DE2240509C3

DE2240509C3 - Verfahren zur Herstellung einer wärmedämmenden Verglasung

Info

Publication number: DE2240509C3
Application number: DE19722240509
Authority: DE
Inventors: Sabatino Sceaux Cohen
Original assignee: Saint Gobain Industries SA
Current assignee: Saint Gobain Industries SA
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1983-12-08
Also published as: NO132145C; DE2240509B2; FR2161738B1; DK143696C; GB1356774A; DE2240509A1; NO132145B; BE787777A; DK143696B; IT963782B; FR2161738A1; ES405936A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung für Bauten, wobei 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 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.

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

Die Herstellung solcher metallisierter Verglasungen erfolgt im allgemeinen nach der bekannten Technik des Vcrdampfens bzw. Aufdampfens unter Vakuum, wobei Gold das für Bauzwecken dienenden Verglasungcn am meisten verwendete Metall bildet. Die Goldschicht kann 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 Durchlaßkoeffizienten (beispielsweise 70%) im sichtbaren Bereich des Spektrums behält, erweist sich leider der Reflexionskoeffizient im Infrarotbereich als ungenügend dafür, daß sich die Verglasung nicht erhitzt und keine als »Klemmeffekt« bekannte unerwünschte Wirkung hervorruft Umgekehrt ist der Durchlaßkoeffizient der Verglasung, wenn die metallische Schicht ausreichend ist um den Klemmeffekt zu vermeiden, im sichtbaren Bereich zu gering, um eine ausreichende Raumbeleuchtung zu schaffen.

So kann man an Hand der Zahlenangaben durch Schröder in der Zeitschrift Glastechnische Berichte 39 (1966), 3, Seiten 156—163 feststellen, daß eine mit einer Goldschicht von etwa I00Ä versehene Verglasung ein Maximum der Durchlässigkeit in der Größenordnung von 65% im sichtbaren Bereich, dagegen im Infrarotbereich einen Reflexionskoeffizienten in der Größenordnung von 30% für 1,1 μπι zeigt, der eine abnehmende Tendenz hat, je mehr die Wellenlänge zunimmt

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

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 Wellenlängen von 0,5 bis 0,8 um transparenter ist als wenn die Goldschicht nicht vorhanden wäre.

Erreicht wird dies dadurch, daß die Dicke der ersten Schicht, das ist die der Aluminiumschicht, 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%. miil die Dicke der Goldschicht wird so gewählt, dal} sie. wenn sie allein vorhanden wäre, zu einer VuTiIIgCUiT¹ :.! s Durchl.il'kneffizienten der behandelten Vergb'··:■ ι von 30% iii! ■<τη würde.

Zwecki;i^:: ig scheidet man auf die Goldschicht eine weitere Aluminiunischicht unter Aufdampfen ab.

Es soll nicht verkannt werden, daß es aus der DE-AS 12 14 970 bekannt ist. die Dick'· der abgeschiedenen Schichten durch Messung der N ■:· -Durchlässigk 'it für eine gegebene Wellenlänge vorzunehmen.

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

Für Wellenlängen des Infrarot von mehr als 1.2 um ist clic Durchlässigkeit für diese mit den beiden Schichten iibcr/Dgcnc Verglasung wesentlich geringer als mit

einer Goldschicht allein.

Die wärmcdämmende Verglasung nach der Erfindung gestand ausreichende Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich, um eine geeignete Beleuchtungs- und Lichtstärke zu gewährleisten, die zugleich im Infrarotbereich 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 Primärschicht hervorruft, wenn man die oben angegebenen Dickenverhältnisse beachtet.

Diese Zahlenwerte gehen aus F i g. 1 hervor, die die Durchlässigkeitskurven (A und B) und die Reflexionskurven (A 1 und Bi) der goldmetallisierten Verglasungen in Funktion von der in μιη ausgedrückten Wellenlänge zeigt.

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

Genauer gesagt zeigt F i g. 1 die Durchlässigkeitskurven von zwei beschichteten Verglasungen, 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 μπι (Violettstrahlung von Quecksilber) gewählt hat.

Bei einem Vergleich der beiden Kurven A und B macht man die überraschende Feststellung, daß in sichtbaren Bereich die Durchlässigkeit der mit zwei übereinandergelegten Schichten aus Gold und Aluminium (Kurve ß^ versehenen Verglasung erheblich über der Durchlässigkeit der mit nur einer einzigen Schicht aus 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 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 Proben der Verglasung die Reflexionskurven A 1 und B 1. 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 μιη, für diejenige Probe zeigen, die zugleich die Primärschicht auf basis von Aluminium und die Goldschicht aufweist (Kurve B1).

Zur Anwendung in der Praxis können diese Resultate vorteilhafterweise in entsprechenden Werten des Sonnenfaktors und des Luminanzfaktors ausgedrückt werden. Diese Faktoren sind wie folgt definiert:

Sonnenfaktor =

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

Infrarotstrahlung)

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 Luminanzfaktoren auf:

Sonnenfaktor

Luminanzfaktor

Probe A
Probe B

59%
64%

60% 70%

Bekanntlich wird angestrebt, daß der Sonncnfaktor (der gewissermaßen die durchgelesene Wärmeenergie berücksichtigt) so wenig wie möglich erhöht sein soll.

während der Luminanzfaktor dagegen (der die Lichtbzw. Beleuchtungsstärke berücksichtigt) soweit wie möglich erhöht sein soll.

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.

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 Sonnenfuktoren der beiden Auftragsarten, wenn man es so einrichtet.

bo daß die beiden Proben den gleichen Luminanzfaktor haben, oder umgekehrt im Wege eines Vergleichs der Luminanzfaktorenbei gleichem Sonnenfaktor:

Feststehender Luminan/.fakior von 70%:
b5 Sonnenfaktor, mit der Goldschicht allein, ungefähr: 74%;

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

Feststehender Sonnenfaklor von 64%:

Luminanzlaktor. mil der Goldsehichi allein, ungcfähr.65%;

Luminanzfakior, mit der Priniärschichi aus Aluminium und der Goldschichl. ungefähr: 70%.

Aus der vorstehenden Aufstellung läßt sich ablesen, daß bei gleichem Luminanzfaktor die erfindungsgemäße Hinzufügung einer Primärschicht auf Basis von Aluminium den Sonnenfaktor verringert, das heißt verbessert, und daß bei gleichem Sonnenfaktor die Hinzufügung der Primärschicht den Luminanzfaktor 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 Hindurchtreten 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 G ebäudeverglasungen.

Ein weiterer bedeutender Vorteil ist in dem Umstand zu sehen, daß die Gegenwart der Primärschicht auf Basis von Aluminium die Erzielung einer besseren Reproduzierbarkeit der Farbtönung während der Herstellung gestattet, und die Reproduzierbarkeit ist naturgemäß ein wesentlicher Faktor bei der Herstellung von Gebäudeverglasungen.

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 Durchlässigkeitskoeffizient im sichtbaren Bereich und folglich der Luminanzfaktor 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 Metall nähert.

So weist eine Metallisierungsschicht, die eine Primärschicht auf Basis von Aluminium, deren Dicke eine Verringerung des Durchlässigkeitskoeffizienten um 11% zur Folge hat, und eine Goldschicht mit einer Dicke umfaßt, die zu einer Verminderung der Durchlässigkeit um 30% führt, einen spezifischen Leitungswiderstand von 18 Ohm pro cm² auf, während eine Goldschicht gleicher Dicke aüein einen spezifischen Leitungswiderstand von 8000 Ohm pro cm² aufweist.

Es wird folglich möglich. Verglasungen herzustellen. die als elektrische Leiter dienen und dennoch durchsichtig sind, so daß sie beispielsweise als Heizverglasungen in Gebäuden oder in Fahrzeugen verwendbar sind, wo sie als Zusatzheizung, als Heizung zum Verhindern des Beschlagens, als Entfrosterheizung oder dergleichen dienen.

Man kann auch vorteilhafierweise auf einer halbrcflektierenden Doppelschicht eine zweite Aluminiumschicht gemäß einem in der FR-PS 21 35 033 beschriebenen Verfahren aufbringen, indem man eine Primärschichi von relativ geringer Dicke verwendet, b5 und dies führt im Ergebnis zu einer Trennung der Schicht auf Basis von Aluminium in zwei Teile.

F i g. 2 zeigt die Durchlässigkeitskurve T und die Reflexionskurvc R in Funktion von der Wellenlänge für 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 halbrefleklicrenden Doppelschicht nach der Erfindung mit einer zweiten optischen Schicht auf Basis von Aluminium den paradoxen Vorteil auf. aas Haftvermögen des metallischen Überzuges zu verbessern, führt jedoch auch zu einem besseren Anpassungsvermögen bzw. Spielraum bei der Auswahl der endgültigen Farbtönung der Verglasung, wenn man diese beim Hindurchtreten von Licht betrachtet, für bestimmte Eigenschaften des Sonnenfaktors und des Luminanzfaktors.

Man weiß, daß sich die Farbtönung entsprechend den Berechnungsnormen, die 1931 durch die Commission Internationale de l'Eclairage aufgestellt wurden, durch ihre vorherrschende Wellenlänge und ihren Reinheitsfaktor bestimmen läßt. Diese Angaben werden in den nachfolgenden Beispielen verwendet, um die Farbtönung der Verglasungen zu kennzeichnen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die nach dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Verglasungen gestatten, soweit die optischen Eigenschaften -einer bestimmten Verglasung und im besonderen de/ Sonnenfaktor und der Luminanzfaktor betroffen sind, neue Eigenschaften zu erzielen, die man mit Hilfe der Technik gemäß der früheren, weiter oben erwähnten Patentschrift der Anmelderin nicht erreichen konnte.

Wenn man in einer grafischen Darstellung (Fig.3) die durch den Sonnenfaktor (an der Ordinate) und durch den Luminanzfaktor (an der Abszisse) bestimmten charakteristischen Eigenschaften der Verglasungen veranschaulicht, so ergibt sich, daß die Darstellungspunkte von Verglasungen, die sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen lassen, im Inneren eines vierseitigen Feldes liegen, deren Eckpunkte /, K, H, G durch die nachfolgenden Koordinaten bestimmt sind:

FL 0,83
J
/5 0,80

FL 0,83

FL 0,5? FL 0,52

FS 0,67 FS 0,39 FS 0,52

Im Hinblick auf die praktische Anwendung wird derjenige Bereich bevorzugt, der im Inneren des vierseitigen Feldes liegt, dessen Eckpunkte N, M. E B folgende Koordinaten haben:

FL 0,80 FL 0,80 Π. 0,60 FL 0,60
N Λ/ £ ß

/S 0,78 /S 0,65 /S 0,46 /S 0,59

In dem Diagramm sind die Bereiche ABED und FGHI dargestellt, die erreichbar sind durch das Verfahren gemäß der früheren, weiter oben erwähnten Patentschrift der Anmclderin. Man sieht, daß der die vorliegende Erfindung betreffende Bereich MNEB insgesamt außerhalb der von der früheren Patentschrift betroffenen Bereiche liegt.

Die Arbeitsweise bei der Durchführung der Erfindung wird durch die beiden nachstehenden Beispiele veranschaulicht:

Beispiel 1

Dieses Beispiel bezieht sich auf die beiden obenerwähnten behandelten Proben A und B. deren Durchlässigkeits- sowie Reflexionskurven in Fig. I dargestellt sind.

In eine Vakuumglocke für Vakuumabscheidung 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 μιη 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 Durchlässigkeits- 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 jeweils 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 μιη und durch einen Rcinhcitsfakior von 7% gekennzeichnet.

Beispiel 2

"> Dieses Beispiel bezieht sich auf eine Ausführungsform der Erfindung, gemäß der man. nachdem auf die Probe eine Primärschicht auf Basis von Aluminium und dann eine Schicht aus Gold aufgebracht worden ist. eine dritte Schicht auf Basis von Aluminium aufträgt.

ίο Man verfährt zunächst wie im Beispiel I₁ wobei jedoch der erste Auftrag (Aluminiumdämpfe) begrenzt wird, um eine Verringerung der ursprünglichen Durchlässigkeit der Probe von nur 10% zu erhalten, und dieser Vorgang nimmt 10 Sekunden in Anspruch. Die Goldabscheidung erfolgt dann wie nach dem vorhergehenden Beispiel, bis man eine Verminderung der Durchlässigkeit der Probe A von 30% erreicht hat. was 66 Sekunden erfordert. Man nimmt dann die zweite Verdampfung des Aluminiums vor, bis eine neue Verminderung der Durchlässigkeit der Probe A um 25% erhalten ist, was 22 Sekunden erfordert.

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

Die sich dabei jeweils für die Durchlässigkeit und die Reflexion Γ und R ergebenden Kurven sind in Fig. 2 dargestellt.

Der Sonnenfaktor liegt bei 0,56 und der Luminanzfaktor bei 0,615.

Die Farbtönung ist gekennzeichnet durch eine vorherrschende Wellenlänge von 0.54 μιη und durch einen Reinheitsfaktor, der unterhalb 2% liegt, und dies entspricht praktisch einer neutralen Färbung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patenianspruche:

1. Verfahren zum Herstellen einer wärmedämmenden Verglasung für Bauten, wobei auf den Träger eine Aluminiumschicht und darauf eine Goldschicht in Form einer dünnen halbreflektierenden Schicht unter Vakuum aufgedampft werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke dieser ersten Schicht derart gewählt wird, daß sie für die Wellenlänge von 0,404 μπι 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 gekennzeichnet, daß die Dicke der Primärschicht 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 einer Verringerung des Durchlaßkoeffizienten der behandelten Verglasung von 30% führen würde.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Goldschicht eine weitere Aluminiumschicht unter Vakuum 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.