DE3854798T2 - Schwach reflektierende Bronze-Beschichtung - Google Patents
Schwach reflektierende Bronze-BeschichtungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Technik für transparente Beschichtungen und spezieller auf mehrlagige, farbige, transparente Beschichtungen auf einem Glassubstrat, besonders zur Anwendung auf architektonischen Glasfabrikaten.
- Architektonische Glasfabrikate mit metallischen und/oder Metalloxidfilmen werden zunehmend wichtiger, da der Energiebedarf für Heizen und Kühlen immer teurer wird. Beschichtete architektonische Glasfabrikate fallen unter zwei Kategorien, beschichtete Fabrikate zur Kontrolle von Sonnenenergie sowie beschichtete Fabrikate mit hohem Lichtdurchlaßgrad und niedrigem Emissionsvermögen.
- Glasfabrikate zur Kontrolle von Sonnenenergie sind im allgemeinen Glassubstrate, häufig getönt, die mit einem farbigen Film mit hohem Reflexionsgrad und niedrigem sichtbarem Lichtdurchlaßgrad beschichtet sind, der den Sonnenenergiedurchlaßgrad durch die Fenster in das Gebäudeinnere reduziert, wodurch sich die Kosten für Klimatisierung verringern. Diese Fabrikate sind in warmen Klimazonen sehr effektiv und werden sehr oft bei Geschäftsgebäuden angetroffen. In Gebieten, in denen Heizungskosten von größerem Interesse sind, besonders im Wohnungsbau, sind Beschichtungen mit hohem Lichtdurchlaßgrad und niedrigem Emissionsvermögen wünschenswert, um einen hohen Lichtdurchlaßgrad an sichtbarem Licht in das Innere zu ermöglichen, während die Infrarotstrahlung reflektiert wird, um die Wärme innerhalb des Gebäudes zu halten. Beschichtungen mit hohem Lichtdurchlaßgrad und niedrigem Emissionsvermögen sind typischerweise mehrlagige Filme, bei denen ein infrarotreflektierendes Metall, wie zum Beispiel Silber, Gold oder Kupfer schichtenweise zwischen antireflektierende Metalloxidschichten, wie zum Beispiel Bismuth-, Indium- und/oder Zinnoxide, gebracht wird. Andererseits sind Filme zur Kontrolle von Sonnenenergie typischerweise einlagige Filme aus einem oder mehreren Metallen oder Metalloxiden, wie zum Beispiel Kobalt, Eisen, Chrom, Nickel, Kupfer usw.
- Chemische Naßverfahren für die Herstellung metallischer Filme zur Kontrolle von Sonnenenergie sind aus den U.S.-Patenten 3.846.152, 4.091.172, 3.723.158 und 3.457.138 gut bekannt. Pyrolytische Verfahren für die Herstellung von Metalloxidfilmen zur Kontrolle von Sonnenenergie sind aus den U.S.-Patenten 3.660.061, 3.658.568, 3.978.272 und 4.100.330 gut bekannt.
- Zerstäubungstechniken zur Herstellung von mehrlagigen Beschichtungen mit hohem Lichtdurchlaßgrad und niedrigem Emissionsvermögen sind in den U.S.-Patenten Nr. 4.462.884 und 4.508.789 offenbart. Zerstäubungstechniken für die Herstellung von Filmen zur Kontrolle von Sonnenenergie sind in den U.S.-Patenten Nr. 4.512.863 und 4.594.137 offenbart.
- Das U.S.-Patent Nr. 4.022.947 von Grubb et al. offenbart eine transparente Platte, die einen gewünschten Teil an sichtbarer Strahlung durchlassen kann, während sie einen großen Teil direkter Sonnenstrahlung reflektiert, sowie ein Verfahren für ihre Herstellung durch Zerstäuben einer Eisen-, Nickel- und Chromlegierung, um einen transparenten Metallfilm zu erhalten, und durch reaktives Zerstäuben der gleichen oder einer ähnlichen Legierung unter Anwesenheit von Sauerstoff, um einen Oxidfilm zu bilden. Bei einer bevorzugten Ausführung liegt der Metalloxidfilm zwischen dem Substrat und dem Metallfilm. Das Beispiel 11 stellt das einzige spezifische Beispiel für die letztere bevorzugte Ausführung dar. In diesem Beispiel wird ein Film aus rostfreiem Stahloxid auf einem Glassubstrat zerstäubt und ein Metallfilm aus rostfreiem Stahl wird auf dem besagten Oxidfilm zerstäubt. Aus der Abbildung 8 geht hervor, daß das beschichtete Glas sowohl im Licht- als auch im Infrarotwellenlängenbereich einen hohen Reflexionsgrad von ungefähr 50 % an der Filmseite aufweist, während die Reflexion an der unbeschichteten Glasseite in beiden besagten Wellenlängenbereichen gut unter 20 % liegt. Deswegen hat solch eine transparente Platte bei Verwendung als architektonisches Glas von innen her ein spiegelähnliches Aussehen, während sie von außen nur mäßig eine Infrarotstrahlung reflektiert.
- Die EP-A- 1.185.314 offenbart einen Fabrikationsartikel für das Reflexionsvermögen von Sonnenenergie, der ein transparentes Substrat, einen transparenten Film eines neutralen Metalloxids, das durch Absorption Farbe sowie Interferenzeffekte liefert, und einen darauf aufgebrachten, hochreflektierenden, transparenten Metallfilm umfaßt. Die Beispiele zeigen, daß ein Artikel entsprechend dieser Referenz auf der Filmseite spiegelähnliche Eigenschaften aufweist, und in einigen Fällen auch auf der Glasseite.
- Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen bronzefarbenen Film zur Kontrolle von Sonnenenergie, der einen niedrigen Reflexionsgrad und einen niedrigen Lichtdurchlaßgrad aufweist und mittels Kathodenzerstäubung, vorzugsweise Magnetronzerstäubung, auf ein Glassubstrat aufgebracht wird. Der Film besteht aus einer Schicht eines Metallegierungsoxids und einer Schicht einer neutralen Metallegierung. Die Metallegierungsoxidschicht sorgt für Farbe und einen niedrigen Reflexionsgrad, während die Metallegierungsschicht einen neutralen niedrigen Lichtdurchlaßgrad liefert.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Zurverfügungstellen eines Fabrikationsartikels zur Kontrolle von Sonnenenergie, der folgendes einschließt:
- (a) ein Glassubstrat,
- (b) einen transparenten Film aus einem rostfreien Stahloxid, der Farbe sowie einen niedrigen Reflexionsgrad aufweist und auf eine Oberfläche des besagten Substrats (a) aufgetragen ist, und
- (c) einen transparenten Film aus einer Nickel- oder Chrom- Metallegierung, der einen neutralen niedrigen Reflexionsgrad sowie einen neutralen niedrigen Lichtdurchlaßgrad aufweist und auf besagten Film (b) aufgetragen ist,
- wobei die besagten Filme (b) und (c) in Kombination mit dem Substrat (a) einen beschichteten transparenten Artikel zur Verfügung stellen, der Farbe, einen niedrigen Reflexionsgrad und einen neutralen niedrigen Lichtdurchlaßgrad aufweist.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Zurverfügungstellen einer Methode zur Herstellung eines Fabrikationsartikels für die Kontrolle von Sonnenenergie, wobei diese Methode folgende Schritte umfaßt:
- (b) das Zerstäuben eines transparenten Films aus einem rostfreien Stahloxid auf einer Oberfläche eines Glassubstrats (a), der Farbe und einen niedrigen Reflexionsgrad aufweist, und
- (c) das Zerstäuben eines transparenten Films aus einer Nickel- oder Chrom-Metallegierung über den besagten Film (b), der einen neutralen niedrigen Reflexionsgrad und einen neutralen niedrigen Lichtdurchlaßgrad aufweist,
- wobei die besagten Filme (b) und (c) in Kombination mit dem Substrat (a) einen beschichteten transparenten Artikel zur Verfügung stellen, der Farbe, einen niedrigen Reflexionsgrad und einen neutralen niedrigen Lichtdurchlaßgrad aufweist.
- Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Glasoberfläche zuerst mit einer Schicht eines rostfreien Stahloxids überzogen, indem ein rostfreies Stahlkathodentarget in einer oxidierenden reaktiven Atmosphäre zerstäubt wird. Die mit dem rostfreien Stahloxid beschichtete Oberfläche wird dann weiter mit einer Schicht einer neutralen Metallegierung überzogen, indem ein Nickellegierungstarget in einer nichtreaktiven Atmosphäre, die Argon enthält, zerstäubt wird. Die relativen Stärken der Überzugsschichten können zum Erzielen einer Vielfalt visueller Effekte verändert werden. Insbesondere kann die Stärke der neutralen Metallschicht variiert werden, um den Lichtdurchlaßgrad zu erhöhen oder zu vermindern, ohne daß sich die Farbe oder der Reflexionsgrad an der Glasseite wesentlich verändern.
- Bei einer spezifischen Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält das rostfreie Stahloxid des Films (b) Eisen, Chrom, Nickel und Molybdän. Eine bevorzugte Nickelmetallegierung des Films (c) enthält Nickel, Chrom und Eisen. Alternativ enthält die Nickelmetallegierung Nickel, Chrom, Eisen und Niobium. Eine geeignete Nickelmetallegierung ist als Inconel bekannt. Bei einer am meisten bevorzugten Ausführung werden Schichten aus rostfreiem Stahloxid und Inconell-Metallegierung zur Herstellung einer bronzefarbenen Beschichtung kombiniert. Die vorliegende Erfindung wird weiter durch die Beschreibung des folgenden spezifischen Beispiels deutlich.
- Eine mehrlagige Beschichtung aus rostfreiem Stahloxid und einer Nickelmetallegierung wird unter den folgenden Bedingungen in einem Durchgang mit aufeinanderfolgenden multiplen Kathoden auf ein Glassubstrat aufgebracht. Ein sauberes Glassubstrat wird in einer Vakuumkammer in einer Atmosphäre von 50 Prozent Sauerstoff und 50 Prozent Argon bei einem Druck von 3 Millitorr gehalten. Eine rostfreie Stahlkathode mit einem Targetoberflächenbereich von 106 zu 15 Zoll (ungefähr 2,74 zu 0,4 Meter) wird mit 98 Kilowatt geladen. Mit einer Fördergeschwindigkeit von 93 Zoll (2,36 Metern) pro Minute wird eine Beschichtung aus rostfreiem Stahloxid in einer Stärke aufgetragen, die den Lichtdurchlaßgrad des 1/4 Zoll (ungefähr 6 Millimeter) starken, sauberen Floatglassubstrats von 90 Prozent auf 59 Prozent herabsetzt. Die in diesem Beispiel verwendete rostfreie Stahlzusammensetzung besteht aus der 316- Legierung, die 68 Prozent Eisen, 17 Prozent Chrom, 12 Prozent Nickel und 2,25 Prozent Molybdän enthält. Nachfolgend wird eine Nickellegierungskathode in einer inerten Argonatmosphäre bei 3 Millitorr zerstäubt. Mit der gleichen Fördergeschwindigkeit und einer Ladung von 7 Kilowatt wird eine Nickellegierungsbeschichtung über der Reschichtung aus rostfreiem Stahloxid aufgetragen, wodurch der Lichtdurchlaßgrad weiter auf 16,8 Prozent vermindert wird. Die in diesem Beispiel verwendete Nickellegierung ist Inconel 625, die 62,6 Prozent Nickel, 20 Prozent Chrom, 6,85 Prozent Eisen und 3,95 Prozent Niobium sowie zusätzlich Spuren (weniger als ein Prozent) von Tantal, Kohlenstoff, Mangan, Eisen, Schwefel, Silizium, Kupfer, Aluminium und Titan enthält. Wenn der beschichtete Artikel Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird, oxidiert die Oberfläche der Nickellegierungsbeschichtung leicht, wodurch der Lichtdurchlaßgrad erhöht wird. Der beschichtete Artikel hat auf der Glasseite einen niedrigen Reflexionsgrad und ein bronzefarbenes Aussehen. Auf der Glasseite beträgt die Lichtdurchlässigkeit beträgt ungefähr 20 Prozent und das Lichtreflexionsvermögen des beschichteten Artikels beträgt ungefähr 14 Prozent. Die reflektierende Farbe ist Bronze mit Farbwertanteilen von x = 0,3401 und y = 0,3518.
- Das obige Beispiel wird nur zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung gegeben. Verschiedene andere farbige Metallegierungsoxide können zusammen mit neutralen Metallen mit niedrigem Reflexionsgrad, wie zum Beispiel Chromlegierungen, verwendet werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Patentansprüche definiert.
Claims (12)
1. Ein Fabrikationsartikel zur Kontrolle von
Sonnenenergie, der folgendes einschließt:
(a) ein Glassubstrat,
(b) einen transparenten Film aus einem rostfreien
Stahloxids, der Farbe sowie einen niedrigen Reflexionsgrad
aufweist und auf eine Oberfläche des besagten Substrats (a)
aufgetragen ist, und
(c) einen transparenten Film aus einer Nickel- oder
Chrom-Metallegierung, der einen neutralen niedrigen
Reflexionsgrad sowie einen neutralen niedrigen
Lichtdurchlaßgrad aufweist und auf besagten Film (b)
aufgetragen ist,
wobei die besagten Filme (b) und (c) in Kombination
mit dem Substrat (a) einen beschichteten transparenten
Artikel zur Verfügung stellen, der Farbe, einen niedrigen
Reflexionsgrad und einen neutralen niedrigen
Lichtdurchlaßgrad aufweist.
2. Ein Fabrikationsartikel wie in Anspruch 1
beansprucht, bei dem das besagte rostfreie Stahloxid des
Films (b) Eisen, Chrom, Nickel und Molybdän enthält.
3. Ein Fabrikationsartikel wie in den Ansprüchen 1
oder 2 beansprucht, bei dem die besagte
Nickelmetallegierung des Films (c) Nickel, Chrom und Eisen
enthält.
4. Ein Fahrikationsartikel wie in den Ansprüchen 1
oder 2 beansprucht, bei dem die besagte
Nickelmetallegierung des Films (c) Nickel, Chrom, Eisen und
Niobium enthält.
5. Eine Methode zur Herstellung eines
Fabrikationsartikels zur Kontrolle von Sonnenenergie, wobei
die besagte Methode folgende Schritte umfaßt:
(b) das Zersläuben eines transparenten Films aus
einem rostfreiem Stahloxid auf einer Oberfläche eines
Glassubstrats (a), der Farbe und einen niedrigen
Reflexionsgrad aufweist, und
(c) das Zerstäuben eines transparenten Films aus
einer Nickel- oder Chrom-Metallegierung über den besagten
Film (b), der einen neutralen niedrigen Reflexionsgrad und
einen neutralen niedrigen Lichtdurchlaßgrad aufweist,
wobei die besagten Filme (b) und (c) in Kombination
mit dem Substrat (a) einen beschichteten transparenten
Artikel zur Verfügung stellen, der Farbe, einen niedrigen
Reflexionsgrad und einen neutralen niedrigen
Lichtdurchlaßgrad aufweist.
6. Die Methode wie in Anspruch 5 beansprucht, in der
das Zerstäuben magnetisch verstärkt wird.
7. Die Methode wie in den Ansprüchen 5 oder 6
beansprucht, in der der besagte rostfreie Stahl in einer
oxidierenden reaktiven Atmosphäre zerstäubt wird.
8. Die Methode wie in irgendeinem der Ansprüche 5
bis 7 beansprucht, in der der besagte rostfreie Stahl des
Films (b) Eisen, Chrom, Nickel und Molybdän enthält.
9. Die Methode wie in irgendeinem der Ansprüche 5
bis 8 beansprucht, in der die besagte Nickelmetallegierung
in einer nichtreaktiven Atmosphäre zerstäubt wird.
10. Die Methode wie in Anspruch 9 beansprucht, in der
die besagte inerte Atmosphäre Argon enthält.
11. Die Methode wie in irgendeinem der Ansprüche 5
bis 10 beansprucht, in der die besagte Nickelmetallegierung
des Films (c) Nickel, Chrom und Eisen enthält.
12. Die Methode wie in irgendeinem der Ansprüche 5
bis 10 beansprucht, in der die besagte Nickelmetallegierung
des Films (c) Nickel, Chrom, Eisen und Niobium enthält.
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Owner name: PPG INDUSTRIES OHIO, INC., CLEVELAND, OHIO, US |
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