DE2820678A1

DE2820678A1 - Waermestrahlung reflektierendes glas

Info

Publication number: DE2820678A1
Application number: DE19782820678
Authority: DE
Inventors: M Kenji Fujiwara; M Kazuo Goto
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2820678C2; IT1095021B; BR7803091A; ES469931A1; JPS53141318A; BE867126A; IT7823180A0; FR2391173A1; FR2391173B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmestrahlung reflektierendes Glas, zu dessen optischen Eigenschaften ein befriedigendes Reflexionsvermögen für Wärmestrahlung, ein Gesamtreflexionsfaktor für sichtbare strahlung über 40 % und ein Gesamttransmissionsfaktor für sichtbare Strahlen über 25 % gehören.

Seit einigen Jahren hat sich der Einsatz von Wärmestrahlung reflektierenden Gläsern als Verglasungen, die Wirtschaftlichkeit des Heizens und Kühlens von Gebäuden und Fahrzeugen ermöglichen und in ihrem Inneren eine angenehme Umgebung unter Herabsetzung der Durchlässigkeit der Wärme und des Lichts durch die Scheiben zu erzielen erlauben, rasch entwickelt. Eine andere Verwendung besteht darin, die Gläser als Verglasungen mit schönem äußerem Aussehen zu verwenden, was es ermöglicht, dank ihres Spiegeleffekts im Bereich der sichtbaren Strahlung eine neue Architektur zu entwickeln.

Zur Erzielung einer wirtschaftlichen Wärme- und Kühlwirkung verwendet man im allgemeinen Verglasungen, die Wärmestrahlung reflektieren und aus Glasscheiben bestehen, die mit einem Metallfilm des Cr, Al, Ni, Cu, Ag, Au usw. überzogen sind, oder gefärbtes-Glas» das mit einem Metalloxidfilm (Pe, Co, Cr, Ni, Ti, Sn usw.) überzogen ist.

Jedenfalls muß zur Erlangung einer angenehmen Umgebung in einem Innenraum der Transmissionsfaktor der sichtbaren

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Strahlung über 25 % liegen.

Unter den oben erwähnten Gläsern sind die, die einen Transmissionsfaktor für sichtbare Strahlung über 25 % und ein befriedigendes Reflexionsvermögen für Wärmestrahlung aufweisen, Gläser, die mit einem Au- oder Cu-FiIm überzogen sind. Diese beiden Filme besitzen geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen und chemischen Einwirkungen. Aus diesem Grunde werden diese Gläser in Form von Mehrfachverglasungen oder Verglasungen mit mehreren Scheiben verwendet. Sie konnten nicht alleine verwendet werden, sondern werden so hergestellt, daß der Film einer anderen Scheibe ohne Film gegenüberliegt.

Bringt man, um aufgrund des Spiegeleffekts ein schönes Aussehen zu erzielen, den Reflexionsfaktor für sichtbare Strahlung dieser Wärmestrahlung reflektierenden Gläser mit einem Cu- oder Au-FiIm auf über 40 %_t fällt der Transmissionsfaktor dieser sichtbaren Strahlung unter 25 %. Folglich eigneten sich diese Gläser nicht dafür, eine angenehme Umgebung in Innenräumen zu erzielen.

Dennoch gibt es nach einem Vorschlag aus jüngerer Zeit ein Glas, das einen Silicium-Oberflächenfilm verwendet und folgende ausgezeichnete Eigenschaften zeigt: Der Transmissionsfaktor für sichtbare Strahlung liegt über 25 %_t "und der Reflexionsfaktor der sichtbaren Strahlung liegt über 40 %. Dieses reflektierende Siliciumglas weist jedoch noch bestimmte Nachteile auf, und man kann es nicht als einfache Verglasung verwenden, denn der Siliciumfilm wird von Alkalien angegriffen; man ist also gezwungen, eine Doppelverglasung oder eine Verglasung mit mehreren Scheiben ebenso wie die Wärmestrahlung reflektierenden Au- oder Cu-Gläser zu verwenden.

Die Erfindung macht die Herstellung eines Glases möglich, das in Form einer einfachen Verglasung mit Reflexionsvermögen für Wärmestrahlung, einem Spiegeleffekt und einem ge-

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eigneten Transmissionsfaktor für sichtbare Strahlung verwendbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmestrahlung reflektierendes Glas, das sich aus einer Scheibe Tafelglas, überzogen mit einem ersten Oberflächenfilm, der hauptsächlich aus Silicium besteht, sodann mit einem zweiten Film, der hauptsächlich aus wenigstens einem der Oxide des Titans, Aluminiums, Siliciums, Zinns, Wismuts, Indiums, Cers und Zirkons besteht, zusammensetzt.

Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Bildung des ersten. Films aus Silicium auf der Oberfläche eines Tafelglases in einer sauerstoffreien Atmosphäre nach der Vakuumabscheidungsmethode oder der Dampfphasenabscheidungsmethode. Dann erfolgt im Rahmen der Erfindung die Bildung des zweiten Films aus Metalloxid, der hauptsächlich aus wenigstens einem der Oxide TiO₂, AIpO, usw. besteht, auf dem ersten Film aus Silicium in oxydierender Atmosphäre durch Aufbringen einer Lösung, die eine zu dem vorgesehenen Metalloxid thermisch zersetzbare Me tall verbindung enthält,, auf den ersten, bereits auf dem Tafelglas abgeschiedenen Film, während das Glas bei einer Temperatur von 400 bis 640⁰C gehalten wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung verwendet man als zweiten Film, als Metalloxid, einen Film, der sich aus wenigstens einem der Metalloxide TiO₂, SiO₂, Al₂O,, SnO₂, Bi₃O₅, In₂O₅, CeO₂, ZrO₂ usw. besteht, vorzugsweise einen Film aus TiO₂, Al₂O₅, SiO₂, SnOg. Der Metalloxidfilm kann außerdem eine geringe Menge MnO, Cr₂O₅ oder Fe₂O₅ enthalten. Ferner ist im Rahmen der Erfindung die Dicke des Siliciumsfilms vorzugsweise 300 bis 400 A und die des Metalloxidfilms 150 bis 1000 A und vorzugsweise 300 bis 500 A.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Wärmestrahlung reflektierenden Glases, das als Einfachverglasimg mit hoher chemischer und mechanischer Widerstandsfähigkeit ohne

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Veränderung der Eigenschaften des Siliciumfilms verwendbar ist, denn der zweite Film, der hauptsächlich aus einem Metalloxid besteht und ausgezeichnete optische Eigenschaften besitzt und sehr widerstandsfähig ist, bedeckt den ersten JiIm, der hauptsächlich aus Silicium besteht und ausgezeichnete optische Eigenschaften aufweist.

Außerdem ermöglicht die Erfindung die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Wärmestrahlung reflektierenden Glases, d.h., sie macht es möglich, eine höhere Widerstandsfähigkeit zu erlangen als im Falle einer direkten Oxidfilmabscheidung auf dem Glas, denn die Gegenwart des ersten Films, der hauptsächlich aus Silicium besteht, zwischen dem Glas und dem zweiten Film aus Metalloxid schützt diesen Tor dem Angriff der im Glas befindlichen Natriumionen.

Das Wärmestrahlung reflektierende Glas besitzt ausgezeichnete optische Eigenschaften und hohe chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit, wenn man zur Herstellung des Metalloxidfilms ein oder zwei Oxide der Gruppe TiO₂ι Al₂O, und SiO₂ verwendet.

Ferner kann im Rahmen der Erfindung und zur Erlangung eines Wärmestrahlung reflektierenden Glases mit hoher Widerstandsfähigkeit und gleichförmigen optischen Eigenschaften der Metalloxidfilm eine geringe Menge MnO, Cr₂O₅ oder Fe₂O₅ enthalten.

Schließlich kann man besonders gute optische Eigenschaften erzielen, wenn der erste Film aus Silicium und der zweite Film aus Metalloxid gemäß der Erfindung jeweils eine Dicke von 500 bis 400 A bzw. 300 bis 500 A haben.

Nachfolgend finden sich einige erfindungsgemäße Beispiele unter Bezugnahme auf die Figuren; von diesen zeigt .

Fig. 1 ein Schema im Schnitt, das eine Anlage zur Herstellung von Wärmestrahlung reflektierenden Gläsern darstellt;

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Fig. 2 eine Darstellung eines Wärmestrahlung reflektierenden Glases und

Fig. 3 die optischen Eigenschaften, den Koeffizienten der Transmission (T) und des Reflexionsvermögens (R) der Wärmestrahlung reflektierenden Gläser im Vergleich mit dem herkömmlichen Erzeugnis.

Aus einem Glasschmelzofen 1 fließt schmelzflüssiges Glas in einen Behälter 3, der ein Bad geschmolzenem Zinn 4 enthält. In dem Behälter 3 herrscht eine Atmospähre wasserstoffhaltigen Stickstoffs. Das Glas wird auf dem geschmolzenen Zinn 4 von etwa 1000 auf etwa 600⁰C abgekühlt und in ein Glasband 2 überführt.

Dann bewegt sich dieses Band, ganz von einer Ausziehwalze und einem WaIzenförderer 6 getragen, gegen einen Rollenkühlofen 7.

Dort, wo die Temperatur des Glasbandes 2 auf dem Weg durch den Behälter 3 auf 640 bis 620⁰C sinkt, bläst man über die ganze Oberfläche dieses Glasbandes aus einer Leiten 8, deren Austrittsöffnung die gesamte Breite überdeckt, ein erhitztes, Silandämpfe enthaltendes Inertgas. Durch Zersetzung des Silans scheidet sich ein Film 15 elementaren Siliciums auf der Oberfläche des Glasbandes ab.

Die noch nicht zersetzten Dämpfe und die verbrauchten, aus der Zersetzung stammenden Gase werden aus dem Metallschmelzbadbehälter 3 mit Hilfe einer Absaugleitung 9 abgesaugt.

Die Innenwand der Leitung 8 wird durch Wasserkühlung bei etwa 50⁰C gehalten, so daß die Silandämpfe sich dort nicht zersetzen.

Die Leitung 8 und die Leitung 9 sind auf einem Träger 10 angebracht, der in Richtung der Breite des Glasbandes in einstellbarer Höhe getragen wird, um den Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Leitung und der Glasoberfläche so zu regeln, daß ein Film 15 elementaren Siliciums vorgesehener Dicke erhalten wird.

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Das mit dem Siliciumfilm überzogene Glasband 2 wird aus dem Behälter abgezogen, und zu einer Station 11 zur Abscheidung eines Metalloxidfilms geführt. Letztere besteht aus einer Abzugshaube 12, einer Pistole 13, die eine waagerechte alternierende Bewegung quer zur Bewegungsrichtung des Glases ausführt, und einem Paar Abgasleitungen 14, 14', die an beiden Seiten der Bahn der Pistole 13 angebracht ist.

Mit Hilfe der Pistole 13 sprüht man eine Lösung, die.sich durch thermische Zersetzung in ein Metalloxid umwandelt, auf die Oberfläche des Glasbandes 2, das bereits mit Silicium überzogen ist und den Abschnitt 11 mit einer Temperatur von 640 bis 580⁰C erreicht. So scheidet sich ein Metalloxidfilm 16 ab. Noch unzersetzte Metallverbindungen und Abgase werden aus dem Abscheidungsabschnxtt mit Hilfe von Abgasleitungen 14, 14' und der Abzugshaube 12 evakuiert.

Dann erreicht das mit dem Siliciumfilm 15 und dem Metalloxidfilm 16 bedeckte Glasband 2 den Rollenkühlofen 7 und wird wie ein gewöhnliches Scheibenglas gekühlt bzw. entspannt. Dann wird es in Wärmestrahlung reflektierende Nasscheiben, wie in Fig. 2 angegeben, geschnitten.

Die Leitung 8 wurde zum Beispiel dort angebracht, wo die Oberflächentemperatur des Glasbandes 2 von 6 mm Dicke, mit einer Geschwindigkeit von 5,5 m/min über das Zinnschmelzebad 4 gezogen, 620⁰C betrug, und sie wurde mit wasserstoffhaltigem, mit 3,5 Volumenprozent Minosilan, SiH-, beladenem Stickstoff bei einem Durchsatz von

^ O

120 1/min versorgt. Es wurde ein Siliciumfilm von 34 0 A Dicke erhalten .

Dann wurde in der Station 11 für die Abscheidung des Metalloxidfilms, während die Glastemperatur auf 560⁰C fiel, eine Xylol-Lösung zerstäubt, die 30 Volumenprozent Txtanacetylacetonat enthielt, und zwar bei einem Durchsatz von 650 cm³/min, und es wurde unter Bedekkung des Siliciumfilms ein

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Titanoxidfilm von 510 Ä Dicke erhalten. So wurde eine erfindungsgemäße Probe I erhalten.

Ebenso wurde unter Erhöhung der Zerstäubungsdosis der Xylol-Lösung mit Titanacetylacetonat eine erfindungsgemäße Probe II erhalten, in der der Titanoxidfilm eine Dicke von 510 A besaß.

Fig. 3 zeigt jeweils die Koeffizienten der Transmission, T₁, T₂, T, und des Reflexionsvermögens R₁, R

I und II und einer Probe eines herkömmlichen Erzeugnisses.

R, der Proben

Die optischen Eigenschaften und die Widerstandsfähigkeit der Proben I und II und der herkömmlichen Probe finden sich in der folgenden Tabelle:

Tabelle

	Probe I	Probe II	herk. Probe
Si-Filmdicke (A)	340	340	340
Metalloxid-Filmdicke (A)	310	510	0
Transmission
dominierende Wellenlänge (nm)	579	579	579
Helligkeit (%)	33,6	34,5	30,4
Reinheit (%)	19,7	13,1	33,8
Gesamt-Transmissionskoeffizient der Sonnenstrahlung (96)	40,8	40,1	40,5
Reflexion
dominierende Wellenlänge (nm)	568	572	486
Helligkeit (%)	51,4	49,8	52,9
Reinheit (%)	8,1	19,1	4,8

Gesamt-Transmissionskoeffizient der Sonnenstrahlung (%)	37,1	36,8	37,2
Wärmeisolationskoeffizient	0,52	0,52	0,52
eingetaucht in HCl (RT) eingetaucht in NaOH (RT)	A B	A ■ A	A C

Abnutzung* (Zahl der Umläufe)

300

600

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⁺ Zahl der Umläufe eines Geräts zur Erprobung der Abnutzung, das sich drehte, bis die Proben bis zu einem bestimmten Grad beim Abnutzungstest mit einem feuchten Schleifmittel und unter einer Last von 600 g/cm abgenutzt waren.

A : keinerlei Anomalie festgestellt; B : nach 10 Tagen hat sich der Film teilweise gelöst; C : nach 2 h hat sich der Film abgelöst.

Aus der Tabelle ist abzuleiten, daß im Vergleich mit dem herkömmlichen Erzeugnis die Alkalibeständigkeit der Proben I und II stark verbessert wurde. Ebenso ist aus ihr und der Fig. 3 abzuleiten, daß die Proben I und II eine beträchtliche Schwächung des dominierenden Brauns und eine Erhöhung der Helligkeitstransmission mit einem Gesamt-Transmissionsfaktor der Sonnenstrahlung, der von dem des herkömmlichen Produkts nicht mehr so sehr verschieden ist, aufweisen. Das reflektierte Licht ist leicht gelber, aber das Reflexionsvermögen sinkt nur um 2 bis 3 % gegenüber dem des herkömmlichen Erzeugnisses.

Ferner unterscheidet sich der Wärmeisolationskoeffizient der Proben I und II, der die Wärmeisolierfunktion repräsentiert, nicht von dem des herkömmlichen Erzeugnisses, obgleich er einen TiOg-FiIm aufweist. Diese Proben zeigen gute Leistungsfähigkeit als Wärmestrahlung reflektierendes Glas.

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Claims

13?U Herne 1, 8000 München 40,

Postfach 1140 Ulpi.-<H3. K. »1. OZM P«t.-Anw. Belzltr

DIpl.-Phys. Eduard Betzier ro

⁵¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl seaoia

Telogrammanschrifl: Tolagrammanschrllt:

Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babotzpat München

Telex 082298S3 Telex 5215360

'" 1 C O Z U D / O Binkkonten:

Bayerische Vereinsbank MOnchen 952287 Dresdner Bank AG Harne 7-520499 Postscheckkonto Dortmund 55865-467

Ret.: M 6279 DrPr,

In der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

München

SAINT-GOBAIN INDUSTRIES 62,Bd Victor Hugo

F92209 NEUIIlY SUR SEINE/Frankreich

Wärmestrahlung reflektierendes Glas

Patentansprüche

Wärmestrahlung reflektierendes Glas, dadurch gekennzeichnet, daß es sich aus einer Tafelglasscheibe, die mit einem ersten EiIm,der hauptsächlich aus dem Element Silicium besteht, sodann mit einem zweiten Film, der hauptsächlich aus wenigstens einem der Oxide des Titans, Aluminiums, Siliciums, Zinns, Wismuts, Indiums, Cers und Zirkoniums "besteht, bedeckt ist, zusammensetzt.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Film ein Oxidfilm des Titans, Aluminiums, Siliciums oder Zinns ist.

3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Metalloxidfilm außerdem eine geringe Menge Mangan-, Chrom- oder Eisenoxid enthält.

4. Glas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Film eine Dicke von 500 bis 400 A und der zweite Film eine Dicke von 300 bis 500 A. aufweist.

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