I entspricht einer Dicke des Goldes, die zu einer Verminderung der Transmission um 60% führt. Die Linie H entspricht einer Dicke der Goldschicht, bei der sich eine Verminderung der Transmission um 40% ergibt. Die Messungen werden mit einer Wellenlänge von 0.410 μιτι durchgeführt.

Die Verglasungen nach der Erfindung sind insbesondere zur Herstellung von Verbundverglasungen geeignet. Es kann sich um Verglasungen handeln, die mittels einer Zwischenlage aus farblosem oder getöntem Kunststoff, etwa Polyvinylbutyral, miteinander verklebt sind. Auch kann man Mehrfachvcrglasungen herstellen. bei denen eine oder mehrere Glasscheiben über Luftschichten voneinander getrennt sind. Dabei kann auch eine der Glasscheiben ihrerseits getönt sein.

In beiden Fällen wird die metallisierte Oberfläche der Verglasung vorzugsweise ins Innere verlegt, um Korrosions- und Abrieberscheinungen zu vermeiden.

Natürlich können allgemein optische metallische Beschichtungen mit verschiedenen Schutzüberzügen versehen sein.

Bei den Verglasungen nach der Erfindung gibt die Oberflächenschicht aus Aluminium eine sehr gute Verankerung, so daß eine harte Schutzschicht auf der Grundlage von Siliziumoxid in optimaler Weise zum Haften gebracht werden kann. Eine solche Schutzschicht wird unter Vakuum aufgebracht, und zwar unter den üblichen obenerwähnten Betriebsbedingungen.

Ein weiterer Vorteil einer Beschichtung aus Siliziummonoxid besteht darin, daß die optischen Eigenschaften der Verglasungen korrigiert werden, und daß insbesondere ihr Aussehen von außen her verbessert wird, indem sich die Reflexionseigenschaften durch die Interferenzwirkung verändern. Dies mildert den Eindruck, eine metallische Fläche vor sich zu haben. Zu diesem Zweck bestimmt sich die optische Dicke der erforderlichen Abscheidung, die in der Größenordnung von 1000 bis 1500A liegt, auf die gleiche Weise, wie oben im Zusammenhang mit der Abscheidung metallischer Schichten beschrieben. In Abhängigkeit von der Abscheidung der Schicht wird also die Veränderung in der Transmission oder in der Reflexion der Verglasung ermittelt und zwar für eine vorbestimmte Wellenlänge, die als Funktion des angestrebten Effekts gewählt wird. Vorzugsweise unterbricht man die Abscheidung in dem Augenblick, in dem ein Extremwert der Meßkurve festgestellt wird. Die Herstellung einer Verglasung dieser Art wird im folgenden beschrieben.

Beispiel 5

Die Messungen für die Transmission werden mit einer Wellenlänge von 0,510 μτη durchgeführt. Zuerst wird bis zur Verminderung der Transmission um 40% eine Goldschicht abgeschieden, wobei der Bezugswert

wieder die reine Glasplatte ist. Man überlagert dieser Schicht eine Aluminiumschicht, deren Dicke so eingestellt wird, daß sich die Transmission auf 30% des Ausgangswerles vermindert. Schließlich wird eine Schicht aus Siliziumoxid aufgebracht. Dabei stellt man fest, daß sich das Transmissionsvermögen der Verglasung wieder erhöht, und zwar bis auf ein Maximum von 43%, d. h. eine Verminderung der Transmission um

57%, bezogen auf die reine Glasscheibe. Bei diesem Wert wird die Abscheidung unterbrochen.

Fig. 6 zeigt die Transmissionskurve T und die Rcflexionskurve R, metallbeschichtungsseitig gemessen. Die Kurve R' entspricht der Reflexion auf der gegenüberliegenden Seite. Sonnenfaktor und Luniinanzfaktor der erhaltenen Scheibe liegen bei 0,33 b/w. 0,46.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahret! zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung mit einer halbreflektierenden, durch Vakuumverdampfung abgeschiedenen Schicht aus Kupfer, Gold oder Silber, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst direkt auf dem Glas eine Schicht aus Kupfer, Gold oder Silber gewünschter, zu einer Verminderung des Transmissionskoeffizienten von 25 bis 75% führender Dicke abgeschieden wird, daß dann auf dieser Schicht eine Aluminiumschicht von einer Dicke abgeschieden wird, die ausreicht, um eine erneute Verminderung des Transmissionskoeffizienten von 20 bis 50%, bezogen auf die aus der Abscheidung der ersten Schicht resultierende Transmission zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Gold oder Kupfer bis zu einer zu einer Verminderung des Transmissionskoeffizienten von 45 bis 70% führender Dicke abgeschieden wird und dann bis zu einer zu einer Verminderung des Transmissionskoeffizienten zwischen 25 und 35% führender Dicke Aluminium abgeschieden wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Transmissionskoeffizienten mit Licht einer Wellenlänge von 0,410 μηι gemessen wird.

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