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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Abscheiden von Beschichtungen
auf einem Substrat (z. B. einer Glasplatte oder einem kontinuierlichen
Floatglasband) sowie nach den Verfahren hergestellte Gegenstände.
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2. Technische Überlegungen
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Für viele
Substrate, z. B. Glassubstrate wie Gebäudefenster, Automobilfenster
und Flugzeugfenster, ist es für
eine gute Sicht wünschenswert, dass
die Oberfläche
des Substrats im Wesentlichen frei von Oberflächenverunreinigungen wie üblichen organischen
und anorganischen Oberflächenverunreinigungen
für eine
möglichst
lange Zeit ist. Traditionell bedeutete dies, dass diese Oberflächen häufig gereinigt
werden. Dieser Reinigungsvorgang wird typischerweise durch das manuelle
Wischen der Oberfläche
mit oder ohne Zuhilfenahme chemischer Reinigungslösungen durchgeführt. Dieser
Ansatz kann arbeits-, zeit- und/oder kostenintensiv sein. Daher existiert
ein Bedarf an Substraten, insbesondere Glassubstraten, mit Oberflächen, die
leichter als die der existierenden Glassubstrate zu reinigen sind
und die die Notwendigkeit oder Häufigkeit
für solch
eine manuelle Reinigung verringern.
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Es
ist bekannt, dass einige Halbleitermetalloxide eine photoaktive
(hiernach „PA") Beschichtung bereitstellen
können.
Der Begriff „photoaktiv" bezieht sich auf
die Photogenerierung eines Loch-Elektronen-Paares bei Bestrahlung
durch Licht mit einer bestimmten Frequenz, üblicherweise mit ultraviolettem („UV") Licht. Oberhalb
einer bestimmten minimalen Dicke sind diese PA-Beschichtungen typischerweise photokatalytisch
(hiernach „PC"). Unter „photokatalytisch" ist eine Beschich tung
mit selbstreinigenden Eigenschaften gemeint, d. h. eine Beschichtung,
die bei Bestrahlung mit bestimmter elektromagnetischer Strahlung
wie UV mit organischen Verunreinigungen auf der Beschichtungsoberfläche wechselwirkt,
um die organischen Verunreinigungen zu zersetzen oder abzubauen.
Zusätzlich
zu deren selbstreinigenden Eigenschaften sind diese PC-Beschichtungen
typischerweise auch hydrophil, d. h. wasserbenetzend mit einem Kontaktwinkel
mit Wasser von im Allgemeinen weniger als 20 Grad. Die Hydrophilie
der PC-Beschichtungen hilft dabei, die Kondenswasserbildung zu verringern,
d. h. die Anhäufung
von Wassertröpfchen
auf der Beschichtung, wobei diese Kondenswasserbildung die Durchlässigkeit
für sichtbares Licht
und die Sicht durch das beschichtete Substrat verringern kann.
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Ein
Problem mit diesen konventionellen PC-Beschichtungen ist, dass sie
typischerweise ihre Photoaktivität
oder Photokatalyse nur bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht
mit Wellenlängen kürzer als
ungefähr
380 Nanometern (nm) zeigen. Dies bedeutet, dass die PC-Beschichtungen
nur ungefähr
3% bis 5% der Sonnenenergie nutzen, die die Erde erreicht, was die
Verwendung einer UV-Lichtquelle
(wie einer konventionellen Quecksilber- oder Schwarzlichtlampe)
notwendig machen kann, um ausreichend Energie für eine Photokatalyse bereitzustellen.
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Um
dieses Problem anzusprechen, wurden Versuche unternommen, konventionelle
PC-Beschichtungen zu modifizieren, um die Photoabsorptionbande des
Beschichtungsmaterials von dem UV-Bereich in den sichtbaren Bereich
(400 nm bis 800 nm) des elektromagnetischen Spektrums zu verschieben.
Zum Beispiel offenbart das
U.S.
Patent Nr. 6,077,492 von Anpo et al. ein Verfahren zum
Verschieben des Photoabsorptionsbandes von Titanoxidphotokatalysatoren
von dem UV-Bereich in den Bereich sichtbaren Lichts durch Hochenergieionenimplantieren
von ausgewählten
Metallionen in den Photokatalysator. Die anschließende Untersuchung dieses
Ionenimplantierungsverfahrens hat festgestellt, dass die Verschiebung
des Photoabsorptionsbandes in den sichtbaren Bereich nicht nur das
Hochenergieionenimplantieren erfordert, sondern auch das Kalzinieren
des metallionenimplantierten Titanoxids in Sauerstoff (Use Of Visible
Light. Second-Generation
Titanium Oxide Photocatalysts Prepared By The Application Of An Advanced
Metal Ion-Implantation Method, M. Anpo, Pure Appl. Chem., Bd. 72,
Nr. 9, S. 1787–1792
(2000)).
EP 1 066 878 offenbart
ein Sol-Gel-Verfahren zum Dotieren von Titandioxid mit kleinsten
Mengen ausgewählter
Metallionen zum Verschieben des Photoabsorptionsbandes des Titandioxids
in den sichtbaren Bereich.
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Jedoch
sind diese Ionenimplantierungs- und Sol-Gel-Beschichtungsverfahren
nicht ökonomisch oder
in der Praxis mit bestimmten Anwendungsbedingungen oder Substraten
inkompatibel. Zum Beispiel kann in einem konventionellen Floatglasverfahren
das Floatglasband in dem geschmolzenen Metallbad zu heiß sein,
um das Sol aufzunehmen, und zwar bedingt durch die Verdampfung oder
eine chemische Reaktion des Lösungsmittels,
das in dem Sol verwendet wird. Andererseits werden, wenn das Sol auf
Substrate aufgetragen wird, die unterhalb einer spezifischen Temperatur
zur Bildung der kristallinen Formen des Katalysators vorliegen,
die solbeschichteten Substrate erneut erwärmt. Das Erwärmen auf eine
Temperatur, die ausreicht, die Beschichtung zu kalzinieren oder
den kristallisierten Photokatalysator zu bilden, kann eine wesentliche
Investition in Zubehör,
Energie und Handhabungskosten erfordern und kann die Produktionseffizienz
wesentlich verringern. Zudem erhöht
das erneute Erwärmen
eines natriumhaltigen Substrats wie eines Soda-Kalk-Glases auf eine
Temperatur, die ausreicht, um die Beschichtung zu kalzinieren, die
Möglichkeit
für Natriumionen
in dem Substrat, in die Beschichtung zu wandern. Diese Wanderung
kann in dem resultieren, was konventionellerweise als eine „Natriumionenvergiftung" der abgeschiedenen
Beschichtung bezeichnet wird. Das Vorhandensein dieser Natriumionen
kann die photokatalytische Aktivität der PC-Beschichtung verringern oder
zerstören.
Zudem resultieren die Ionenimplantierungs- und Sol-Gel-Verfahren
typischerweise in dicken Beschichtungen, z. B. mit einer Dicke von
mehreren Mikrometern, die eine nachteilige Auswirkung auf die optischen
und/oder ästhetischen
Eigenschaften des beschichteten Gegenstandes haben können. Typischerweise
durchlaufen, wenn sich die Dicke der PC-Beschichtung erhöht, die
Lichtdurchlässigkeit und
die Reflektion der Beschichtung bedingt durch optische Interferenzeffekte
eine Serie von Minima und Maxima. Die reflektierte und durchgelassene Farbe
der Beschichtung variiert auch bedingt durch diese optischen Effekte.
Somit können
Be schichtungen, die dick genug sind, die gewünschten selbstreinigenden Eigenschaften
bereitzustellen, unerwünschte
optische Eigenschaften aufweisen.
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Daher
wäre es
vorteilhaft, ein Verfahren zur Herstellung einer PA-Beschichtung
mit Photoabsorption in dem sichtbaren Bereich bereitzustellen, das mit
einem konventionellen Floatglasverfahren und/oder einem Gegenstand
kompatibel ist, der gemäß dem Verfahren
hergestellt wird, das wenigstens einige der oben beschriebenen Nachteile
verringert oder eliminiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung durch das
Abscheiden einer Vorläuferzusammensetzung
auf wenigstens einem Teil einer Substratoberfläche mit einer CVD-Beschichtungsvorrichtung
zur Verfügung
gestellt. Die Vorläuferzusammensetzung
enthält
ein Metalloxidvorläufermaterial und
ein Vorläufermaterial
zur Modifizierung der Photoabsorptionsbande. In einer Ausführungsform
wird die Beschichtung auf einem Floatglasband in einem geschmolzenen
Metallbad abgeschieden. In einer anderen Ausführungsform wird die Beschichtung
auf einem Floatglasband nach dem Herauskommen aus dem geschmolzenen
Metallbad aber vor dem Einbringen in eine Hitzebehandlungsvorrichtung
wie einen Temperofen abgeschieden. Die resultierende Beschichtung
ist eine solche, die in wenigstens der Hydrophilie, z. B. einer
photoaktiven Hydrophilie, einer Beschichtung auf einem Substrat
resultiert und auch in einer photokatalytischen Aktivität resultieren kann,
die ausreichend ist, um eine photokatalytische Beschichtung zu sein.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die Vorläuferzusammensetzung
wenigstens ein Titandioxidvorläufermaterial.
In einer Ausführungsform
umfasst das Titandioxidvorläufermaterial
Titan und Sauerstoff, z. B. ein Alkoxid, wie, aber nicht beschränkt auf, Titanmethoxide,
-ethoxide, -propoxide, -butoxide und Ähnliche oder Isomere davon
wie, nicht aber beschränkt
auf, Titanisopropoxid, -tetraethoxid und Ähnliche. In einer anderen Ausführungsform
enthält das
Titandioxidvorläufermaterial
Titantetrachlorid. In einer Ausführungsform
enthält
die Vorläuferzusammensetzung
auch wenigstens ein anderes Vorläufermaterial
mit einem Metall, das aus Chrom (Cr), Vanadium (V), Mangan (Mn),
Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Magnesium (Mg), Scandium (Sc), Yttrium
(Y), Niob (Nb), Molybdän
(Mo), Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Silber (Ag), Blei (Pb), Nickel
(Ni), Rhenium (Re) oder irgendwelchen Mischungen oder Kombinationen
davon ausgewählt
ist. In einer Ausführungsform
kann das andere Vorläufermaterial
ein Oxid, Alkoxid oder Mischungen derselben sein. Alle quadratischen
Mittelwerte (QMW) der Rauhigkeitswerte sind solche, die durch Rasterkraftmikroskopie
durch Messung des quadratischen Mittelwertes der Rauhigkeit über einer
Oberfläche
von einem Quadratmikrometer bestimmbar sind.
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Ein
zusätzliches
Verfahren der Erfindung umfasst das Abscheiden einer Natriumionendiffusionsbarriereschicht über wenigstens
einem Teil eines Substrats, das Abscheiden einer photoaktiven Beschichtung
auf der Barriereschicht und das Implantieren von einem oder mehreren
ausgewählten
Metallionen in die photoaktive Beschichtung durch Ionenimplantieren
zur Bildung einer photoaktiven Beschichtung mit einem Absorptionsband,
das wenigstens eine Wellenlänge
in dem Bereich von 400 nm bis 800 nm umfasst.
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Ein
Gegenstand der Erfindung enthält
ein Substrat mit wenigstens einer Oberfläche und einer Beschichtung,
die auf wenigstens einem Teil der Substratoberfläche abgeschieden ist. Die Beschichtung umfasst
als photoaktives Beschichtungsmaterial Titandioxid und wenigstens
ein zusätzliches
Material, das aus Chrom (Cr), Vanadium (V), Mangan (Mn), Kupfer
(Cu), Eisen (Fe), Magnesium (Mg), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Niob
(Nb), Molybdän
(Mo), Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Silber (Ag), Blei (Pb), Nickel (Ni),
Rhenium (Re) oder Mischungen davon oder Kombinationen derselben,
die ein oder mehrere davon umfassen, ausgewählt wird, wobei die Beschichtung
auf dem Substrat durch ein Verfahren abgeschieden ist, das die Schritte
des Abscheidens einer Vorläuferzusammensetzung
auf wenigstens einem Teil einer Substratoberfläche mit einer CVD-Beschichtungsvorrichtung
umfasst, wobei die Vorläuferzusammensetzung
das Folgende enthält:
(a) ein Titandioxidvorläufermaterial
und (b) ein Vorläufermaterial
zur Modifizierung der Photoabsorptionsbande.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht (nicht im Maßstab) eines Teils eines Substrats
mit einer photoaktiven Beschichtung der Erfindung, die darauf abgeschieden
ist;
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2 ist
eine Seitenansicht (nicht im Maßstab)
eines Beschichtungsverfahrens zum Auftragen einer photoaktiven Metalloxidbeschichtung
der Erfindung auf ein Glasband in einem geschmolzenen Metallbad
für ein
Floatglasverfahren; und
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3 ist
eine Seitenansicht (nicht im Maßstab)
einer Isolierglaseinheit, die die Merkmale der Erfindung aufweist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie
sie hierin verwendet werden, beziehen sich räumliche oder Richtungsbegriffe
wie „innen", „außen", „über", „unter", „oben", „unten" und Ähnliche auf
die Erfindung, wie sie in den Zeichnungsfiguren gezeigt wird. Jedoch
ist zu verstehen, dass die Erfindung verschiedene alternative Orientierungen
annehmen kann und dem entsprechend sind solche Begriffe nicht als
beschränkend
anzusehen. Zudem sind alle Zahlen, die Dimensionen, physikalische
Eigenschaften, Verarbeitungsparameter, Mengen von Inhaltsstoffen,
Reaktionsbedingungen und Ähnliches ausdrücken, die
in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, als
dahingehend zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr" modifiziert sind.
Dem entsprechend sind, es sei denn, das Gegenteil wird angezeigt,
die numerischen Werte, die in der folgenden Beschreibung und in
den Ansprüchen
wiedergegeben werden, Näherungen,
die abhängig
von den gewünschten
Eigenschaften, die man mit der vorliegenden Erfindung erhalten will,
variieren können.
Wenigstens und nicht als ein Versuch zur Beschränkung der Anwendung der Äquivalenzlehre
auf den Umfang der Erfindung sollte jeder Zahlenwert wenigstens
im Lichte der Zahl der berichteten Kommastellen und durch die Anwendung üblicher
Rundungstechniken ausgelegt werden. Zudem sind alle hierin offenbarten
Bereiche dahingehend zu verstehen, jegliche und alle Unterbereiche,
die darin subsumiert sind, zu umfassen. Zum Beispiel sollte ein
genannter Bereich von „1
bis 10" so angesehen
werden, dass er jegliche und alle Unterbe reiche zwischen (und einschließlich) dem
Minimalwert von 1 und dem Maximalwert von 10 umfasst, d. h. alle
Unterbereiche beginnend mit einem Minimalwert von 1 oder mehr und
endend mit einem Maximalwert von 10 oder weniger, z. B. 5,5 bis
10. Zudem bedeuten die Begriffe „abgeschieden auf" oder „bereitgestellt
auf", wie sie hierin
verwendet werden, abgeschieden oder bereitgestellt auf, nicht aber
notwendigerweise in Oberflächenkontakt
damit. Zum Beispiel schließt
eine Beschichtung „abgeschieden auf" einem Substrat das
Vorhandensein von einem oder mehreren anderen Beschichtungsfilmen
mit der gleichen oder einer verschiedenen Zusammensetzung positioniert
zwischen der abgeschiedenen Beschichtung und dem Substrat nicht
aus. Zudem sind alle Prozentangaben, die hierin offenbart werden,
auf Gewicht bezogen, es sei denn, das Gegenteil wird behauptet.
Alle quadratischen Mittelwerte der Rauhigkeitswerte sind solche,
die durch Rasterkraftmikroskopie durch Messung der quadratischen
Mittelwerte (QMW) der Rauhigkeit über einer Oberfläche von
einem Quadratmikrometer bestimmbar sind. Zusätzlich sind alle Bezugsdokumente,
die hierin „durch Bezugnahme
aufgenommen werden" dahingehend zu
verstehen, dass sie in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf
1 ein Gegenstand
20 mit
den Merkmalen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Gegenstand
20 umfasst
ein Substrat
22 mit einer ersten Oberfläche
21 und einer zweiten
Oberfläche
60.
Das Substrat
22 ist nicht auf die Erfindung beschränkt und
kann jedes gewünschte
Material mit irgendwelchen wünschenswerten
Eigenschaften wie undurchsichtige oder transparente Substrate sein.
Unter „transparent" ist mit einer Durchlässigkeit
von sichtbarem Licht von mehr als 0% bis 100% gemeint. Unter „undurchsichtig" ist eine Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht von 0% gemeint. Unter „sichtbarem
Licht" ist elektromagnetische
Energie mit einer Wellenlänge
in dem Bereich von 400 Nanometern (nm) bis 800 nm gemeint. Beispiele
von geeigneten Substraten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf,
Substrate aus Kunststoff (wie Polyacrylate, Polycarbonate und Polyethylenterephthalat (PET));
Metallsubstrate; emaillierte oder keramische Substrate; Glassubstrate
oder Mischungen oder Kombinationen derselben. Zum Beispiel kann
das Substrat ein konventionelles ungetöntes Soda-Kalk-Quarz-Glas, d. h. ein „Klarglas", sein, oder es kann
ein getöntes
oder anderweitig gefärbtes Glas,
Borsilicatglas, Bleiglas, getempertes, ungetempertes, ge härtetes oder
wärmegehärtetes Glas
sein. Das Glas kann von jeder Art wie ein konventionelles Floatglas,
flaches Glas oder ein Floatglasband sein und es kann jede Zusammensetzung
mit jeglichen optischen Eigenschaften aufweisen, z. B. jeden Wert einer
Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht, eine ultraviolette Durchlässigkeit,
eine Infrarotdurchlässigkeit und/oder
Gesamtsolarenergiedurchlässigkeit
haben. Arten von Glas, die für
die Durchführung
der Erfindung geeignet sind, werden zum Beispiel in den
U.S. Patenten Nr. 4,746,347 ;
4,792,536 ;
5,240,886 ;
5,385,872 und
5,393,593 beschrieben und sind nicht als
beschränkend
anzusehen. Zum Beispiel kann das Substrat
22 ein Floatglasband,
eine Glasscheibe einer Architekturverglasung, ein Oberlicht, eine Scheibe
einer Isolierglaseinheit, ein Spiegel, eine Duschtür, ein Glasmöbelstück (z. B.
Glastischplatte, Glasschrank, etc.) oder eine Schicht für eine konventionelle
Windschutzscheibe, Seiten- oder Rückfenster, Sonnendach für Automobile
oder eine Scheibe für
ein Flugzeug sein, um nur einige zu nennen.
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Eine
photoaktiv modifizierte (hiernach „PM") Beschichtung 24 der Erfindung
kann auf wenigstens einem Teil des Substrats 22 abgeschieden
werden, z. B. auf der gesamten oder einem Teil einer Hauptfläche des
Substrats 22, wie auf der gesamten oder einem Teil der
Oberfläche 21 oder
der Oberfläche 60. In
der dargestellten Ausführungsform
wird die PM-Beschichtung 24 auf der Oberfläche 21 gezeigt. Wie
er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „photoaktiv
modifiziert" auf
ein Material oder eine Beschichtung, die photoaktiv ist und die
wenigstens ein Additiv oder eine Dotierung umfasst, die sich dahingehend
auswirkt, das Photoabsorptionsband des Materials im Vergleich zu
dem Material ohne Additiv zu verschieben und/oder zu erweitern.
Unter „Photoabsorptionsband" ist der Bereich
der elektromagnetischen Strahlung gemeint, der durch ein Material
absorbiert wird, um das Material photoaktiv zu gestalten. Die PM-Beschichtung 24 kann
photokatalytisch, photoaktiv hydrophil oder beides sein. Unter „photoaktiv
hydrophil" ist eine
Beschichtung gemeint, bei der sich der Kontaktwinkel eines Wassertröpfchens auf
der Beschichtung mit der Zeit als ein Ergebnis der Bestrahlung der
Beschichtung mit elektromagnetischer Strahlung in dem Photoabsorptionsband
des Materials verringert. Zum Beispiel kann sich der Kontaktwinkel
nach 60 Minuten Aussetzen der Oberfläche der PM-Beschichtung an
Strahlung in dem Photoabsorptionsband des Materials mit einer Intensität von 24
W/m2 auf einen Wert von weniger als 15° wie weniger
als 10° verringern
und kann superhydrophil werden, sich z. B. auf weniger als 5° verringern.
Obwohl sie photoaktiv ist, muss die Beschichtung 24 nicht
unbedingt in dem Ausmaß photokatalytisch sein,
dass sie selbstreinigend ist, d. h. sie kann nicht ausreichend photokatalytisch
sein, um organisches Material wie Ruß auf der Beschichtungsoberfläche in einer
angemessenen oder ökonomisch
nützlichen Zeit
zu zersetzen.
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Die
PM-Beschichtung 24 der Erfindung umfasst (1) ein photoaktives
Beschichtungsmaterial und (2) ein Additiv oder Dotierungsmittel,
das so konfiguriert ist, um die Photoabsorptionsbande der Beschichtung
im Vergleich zu derjenigen der Beschichtung ohne das Dotierungsmaterial
aufzuweiten oder zu verschieben. Das photoaktive Beschichtungsmaterial
(1) umfasst wenigstens ein Metalloxid wie, nicht aber beschränkt auf,
ein oder mehrere Metalloxide oder Halbleitermetalloxide wie Titandioxide,
Siliciumdioxide, Aluminiumoxide, Eisenoxide, Silberoxide, Kobaltoxide,
Chromoxide, Kupferoxide, Wolframoxide, Zinkoxide, Zink-/Zinnoxide,
Strontiumtitanat und Mischungen derselben. Das Metalloxid kann Oxide, Superoxide
oder Suboxide des Metalls enthalten. Das Metalloxid kann kristallin
oder wenigstens teilweise kristallin sein. In einer beispielhaften
Beschichtung der Erfindung ist das photoaktive Beschichtungsmaterial
Titandioxid. Titandioxid existiert in einer amorphen Form und in
drei kristallinen Formen, d. h. den Anatase-, Rutil- und Brookit-Kristallformen. Das
Titandioxid der Anatasephase ist besonders nützlich, weil es eine starke
Photoaktivität
aufzeigt, während
es auch eine exzellente Beständigkeit
gegen einen chemischen Angriff und eine exzellente physikalische
Festigkeit aufzeigt. Jedoch sind auch die Rutilphase oder Kombinationen
der Anatase- und/oder Rutilphasen mit den Brookit- und/oder amorphen
Phasen für
die vorliegende Erfindung akzeptabel.
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Das
die Photoabsorptionsbande erweiternde oder verschiebende Material
(2) kann jedes Material sein, das die Photoabsorptionsbande der
resultierenden Beschichtung erweitert oder verschiebt, um sie wenigstens
teilweise in den sichtbaren Bereich des Spektrums zu verlängern oder
darin zu erweitern (d. h. sie erweitert oder verschiebt die Photoabsorptionsbande,
um wenigstens eine Wellenlänge
in dem Bereich von 400 nm bis 800 nm mit zu umfassen, die nicht
in der Photoabsorptionsbande der Beschichtung ohne das Dotierungsmaterial
(2) liegt)). In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Material
(2) wenigstens eines ausgewählt
aus Chrom (Cr), Vanadium (V), Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Magnesium
(Mg), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Niob (Nb), Molybdän (Mo),
Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Silber (Ag), Blei (Pb), Nickel (Ni),
Rhenium (Re) oder irgendwelchen Mischungen oder Kombinationen, die eines
oder mehrere davon enthalten. Das Material (2) ist in der PM-Beschichtung 24 in
einer Menge vorhanden, die ausreichend ist, um die Photoabsorptionsbande
der Beschichtung 24 zu erweitern oder zu verschieben, um
sie wenigstens teilweise in oder weiter in den sichtbaren Bereich
zu verlängern,
ohne nachteilig die gewünschte
Leistungsfähigkeit
der Beschichtung, z. B. die Reflektion, Durchlässigkeit, Farbe, etc. zu beeinflussen.
Zudem muss bei der Durchführung
der Erfindung das Material (2) nicht notwendigerweise an oder nahe
der Beschichtungsoberfläche 21 konzentriert
sein, sondern es kann in einer solchen Weise abgeschieden werden,
dass es in der Masse der Beschichtung 24 verteilt oder
eingebracht ist.
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Die
PM-Beschichtung 24 sollte ausreichend dick sein, um einen
akzeptablen Grad an Photoaktivität,
z. B. die photokatalytische Aktivität und/oder photoaktive Hydrophilie
für einen
gewünschten Zweck,
zur Verfügung
zu stellen. Es gibt keinen absoluten Wert, der die PM-Beschichtung 24 „akzeptabel" oder „inakzeptabel" gestaltet, weil
die Frage, ob eine PM-Beschichtung 24 einen akzeptablen
Grad an Photoaktivität
aufweist, größtenteils
von dem Zweck und den Bedingungen abhängt, unter denen der PM-beschichtete
Gegenstand verwendet wird, sowie den Leistungsstandards, die ausgewählt werden,
um diesem Zweck zu entsprechen. Jedoch kann die Dicke der PM-Beschichtung 24 zur
Erreichung einer photoaktiven Hydrophilie viel geringer sein als notwendig
ist, um einen kommerziell akzeptablen Grad an photokatalytischer
selbstreinigender Aktivität
zu erreichen. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die PM-Beschichtung 24 eine
Dicke in dem Bereich von 10 Å bis
5.000 Å aufweisen,
wobei dickere Beschichtungen in diesem Bereich eine photokatalytische
selbstreinigende Aktivität
für wenigstens
einen gewissen Zeitraum sowie eine Hydrophilie haben können. Wenn
die Beschichtungen in diesem Bereich dünner werden, verringert sich
die photokatalytische selbstreinigende Aktivität im Verhältnis zur Leistungsfähigkeit
und/oder Dauer. Wenn sich die Beschichtungsdicke in solche Bereiche
wie 50 Å bis 3.000 Å, z. B.
100 Å bis
1.000 Å,
z. B. 200 Å bis
600 Å,
z. B. 200 Å bis
300 Å,
verringert, dann kann die photokatalytische selbstreinigende Aktivität nicht mehr
messbar sein, aber es kann immer noch eine photoaktive Hydrophilie
in der Gegenwart ausgewählter
elektromagnetischer Strahlung, z. B. in dem Photoabsorptionsband
des Materials, vorhanden sein.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung kann die äußere Oberfläche 25 der PM-Beschichtung 24 der
Erfindung viel glatter als vorherige selbstreinigende Beschichtungen
sein, obwohl sie immer noch ihre photoaktive Hydrophilie und/oder
photokatalytische Aktivität
beibehält.
Zum Beispiel kann die PM-Beschichtung 24, insbesondere
die obere oder äußere Oberfläche 25 der
Beschichtung, eine QMW-Oberflächenrauhigkeit
von weniger als 5 nm sogar für
dünne Beschichtungen
in den oben genannten Bereichen wie 200 Å bis 300 Å, z. B. weniger als 4,9 nm,
z. B. weniger als 4 nm, z. B. weniger als 3 nm, z. B. weniger als
2 nm, z. B. weniger als 1 nm, 0,3 nm bis 0,7 nm, aufweisen.
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In
einem noch weiteren Aspekt der Erfindung kann die PM-Beschichtung 24 dichter
als vorherige hydrophile, selbstreinigende Beschichtungen gemacht
werden. Zum Beispiel kann die PM-Beschichtung 24 im Wesentlichen
nicht porös
sein. Unter „im Wesentlichen
nicht porös" ist gemeint, dass
die Beschichtung ausreichend dicht ist, so dass die Beschichtung
einem konventionellen Fluorwasserstoffsäuretest widerstehen kann, bei
dem ein Tropfen aus 0,5 Gewichtsprozent (Gew.-%) wässriger
Fluorwasserstoffsäure-(HF)lösung auf
die Beschichtung positioniert wird und mit einem Uhrglas für 8 Minuten (Min.)
bei Raumtemperatur abgedeckt wird. Das HF wird dann abgespült und die
Beschichtung durch Sichtung auf einen Schaden hin untersucht. Ein
alternativer HF-Eintauchtest wird in Industrial Engineering Chemistry & Research, Bd.
40, Nr. 1, Seite 26, 2001 von Charles Greenberg beschrieben, der
hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die dichtere PM-Beschichtung 24 der
Erfindung stellt mehr Schutz für
das darunter liegende Substrat gegen eine chemische Attacke als
vorherige stärker
poröse selbstreinigende
Beschichtungen dar und ist auch härter und mehr kratzbeständig als
vorherige als Sol-Gel aufgetragene selbstreinigende Beschichtungen.
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Die
PM-Beschichtung 24 kann direkt auf der Oberfläche 21 des
Substrats 22 abgeschieden werden, wie es in 1 gezeigt
wird, d. h. in Oberflächenkontakt
damit. Sogar mit einem natriumhaltigen Substrat wie einem Soda-Kalk-Quarz-Glas
sollten dünne
PM-Beschichtungen 24 der Erfindung, z. B. mit weniger als
1.000 Å,
durch Natrium in dem Substrat nicht photoinaktiv gemacht werden,
wenn die Beschichtung durch ein unten beschriebenes Im-Bad-Verfahren
aufgetragen wird. Daher kann ein leichter zu reinigendes Soda-Kalk-Quarz-Glas
ohne eine Natriumbarriereschicht zwischen dem Glas und der PM-Beschichtung 24 der
Erfindung hergestellt werden. Optional könnte solch eine Barriereschicht verwendet
werden.
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Alternativ
dazu können
eine oder mehrere andere Schichten oder Beschichtungen zwischen
der PM-Beschichtung 24 und dem Substrat 22 eingefügt werden.
Zum Beispiel kann die PM-Beschichtung 24 eine äußere oder
die äußerste Schicht
auf einem mehrschichtigen Stapel von Beschichtungen sein, der auf
dem Substrat 22 vorhanden ist, oder die PM-Beschichtung 24 kann
als eine der Schichten eingebettet sein, die nicht die äußerste Schicht
in einem mehrschichtigen Stapel ist. Unter „einer äußeren Schicht" ist eine Schicht
gemeint, die ausreichend anregende elektromagnetische Strahlung
aufnimmt, z. B. Strahlung in der Photoabsorptionsbande des Schichtmaterials,
um die Beschichtung mit einer ausreichenden Photoaktivität auszustatten,
um wenigstens photoaktiv hydrophil, wenn nicht sogar photokatalytisch
zu sein. In einer Ausführungsform
ist die PM-Beschichtung 24 die äußerste Beschichtung auf dem
Substrat 22.
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Es
kann eine PM-Beschichtung 24 der Erfindung auf dem Substrat 22 durch
chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) gebildet
werden. In einem CVD-Verfahren wird die Vorläuferzusammensetzung von einem
Trägergas,
z. B. Stickstoffgas, getragen und auf das Substrat 22 gerichtet.
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Zum
Beispiel wird in einem konventionellen Floatglasverfahren geschmolzenes
Glas auf ein Bad aus geschmolzenem Metall, z. B. Zinn, in ein geschmolzenes
Metall(Zinn)-Bad zur Bildung eines kontinuierlichen Floatglasbandes
gegossen. Die Temperaturen des Floatglasbandes in dem Zinnbad liegen
im Allgemeinen im Bereich von 1.203°C (2.200°F) an dem Eingangsende des Bades
bis 592°C
(1.100°F)
an dem Ausgangsende des Bades. Das Floatglasband wird aus dem Zinnbad
entfernt und in einem Kühlofen
gehärtet,
d. h. gesteuert gekühlt,
bevor es in Glasplatten der gewünschten
Länge und
Breite geschnitten wird. Die Temperatur des Floatglasbandes zwischen
dem Zinnbad und dem härtenden
Kühlofen
liegt im Allgemeinen in dem Bereich von 480°C (896°F) bis 580°C (1.076°F) und die Temperatur des Floatglasbandes
in dem härtenden Kühlofen liegt
im Allgemeinen im Bereich von 204°C (400°F) bis maximal
557°C (1.035°F). Die
U.S. Patente Nr. 4,466,562 und
4,671,155 stellen eine Diskussion
des Floatglasverfahrens zur Verfügung.
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Die
CVD-Verfahren werden in einem Floatglasprozess verwendet, weil sie
mit der Beschichtung von kontinuierlichen Substraten wie Floatglasbändern bei
erhöhten
Temperaturen kompatibler sind. Beispielhafte CVD- und Beschichtungsverfahren
werden in den
U.S. Patenten Nr.
4,344,986 ;
4,393,095 ;
4,400,412 ;
4,719,126 ;
4,853,257 und
4,971,843 beschrieben.
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Bei
der Durchführung
der Erfindung können eine
oder mehrere CVD-Beschichtungsvorrichtungen an verschiedenen Punkten
in dem Herstellungsverfahren für
Floatglasband eingesetzt werden. Zum Beispiel kann eine CVD-Beschichtungsvorrichtung eingesetzt
werden, wenn das Floatglasband durch das Zinnbad geführt wird,
nachdem es aus dem Zinnbad herauskommt, bevor es in den härtenden
Kühlofen
gelangt, während
es durch den härtenden
Kühlofen
durchgeführt
wird oder nachdem es den härtenden
Kühlofen
verlässt.
Weil das CVD-Verfahren ein sich bewegendes Floatglasband beschichten
kann und dennoch den harten Umgebungsbedingungen widerstehen kann,
die mit der Herstellung des Floatglasbandes assoziiert sind, ist
das CVD-Verfahren besonders gut geeignet, um die PM-Beschichtung
24 auf
dem Floatglasband in dem geschmolzenen Zinnbad zur Verfügung zu
stellen. Die
U.S. Patente Nr. 4,853,257 ;
4,971,843 ;
5,536,718 ;
5,464,657 ;
5,714,199 und
5,599,387 beschreiben CVD-Beschichtungsvorrichtungen
und Verfahren, die bei der Durchführung der Erfindung verwendet
werden können,
um das Floatglasband in einem geschmolzenen Zinnbad zu beschichten.
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Zum
Beispiel können,
wie es in 2 gezeigt wird, ein oder mehrere
CVD-Beschichter 50 in dem
Zinnbad 52 über
dem geschmolzenen Zinnbecken 54 angeordnet sein. Wenn das
Floatglasband 56 durch das Zinnbad 52 wandert,
dann kann die verdampfte Vorläuferzusammensetzung
(d. h. das photoaktive Beschichtungsvorläufermaterial (1), z. B. das
Metalloxidvorläufermaterial,
und das die Photoabsorptionsbande modifizierende Material (2), z.
B. ein organometallisches Vorläufermaterial)
zu einem Trägergas
gegeben werden und auf die obere Oberfläche 21 des Bandes 56 gerichtet
werden. Die Vorläuferzusammensetzung
zersetzt sich, um eine PM-Beschichtung 24 der Erfindung
zu bilden. Das Material (2) kann wenigstens teilweise in dem Beschichtungsvorläufermaterial
(1) löslich
sein, wie vollständig
in dem Beschichtungsvorläufermaterial
(1) unter den gewünschten
Abscheidungsbedingungen löslich
sein. Es kann jede gewünschte
Menge des Materials (2) zur Erreichung einer gewünschten Verschiebung der Photoabsorptionsbande
in den sichtbaren Bereich hinzu gegeben werden, eingemischt werden
oder in dem Beschichtungsvorläufermaterial (1)
gelöst
werden. Alternativ dazu können
die zwei getrennten Vorläufer
getrennt verdampft und kombiniert werden.
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Beispielhafte
Beschichtungsvorläufermaterialien
(1) (z. B. Titandioxidvorläufermaterialien),
die bei der Durchführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um die PM-Beschichtungen 24 aus
Titandioxid durch das CVD-Verfahren zu bilden, umfassen, sind aber
nicht eingeschränkt
auf, Oxide, Suboxide oder Superoxide von Titan. In einer Ausführungsform
kann das Vorläufermaterial
(1) ein oder mehrere Titanalkoxide wie, nicht aber beschränkt auf,
Titanmethoxid, -ethoxid, -propoxid, -butoxid und Ähnliche
oder Isomere davon, z. B. Titanisopropoxid, Tetraethoxid und Ähnliche,
umfassen. Ein beispielhaftes Vorläufermaterial, das zur Durchführung der
Erfindung geeignet ist, umfasst, ist aber nicht beschränkt auf,
Titantetraisopropoxid (Ti(OC3H7)4) (hiernach „TTIP") und Titantetraethoxid (Ti(OC2H5)4)
(hiernach „TTEt"). Alternativ dazu
kann das Titandioxidvorläufermaterial
(1) Titantetrachlorid sein.
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Das
die Photoabsorptionsbande verschiebende Material (2) kann jedes
Material sein, das die Photoabsorptionsbande der resultierenden
Beschichtung verschiebt oder erweitert, damit sie sich wenigstens
teilweise in oder weiter in den sichtbaren Bereich (400 nm bis 800
nm) des elektromagnetischen Spektrums erstreckt. Das Material kann
ein oder mehrere von Chrom (Cr), Vanadium (V), Mangan (Mn), Kupfer
(Cu), Eisen (Fe), Magnesium (Mg), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Niob
(Nb), Molybdän (Mo),
Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Silber (Ag), Blei (Pb), Nickel (Ni), Rhenium
(Re) und/oder jegliche Mischungen oder Kombinationen derselben enthalten. Zum
Beispiel kann das Vorläufermaterial
(2) ein Metalloxid oder Alkoxid sein. In einer Ausführungsform ist
das Material (2) in dem Vorläufermaterial
(1) wenigstens teilweise löslich,
z. B. größtenteils
löslich. Beispielhafte
Trägergase,
die in dem CVD-Verfahren der Erfindung verwendet werden können, umfassen, sind
aber nicht beschränkt
auf, Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Ammoniak und Mischungen derselben.
Die Konzentration der Vorläuferzusammensetzung
in dem Trägergas
kann abhängig
von der spezifischen verwendeten Vorläuferzusammensetzung variieren. Jedoch
wird angenommen, dass für
Beschichtungen mit einer Dicke von ungefähr 200 Å die Konzentration der Vorläuferzusammensetzung
in dem Trägergas
typischerweise in dem Bereich von 0,01 Volumen-% bis 0,1 Volumen-%,
z. B. 0,01 Volumen-% bis 0,06 Volumen-%, z. B. 0,015 Volumen-% bis 0,06 Volumen-%,
z. B. 0,019 Volumen-% bis 0,054 Volumen-%, liegen wird. Für dickere
Beschichtungen können
die Vorläuferzusammensetzungen
größer sein.
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Für das CVD-Verfahren
(sowie das unten diskutierte Sprühpyrolyseverfahren)
sollte die Temperatur des Substrats 22 (wie ein Floatglasband 56) während der
Bildung der PM-Beschichtung 24 darauf in dem Bereich liegen,
der bewirken wird, dass sich die metallhaltige Vorläuferzusammensetzung
zersetzt und sich eine Beschichtung mit einer gewünschten
Menge an Photoaktivität,
z. B. einer photokatalytischen Aktivität, photoaktiven Hydrophilie oder
beiden, bildet. Der untere Grenzwert dieses Temperaturbereiches
wird größtenteils
durch die Zersetzungstemperatur der gewählten Vorläuferzusammensetzung beeinflusst.
Für die
oben aufgelisteten titanhaltigen Vorläufer liegt der untere Temperaturgrenzwert
des Substrats 22 zur Bereitstellung einer ausreichenden
Zersetzung der Vorläuferzusammensetzung
allgemein in dem Bereich von 400°C
(752°F) bis
500°C (932°F). Der obere
Grenzwert dieses Temperaturbereiches kann durch das Verfahren der
Beschichtung des Substrats beeinflusst werden. Zum Beispiel kann,
wenn das Substrat 22 ein Floatglasband 56 ist
und die PM-Beschichtung 24 auf das Floatglasband 56 in
dem geschmolzenen Zinnbad 50 während der Herstellung des Floatglasbandes 56 aufgebracht
wird, das Floatglasband 56 Temperaturen oberhalb von 1.000°C (1.832°F) erreichen.
Das Floatglasband 56 kann bei Temperatur oberhalb von 800°C (1.472°F) verdünnt oder
auf Größe geformt
(z. B. ge dehnt oder komprimiert) werden. Wenn die PM-Beschichtung 24 auf
das Floatglasband 56 vor oder während des Verdünnens aufgetragen
wird, dann kann die PM-Beschichtung 24 reißen oder
Falten bilden, während
das Floatglasband 56 jeweils gedehnt oder komprimiert wird.
Daher kann die PM-Beschichtung 24 aufgebracht werden, wenn
das Floatglasband 56 in seiner Dimensionierung (außer der Wärmekontraktion
beim Kühlen)
stabil ist, z. B. unter 800°C
(1.472°F)
für Soda-Kalk-Quarz-Glas
und das Floatglasband 56 liegt bei einer Temperatur vor,
um den metallhaltigen Vorläufer
zu zersetzen, z. B. oberhalb von 400°C (752°F).
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Die
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die Bodenfläche 60 des
Floatglasbandes, die direkt auf dem geschmolzenen Zinn aufliegt
(die üblicherweise
als die „Zinnseite" bezeichnet wird), Zinn
aufweist, das in die Oberfläche
eindiffundiert ist, was die Zinnseite mit einem Muster an Zinnabsorption
ausstattet, die sich von der gegenüberliegenden Seite 21 unterscheidet,
die nicht mit dem geschmolzenen Zinn in Kontakt steht (die üblicherweise
als „die
Luftseite" bezeichnet
wird). Die PM-Beschichtung der Erfindung kann auf der Luftseite
des Floatglasbandes gebildet werden, und zwar durch das CVD-Verfahren,
wie es oben beschrieben wird, während
dies auf dem Zinn getragen wird; auf der Luftseite des Floatglasbandes
durch die CVD-Verfahren, nachdem dies das Zinnbad verlässt; und/oder
auf der Zinnseite des Floatglasbandes durch das CVD-Verfahren, nachdem
dies das Zinnbad verlässt.
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Als
eine Alternative zum Einbringen von Sauerstoff in die Atmosphäre des Zinnbades
zur Bildung von Oxidbeschichtungen kann die Vorläuferzusammensetzung selbst
eine oder mehrere Quellen organischen Sauerstoffs enthalten. Der
organische Sauerstoff kann zum Beispiel ein Ester oder Carboxylatester
wie ein Alkylester mit einer Alkylgruppe mit einem β-Wasserstoff
sein. Geeignete Ester können
Alkylester mit einer C
2- bis C
10-Alkylgruppe
sein. Beispielhafte Ester, die bei der Durchführung der Erfindung verwendet
werden können,
werden in der
WO 00/75087 beschrieben.
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Das
Substrat 22 mit der durch CVD abgeschiedenen PM-Beschichtung 24 kann
anschließend einem
oder mehreren Härtungsvorgängen nach
der Beschichtung unterzogen werden. Wie man erkennen wird, kann
die Zeit und die Temperaturen der Härtung durch mehrere Faktoren
einschließlich
der Zusammensetzung des Substrats 22, der Zusammensetzung
der PM-Beschichtung 24, der Dicke der PM-Beschichtung 24 und
ob die PM-Beschichtung 24 in direktem Kontakt mit dem Substrat 22 vorliegt, oder
eine Schicht eines mehrschichtigen Stapels auf dem Substrat 22 ist,
beeinflusst werden.
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Wenn
die PM-Beschichtung
24 durch das CVD-Verfahren bereitgestellt
wird, wobei das Substrat
22 Natriumionen enthält, die
von dem Substrat
22 in die PM-Beschichtung
24, die auf dem
Substrat
22 abgeschieden ist, wandern können, dann können die Natriumionen
die Photoaktivität,
z. B. die photokatalytische Aktivität und/oder die photoaktive
Hydrophilie, der PM-Beschichtung
24 durch das Bilden inaktiver
Verbindungen unter Verbrauch von Titan, z. B. durch das Bilden von
Natriumtitanaten oder durch das Bewirken einer Rekombination photoangeregter Ladungen
hemmen oder zerstören.
Daher kann eine Natriumionendiffusionsbarriereschicht auf dem Substrat
vor der Abscheidung der PM-Beschichtung
24 abgeschieden
werden. Eine geeignete Natriumionendiffusionsbarriereschicht wird
im Detail in dem
U.S. Patent
Nr. 6,027,766 diskutiert. Bei einem Erwärmen nach der Beschichtung
kann eine Natriumbarriereschicht für natriumhaltige Substrate
wie ein Soda-Kalk-Quarz-Glas verwendet werden. Zum Auftragen der
PM-Beschichtung
24 der
Erfindung in einem geschmolzenen Metallbad ist die Natriumbarriereschicht
optional.
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Die
Natriumionendiffusionsbarriereschicht kann aus amorphen oder kristallinen
Metalloxiden gebildet werden, einschließlich aus, nicht aber beschränkt auf,
Kobaltoxiden, Chromoxiden und Eisenoxiden, Zinnoxiden, Siliciumoxiden,
Titanoxiden, Zirkoniumoxiden, fluordotierten Zinnoxiden, Aluminiumoxiden,
Magnesiumoxiden, Zinkoxiden und Mischungen derselben. Die Mischungen
umfassen, sind aber nicht beschränkt
auf, Magnesium/Aluminium-Oxide und Zink/Zinn-Oxide. Wie die Fachleute
auf dem Gebiet erkennen werden, kann das Metalloxid Oxide, Superoxide
und Suboxide des Metalls enthalten. Obwohl die Dicke der Natriumionendiffusionsbarriereschicht,
die notwendig ist, um eine Natriumionenvergiftung der PM-Beschichtung
zu verhindern, mit verschiedenen Faktoren variiert, die den Zeitraum,
bei dem ein Substrat bei Temperaturen gehalten wird, oberhalb von
denen eine Natriumionenwanderung zustande kommt, die Geschwindigkeit
der Natriumionenwanderung von dem Substrat, die Geschwindigkeit
der Natriumionenwanderung durch die Natriumionendiffusionsbarriereschicht,
die Dicke der PM-Beschichtung und den Grad der photokatalytischen
Aktivität,
der für
eine gegebene Anwendung erforderlich ist, umfassen, sollte die Dicke
der Natriumionendiffusionsbarriereschicht typischerweise für die meisten Anwendungen
in dem Bereich von wenigstens ungefähr 100 Å wie wenigstens ungefähr 250 Å, z. B.
wenigstens ungefähr
500 Å liegen,
um die Natriumionenvergiftung der PM-Beschichtungschicht zu verhindern. Die
Natriumionendiffusionsbarriereschicht kann auf dem Substrat 22 durch
jedes konventionelle Verfahren, wie, nicht aber beschränkt auf,
CVD-, Sprühpyrolyse-
oder MSVD-Verfahren abgeschieden werden. Wenn die Sprühpyrolyse-
oder CVD-Verfahren eingesetzt werden, dann kann das Substrat 22 bei
einer Temperatur von wenigstens ungefähr 400°C (752°F) gehalten werden, um die Zersetzung
des metallhaltigen Vorläufers
zur Bildung der Natriumionendiffusionsbarriereschicht sicherzustellen.
Die Natriumionendiffusionsbarriereschicht kann durch andere Verfahren
einschließlich
dem Sol-Gel-Verfahren
gebildet werden, wobei das Sol-Gel-Verfahren, wie es oben erwähnt wird,
typischerweise nicht mit der Herstellung eines Glasfloatbandes kompatibel ist.
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Es
kann eine Natriumionendiffusionsbarriereschicht aus Zinnoxid, wie
eine Natriumionendiffusionsbarriereschicht aus fluordotiertem Zinnoxid,
auf einem Substrat durch Sprühpyrolyse
durch das Bilden einer wässrigen
Suspension aus Dibutylzinndifluorid (C4H9)2SnF2 und
Wasser und das Auftragen der wässrigen
Suspension auf das Substrat durch Sprühpyrolyse abgeschieden werden.
Im Allgemeinen enthält
die wässrige
Suspension typischerweise zwischen 100 und 400 Gramm des Dibutylzinndifluorid
pro Liter Wasser. Es können
Benetzungsmittel als Suspensionsverstärker verwendet werden. Während der
Herstellung der wässrigen
Suspension können die
Dibutylzinndifluoridteilchen auf eine mittlere Teilchengröße von 1
bis 10 Mikron gemahlen werden. Die wässrige Suspension kann intensiv
gerührt
werden, um eine einheitliche Verteilung der Teilchen in der Suspension
bereitzustellen. Die wässrige
Suspension wird durch Sprühpyrolyse
auf die Oberfläche eines
Substrats aufgebracht, das bei einer Temperatur von wenigstens ungefähr 400°C (752°F), wie ungefähr 500°C bis 700°C (932°F bis 1.292°F), vorliegt, woraufhin
die wässrige
Suspension pyrolysiert, um eine Natriumionendif fusionsbarriereschicht
aus Zinnoxid zu bilden. Wie man erkennen wird, kann die Dicke der
Natriumionendiffusionsbarriereschicht, die durch dieses Verfahren
gebildet wird, unter anderem durch Parameter wie die Geschwindigkeit
der Beschichtungslinie, die Konzentration des Dibutylzinndifluorids
in der wässrigen
Suspension und die Geschwindigkeit des Sprühens gesteuert werden.
-
Alternativ
dazu kann die Natriumionendiffusionsbarriereschicht aus Zinnoxid
durch das CVD-Verfahren auf dem Substrat aus einem metallhaltigen Vorläufer wie
Monobutylzinntrichloriddampf (hiernach als „MBTTCL" bezeichnet) in einem Luftträgergas,
das mit Wasserdampf gemischt ist, gebildet werden. Der MBTTCL-Dampf kann in einer
Konzentration von wenigstens ungefähr 0,5% in dem Luftträgergas vorhanden
sein, das auf das Substrat aufgetragen wird, während das Substrat bei einer
Temperatur vorliegt, die ausreicht, um die Abscheidung der zinnhaltigen
Schicht zu bewirken, z. B. wenigstens ungefähr 400°C (952°F), wie ungefähr 500°C bis 800°C (932°F bis 1.472°F), um die
Natriumionendiffusionsbarriereschicht aus Zinnoxid zu bilden. Wie
man erkennen wird, kann die Dicke der Natriumionendiffusionsbarriereschicht,
die durch dieses Verfahren gebildet wird, unter anderem durch Parameter
wie die Geschwindigkeit der Beschichtungslinie, die Konzentration
des MBTTCL-Dampfes in dem Luftträgergas
und die Geschwindigkeit des Trägerglasflusses
gesteuert werden.
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Eine
Natriumionendiffusionsbarriereschicht, die durch das MSVD-Verfahren
gebildet wird, wird in der
U.S.
Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/597,543 , die am
1. Februar 1996 angemeldet wurde, mit dem Titel „Alkali Metal Diffusion Barrier
Layer", beschrieben,
die die Bildung von Alkalimetalldiffusionsbarrieren offenbart. Die
darin offenbarte Barriereschicht ist im Allgemeinen in einer Dicke
von ungefähr
20 Å bis
ungefähr
180 Å wirksam,
wobei sich die Wirksamkeit erhöht,
wenn sich die Dichte der Barriere erhöht.
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Die
PM-Beschichtungen 24 der vorliegenden Erfindung können photoaktiv,
z. B. photokatalytisch und/oder photoaktiv hydrophil, beim Bestrahlen
mit Strahlung im ultravioletten Bereich, z. B. 300 nm bis 400 nm,
und/oder im sichtbarem Bereich (400 nm bis 800 nm) des elektromagnetischen
Spektrums sein. Quellen einer ultravioletten Strahlung umfassen
natürliche
Quellen, z. B. Sonnenstrahlung, und künstliche Quellen wie Schwarzlicht
oder eine ultraviolette Lichtquelle wie eine UVA-340-Lichtquelle,
die kommerziell von der Q-Panel Company of Cleveland, Ohio, verfügbar ist.
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Wie
es in 1 gezeigt wird, können zusätzlich zu der PM-Beschichtung 24 der
Erfindung eine oder mehrere funktionelle Beschichtungen 46 auf oder über dem
Substrat 22 abgeschieden werden. Zum Beispiel kann eine
funktionelle Beschichtung 46 auf der Hauptfläche 60 des
Substrats 22, die gegenüber
der Oberfläche 21 liegt,
abgeschieden werden. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich
der Begriff „funktionelle
Beschichtung" auf
eine Beschichtung, die eine oder mehrere physikalische Eigenschaften des
Substrats verändert,
auf dem sie abgeschieden wird, z. B. optische, thermische, chemische
oder mechanische Eigenschaften, und sie ist nicht dazu vorgesehen,
von dem Substrat während
der anschließenden
Verarbeitung entfernt zu werden. Die funktionelle Beschichtung 46 kann
einen oder mehrere funktionelle Beschichtungsfilme der gleichen
oder verschiedenen Zusammensetzungen oder Funktionalität aufweisen.
Wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich die Begriffe „Schicht" oder „Film" auf einen Beschichtungsbereich
einer gewünschten
und gewählten
Beschichtungszusammensetzung. Der Film kann homogen sein, nicht-homogen
sein oder eine Gradientenzusammensetzung aufweisen. Ein Film ist „homogen", wenn die äußere Oberfläche oder
ein Teil (d. h. die Oberfläche
oder ein Teil am weitesten entfernt von dem Substrat), die innere Oberfläche oder
ein Teil (d. h. die Oberfläche
oder ein Teil am nächsten
zu dem Substrat) und der Teil zwischen den äußeren und inneren Oberflächen im
Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweisen. Ein Film hat
einen „Gradienten", wenn der Film einen sich
im Wesentlichen erhöhenden
Anteil von einer oder mehreren Komponenten und einen sich im Wesentlichen
verringernden Anteil von einer oder mehreren anderen Komponenten
aufweist, wenn man von der inneren Oberfläche zu der äußeren Oberfläche oder
umgekehrt geht. Ein Film ist „nicht-homogen", wenn der Film nicht
homogen ist oder keinen Gradienten aufweist. Eine „Beschichtung" besteht aus einem
oder mehreren „Filmen".
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Die
funktionelle Beschichtung
46 kann eine elektrisch leitende
Beschichtung sein, wie zum Beispiel eine elektrisch leitende gewärmte Fensterbeschichtung,
wie sie in den
U.S. Patenten
Nr. 5,653,903 und
5,028,759 offenbart
wird, oder eine Ein zelfilm- oder Mehrfachfilmbeschichtung, die in
der Lage ist, als eine Antenne zu fungieren. In ähnlicher Weise kann die funktionelle
Beschichtung
46 eine Sonnenkontrollbeschichtung sein, zum
Beispiel eine sichtbare, Infrarot- oder ultraviolette Energie reflektierende
oder absorbierende Beschichtung. Beispiele von geeigneten Sonnenkontrollbeschichtungen
sind zum Beispiel in den
U.S.
Patenten Nr. 4,898,789 ;
5,821,001 ;
4,716,086 ;
4,610,771 ;
4,902,580 ;
4,716,086 ;
4,806,220 ;
4,898,790 ;
4,834,857 ;
4,948,677 ;
5,059,295 und
5,028,759 und auch in der U.S. Patent
Anmeldung Nr. 09/058,440 zu finden. In ähnlicher Weise kann die funktionelle
Beschichtung
46 eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen sein. „Beschichtungen
mit niedrigem Emissionsvermögen" ermöglichen
es Energie mit sichtbarer Wellenlänge, z. B. 400 nm bis ungefähr 800 nm
(z. B. ungefähr
780 nm), durch die Beschichtung durchgelassen zu werden, reflektieren
aber Infrarotsonnenenergie mit längerer
Wellenlänge
und/oder thermische Infrarotenergie und sind typischerweise dazu
vorgesehen, die wärmeisolierenden
Eigenschaften von Architekturverglasungen zu verbessern. Unter „niedrigem
Emissionsvermögen" ist ein Emissionsvermögen von
weniger als 0,4 wie weniger als 0,3, z. B. weniger als 0,2 gemeint.
Beispiele von Beschichtungen mit niedrigem Emissionsvermögen sind
zum Beispiel in den
U.S. Patenten
Nr. 4,952,423 und
4,504,109 und
in dem britischen Dokument
GB
2,302,102 zu finden. Die funktionelle Beschichtung
46 kann
eine Einzelschicht- oder eine Mehrfachschichtbeschichtung sein und
kann ein oder mehrere Metalle, Nichtmetalle, Halbmetalle, Halbleiter
und/oder Legierungen, Verbindungen, Verbundstoffe, Kombinationen
oder Gemische derselben umfassen. Zum Beispiel kann die funktionelle
Beschichtung
46 eine einzelschichtige Metalloxidbeschichtung,
eine mehrschichtige Metalloxidbeschichtung, eine Nichtmetalloxidbeschichtung
oder eine mehrschichtige Beschichtung sein.
-
Beispiele
von geeigneten funktionellen Beschichtungen zur Verwendung mit der
Erfindung sind von PPG Industries, Inc., of Pittsburgh, Pennsylvania unter
den Familiennamen für
Beschichtungen SUNGATE® und SOLARBAN® verfügbar. Solche funktionellen
Beschichtungen umfassen typischerweise einen oder mehrere antireflektierende
Beschichtungsfilme, die dielektrische oder antireflektierende Materialien
wie Metalloxide oder Oxide von Metalllegierungen enthalten, die
vorzugsweise für sichtbares
Licht durchsichtig oder im Wesentlichen durchsichtig sind. Die funktionelle
Beschichtung 46 kann auch Infrarot reflektierende Filme
um fassen, die ein reflektierendes Metall, z. B. ein Edelmetall wie Gold,
Kupfer oder Silber oder Kombinationen oder Legierungen davon enthalten,
und kann zudem einen Primerfilm oder Barrierefilm wie Titandioxid
umfassen, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, der über und/oder
unter der reflektierenden Metallschicht positioniert ist.
-
Die
funktionelle Beschichtung
46 kann in einer konventionellen
Weise wie durch, nicht aber beschränkt auf, Magnetronsputterdampfabscheidung (magnetron
sputter vapor deposition, MSVD), chemische Dampfabscheidung (chemical
vapor deposition, CVD), Sprühpyrolyse
(d. h. pyrolytische Abscheidung), CVD bei Atmosphärendruck,
CVD bei niedrigem Druck, plasmaverstärkte CVD, plasmaunterstützte CVD,
thermische oder Elektronenstrahlverdampfung, kathodische Bogenabscheidung,
Plasmasprühabscheidung
und nasse chemische Abscheidung (z. B. Sol-Gel, Spiegelversilbern,
etc.) abgeschieden werden. Zum Beispiel offenbaren die
U.S. Patente Nr. 4,584,206 ,
4,900,110 und
5,714,199 Verfahren und Vorrichtungen
zum Abscheiden eines metallhaltigen Films auf der Bodenfläche eines
Glasbandes durch chemische Dampfabscheidung. Solch eine bekannte
Vorrichtung kann nachgelagert zu dem geschmolzenen Zinnbad in dem
Floatglasprozess positioniert sein, um eine funktionelle Beschichtung
auf der Unterseite des Glasbandes bereitzustellen, d. h. der Seite
gegenüber
der PM-Beschichtung der
Erfindung. Alternativ dazu können
ein oder mehrere andere CVD-Beschichter in dem Zinnbad positioniert
sein, um eine funktionelle Beschichtung entweder auf oder unter
der PM-Beschichtung
24 des Floatglasbandes abzuscheiden.
Wenn die funktionelle Beschichtung auf der PM-Beschichtungsseite
des Substrats aufgetragen wird, dann kann die funktionelle Beschichtung
in dem Zinnbad vor der PM-Beschichtung aufgetragen werden. Wenn
die funktionelle Beschichtung auf der Seite 60 gegenüber von der
PM-Beschichtung vorliegt, dann kann die funktionelle Beschichtung
nach dem Zinnbad in dem Floatprozess, wie es oben diskutiert wird,
z. B. auf der Zinnseite des Substrats
22 durch CVD oder
MSVD abgeschieden werden. In einer anderen Ausführungsform kann die PM-Beschichtung
24 über der gesamten
Oberfläche
oder einem Teil der Oberfläche
60 abgeschieden
werden und die funktionelle Beschichtung
46 kann über der
gesamten Oberfläche oder
einem Teil der Oberfläche
21 abgeschieden werden.
-
Ein
beispielhafter Gegenstand des Herstellverfahrens der Erfindung wird
in
3 in der Form einer Isolierglas (IG)-Einheit
30 gezeigt.
Die Isolierglaseinheit hat eine erste Scheibe
32 in einem
Abstand von einer zweiten Scheibe
34 durch eine Abstandsbaugruppe
(nicht gezeigt) und wird mit einem Dichtungssystem so gehalten,
um eine Kammer zwischen den zwei Scheiben
32,
34 zu
bilden. Die erste Scheibe
32 hat eine erste Oberfläche
36 (Oberfläche Nr.
1) und eine zweite Oberfläche
38 (Oberfläche Nr. 2).
Die zweite Scheibe
34 hat eine erste Oberfläche
40 (Oberfläche Nr.
3) und eine zweite Oberfläche
42 (Oberfläche Nr.
4). Die erste Oberfläche
36 kann
die äußere Fläche der
IG-Einheit sein, d. h. die Oberfläche, die der Umwelt ausgesetzt
ist, und die zweite Oberfläche
42 kann
die innere Fläche
sein, d. h. die Oberfläche,
die die Innenseite der Struktur bildet. Beispiele von IG-Einheiten
werden in den
U.S. Patenten Nr.
4,193,236 ;
4,464,874 ;
5,088,258 und
5,106,663 offenbart. In einer Ausführungsform,
die in
3 gezeigt wird, kann die PM-Beschichtung
24 auf den
Oberflächen
Nummer 1 oder Nummer 4 positioniert sein, wie auf der Oberfläche Nummer
1. Die PM-Beschichtung
24 veringert die Nebelbildung und macht
die IG-Einheit
30 leichter zu reinigen und zu warten. In
dieser Ausführungsform
können
eine oder mehrere optionale funktionelle Beschichtungen
46, wie
sie oben beschrieben werden, über
wenigstens einem Teil der Oberflächen
Nummer 2, Nummer 3 oder Nummer 4 abgeschieden werden.
-
Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber den Ionenimplantierungs-
und Sol-Gel-Verfahren zur Bildung selbstreinigender Beschichtungen umfassen
die Fähigkeit
zur Bildung eines dünnen, dichten,
PM-Films auf einem Substrat im Gegensatz zu im Allgemeinen dickeren,
porösen,
selbstreinigenden Beschichtungen, die mit den Ionenimplantierungs-
und Sol-Gel-Beschichtungsverfahren erhalten werden. Ein noch anderer
Vorteil ist, dass das Verfahren zur Bereitstellung einer PM-Beschichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Notwendigkeit zur erneuten Erwärmung des Substrats nach dem Auftrag
der Beschichtung oder eines Beschichtungsvorläufers vermeidet, wie es bei
konventionellen Ionenimplantierungs- und Sol-Gel-Verfahren praktiziert wird.
Dies macht nicht nur das vorliegende Verfahren weniger kostenintensiv
und effizienter, z. B. weniger Zubehörkosten, weniger Energiekosten
und weniger Produktionszeit, sondern verringert auch die Möglichkeit
für eine
Natriumionenwanderung und somit wird eine Natriumionen vergiftung
der PM-Beschichtung 24 der vorliegenden Erfindung wesentlich
verringert. Dazu kommt, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung
leicht auf die Bildung von PM-Beschichtungen auf sich kontinuierlich
bewegenden Substraten wie ein Glasfloatband angepasst werden kann.
-
Die
Fachleute auf dem Gebiet werden leicht anerkennen, dass Modifikationen
an der Erfindung ohne ein Abweichen von den in der vorherigen Beschreibung
offenbarten Konzepten durchgeführt
werden können.
Dem entsprechend sind die jeweiligen Ausführungsformen, die im Detail
hierin beschrieben werden, lediglich erläuternd und nicht beschränkend für den Umfang
der Erfindung, der in seiner vollen Breite in den beigefügten Ansprüchen wiedergegeben
wird.