DE2240409A1

DE2240409A1 - Filterglas

Info

Publication number: DE2240409A1
Application number: DE2240409A
Authority: DE
Inventors: Daniel M Gross
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1971-08-16
Filing date: 1972-08-14
Publication date: 1973-03-01
Also published as: US3885855A; FR2149487A1; JPS4829815A; GB1397316A; FR2149487B1; CH544043A; BE787599A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Richard Müüer-Bömer

Dlpi.-ing. Hans-Heinrich Wey BwHn-Dehlem, Podbielskiallee 88

Berlin, den 14. August 1972

25 092

BATTELLE MEMORIAL INSTITUTE, Carouge, Genf-/ Schweiz

"Filterglas"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterglas 3ur Wärmeisolierung und zum Schütze gegen Sonneneinstrahlung. Dieses Filterglas besteht im einzelnen aus wenigstens einer Trägerscheibe aus einem Werkstoff, der wenigstens einen Teil des sichtbaren Lichtes durchlässt, und aus wenigstens einer Filterschicht, die wenigstens auf einer Seite der Trägerscheibe angebracht ist und wenigstens eine Verbindung wenigstens eines Elements der Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems der Elemente und wenigstens eines der Metalloide Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff enthält.

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Dieses Filterglas ist besonders zum Schütze von geschlossenen Räumen wie Wohnungen, Bureaus, Lagerräumen u.dgl. sowie der Fahrgasträume von Fahrzeugen gegen übermässige Erwärmung durch das Aufprallen der Sonnenstrahlen auf das Glas bestimmt. Ferner kann dieses Filterglas zum Schütze von geschlossenen Räumen gegen Erwärmung durch Infraroteinstrahlun^ d.h. zum Schütze gegen Strahlen, deren Wellenlänge hauptsächlich im InfrarotSpektrum, insbesondere zwischen etwa 7 und 35/um (thermisches Infrarotspektrüm), liegt, beispielsweise zum Schütze gegen die Wärmeausstrahlung einer Hitzquelle wie die eines Giessereiofens, verwendet werden. Ueberhaupt kann dieses Fiiterglas überall dort zur Wärmeisolierung verwendet werden, wo die Üeberträgurtg von Wärme zwischen der Innenseite und der Aüssenseite e'ihfes geschlossenen Raumes verhindert werden soll·, ganz gleiche öt> damit eine Erwärmung oder Abkühlung des geschlossenen RäÜnies vei hindert werden soll.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Filterglases besteht in dem hohen Grade seiner Durchlässigkeit für sichtbares Licht, so dass im Inneren des geschlossenen Raumes gute Beleuchtungs- und Sichtverhältnisse gewährleistet werden während gleichzeitig die vorgenannte Aufgabe der Wärmeisolierung und des Schutzes gegen Sonneneinstrahlung zufriedenstellend gelöst wird.

Es ist bereits ein Filterglas zum Schütze gegeri Sonneneinstrahlung bekannt, das aus einer Glasscheibe oder einer Scheibe aus anderem für sichtbares Licht durchlässigen Werkstoff besteht, die auf wenigstens einer Seite mit einer teilweise durchsichtigen Schicht aus Metall wie Gold, Kupfer od.dgl. von einer Dicke von ein paar hundert Angstrom überzögen ist. Dieses bekannte Filterglas ist zwar sehr wirksam zum Ausfiltern der Infrarotstrahlen* hat abei* auch iihige Nachteile. Ein wesentlicher Mächte!! dieses bekaniitön Filter-

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glases besteht u.a. darin, dass die Metallschicht bzw. Metallschichten sich sehr schnell abnutzen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, die freie Oberfläche der Metallschicht mit einer zusätzliche! Glasschicht zu überziehen. Das auf diese Weise hergestellte Verbundglas ist jedoch zum Schütze gegen Sonneneinstrahlung nicht so gut geeignet wie ein einfaches Glas, dessen zur Innenseite des Raumes gerichtete Fläche mit einer Metallschicht überzogen ist. Da das Emissionsvermögen des Glases im thermischen Infrarotbereich nämlich höher als das des Metalls ist, wird ein wesentlicher Teil der durch das Glas in Form von Wärme absorbierten Sonnenenergie durch Abstrahlung im Bereich der thermischen Infrarotwellenlängen auf das Innere des Raumes übertragen.

Dadurch wird die Wirksamkeit dieses Verbundglases als Schutz gegen Sonneneinstrahlung wesentlich beeinträchtigt. Um diesen letzteren Nachteil wiederum zu beseitigen, und insbesondere das Wärme- und Schallisolationsvermögen dieses Glases zu erhöhen, wird es im allgemeinen in Form eines Doppelglases aus zwei parallel nebeneinanderliegenden Glasscheiben hergestellt, die durch einen Zwischenraum von einander getrennt sind, in dem sich gewöhnlich Luft oder irgendein anderes geeignetes trockenes Gas befindet, wobei die eine dieser Glasscheiben auf der dem Zwischenraum zu-?'>'■·. gewandten Seite mit einer teilweise durchsichtigen Metallschicht überzogen ist. Das auf diese Weise hergestellte Glas hat ein ausgezeichnetes Wärmeisolationsvermögen und eignet sich vorzüglich zum Schütze von abgeschlossenen Räumen gegen WärmeEinstrahlung, es hat jedoch den Nachteil, dass es schwer und kostspielig ist und sich nicht zum Zerschneiden eignet. Alle bekannten mit einer Meta'llfilterschicht überzogenen Gläser haben ausserdem den Nachteil eines starken Reflexionsgrädes im sichtbaren Lichtbereich.

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Ferner ändert sich die stärke dieses Reflexionsgrades erheblich mit der Wellenlänge. Daraus älrgibt sich einerseits die Gefahr, dass die im Innern des geschlossenen Raumes befindlichen Personen geblendet werden, und andererseits eine stärke Färbung des reflekticenden Glases, die in manchen Fällen, beispielsweise aus architektonischen Gründen,· unerwünscht sein kann.

Es ist auch bereits ein Sonnenschutzfilterglas bekannt geworden, das aus wenigstens einer durchsichtigen Glasscheibe oder einer Scheibe aus anderem für sichtbares Licht durchlässigen Werkstoff besteht, in dem farbige Metallionen, beispielsweise Eisenionen oder Ionen wenigstens eines der Metalle V, Cr, Mn, Ni, Co, Cu usw., eingelagert sind. Dieses Glas hat nicht die vorgenannten Nachteile einer leichten Abnutzung und eines unerwünscht hohen Reflexionsgrades, seine Wirksamkeit als Schutz gegen Erwärmung durch Sonneneinstrahlung ist jedoch dadurch beeinträchtigt, dass die Filterwirkung mehr auf der Absorbierung als auf der Reflektierung der Sonnenstrahlen beruht, wodurch eine starke Erwärmung der Glasmasse hervorgerufen wird. Ausserdem schwankt die Stärke des durch dieses Glas übertragenen Lichtes stark in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes, wodurch die Farben nicht naturgetreu wiedergegeben werden. Ferner können in diesem Glas starke innere Spannungen durch Temperaturunterschiede entstehen, die durch örtliche Unterschiede in der Stärke der'Bestrahlung oder durch schnelle zeitliche Veränderungen der Bestrahlung, der die Oberfläche des Glases ausgesetzt ist, hervorgerufen werden, wobei diese inneren Spannungen so stark sein können, dass sie zum Zerbrechen des Glases führen.

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Ferner ist ein Glas in Form einer Glasscheibe bekannt, die auf wenigstens einer Seite mit einem dünnen Ueberzug versehen ist, der im wesentlichen aus einer Nitrid-, Karbid- oder Silizidverbindung wenigstens eines der Elemente der Gruppen IV, V und VI des periodischen Systems der Elemente besteht, wobei diese Verbindungen entweder getrennt oder in Form von Gemischen von mehr als einer dieser Verbindungen verwendet werden. Dieses Glas hat den Vorteil einer grossen physikalischen Festigkeit und einer grösseren chemischen Trägheit als der der mit einer Metallschicht versehenen Gläser, das oben dargelegte Problem der Filterung der Sonnenstrahlen wird dadurch jedoch nicht vollständig gelöst, denn in dem Wellenlängenbereich zwischen 0,4 und 3 ,um nimmt der Spektraldurchlässigkeitswert dieses Glases in der Regel mit der Wellenlänge zu. Daher ist der Durchlassigkeitswert dieses Glases im Infrarotbereich grosser als im sichtbaren Bereich des Spektrums, was offensichtlich dem durch die Erfindung angestrebten Zweck, nämlich der Erzielung eines möglichst kleinen Durchlässigkeitswertes im Infrarotbereich zusammen mit einer hohen Durchsichtigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes, entgegensteht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile der bekannten Gläser zu beseitigen und ein Glas zu schaffen, das den grösstmöglichen Schutz gegen Erwärmung und Blendung durch Sonneneinstrahlung und gegen Erwärmung durch Strahlen bietet, deren Spektrum grösstenteils aus Wellenlängen besteht, die zum thermischen Infrarotbereich gehören, wobei dieses Glas eine hohe Isolier ungskraft aufweist und der Wärmeübertragung durch Ausstrahlung zwischen der Innenseite und der Aussenseite eines geschlossenen Raumes entgegenwirkt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Filterglas.es

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zum Schütze gegen Sonneneinstrahlung und zur Wärmeisolierung, das sowohl in der Reflexion als auch in der Lichtübertragung eine neutrale Färbung hat. Ferner hat das erfindungsgemässe Glas alle vorstehend genannten Vorteile, ohne dass mehr als eine Glasscheibe verwendet wird.

Weitere Vorteile des erfindungsgemässen Glases sind Mine hohe mechanische Festigkeit und hohe chemische Trägheit in Verbindung mit den bestmöglichen StrahlenübertragungseigensGhaften, d.h. einem hohen und annähernd gleichbleibenden Strahlendurchlässigkeitswert im sichtbaren Bereich des Spektrums und einem geringen Strahlenübertragungswert im ultravioletten und infraroten Bereich, wobei der geringe Uebertragungswert im infraroten Bereich überwiegend durch Reflexion und weniger durch Absorbierung der Strahlen und durch ein geringes Emissionsvermögen im thermischen Infrarotbereich (Bereich des Spektrums» der den Wellenlängen zwischen 7 und 35 ,um entspricht) erzielt wird.

Dies wird erfindungsgemäss durch die Verwendung wenigstens einer Verbindung eines der Elemente der Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems der Elemente und wenigsten; eines der Metalloide Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff in einem Zustand der Verbindung erreicht, in dem deren im Bereich der Aussenfläche liegende Elektronen verlagert sind, wie es im metallischen Zustand dieser Verbindungen der Fall ist, wobei diese Verbindupgen wenigstens teilweise kovalente Bindungen aufweisen und die Filterschicht kontinuierlich oder verschmolzen ist.

So werden die durch die Erfindung erzielten vorteilhaften Wirkungen überraschenderweise durch Verwendung von bekannten verbindungen wie NJ,tr*d und Karbid

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die mit weniger Erfolg auch bei den vorstehend beschriebenen bekannten Gläsern verwendet werden. Die Gründe hierfür werden nachstehend näher erläutert, wobei besondert auf die Wirkung eingegangen werden wird, die durch die Verlagerung der in den Aussenbereichen liegenden Elektronen wie bei einem Metall und die gleichzeitige Anwesenheit von wenigstens teilweise kovalenten Bindungen in der bei dem erfindungsgemassen Glas als "aktive Verbindung" verwendeten Verbindung sowie durch die Verwendung einer kontinuierlichen oder verschmolzenen Filterschicht erzielt wird.

Damit die Durchlässigkeit der Filterschicht einen annähernd gleichbleibenden Wert hat, der im sichtbaren Bereich des Spektrums der elektromagnetischen Strahlen (d.h. bei den Wellenlängen zwischen 0,4 und 0,7/Um) bei etwa 35$ liegen kann, muss die vorgenannte aktive Verbindung eine im ultravioletten Bereich liegende Grundabsorptionsschwelle ΔEf von einer Wellenlänge von weniger als 0,4 ,um haben. In Energie ausgedrückt bedeutet dies, dassΔΕ grosser als 3 Elektronenvolt sein muss.

Diese Bedingung kann nur von den Verbindungen erfüllt werden, die wenigstens teilweise kovalente Bindungen, d.h. entweder vollständig kovalente oder teilweise kovalente und teilweise ionische Bindungen, enthalten. Die bekannten Verbindungen dieser Art sind entweder Nichtleiter oder leitende Verbindungen wie z.B. die Boride, Nitride, Suboxyde und Karbide der Elemente der Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems der Elemente. Es sind auch andere leitende Verbindungen der gleichen Art, insbesondere die Suizide, Phosphide, Sulfide und Gernfanide dieser letzteren Elemente, bekannt, aber diese Verbindungen sind nicht so stabil wie die Boride, Nitride, Suboxyde und Karbide und daher zur Verwendung bei der Herstellung des erfindungsgemassen Glases ungeeignet. Die isolierenden Verbindungen

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sind ebenfalls von der Verwendung auszuschliessen, da deren Reflexionswert im infraroten Bereich zu gering ist. Damit die Filterschicht in dem an den infraroten Bereich angrenzenden Bereich, d.h. bei den Wellenlängen von etwa 0,7 bis 2,5 ,um, einen hohen Reflexionswert aufweist, muss die Dichte der freien Elektronen in der

22 3 · aktiven Verbindung etwa 10 pro cm betragen, was der für den metallischen Zustand characteristischen Elektronenverlagerung entspricht.

Wenn diese Bedingung erfüllt ist und wenn gleichzeitig die Filterschicht kontinuierlich oder wenigstens verschmolzen ist, so hat die Filterschicht bei einer geringen Dicke von beispielsweise 200 .Ms 1000 Angstrom und bei dem vorgenannten Wellenlängenbereich von etwa 0,7 Ws 2,5/um •einen hohen Reflexionswert und einen geringen Strahlenabsorptions- und -durchlässigkeitswert.

In der Praxis ist die Bedingung der elektronischen Verlagerung in der aktiven Verbindung und der kontinuierlichen oder verschmolzenen Beschaffenheit der Filterschicht dann erfüllt, wenn der mit einem⁴'Messelement mit quadratischer oberfläche gemessene Widerstand der Filterschicht bei einer Dicke derselben von 200 bis 1000 Angström bei Umgebungstemperatur höchstens 200 0hm beträgt und bei der Temperatur der flüssigen Luft, d.h. 78 K, 400'Ohm nicht überschreitet.

In dem sichtbaren Bereich des Spektrums entspricht den vorgenannten Kriterien eine kontinuierliche oder verschmolzene schicht mit schwachem Reflexionsvermögen von einem Geringstwert von Beispielsweise etwa 20 % für eine Wellenlänge von 0,5 /um und ihr Absorptionsvermögen A, das durch die Beziehung

A = I-R-T

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von dem Reflexionsvermögen R und dem Durchlässigkeitswert T abfängt, kann beispielsweise etwa 45 % bei dem oben als " Beispiel angeführten Durchlässigkeitswert von 35$ betragen.

Eine derartige kontinuierliche oder verschmolzene Filterschicht bietet zusätzlich den Vorteil, dass ihr mittlerer Warmeemissionskoeffizient sehr gering ist, wodurch die Wärmeisolierungseigenschaften des erfindungsgemassen Glases günstig beeinflusst werden, da nur ein geringer Teil der in dem Glas durch Absorption gespeicherten Wärmeenergie von der mit der Filterschicht überzogenen Fläche des Glases wieder abgegeben werden kann. Wenn daher das Glas beispielsweise als Fensterglas eines geschlossenen Raums verwendet wird, der gegen Erwärmung durch Sonneneinstrahlung geschützt werden soll, so braucht die Filterschicht nur auf der dem Innern des Raumes zugewandten Seite des Glases angebracht zu werden, um eine gute Sonnen-, schutzwirkung zu erzielen.

Diese vorteilhafte Wirkung ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass der Emissionskoeffizient der Filterschicht im thermischen Infrarotbereich sehr klein ist, während das thermische Emissionsvermögen des Glases fast dem eines schwarzen Körpers entspricht. Die kontinuierliche oder verschmolzene Filterschicht, die aus einer Verbindung besteht, in der die im Oberflächenbereich liegenden Elektronen wie bei einem Metall verlagert sind, hat also die vorteilhafte Eigenschaft eines hohen Reflexionsvermögen im thermischen Infrarotbereich, insbesondere im Bereich der Wellenlängen zwischen 7 und 35 ,um, und dieses hohe Reflexionsvermögen gestattet die Herstellung eines einfachen Glases, d.h. eines Glases, das nur aus einer einzigen Glasscheibe besteht, und Wärmeisolierungseigenschafter aufweist, die mit denen eines Doppelglases vergleichbar

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sind. Da der Wärmeaustausch zwischen einem mit einer unbewegten Atmosphäre in Berührung gebrachten Glas und dieser Atmosphäre hauptsächlich durch Abstrahlung im thermischen Infrarotbereich und nur in geringerem Masse durch Konvektion erfolgt, könnte das erfindungsgemässe Glas, wenn keine wesentliche Luftbewegung (weniger als 1 m/s) vorhanden ist, in einer Ausführung verwendet werden, die nur auf einer Seite der Glasscheibe, nämlich der von dem zu schützenden abgeschlossenen Raum nach aussen gewandten Seite, mit einer Pilterschutzschicht versehen ist. In den meisten" Fällen wird es jedoch vorteilhafter sein, die Filterschutzschicht auf der Innenseite des abgeschlossenen Raumes anzubringen. Auf diese Weise wird der grösste Teil der Wärmeübertragung durch Ausstrahlung zwischen dem Glas und den Wandungen des abgeschlossenen Raumes sowie den darin befindlichen Gegenständen vermieden. Somit wird durch Verwendung des erfindungsgemässen Glases "im Sommer eine Verringerung der Erwärmung und im Winter eine Verringerung der Abkühlung der Wandungen des abgeschlossenen Raumes und der darin befindlichen Gegenstände erzielt, wobei diese Verringerung wesentlich grosser als die mit dem herkömmlichen Glas erzielbare Verringerung ist.

Wenn die Filterschutzschicht nicht kontinuierlich oder verschmolzen ist, d.h. wenn die Filterschutzschicht aus einzelnen kleinen Inseln oder getrennten Körnchen besteht, weshalb sie in diesem Falle auch als "insulare" Schicht bezeichnet wird, so ändert sich ihr Reflexions- und Absorptionsvermögen in Abhängigkeit von der Wellenlänge grundsätzlich gegenüber dem vorstehend beschriebenen Reflexions- und Absorptionsvermögen. Wie bereits in bezue; auf die insularen Schichten aus Metall wie Gold oder Silber beschrieben wurde (vgl. z.B. die folgenden Veröffentlichungen : W. Hampe, "Zeitschrift für Physik", _1£2, .470

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(1958) und R.H. Doremus, "Journal of .Chemical Physics", 42, 4l4 (1965)), haben diese insularen Metallschichten ein sogenanntes "anormales" Absorptionsband in dem dem infraroten Bereich benachbarten sichtbaren Bereich und in dem übrigen infraroten Bereich ein schwaches Absorptionsvermögen und ein starkes Durchlässigkeitsvermögen, die von der Wellenlänge fast unabhängig sind. Eine insulare Filterschicht aus einer Verbindung der vorstehend beschriebenen Art gestattet daher nicht die Erzielung der erwünschten, vorteilhaften optischen Eigenschaften im sichtbaren Bereich, in dem dem infraroten Bereich benachbarten Bereich und in dem thermischen Infrarotbereich des Spektrums der elektromagnetischen Strahlen, wohingegen diese vorteilhaften optischen Eigenschaften bei Verwendung einer kontinuierlichen oder verschmolzenen Schicht dieser gleichen Verbindung erzielt werden.

Als Verbindung eines Elements der Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems der Elemente mit Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff kann vorzugsweise ein Nitrid, Karbid, Borid, Suboxyd oder Karbonitrid wenigstens eines der Metalle Titanium, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niobium, Tantalum, Chrom, Molybdän oder Tungsten verwendet werden.

Als Nitrid kann beispielsweise eine der Verbindungen TiN, ZrN, HfN, VN, MbN, TaN, CrN oder Cr N₁, verwendet werden.

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Als Karbid kann beispielsweise eine der Verbindungen ZrC, HfC, TaC oder WC verwendet werden.

Als Borid kann beispielsweise eine der Verbindungen Zr B. , HfB, VBp, NbB , TaB₂ oder TiB verwendet werden. Als Suboxyd kann beispielsweise eine der Verbindungen TiO, ' VO oder NbO verwendet werden.

Als Karbonitrid kann beispielsweise eine der Verbindungen

TiflL „C oder NbN .,C .verwendet werden. 0,7 0,3 0,4 0,6 ^: ,

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Es kann auch ein Gemisch oder eine Kombination von wenigstens zwei verschiedenen Verbindungen verwendet werden, wodurch das Durchlässigkeits- und Reflexionsspektruni des Glases in Abhängigkeit von der Wellenlänge, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichtes und vor allem im roten Teil dieses Bereiches sowie in dem dem infraroten Bereich benachbarten Bereich, nach Belieben verändert werden kann.

Die Filterschicht kann aus einer Verbindung der oben bez eichneten Art oder aus einem kristallinen Gtmieöh oder einer Kombination von derartigen Verbindungen in kontinuierlicher kompakter Form oder zumindest in einer vtrschmolaienen Form, d.h. in Form von miteinander verbundenen Inäeln, bestehen. Die Filterschicht kann jedoch .auch aus einer kontinuierlichen Schicht einer Suspension oder Dispersion dieser Verbindung oder einem Gemisch oder einer Kombination von derartigen Verbindungen in einer durehölohtigen Halbleiter-Substanz bestehen. Diese Halbleiter-Substana kann ein Halbleiter mit einer hohen Dichte von freien Elektronen, beispielsweise eines der Oxyde SnO₀* CdO, ZnO, SnO, In₀O₁,* Ga_rto^ oder ein aus wenigstens zweien dieser Oxydejsusammengesetztes Mischoxyd, sein. Auf diese Weise Heat sieh ein Glas herstellen, daß eine hohe Durchsichtigkeit i» iiehfcbaren Bereich des Spektrums und ein starkes Reflexionsvermögen im Bereich der thermischen Infrarotstrahlung aufweist*

Die Dicke der Filterschicht hängt von deffl'gewählten 'Filtermaterial, dem gewünschten Filtergrad soWii dia gewünschten Grad der Lichtdurchlässigkeit ab. Vorzugsweise liegt diese Dicke im Bereich zwischen etwa 200 und iöÖÖ L Dii Oläßscheibi kann auf beiden Seiten oder auf nur einer Sitte mit der Filterschicht versehen werden« Vorzugsweise^ Wird jedoch die Filterschicht auf der dem Innern des zu söhtit Sünden Raums zugewandten Seite der Glasscheibe angebracht.

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Zur Herstellung der Glasscheibe kann jedes geeignete Material verwendet werden, das eine hohe Starrheit und ausreichende Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist, mit dem Filtermaterial verträglich ist und in Form einer Scheibe das Filtermaterial mit ausreichender Haftung an der Oberfläche der Scheibe aufnehmen lcann.

Vorzugsweise wird zur Herstellung der Glasscheibe ein Mineralglas, insbesondere ein Borsilikatglas oder sogenanntes "Hartglas", das hauptsächlich Siliziumoxyd und Boroxyd enthält, verwendet. Die Glasscheibe kann jede dem beabsichtigten "Verwendungszweck angepasste Form und Grosse aufweisen.

Zur Herstellung der Glasscheibe kann jedes geeignete bekannte Glas verwendet werden, das schon an sich die Fähigkeit hat, Strahlungsenergie zu absorbieren, beispielsweise ein Glas das Bleioxyd enthält, das eine hohe Absorptionskraft für Strahlen von hoher Energie, insbesondere ultraviolette und Röntgenstrahlen, aufweist, oder durch Einlagerung von Metallionen in der Masse gefärbtes Glas, beispielsweise ein Glas, das 1 bis 6 Gewichtsprozent Eisenionen enthält und eine hohe Absorptionskraft für Strahlen in der Wellenlänge von 0,7 bis 2 /um aufweist.

Ausser dem Trägermaterial und der Filterschutzschicht kann das Glas mit einer zusätzlichen durchsichtigen Filterschicht versehen werden, die wenigstens einen Teil des sichtbaren Lichtes durchlässt und wenigstens einen Teil der Strahlen der Wellenlänge von 0,7 bis 2 ,um absorbiert. Diese zusätzliche Filterschicht kann aus wenigstens einem Metalloxyd bestehen, das für seine Absorptionsfähigkeit für Strahlen der Wellenlängen des

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dem infraroten Bereich benachbarten Bereichs bekannt ist, insbesondere eines der Oxyde PeO, NiO oder CoO.

Die zusätzliche Filterschicht kann je nach den Verhältnissen auf der Seite der Glasscheibe angebracht werden, die nicht von der aus der Verbindung in metallischem Zustand bestehenden Hauptfilterschutzschicht bedeckt ist, wobei die zusätzliche Filterschicht vorzugsweise auf der von dem zu schützenden Raum nach aussen gewandten Seite der Glasscheibe angebracht wird, oder die zusätzliche Filterschicht kann.zwischen der Oberfläche der Glasscheibe und der aus der Verbindung in metallischem Zustand bestehenden Hauptfilterschutzschicht angebracht werden. Im ersteren Falle wird die zusätzliche Filterschicht vorzugsweise mit einer durchsichtigen Schutzschicht, beispielsweise einer dünnen Glasschicht, überzogen.

Ausser dem Trägermaterial und der Filterschutzschicht kann das Glas auch eine Schicht enthalten, die aus einem Halbleiter mit einer hohen Dichte von die Leitfähigkeit des Glases erhöhenden Elektronen besteht und wenigstens teilweise durchsichtig und für die Strahlen des sichtbaren Bereichs des Spektrums durchlässig ist. Vorzugsweise wird diese Halbleiterschicht auf der Seite der Glasscheibe angebracht, die nicht von der Filterschutz» schicht bedeckt ist. Als Halbleiter können insbesondere die Oxyde SnO , CdO, ZnO, SnO, In 0 , Ga 0 oder ein aus wenigstens zweien dieser Oxyde bestehendes Mischoxyd verwendet werden. Eine derartige Halbleiterschicht hat ein hohes Reflexionsvermögen im Bereich der thermischen Infrarotstrahlung und durch seine Verwendung bei dom erfindungsjemässen Glas wird dessen Wärmeisolationsvermögen erhöht.

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Das erfindungsgemässe Glas kann auch in anderen als den vorstehend beschriebenen Äusführungsarten hergestellt werden, insbesondere in Ausführungsarten, die eine Kombination der erfindungsgemässen Merkmale mit bekannten Merkmalen darstellen. Insbesondere kann das erfindungsgemässe Glas als Sicherheitsglas hergestellt werden, das aus zwei durch eine biegsame und durchsichtige Kunststoffschicht zusammengeklebten Glasscheiben besteht, von denen wenigstens eine auf der Aussenseite mit der erfindungsgemässen Filterschutzschicht versehen ist. Das erfindungsgemässe Glas kann auch mit einem Trägermaterial in Form einer dicken Glasscheibe hergestellt werden, die beispielsweise eine Dicke von 10 mm hat, so dass auf diese Weise gleichzeitig eine Schallisolierung und eine Filterung der Strahlungsenergie erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen, zeigen schematisch und lediglich als Beispiele drei Ausführungsformen des erfindungsgemässen Glases und Kurvenbilder zur Veranschaulichung der Veränderungen der Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlen in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlen für zwei Ausführungsformen des erfindungsgemässen Glases und zum Vergleich ein bekanntes Glas. Im einzelnen zeigen?

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemässe Glas rechtwinklig zu seiner Oberfläche gemäss einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine graphische Darstellung mit drei Kurvenlinien zur Veranschaulichung der Veränderungen der Durchlässigkeit des in Fig.l dargestellten Glases und eines bekannten Glases für elektro-

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magnetische Strahlen in Abhängigkeit von der Wellenlänge im Wellenlängenbereich des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums und in dem dem Infrarotbereich benachbarten Bereich;

Pig.3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Glases rechtwinklig zu seiner Oberfläche;

Fig. 4 einen Schnitt durch die dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Glases rechtwinklig zu seiner Oberfläche, und

Pig·5 eine graphische Darstellung mit den Kurvenlinien für die Spektraldurchlässigkeit T und die Spektralreflexion R eines erfindungsgemässen Glases, dessen genaue Beschaffenheit und Herstellungsbedingungen nachstehend lediglich als Beispiel beschrieben sind.

Das in Fig. 1 dargestellte Glas besteht aus einer Glasscheibe l und einer Filterschutzschicht 2 (das genaue Dickenverhältnis zwischen der Glasscheibe 1 und der Filterschutzschicht 2 ist in den Fig. 1, 3 und 5 zur grösseren Klarheit der Darstellung nicht eingehalten worden). Die Glasscheibe 1 hat eine Dicke von 3 mm und besteht im vorliegenden Falle aus einem Borsilikatglas der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

80 % SiO₀, 14 % B_o0_, 4 % Na₀O und 2 % Al₀O,. Die 2 2 > 2 2 3

Filterschutzschicht 2 besteht aus TiN und hat eine Dicke von 300 A.

Gemäss einer Variante der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht die Glasscheibe 1 aus einem Glas, das wenigstens einen Teil der Strahlen der Wellenlänge von 0,7 bis 2 ,um absorbiert. Im vorliegenden Falle ist dieses absorbierende Glas ein Borsilikatglas, das 3 Gewichtsprozent Eisenoxyd FeO enthält und die folgende

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Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat: 8o % SiO , 14 % Be 0 5 % Al₂O und J, % FeO. Die die Veränderungen der Durchlässigkeit des Glases in Abhängigkeit von der Wellenlänge kennzeichnende Kurvenlinie für die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet.

Die die Veränderungen der Durchlässigkeit des Glases in Abhängigkeit von der Wellenlänge kennzeichnende Kurvenlinie für die oben beschriebene Variante der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet.

Die entsprechende Kurvenlinie für ein bekanntes Glas der gleichen Zusammensetzung wie die der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist zum Vergleich in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen j5 bezeichnet, wobei das bekannte Glas ebenfalls aus einer j5 mm dicken Glasscheibe der oben angegebenen Zusammensetzung besteht, die mit einer 200 A dicken Goldschicht überzogen ist.

Aus den in Fig. 2 dargestellten Kurvenlinien geht eindeutig hervor, dass das erfindungsgemässe Glas die gleichen Filtereigenschaften für sichtbares Licht und für Strahlen des dem Infrarotbereich benachbarten Bereichs hat wie das bekannte Glas oder im Falle der Variante.der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Glases noch bessere Filtereigenschaften als das bekannte Glas hat.

Bei der in Fig. ]5 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Glases ist ausser der Glasscheibe 1 aus Borsilikatglas und der Filterschutzschicht 2, die der Ausführungsform gemäss Fig. 1 entsprechen, eine zusätzliche Filterschicht 24 vorgesehen, die einen Teil

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ies sichtbaren Lichtes durchlässt und ein hohes Absorptionsvermögen für Strahlen der Wellenlängen zwischen 0,7 und 2/um aufweist. Im vorliegenden Falle besteht diese zusätzliche Filterschicht 24 aus Eisenoxyd FeO. Die zusätzliche Filterschicht 24 ist an der Glasscheibe 1 an der der Filterschutzschicht 2 entgegengesetzten Seite angebracht.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Glases besteht dieses aus den gleichen Teilen wie bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, jedoch ist die zusätzliche Filterschicht 24 zwischen der Oberfläche der Glasscheibe 1 und der Filterschutzschicht angeordnet.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Glases ist die Filterschutzschicht 2 vorzugsweise auf der Seite der Glasscheibe 1 angeordnet, die beim Gebrauch des Glases dem Innern des zu schützenden Raumes zugewandt ist, um den höchstmöglichen Grad der Wärmeisolierung zu erzielen und damit die Erwärmung des Raumes weitgehend zu vermeiden.

Wenn das erfindungsgemässe Glas jedoch ausnahmeweise zum Schütze eines geschlossenen Raumes gegen Abkühlung durch eine kältere Umgebung mit einer geringeren als der im Innern des abgeschlossenen Raumes erwünschten Temperatur verwendet wird, so wird das erfindungsgemässe Glas vorzugsweise mit der Filterschutzschicht 2 nach aussen angebracht, wobei in der Umgebung des zu schützenden abgeschlossenen Raumes jedoch keine Luftbewegung vorhanden sein darf. Es kann auch ein Glas verwendet werden, das auf beiden Seiten mit einer Filterschutzschicht versehen ist.

Das Wärmeisolationsvermögen des erfindungsgemässen Glases ist bedeutend höher als das der bekannten vergleichbaren

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einfachen Gläser und manchmal sogar höher als das bekannten Doppelgläser. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die auf dem erfindungsgemässen Glas vorgesehene Filterschutzschicht ein hohes Reflexionsvermögen für die Strahlen der Wellenlängen zwischen 7 und 55 /Um (d.h. der auch als "thermischer Infrarotbereich" bezeichnete weitere Infrarotbereich, in dem vorwiegend der Austausch von thermischer Energie durch Ausstrahlung vor sich geht) und einen niedrigen Emissionskoeffizienten in dem gleichen Spektralbereich aufweist.

Durch die Filtersehutzschicht wird bei dem erfindungsgemässen Glas eine doppelte Wirkung erzielt: einmal wird durch die Pilterschutzschicht der Energieaustausch durch Ausstrahlung im thermischen Infrarotbereich begrenzt (Wärmeisolationswirkung), zum anderen verringert die Filterschutzschicht die Ausstrahlung, der in dem Glas gespeicherten Wärme zum Innern des zu schützenden abgeschlossenen Raums hin und begünstigt statt dessen die Abführung dieser Wärme nach aussen (Sonnenschutzwirkung), wobei diese letztere Wirkung, wie oben erwähnt, durch Anordnung der Filterschutzschicht an der zum Innern des geschlossenen Raums hin gerichteten Seite des Glases erreicht wird.

Durch entsprechende Wahl der zur Herstellung der Filterschutzschicht verwendeten Verbindung oder Verbindungen kann dem erfindungsgemässen Glas eine hinsichtlich der Reflexion und/oder Durchlässigkeit neutrale Färbung, beispielsweise eine graue oder graublaue Färbung, gegeben werden.

Die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemässen Glases sind wesentlich besser als die der bekannten, mit

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einer ungeschützten Metallschicht versehenen Gläser, denn die zur Herstellung der Filterschutzschicht bei dem erfindungsgemässen Glas verwendeten Verbindungen haben u.a. eine sehr hohe Härte, die im Falle von Titannitrid beispielsweise zwischen 8 und 9 der Mohs-Skala liegt. Ferner haben diese Verbindungen eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit, die mit der der Metalle vergleichbar ist, so dass das Glas, falls erwünscht, unter Verwendung der Filterschutzschicht als Widerstand und einer niedrigen elektrischen Spannung elektrisch beheizt werden kann. Zu diesem Zweck kann das Glas mit geradlinigen Elektroden versehen werden, die an eine elektrische Stromquelle von niedriger Spannung angeschlossen werden.

Zur Herstellung des erfindungsgemässen Glases braucht die Filterschutzschicht lediglich gemäss irgendeinem geeigneten bekannten Verfahren in der benötigten Dicke auf wenigstens eine Seite der Glasscheibe aufgebracht zu werden. Beispielsweise kann zu diesem Zwecke das bekannte Verfahren der reaktiven oder nichtreaktiven Kathodenzerstäubung in hochfrequentem Gleich- oder Wechselstrom mit oder ohne Polarisierung oder das Verfahren der Aufbringung durch chemische Reaktion in der gasförmigen Phase verwendet werden.

Nachstehend werden im einzelnen einige praktische Beispiele z;ur Herstellung des erfindungsgemässen Glases Jae !schrieben.

Beispiel 1

Unter Verwendung einer Vorrichtung zur reaktiven Kathodenzerjstäubung in Gleichstrom, wie sie in dem Artikel von J.P« Gavaler u.a. in "Journal pf Vacuum Science and Techn." 6, No, 1, S. 177» 1968, beschrieben ist, wird eine Spricht von Niobiumnitrid NbN in einer Dicke von etwa 300 8 auf eine kreisrunde Hartglasscheibe mit einem Durchmesser von 2 cm und einer Dicke von 2 mm aufgebracht. Die Hartglasscheibe

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hatte die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

80 % SiO₀, 14 % B_0_, 6 % Al₀O .
2 2 3 2 3

Zu diesem Zweck wird eine Hochvakuumkammer verwendet,

_Q

die die Erzielung eines Vakuums von 5«10 ermöglicht, mit einem flüssigen Stickstoff verwendenden Flüssigkeitsabscheider und einer Kupferdichtung versehen ist. Als Fangelektrode wird eine Scheibe aus reinem Niobium verwendet, die weniger als 100 T.p.M. (Teile pro Million) gasförmiger Unreinheiten enthält und einen Durchmesser von 2 cm und eine Dicke von 0^2 mm aufweist. Diese Fangelektrode dient auch als Kathode der Kathodenzerstäubuhgsvorrichtung.

Als Atmosphäre wird ein Gemisch aus Stickstoff und Argon verwendetv¹ wobei der Stickstoff weniger als 50 T.p.M. Unreinheiten enthält und einen Teildruck von 6.10 Torr

-2 hat, während das Argon einen Teildruck von 5-10 Torr hat und ebenfalls weniger als 50 T.p.M. Unreinheiten enthält.

Die zur Aufnahme der Niobiumnitridschicht bestimmte Glasscheibe wird vor der Fangelektrode in einem Abstand von 2 cm parallel zur Ebene der Fangelektrode angeordnet. Zwischen der -Fangelektrode und der Glasscheibe wird während der Zeit, in der keine Absetzung der Nitridschicht auf der Glasscheibe erfolgt, eine entfernbare Schutzplatte aus rostfreiem Stahlblech angebracht.

Als Anode wird ein 2 cm breites und 0,5 mm dickes Tantalumblechband verwendet, das in Form eines Ringes von 6 cm Durchmesser um den Raum zwischen der als Kathode dienenden Fangelektrode und der Glasscheibe gewickelt wird.

Die Kathodenzerstäubung erfolgt durch Anlegen einer Gleichstromspannung von I.700 Volt zwischen der Kathode und der

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Anode, wodurch die Glasscheibe durch Ausstrahlung auf etwa 500 C erhitzt wird. Auf diese Weise wird eine

2 Kathodenstromdichte von 21 mA/cm erzielt. Nach einer Zerstäubungszeit von 2 Minuten wird die Schutzplatte zwischen die Fangelektrode und die Glasscheibe eingeführt.

Auf diese Weise wird ein Glas hergestellt, das einen Durchlässigkeitswert von etwa 30 % im sichtbaren Teil des Spektrums aufweist, während der Durchlässigkeitswert in dem dem Infrarotbereich benachbarten Bereich praktisch gleich null ist, da die Strahlen in diesem Bereich fast alle reflektiert werden.

Beispiel 2

Es wird wie im Beispiel 1 beschrieben verfahren, wobei jedoch bei der Aufbringung der Niobiumnitridschicht an diese eine Spannung von -200 Volt im Verhältnis zur Kathode angelegt wird. Zu diesem Zweck wird vor der Kathodenzerstäubung eine etwa 0,1 /Um dicke Silberschicht in Form eines 1 mm breiten Leitrahmens durch Verdampfung und Kondensation im Vakuum auf die Glasscheibe aufgebracht

Auf diese Weise wird eine Niobiumnitridschicht erzielt, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die gemäss Beispiel 1 hergestellte Niobiumnitridschicht und einen niedrigeren Emissionskoeffizienten im thermischen Infrarotbereich (Strahlen der Wellenlängen zwischen 7*5 und 3,5/um) als die gemäss Beispiel 1 hergestellte Niobiumnitridschicht aufweist.

Beispiel 3

Auf einer kreisrunden 1 mm dicken Glasscheibe mit einem Durchmesser von 1 cm und der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 1 beschrieben wird eine Schicht aus Titannitrid TiN durch reaktive Kathodenzerstäubung in Gleichstrom aufgebracht.

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Zu diesem Zweck wird die Glasscheibe zunächst durch Eintauchen in ein Fluorwasserstoffsäuerbäd in Form einer 10 Volumenprozent Fluorwasserstoffsäure enthaltenden wässrigen Lösung gereinigt, dann zunächst mit Azeton und danach mit Aethylalkohol abgespült und schliesslich getrocknet.

Die Glasscheibe wird dann in eine Vakuumkammer aus rostfreiem Stahl eingebracht, die bei 100 C austrockenbar und mit einer Diffusorpumpe versehen ist, die einem flüssige Luft verwendenden Flüssigkeitsabscheider zugeordnet ist. Diese Vakuumkammer enthält ferner eine Gleichstrom-Kathodenzerstäubungsvorrlchtung mit einer aus einer Titanscheibe bestehenden Kathode, die auch als Fangelektrode dient, und einer geerdeten Anode aus rostfreiem Stahl, die als Träger für die Glasscheibe dient und unterhalb der Kathode, dieser in einem Abstand von 34 mm gegenüber angeordnet ist.

Zwischen der Glasscheibe und der Kathode wird während der Zeit, in der keine Absetzung" der Titannitridschicht auf der Glasscheibe erfolgt, eine bewegliche Verschlussplatte aus Stahlblech eingeschoben,

Nachdem in der Vakuumkammer zunächst ein Vakuum von

_2
10 mmH hergestellt und deren Gaszuführungsleitungen

gespült wurden, wird darin ein Vakuum von 5,10 Torr hergestellt und sehr reines Argon (99,9990) in. die Vakuumkammer eingeleitet, bis ©in Druck von O₄OS Torr erreicht ist. Danach wird eine Gleichstromionjsnsntladung zwischen der Kathode und der Anode eingeleitet und eine Minute lang aufrechterhalten. Danach wird mittels eines Begelventils sehr reiner Stickstoff in die Vakuumkammer eingeleitet, um darin unter Verdrängung des Argons einen Druck von 0,1 Torr herzustellen und aufrechtzuerhalten.

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Danach wird kontrolliert, ob die Temperatur der Glasscheibe der Umgebungstemperatur entspricht, die Verschlussplatte wird so verschoben, dass die Glasscheibe der Anode direkt gegenüberliegt, und die Entladespannung wird auf 3>8 kV eingestellt. Damit wird ein Entladestrom von 12 mA erzielt, was einer

2
Kathodenstromdichte von 1,3 mA/cm entspricht.

Während dieser Entladung erhöht sich die Temperatur der Glasscheibe auf 310 C. Nach einer Entladungszeit von 25 Minuten wird die Verschlussplatte wieder zwischen die Kathode und die Glasscheibe eingeschoben, die Stromzuführung unterbrochen und die Glasscheibe unter Aufrechterhaltung des gleichen Stickstoffdrucks wie bei der Aufladung für die Dauer von 15 Minuten abkühlen gelassen.

Auf diese Weise wird eine Titannitridschicht mit einer Dicke von etwa 300 Angström aufgebracht. Diese Titannitridschicht hat einen Widerstand von 70 Ohm bei 300 K und 75 0hm bei 78 K, gemessen zwischen zwei j 1 cm langen parallelen Kontaktdrähten aus Gold, die in , einem Abstand von 1 cm voneinander an die Oberfläche

der Titannitridschicht gehalten werden. ■<■■/■

Die die Spektraldurchlässigkeit bei einem Einfallswinkel von 90 bezeichnende Kurvenlinie T und die die , Spektralreflexion bei einem Einfallswinkel von 45 bezeichnende Kurvenlinie R des auf diese Weise her- *

gestellten Glases sind in Fig. 5 wiedergegeben.

Beispiel 4

Zur Herstellung einer Titannitridschicht auf einer Glasscheibe der gleichen Art wie in den vorangegangenen Beispielen beschrieben wird wie im Beispiel 3 I

-25-. j

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erläutert verfahren mit der Ausnahme, dass anstelle von Stickstoff ein Gemisch aus Ammoniak mit einem Teildruck von 1 Torr und.Argon mit einem Teildruck von 50 Torr verwendet wird.

Beispiel 5

Durch nichtreaktive Gleichstrom-Kathodenzerstäubung wird eine Schicht aus Titannitrid TiN auf eine Hartglasplatte der gleichen.Art wie im Beispiel 5 beschrieben aufgebracht. Dabei wird in der gleichen Weise wie im Beispiel j5 beschrieben verfahren, jedoch unter Verwendung einer Fangelektrode in Form eines scheibenförmigen Sinterkörpers aus Tungst'enkarbid WC mit einem Durchmesser von 4 cm und einem 6 mm dicken Ueberzug aus Titannitrid TiN. Die Aufbringung dieses Ueberzugs auf den Sinterkörper aus Tungstenkarbid erfolgt vorzugsweise in bekannter Weise durch chemische Reaktion in der- gasförmigen Phase nach dem sogenannten "C.V.D."-(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren.

Als Atmosphäre während der Ionenentladung wird Argon mit einer Reinheit von 99,999$ unter einem Druck von 0,1 Torr verwendet. Die Entladestromstärke beträgt 7 mA. Während der Entladung wird die als Unterlage verwendete Glasscheibe auf eine Temperatur von 200 C erhitzt. Die Dauer der Entladung beträgt 90 Minuten.

Auf diese Weise wird auf die Glasscheibe eine etwa 300 Angström dicke Schicht aus Titannitrid TiN aufgebracht, deren Widerstand, gemessen wie im Beispiel 4 beschrieben, 68 0hm bei 26°C beträgt.

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Beispiel 6

Unter Verwendung einer Vorrichtung zur nichtreaktiven Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung wie sie von D.H. Grantham u.a. in "Journal of Vacuum Science and Techn.", 7, Nr. 2 (1969), beschrieben ist, wird eine etwa 500 K dicke Schicht von Titannitrid TiN auf eine Hartglasscheit aufgebracht, die der im Beispiel 1 verwendeten Hartglasscheibe entspricht, aber einen Durchmesser von 7 cm anstelle von 2 cm aufweist. Die Zerstäubung wird unter

_2
einem Vakuum von 3· 10 mit reinem Argon als Restgas ausgeführt.

Als Fangelektrode wird eine Scheibe aus gesintertem Titannitrid verwendet, die einen Durchmesser von 7 cm und eine Dicke von 0,5 cm hat. Die Herstellung dieser Fangelektrode ist in dem Buch von Gmelin "Ti-Band", Seite 273 ff. und 277 beschrieben und besteht im wesentlichen darin, dass ein Titanblech durch Erhitzen auf 1200 C für eine Dauer von 10 Stunden in einem TiC-Rohr in einem Stickstoffstrom nitriert, das erhaltene Produkt zerstossen, der Nitriervorgang zweimal wiederholt, das so gewonnene Pulver zusammen mit 2 Gewichtsprozent metallischem Titan bei 2^00 C in einer Stickstoff atmosphäre gesintert und die so erhaltene gesintert« TiN-Scheibe abschliessend in der Nähe ihres Schmelzpunktes unter Vakuum durch einen hochfrequenten Strom erzeugenden Generator erhitzt wird.

Als Hochfrequenzelektrode wird eine Hohlscheibe aus ^ Kupfer verwendet, die einen Durchmesser von 6,5 cm

CO "

aufweist und innen durch einen Strom von kaltem Wasser *° gekühlt wird. Diese Scheibe wird horizontal angeordnet -* und die Titannitridscheibe wird darauf gelegt. Die Hoch-

°* frequenzelektrode ist in einem Abstand von 0,6 cm von

einer Umhüllung aus rostfreiem Stahlblech umgeben. In dem Zwischenraua zwischen der Hochfrequenzelektrode und der Umhüllung wird ein Vakuum von 10 Torr aufrecht-

Dieser Zwischenraum ist von dem Entladen durch einen mit Kupferdichtungen versehenen. Dichtungsring aus isolierenden keramischem Werkstoff getrennt.

Die zu "beschichtende Glasscheibe wird in einem Abstand von 2j5 cm über der Titannitridscheibe parallel zur Ebene derselben angeordnet. Die Glasscheibe wird mit ihrer gesamten Oberfläche, die der aufzubringenden Titannitridschicht entgegengesetzt gerichtet ist, mit einer Kupferplatte in Berührung gehalten, die durch von kalter Luft durchflossenen Röhren gekühlt wird. Der Durchfluss der Kühlungsluft durch die Röhren wird, so geregelt, dass die Temperatur der Glasscheibe unter 3OO°C gehalten wird.

-2 Die Zerstäubung wird unter einem Vakuum von j5.10 Torr mit einer Frequenz von 1J5 MHz und einer Dichte der Entladungsenergie von 50 Watt/cm ausgeführt, wobei das Restgas aus reinem Argon besteht. Nach einer Zerstäubungszeit von 10 Sekunden wird die gewünschte Dichte der Titannitridschicht erhalten.

Beispiel 7

Es wird wie im Beispiel 6 beschrieben verfahren, jedoch wird hinter der- Glasscheibe in Berührung mit der Oberfläche derselben eine von kalter Luft durehflossene und dadurch gekühlte Kupferplatte angeordnet, die als Elektrode dient, die über eine passive L-C-Schaltung mit veränderlichen Parametern und einer Resonanzfrequenz von I3 MHz an Erde gelegt ist. Die Parameter dieser Schaltung werden so eingeregelt, dass vor der als Unterlage dienenden Glasscheibe dauernd eine negative Polarisation von 100 Volt"erzeugt wird.

-28-309809/1065 '

Beispiel 8 \

Durch reaktivr Zerstäubung wird eine Schicht aus
Titannitrid TiN auf eine 1 mm dicke Kieselglasscheibe
mit "einem Durchmesser von 1 cm aufgebracht. Zu diesem
Zweck wird die Oberfläche der Kieselglasscheibe zunächst
durch Eintauchen in ein Fluorwasserstoffsäurebad in ι

Form einer 10 Volumenprozent Fluorwasserstoff enthal- \

tenden wässrigen Lösung gereinigt, dann zunächst mit i

Azeton und danach mit Aethylalkohol abgespült und ge- ι

trocknet. '

Danach wird die Glasscheibe in einem Ofen auf 1200 C
erhitzt, der in einer bei 100 C austrockenbaren Vakuumkammer aus rostfreiem Stahl angeordnet ist, in der mit * einer Diffusorpumpe, die mit einem flüssige Luft verwen- > denden Flüssigkeitsabscheider versehen ist, ein Vakuum

von 10 Torr hergestellt wird. Dann wird in die Vakuumkammer mittels eines vorher entgasten Regelventils sehr < reiner Stickstoff (99,999# N₂, 0,001$ O₂) eingeleitet *; und dadurch der Druck in der Vakuumkammer auf einen \

stabilen Wert von 1,4.10 Torr eingestellt. ι

» In der Vakuumkammer ist ferner ein konischer Korb aus '

Tungsten angeordnet, der reines Titan enthält. Dieser

Korb wird durch Joulesche Wärme auf 1360 C erhitzt und

eine Seite der Kieselglasscheibe wird durch Verschiebung

einer Verschlussplatte aus dünnem Stahl der vereinten t

Wirkung der Titandämpfe und der Stickstoffatmosphäre \

ausgesetzt. Auf diese Weise wird auf die Glasscheibe ;

_ω eine etwa 300 A dicke Titannitridschicht aufgebracht. )

ο ■ ,

«° Beispiel 9 \

Auf einer 1 mm dicken Borsilikat-Hartglasscheibe mit

^ einem Durchmesser von 10 mm wird eine Schicht aus /

Titannitrid TiN aufgebracht. Die Borsllikat-Hartglas- J'

scheibe hat die folgende Zusammensetzung: 80 % Si0_, /

14 % B₂O , 4 % Na₃O und 2 % Al₃O . f

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Die. Aufbringung der Titannitridschicht erfolgt durch chemische Reaktion in der gasförmigen Phase nach der Reaktionsformel:

^Tlcl2i + 2H₂ + I N₂ ——> χ TiN + (1 - x) TiNCl + (3 + x) ₊C ¹^" ) H₂

wobei χ kleiner als 1 ist.

Zur Durchführung der Reaktion wird eine Reaktionskammer verwendet, in der während der Reaktion ein Druck von J5 Torr aufrechterhalten wird. Die Glasscheibe wird durch Berührung mit einem Graphitträger auf 6oOC erhitzt. Der Graphitträger ist mit einer Kieselhaut überzogen und wird durch Hochfrequenz-Induktionsheizung mittels eines eine Höchstleistung von 10 kW erzeugenden Generators beheizt.

Der Durchfluss des Gases am Eingang der Reaktionskammer wird auf die folgenden unter normalen Temperatur- und Druckverhältnissen gemessenen Werte eingestellt:

TiCl₄	1	,4	cm /min.
^H2	100		cm /min.
	25		cm /min.

Wenn eine halbdurchsichtige Titannitridschicht mit einem \ Reflexionsvermögen von 20 % in sichtbaren Licht, gemessen \ durch Vergleich mit Standardreflektor, aufgebracht ist, so } wird die chemische Behandlung unterbrochen. Die mit der ', halbdurchsichtigen Titannitridschicht überzogene Glasscheibe < wird dann durch Erhitzung auf 600 C in einer Wasserstoffatmosphäre unter einem Druck von 1 atm für eine Dauer von f 10 Stunden einer Glühbehandlung unterzogen. ■ Beispiel 10

' Es wird wie im Beispiel 9 beschrieben verfahren, jedoch

erfolgt die Aufbringung der halbdurchsichtigen Titannitridschicht in vier getrennten Arbeitsgähgerimit je einer Glühbehandlung von J50 ; Minuten in einer Wasserstoff atmosphäre, 309809/1065

\ ■ ■ -

Claims

30 22Α0409 Patentansprüche

1. Filterglas zur Wärmeisolierung und zum Schütze gegen Sonneneinstrahlung mit wenigstens einer Trägerscheibe aus einem Werkstoff, der wenigstens einen Teil des sichtbaren Lichtes durchlässt, und wenigstens einer Filterschicht, die wenigstens auf einer Seite der Trägerscheibe angebracht ist und wenigstens eine Verbindung wenigstens eines Elements der Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems der Elemente.und wenigstens eines der Metalloide Bor, Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Verbindung in einem Zustand verwendet wird, in dem deren im Bereich der Aussenfläche liegende Elektronen verlagert sind, wie es im metallischen Zustand dieser Verbindungen der Fall ist, wobei diese verbindungen wenigstens teilweise kovalente Bindungen aufweisen und die Filterschicht kontinuierlich oder verschmolzen ist.

2. Filterglas nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Verbindung ein Nitrid, Karbid, Borid, Suboxyd oder Karbonitrid wenigstens eines der Metalle Titanium, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niobium, Tantalum, Chrom, Molybdän oder Tungsten ist.

J5. Filterglas nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eines der Nitride TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN, CrN oder Cr,N_h ist.

4. Filterglas nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eines der Nitride ZrC, HfC, TaC oder WC

5. Filterglas nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eines der Boride Zr B., HfB, VB₃, NbB , TaB„ oder TiB₂ ist.

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6. Filterglas nach Patentanspruch 2, dadurch gekennz* ichnet dass die Verbindung eines der Suboxyde TiO, VO oder NbO ist.

7. Filterglas nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet

dass die Verbindung eines der Karbonitride TiN_ „C oder

0,7 O,5

8. Filterglas nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Verbindung in kristalliner Form vorliegt.

9. Filterglas nach den Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein viereckiger Teil der Pilterschicht mit einer Dicke von 200-1000 Angstrom einen Widerstand von höchstens 200 01m bei 20°C und höchstens 400 0hm bei -195°C hat.

10. Filterglas naeii Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe aus einem Mineralglas besteht.

11. Filterglas nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Trägersenelbe aus einem Glas besteht, das wenigstens einen Teil der Strahlen der Wellenlängen zwischen 0,7 und 2/xm absorbiert.

12. Filterglas nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierende Glas ein Borsilikatglas ist, daswenlgstens eines der Oxyde FeO, NiO oder CoO enthält»

13· Filterglas nacb. den Patentansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass es ferner wenigstens eine zusätzliche Filtersctd-ciit enthält, die wenigstens einen Teil der Strahlen der Wellenlängen zwischen 0,7 und 2 ,um absorbiert.

l4. Fllterglas nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Pilterschicht aus wenigstem einem der» Oxycie FeQ₉ NiO oder CoO besteht.

308803/

15· Filterglas nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Filterschicht aus wenigstens einem Halbleiter mit hoher Dichte an leitenden Elektronen besteht.

l6. Filterglas nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter eines der Oxyde SnO , CdO,

ZnO, SnO, In₀O oder Ga_o0_ oder ein Mischoxyd von wenigstens 2 3 2 3

zweien dieser Oxyde ist.

17· Filterglas nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass die zusätzliche Filterschicht auf einer Seite der Trägerscheibe angeordnet ist, auf der sich nicht die Hauptfilterschicht aus der Verbindung in metallischem Zustand befindet.

18. Filterglas nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Filterschicht zwischen der Oberfläche der Trägerscheibe und der Hauptfilterschicht aus der Verbindung in metallischem Zustand angeordnet ist.

19· Filterglas nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht aus einer Dispersion der genannten Verbindung in einer kontinuierlichen oder verschmolzenen Schicht aus wenigstens einem Halbleiter mit hoher Dichte an leitenden Elektronen besteht.

20. Filterglas nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter wenigstens eines der Oxyde SnO₀, CdO, ZnO, SnO, In₀O, oder Ga 0_. oder ein Mischoxyd aus wenigstens zweien dieser Oxyde ist.

21. Filterglas nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass es durch Joulesche Wärme beheizbar ist.

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