DE2240509B2

DE2240509B2 - Verfahren zur Herstellung einer wärmedämmenden Verglasung

Info

Publication number: DE2240509B2
Application number: DE19722240509
Authority: DE
Inventors: Sabatino Sceaux Cohen (Frankreich)
Original assignee: Saint Gobain Industries SA
Current assignee: Saint Gobain Industries SA
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1978-03-09
Also published as: IT963782B; ES405936A1; DK143696B; DE2240509A1; FR2161738A1; NO132145B; NO132145C; DE2240509C3; FR2161738B1; DK143696C; GB1356774A; BE787777A

Description

4(1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung für Bauten, wobei 4*1 auf den Träger eine Aluminiumschicht und darauf eine Goldschicht in Form einer dünnen halbreflektierenden Schicht unter Vakuum aufgedampft werden.

Es ist bekannt, Verglasungen und Gläser herzustellen, die durchsichtig sind, wenngleich sie mit einem oder mit ->o mehreren metallischen Auftragen in sehr dünner Schicht überzogen sind, die es gestatten, den Verglasungen je nach Bedarf besondere optische Eigenschaften hinsichtlich Durchlässigkeit und Reflexionsvermögen zu verleihen. y,

So hat man beispielsweise schon für die Bedürfnisse des Bauwesens mit einer dünnen Goldschicht versehene Verglasungen hergestellt, die einen möglichst hohen Anteil der Infrarotstrahlung reflektieren, jedoch so wenig wie möglich sichtbares Licht absorbieren sollen. w)

Die Herstellung solcher metallisierter Verglasungen erfolgt im allgemeinen nach der bekannten Technik des Verdampfens bzw. Aufdampfens unter Vakuum, wobei Gold das für Bauzwecken dienenden Verglasungen am meisten verwendete Metall bildet. Die Goldschicht kann μ auf einer »unendlich« feinen Primärschicht aus einem anderen Metall wie Aluminium verankert sein. Wenn jedoch die Goldschicht, der allein die Aufgabe der optischen Beeinflussung zufällt, eine genügende Dicke dafür aufweist, daß die Verglasung einen zufriedenstellenden Durchlaßkoelfizienten (beispielsweise 70%) im sichtbaren Bereich des Spektrums behält, erweist sich leider der Reflexionskoeffizieni im Infrarotbereich als ungenügend dafür, daß sich die Verglasung nicht erhitzi und keine als »Klemmeffeki« bekannte unerwünschte Wirkung hervorruft. Umgekehrt ist der Durchlaßkoeflizient der Verglasung, wenn die metallische Schicht ausreichend ist, um den Kleinmcffekt zu vermeiden, im sichtbaren Bereich zu gering, um eine ausreichende Raumbeleuchtung zu schaffen.

So kann man anhand der durch Schröder in der Zeitschrift Glastechnische Berichte 39 (1966), 3, Seiten 156- 163 feststellen, daß eine mit einer Goldschicht von etwa lOOÄ versehenen Verglasung ein Maximum der Durchlässigkeit in der Größenordnung von 65% im sichtbaren Bereich, djgegen im Infrarotbereich einen Reflexionskoeffizienten in der Größenordnung von 30% für 1,1 Mikron zeigt, der eine abnehmende Tendenz hai, je mehr die Wellenlänge zunimmt.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art, allerdings für elektrisch leitfähige transparente Überzüge, ist der US-Patentschrift 27 99 600 zu entnehmen. Allerdings wird dort die Goldschicht durch einen Überzug aus Siliziumoxyd gestützt.

Hinsichtlich der Möglichkeit einer Modifikation der physikalischen Eigenschaften hinsichtlich der Lichidurchlässigkeit der Goldschicht, läßt sich der US-Patentschrift nichts entnehmen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die überraschende und unerwartete Erkenntnis zugrunde, daß für verschiedene Dicken der Verankerungsschicht aus Aluminium eine Modifikation des kristallinen Aufbaus der Goldschicht erhalten werden kann und daß hierdurch eine Modifikation ihrer physikalischen Eigenschaften hinsichtlich Lichtdurchlässigkeit dahingehend erreicht wird, daß die Gesamtheit der beiden Schichten für das Gebiet der vVellenlängen von 0,5 bis 0,8 μιη transparenter ist als wenn die Goldschicht nicht vorhanden wäre.

Frreicht wird dies dadurch, daß die Dicke der ersten Schicht, das ist die der Alumiiiiumschicht, so gewählt wird, daß sie für die Wellenlänge von 0,404 μηι zu einer Verringerung des Durchlaßkoeffizienten von 5 bis 30%. vorzugsweise von 15%, verglichen mit der Lichtdurchlässigkeit eines nichtüberzogenen Trägers, führt.

Vorzugsweise entspricht die Dicke der Primärschicht auf Basis von Aluminium einer Verringerung des ursprünglichen Durchlaßkoeffizienten des Trägers von 25%, und die Dicke der Goldschicht wird so gewählt, daß sie, wenn sie allein vorhanden wäre, zu einer Verringerung des Durchlaßkoeffizienten der behandelten Verglasung von 30% führen würde.

Zweckmäßig scheidet man auf die Goldschicht eine weitere Aluminiumschicht unter Aufdampfen ab.

Es soll nicht verkannt werden, daß es aus der DT-AS 12 14 970 bekannt ist, die Dicke der abgeschiedenen Schichten durch Messung der Nicht-Durchlässigkeil für eine gegebene Wellenlänge vorzunehmen.

Durch die Modifizierung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere des kristallinen Zustands der zweiten Schicht aus Gold, führt dazu, daß die mit beiden Schichten versehene Verglasung /wischen 0,5 und 0,8 μηι cine Lichtdurchlässigkeit aufweist, die größer als die einer Goldschicht allein gleicher Dicke ist.

Für Wellenlängen dos Infrarot von mehr als 1,2 μηι ist die Durchlässigkeit für diese mit den beiden Schichten überzogene Verglasung wesentlich geringer als mit

Cioldschichi allein.

Die wärmedämmende Verglasung nach der Erfindung gestattet ausreichende Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich, um eine geeignete Beleuchtungs- und Lichtstürke zu gewährleisten, die zugleich im InIYi.rotbereich ausreichend reflektierend wirkt, um im Sommer und in Schönwetterperioden anderer Jahreszeiten eine unerwünschte Erwärmung oder Erhitzung der Verglasung und folglich des betreffenden Raumes zu vermeiden.

Die nachfolgend angegebenen Zahlenwerte gestatten eine genauere Darstellung der überraschenden Wirkung, die das Vorhandensein der ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung bildenden Primärschichi hervorruft, wenn man die oben angegebenen Dickenverhältnisse beachtet.

Diese Zahlenwerte gehen aus F i g. 1 hervor, die die Durchlüssigkeitskurven (A und B) und die Reflexionskurven (A I und öl) der goldmetallisicrten Verglasungen in Funktion von der in μηι ausgedrückten Wellenlänge zeigt.

In diener Figur sind die WcMcnlängcnwene an der Abszisse aufgetragen, und die Prozentsätze der Durchlässigkeit oder der Reflexion sind an der Ordinate abzulesen.

Genauer gesagt zeigt Fig. 1 die Durchlässigkeitskurven von zwei beschichteten Vcrglasungen, von denen die erste (Kurve A) eine direkt auf den Glasträger aufgetragene und zu einer Verringerung der Durchlässigkeit von 30% gegenüber der ursprünglichen Durchlässigkeit des Trägers führende Goldschicht und die zweite eine mit gleicher Dicke versehene Goldschicht betrifft, die jedoch einer Primärschicht auf Basis von Aluminium überlagert ist, deren Dicke einer Verringerung der ursprünglichen Durchlässigkeit des Trägers um 25% entspricht.

Man kann bemerken, daß man für die Messungen der Durchlässigkeit, die eine Bemessung und Einregulierung der Dicke der aufgetragenen Schicht zulassen, eine Wellenlänge von 0,404 μηι (Violetlstrahlung von Quecksilber) gewählt hat.

Bei einem Vergleich der beiden Kurven A und B -, macht man die überraschende Feststellung, daß im sichtbaren Bereich die Durchlässigkeit der mit zwei übereinandergelegten Schichten aus Gold und Aluminium (Kurve B) versehenen Verglasung erheblich über der Durchlässigkeit der mit nur einer einzige:: Schicht aus

in Gold (Kurve A) versehenen Verglasung liegt. Hieraus geht deutlich hervor, daß die Primärschicht auf Basis von Aluminium in der Goldschicht, der sie überlagert ist, eine besondere Struktur hervorruft, die dieser Goldschicht neue optische Eigenschaften verleiht.

|-, Unter anderem stellt man die bemerkenswerte und besonders vorteilhafte Tatsache fest, daß sich das Maximum der Durchlässigkeit (ungefähr 70%) bei dem betrachteten Beispiel dicht neben dem Maximum des Empfindungsvermögens der Augen befindet. Hierdurch

3d steigt die Helligkeit bzw. die Beleuchtungsintensität der Verglasung an, und dies trifft für direkt auf den Glasträger aufgebrachte Goldschichten nicht zu (vgl. Kurve A von Fig. 1).

Darüber hinaus zeigt Fig. 1 für die gleichen P.oben

ι-, tier Verglasung die Reflexionskurven A 1 und BX, die das Vorhandensein einer stark verringerten Reflexion im sichtbaren Bereich bei beiden Proben bestätigen, demgegenüber jedoch eine starke Zunahme zum Infrarotbereich hin, nämlich ausgehend von 0,8 μηι, für

jo diejenige Probe zeigen, die zugleich die Primärschicht auf Basis von Aluminium und die Goldschicht aufweist (Kurve Bl).

Zur Anwendung in der Praxis können diese Resultate vorteilhafterweise in entsprechenden Werten des

j-, Sonnenfaktors und des Luminanzfaktors ausgedrückt werden. Diese Faktoren sind wie folgt definiert:

Durchgelassene Energie + Wieder abgestrahlte Energie (im wesentlichen in Form von

Infrarotstrahlung)

Sonnenfaktor =

Einfallende Energie

Luminanzfaktor = Durchgelassene Energie
Einfallende Energie

unter Berücksichtigung von Berichtigungen, die bekanntlich anzusetzen sind, um der spektralen Verteilung der Sonnenenergie und der besonderen Sensibilitätskurve des menschlichen Auges Rechnung zu tragen.

Unter Berücksichtigung dieser Definitionen weisen die Proben A (Goldschicht allein) und B (Goldschicht auf Primärschicht auf Basis von Aluminium) die nachfolgend angegebenen Sonnenfaktoren und Luminanzfaktorenauf:

Sonnenfaktor

Luminanzfaktor

Probe A
Probe B

59%
64%

60%
70%

Bekanntlich wird angestrebt, daß der Sonnenfaktor (der gewissermaßen die durchgelassene Wärmeenergie berücksichtigt) so wenig wie möglich erhöht sein soll, während der Luminanzfaktor dagegen (der die Lichtbzw. Beleuchtungsstärke berücksichtigt) soweit wie möglich erhöht seinsoll.

Man sieht auch, daß der Sonnenfaktor, wenn man von der Probe A zur Probe B übergeht, nur um einen relativen Betrag von 8,5% ansteigt, während der Luminanzfaktor um mehr als 16% verbessert wird.

•55 Man kann den Vorteil, den der erfindungsgemäße Auftrag einer Primärschicht auf Basis von Aluminium hat, auch in anderer Weise verdeutlichen, und zwar entweder im Wege eines Vergleichs der Sonnsnfaktoren der beiden Auftragsarten, wenn man es so einrichtet,

W) daß die beiden Proben den gleichen Luminanzfaktor haben, oder umgekehrt im Wege eines Vergleichs der Luminanzfaktoren bei gleichem Sonnenfaktor:

Feststenender Luminanzfaktor von 70%:
Sonnenfaktor, mit der Goldschicht allein, ungefähr:

74%;

Sonnenfaktor, mit der Primärschicht aus Aluminium und der Goldschicht, ungefähr: 64%.

Feststehender Sonnenfaktor von 64%:

l.uminanzfaktor, mil der Goldschichi allein, ungefähr: 65%;

Luminanzfaklor. mil der Primärseliicht aus Alumi nium und der Goldschicht, ungefähr: 70%.

Aus der vorstehenden Aufstellung laßt sich ablesen. daß bei gleichem Luminanzfaktor die crfindungsgemäße Hinzufügung einer Primärschichi auf Basis von Aluminium den Sonnenfaktor verringert, das heißt verbessert, und daß bei gleichem Sonnenfaktor die Hinzufügung der Primärschicht den l.uminanzfaklor vergrößert und verbessert.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, daß man aufgrund dieser Überlagerung einer Schicht auf Basis von Aluminium mit einer Goldschicht die beim Hindurehtreien von Licht durch die Verglasung wahrnehmbare Färbung beeinflussen kann, indem man den blaugrünlichen Farbton der Goldschichten allein zu einer gelben Färbung hin verschiebt, was besonders erwünscht ist für Gebiiudevcrglasungcn.

Ein weiterer bedeutender Vorteil ist in dem Umstand zu sehen, daß die Gegenwart der Primärschichi auf Basis von Aluminium die Erzielung einer besseren Reproduzicrbarkeil der Farbtönung während der Herstellung gcstatlct. und die Reproduzicrbarkeil isi naturgemäß ein wesentlicher Faklor bei der Herstellung von Gebäudcverglasungcn.

Darüber hinaus gestattet das erfindungsgemäße Verfahren, indem die kristalline Struktur der Goldschichten stabilisiert wird, elektrische Eigenschaften zu erhalten, die man nach früheren Verfahren nur unter der Voraussetzung erreichen konnte, daß erheblich dickere Schichten verwendet wurden, und dies führte zu dem Nachteil, daß der Durchlässigkeitskoeffizienl im sichtbaren Bereich und folglich der l.uminanzfaktor erheblich verringert wurde.

Es sei darauf hingewiesen, daß die auf eine ausreichende Primärschicht aus Aluminium aufgebrachten Goldschichten durch eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit gekennzeichnet sind, die sich derjenigen von massivem Meiall nähert.

So weist eine Metallisierungsschicht, die eine Primärschicht auf Basis von Aluminium, deren Dicke eine Verringerung des Durchlässigkcitskoeffi/.ienlcn um 11% zur Folge hai. und eine Goldschicht mit einer Dicke umfaßt, die zu einer Verminderung dc\- Durchlässigkeit um 30% führt, einen spezifischen Leitungswiderstand von 18 Ohm pro Viereck auf. während eine Goldschicht gleicher Dicke allein einen spezifischen Leitungswiderstand von 8000 Ohm pro Viereck aufweist.

Eis wird folglich möglich. Verglasungen herzustellen, die als elektrische Leiter dienen und dennoch durchsichtig sind, so daß sie beispielsweise als I leizverglasungeii in Gebäuden oder in Fahrzeugen verwendbar sind, uo sie als Zusat/hei/Ling, als Heizung zum Verhindern des Beschlagens, als l.ntfroslcrheizung oder dergleichen dienen.

Man kann aucl· vorleilhaflerweise aiii einer halbre flektierenden Doppelschichl eine zweite Aluminium schicht gemäß einem in der franz. PS 21 3^r>033 beschriebenen Verfahren aufbringen, indem man eine Primiirschicht von relativ geringer Dicke verwendet, und dies führt im Ergebnis zu einer Trennung der Schicht auf Basis von Aluminium in zwei Teile.

IΊ g. 2 zeigt die Dun hlässigkcitskiirvc / und die Rellexionskurve R in Funktion von der Wellenlänge l'iii eine Verglasung dieses Typs, der mehr ins einzelne gehend in den nachfolgenden Beispielen behandelt wird Wie aus der vorgenannten Patentschrift hervorgehl ·■> weist die Überlagerung einer halbrefleklierender Doppelschicht nach der Erfindung mit einer zweiter optischen Schicht auf Basis von Aluminium der paradoxen Vorteil auf. das Haftvermögen des metallischen Überzuges zi^p verbessern, führt jedoch auch zn

πι einem besseren Anpassungsvermögen bzw. Spielraun¹ bei der Auswahl der endgültigen Farbtönung dei Verglasung, wenn man diese beim Hindurchircien von Licht betrachtet, für bestimmte Eigenschaften de¹ .Sonnenfaktors und des Luminanzfaklors.

η Man weiß, daß sich die Farbtönung entsprechend den Berechnungsnormen, die 1931 durch die Commission Internationale de l'F.clairage aufgestellt wurden, durcl· ihre vorherrschende Wellenlänge und ihren Reinheilsfaktor bestimmen läßt. Diese Angaben werden in der

:ii nachfolgenden Beispielen verwendet, um die Farbtönung d^r Vcrglasungen zu kennzeichnen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die nach ilen vorliegenden erfindungsgemäl.ien Verfahren herstellbaren Verglasungen gestalten, soweit die optischer

j") Ligenschallen einer bestimmten Verglasung und in besonderen der Sonnenfaktor und der Luminanz.faktoi betroffen sind, neue Eigenschaften zu erzielen, die mar mit Hilfe der Technik gemäß der früheren, weiter ober erwähnten Palentschrift der Anmeiderin nicht erreichet·

in konnte.

Wenn man in einer grafischen Darstellung (Fig. 3 die durch den Sonnenfaktor (an der Ordinate) und durch den Luminanzfaktor (an der Abszisse) bestimmter charakteristischen Eigenschaften der Vcrglasunger

s", veranschaulicht, so ergibt sich, daß die Darstcllungs punkte von Vcrglasungen, die sich nach dem erfindungs· gemäßen Verfahren herstellen lassen, im Inneren eine; vierseitigen Feldes liegen, deren Eckpunkte /, K, H, C durch die nachfolgenden Koordinaten bestimmt sind:

FLQM FLOM /10,5? FL 0,52

./ K H G

IS 0,80 FS 0,67 IS 0,39 FS 0,52

Im Hinblick auf die praktische Anwendung win derjenige Bereich bevorzugt, der im Inneren dei vierseitigen leides liegt, dessen Eckpunkte N. M. Ii. I folgende Koordinaten haben:

/7.0,80 /7.0,80 /7.0,60 /7.0,60

/V M E H

IS 0,78 /-.V 0,65 IS 0,46 IS 0,5¹J

In dem Diagramm sind die Bereiche A Ii I. I) um

,,ι, FCiHI dargestellt, die erreichbar sind durch da:

Verfahren gemäß der früheren, weiter oben erwähntet Patentschrift der Anmeiderin. Man sieht, daß der dii vorliegende Erfindung betreffende Bereich MNFI insgesamt außerhalb der von der früheren Palenlschrif

ι,·, betroffenen Bereiche liegl.

Die Arbeitsweise bei der Durchführung der Erfindung wird durch die beiden nachstehenden Beispiele ver.in schaulichl:

Beispiel I

Dieses Beispiel bezieht sieh auf die beiden obenerwähnten behandelten Proben A und B, deren Durehlässigkeits- sowie Reflexionskurven in Fig. 1 dargestellt sind.

In eine Vakuumglocke für Vakuumabseheidung führt man eine Verglasung B ein, die man, um sie »wärmedämmend« zu machen, behandeln kann und führt darüber hinaus eine Probe A aus dem gleichen Glas und der gleichen Dicke ein.

Nach Abdecken der Probe A erfolgt die Abscheidung von Aluminium auf B; der Vorgang wird unterbrochen, wenn die Anfangstransmission des Glases B um 25% für die Wellenlänge von 0,404 μπι vermindert ist.

Dann wird die Probe A abgedeckt und die Goldschicht abgeschieden bzw. aufgedampft, deren Fortschritt über die Probe A nun weiter verfolgt wird, welche nicht mit Aluminium überdeckt ist, da sie maskiert ist. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis man eine Verminderung der Durchlässigkeit bei der Probe A um 30% erreicht hat, was 80 Sekunden dauert.

Die so gewonnenen Proben A und B werden aus der Glocke herausgenommen; man untersucht ihre Durchlässigkeit- und Reflexionseigenschaften als Funktion einer Wellenlänge. Die sich dabei ergebenden Kurven entsprechen denjenigen von F i g. 1.

Man entnimmt diesen Kurven den .Sonnenfaktor und den Luminanzfaktor für jede der Proben. Man ermittelt ieweils 0,59 und 0,60 für die Probe A und jeweils 0,64 und 0,70 für die Probe B.

Die Farbtönung der Probe B ist durch eine vorherrschende Wellenlänge von 0,570 μηι und durcl einen Reinheitslakior von 7% gekennzeichnet.

B e i s ρ i c I 2

ι Dieses Beispiel bezieht sich auf eine Aiisl'ührungsfom der Krl'indiing, gemäß der num. nachdem auf die Probt eine Primärschicht auf Basis von Aluminium und dam eine Schicht aus Gold aufgebracht worden ist, ein» dritte Schicht auf Basis von Aluminium aufträgt.

in Man verfährt zunächst wie im Beispiel I, wöbe jedoch der erste Auftrag (Aluminiumdämpfe) begrenz wird, um eine Verringerung der ursprünglicher Durchlässigkeit der Probe von nur 10% zu erhalten, unc dieser Vorgang nimmt 10 Sekunden in Anspruch. Dk

r, Goldabseheidung erfolgt dann wie nach dem vorherge henden Beispiel, bis man eine Verminderung dei Durchlässigkeit der Probe A von 30% erreicht hat, wa: 66 Sekunden erfordert. Man nimmt dann die zwciu Verdampfung des Aluminiums vor, bis eine nein

_><) Verminderung der Durchlässigkeit der Probe A um 25°/ί erhalten ist, was 22 Sekunden erfordert.

Das so gewonnene Muster wird aus der Glocke herausgenommen und hinsichtlich seiner optischer Eigenschaften untersucht.

>■-) Die sich dabei jeweils für die Durchlässigkeit und dk Reflexion T und Vergebenden Kurven sind in F ig. 2 dargestellt.

Der Sonnenfaktor liegt bei 0.56 und der Luminan/fak· tor bei 0,615.

ίο Die Farbtönung ist gekennzeichnet durch eine vorherrschende Wellenlänge von 0,54 μηι und durch einen Reinheitslaktor, der unterhalb 2% liegt, und die? entspricht praktisch einer neutralen Färbung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung für Bauten, wobei auf den ^r> Träger eine Aluminiumschicht und darauf eine Goldschicht in Form einer dünnen halbreflektiercnden Schicht unter Vakuum aufgedampft werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke dieser ersten Schicht derart gewühlt wird, daß sie für die Wellenlänge von 0,404 μιη zu einer Verringerung des Durchlaßkoeffizienten von 5 bis 30%, vorzugsweise von 15%, verglichen mit der Durchlässigkeit eines nichtüberzogenen Trägers führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- r> zeichnet, daß die Dicke der Primärüchicht auf Basis von Aluminium einer Verringerung des ursprünglichen Durchlaßkoeffizienten des Trägers von 25% entspricht und die Dicke der Goldschicht so gewählt wird, daß sie, wenn sie allein vorhanden wäre, zu >o einer Verringerung des DurchJaßkoeffizienten der behandelten Verglasung von 30% führen würde.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Goldschicht eine weitere Aluminiumschicht unter Vakuum r> aufgedampft wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Primärschicht auf der Basis von Aluminium einer Verringerung der ursprünglichen Durchlässigkeit des Trägers um etwa 10% entspricht und daß die Dicke der Goldschicht so gewählt wird, daß sie, wenn sie allein da wäre, zu einer Verringerung der Durchlässigkeit der behandelten Verglasung um etwa 30% führen würde, und daß die Dicke der letzten Schicht auf der Basis von Aluminium zu einer Verringerung der Durchlässigkeit der allein mit der Goldschicht überzogenen Verglasung um 25% führen würde.