DE69321754T2

DE69321754T2 - Hochwertiges, beständiges Glas mit niedriger Emissivität und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69321754T2
Application number: DE69321754T
Authority: DE
Inventors: Klaus W. Brighton Michigan 48116 Hartig; Philip J. Lambertville Michigan 48144 Lingle
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2013-02-26
Also published as: AU3319193A; DK0567735T3; MX9301838A; EP0567735B2; EP0567735B1; DE69321754D1; JP2588831B2; ZA932087B; ATE172701T1; CA2089421C; KR960010585B1; BR9301659A; PL175403B1; NO931570D0; CZ73593A3; CN1044358C; HU9301271D0; US5344718A; EP0567735A1; CN1078219A

Description

Fachbereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft sputterbeschichtete Gläser und Herstellungsverfahren hierfür. Insbesondere betrifft die Erfindung sputterbeschichtete, als Baugläser nutzbare Gläser, die einen hohen Transmissionsgrad für sichtbares Licht und ausgezeichnete Reflexionseigenschaften für Infrarotenergie besitzen und bestimmte, einzigartige Verfahren sie herzustellen.

Hintergrund der Erfindung

Für flaches Bauglas, wie es im Floatverfahren hergestellt wird, sind zwei der wichtigen Techniken zur Herstellung von Beschichtungen dieser Gläser zum Umgang mit Sonnenstrahlung das pyrolytische Verfahren und das Magnetron-Sputterbeschichtungsverfahren. Nachteile, die man vorher im Sputterbeschichtungsverfahren feststellte, sind, daß die Beschichtungen häufig leicht abgerieben werden können (d. h. Mangel an "Dauerhaftigkeit") und daß die zur Herstellung von Vielfachfensterglasscheiben bei Baufenstern eingesetzte Polyversiegelung häufig die Beschichtung angreift. Dies wiederum zerstört die Dichtung zwischen den Fensterglasscheiben und ermöglicht es, daß sich zwischen diesen schädliches Kondensat ansammelt. Andererseits besitzen Sputterbeschichtungen den großen Vorteil, daß sie niedrige Emissionsgrade und im Vergleich zu den meisten pyrolytischen Beschichtungen sehr gute Transmissionseigenschaften für sichtbares Licht erreichen.
Die beiden letztgenannten Eigenschaften gehören wohl zu den wichtigsten Eigenschaften, die bei bestimmten Baugläsern zu erreichen sind.
Die Begriffe "Emissionsgrad" und "Transmissionsgrad" sind im Stand der Technik gut verstanden und werden hierin entsprechend ihrer gut bekannten Bedeutung benutzt. So bedeutet z. B. der Begriff "Transmissionsgrad" hierin Transmissionsgrad des Sonnenlichts, die aus dem Transmissionsgrad von sichtbarem Licht, von Infrarotenergie und von ultraviolettem Licht besteht. Der gesamte Transmissionsgrad der Sonnenenergie ist dann gewöhnlich durch das gewichtete Mittel dieser anderen Werte gekennzeichnet. Bezogen auf diese Transmissionsgradwerte wird der Transmissionsgrad des sichtbaren Lichts, wie hierin beschrieben, bei Benutzung der Standard- Beleuchtungs-C-Technik bei 380-720 nm gemessen, des infraroten bei 300-400 nm und des gesamten Sonnenanteils bei 300- 2100 nm. Bei Messung des Emissionsgrades wird jedoch ein spezieller Infrarotbereich (d. h. 2.500-40.000 nm) verwendet, wie unten dargestellt.
Der Transmissionsgrad des sichtbaren Lichts kann mit üblichen, bekannten Methoden gemessen werden. Z. B. wird durch die Verwendung eines Spektrophotometers, wie eines Beckman 5240 (Beckman Sci. Inst. Corp.) eine spezielle Transmissionsgradkurve bei jeder Wellenlänge beobachtet. Der Transmissionsgrad des sichtbaren Lichts wird dann mit Hilfe der ASTM E-308 "Methode zur Berechnung der Farben von Objekten durch die Verwendung des CIE-Systems" (Jahrbuch der ASTM-Standards, Bd. 14.02) berechnet. Falls gewünscht, kann eine kleinere Zahl von Wellenlängenpunkten als vorgeschrieben benutzt werden. Eine andere Methode zur Messung des Transmissionsgrads des sichtbaren Lichts ist es, ein Spektrometer einzusetzen, wie z. B. ein kommerziell erhältliches Spectragard-Spectrophotometer, hergestellt von Pacific Scientific Corporation. Diese Einrichtung mißt und stellt den Transmissionsgrad des sichtbaren Lichts direkt dar.
Der "Emissionsgrad" (E) ist ein Maß oder Charakteristikum sowohl für den Absorptionsgrad als auch den Reflexions grad von. Licht bei festen Wellenlängen. Er wird gewöhnlich durch die Formel
E = 1 - Reflexionsgradfilm
dargestellt.
Für Bauzwecke sind die Emissionsgradwerte im sogenannten "mittleren Wellenlängenbereich", manchmal auch "entfernter Wellenlängenbereich" des Infrarotspektrums genannt, d. h. bei ungefähr 2.500-40.000 nm, sehr wichtig geworden. Der Begriff "Emissionsgrad" wird hierin zur Bezeichung von Emissionsgradwerten benutzt, die in diesem Infrarotbereich gemessen wurden, wie durch den 1991 vorgeschlagenen ASTM-Standard zur Messung von Infrarotenergie zur Berechnung des Emissionsgrads vorgeschrieben wurde, wie vom Ersten Glasherstellerkongreß vorgeschlagen, betitelt "Testmethode zur Messung und Berechnung der spezifischen Ausstrahlung von Bauflachglasprodukten unter Verwendung von Radiometrischen Messungen". Dieser Standard und seine Bestimmungen sind hierin durch Zitat einbezogen. In diesem Standard wird der Emissionsgrad in zwei Anteile aufgespalten: den hemisphärischen Emissionsgrad (Eh) und den Normal-Emissionsgrad (En).
Die eigentliche Zusammenfassung der Daten zur Messung solcher Emissionsgradwerte ist üblich und kann durch den Einsatz eines Beckman Model 4260 Spektrophotometers mit "VW" Zusatz (Beckman Scientific Inst. Corp.) geschehen. Dieses Spektrophotometer mißt den Reflexionsgrad bezüglich der Wellenlänge und hieraus wird der Emissionsgrad berechnet unter Benutzung des oben genannten, 1991 vorgeschlagenen ASTM-Standards, der hierin durch Zitat miteinbezogen ist.
Ein anderer, hier verwendeter Begriff ist der "Flächenwiderstand". Der Flächenwiderstand (RS) ist im Stand der Technik ein bekannter Begriff und wird hierin in Übereinstimmung mit seiner bekannten Bedeutung benutzt. Allgemein ausgedrückt, betrifft diese Größe den Widerstand in Ohm für jede Fläche eines Schichtsystems auf einem Glassubstrat gegenüber einem elektrischen Strom, der durch das Schichtsystem geschickt wird. Der Flächenwiderstand ist ein Maß dafür, wie gut die Schicht Infrarotenergie reflektiert und wird deshalb oft im Zusammenhang mit dem Emissionsgrad benutzt als ein Maß für diese Größe, die bei vielen Baugläsern sehr wichtig ist. Der "Flächenwiderstand" wird üblicherweise unter Verwendung eines Vierpunkt-Fühler-Ohmmeters gemessen, sowie einem üblichen Vierpunkt-Widerstandsfühler mit einem Magnetron-Instrument-Corp.-Kopf, Model M-800, hergestellt von Signatone Corp. aus Santa Clara, Kalifornien.
Wie oben schon beschrieben, ist es für viele Bauzwecke wünschenswert, einen möglichst niedrigen Emissionsgrad und RS -Wert zu erhalten, so daß das Glasfenster große Anteile der auftreffenden Infrarotenergie reflektiert. Allgemein gesagt, werden als "Niedrig-Emissionsgrad"(Low-E)-Gläser solche Gläser angesehen, die einen hemisphärischen Emissionsgrad (Eh) von weniger als 0,16 und einen Normal-Emissionsgrad (En) von weniger als 0,12 besitzen. Vorzugsweise ist Eh ungefähr 0,13 oder weniger und En ungefähr 0,10 oder weniger. Gleichzeitig ist der "Flächenwiderstand" (RS) vorzugsweise niedriger als ungefähr 10,5 Ohm/sq. Um kommerziell verwertbar zu sein, müssen derartige Gläser so viel sichtbares Licht durchlassen wie möglich, oft ca. 76% oder mehr, wobei die Illuminant-C-Technik zur Messung des Transmissionsgrads in Gläsern von 2-6 mm Dicke benutzt wird. Der Transmissionsgrad für sichtbares Licht sollte besonders bevorzugt für Gläser mit einer Dicke zwischen etwa 2-6 mm 78% oder mehr betragen. Ganz besonders bevorzugt sollte der Transmissionsgrad des sichtbaren Lichts ungefähr 80% und größer sein und am meisten bevorzugt größer als ungefähr 80%.
Die Technik, Bauglas durch Magnetron-Sputterbeschichtungs-Mehrfachbeschichtungen aus Metall und/oder Metalloxiden oder Nitriden auf Floatglasscheiben herzustellen ist wohlbekannt und eine große Zahl von Permutationen und Kombinationen von bekannten Metallen (z. B. Ag, Au usw.), Oxiden und Nitriden sind getestet und beschrieben worden. Derartige Techniken können sowohl planare wie röhrenförmige Targets oder eine Kombination aus beiden in Multitarget-Bereichen enthalten, um die gewünschten Resultate zu erzielen. Beispielhaft für einen bevorzugten Apparat, der in in dieser Erfindung verwendbar ist und im Stand der Technik bekannt ist, ist ein Magnetron- Sputterbeschichter, angeboten von der Airco Corporation. Diese kommerziell erhältliche Einrichtung ist im US-Patent Nr. 4 356 073 und 4 422 916 entsprechend offenbart. Die Offenbarungen dieser Patente sind hierin durch Zitat einbezogen.
Insbesondere ist bekannt, den Airco-Sputterbeschichter zur Herstellung von Bauglas mit einem System von Schichten einzusetzen, welche vom Glas (z. B. Standardfloatglas) aus betrachtet nach außen wie im folgenden aufgezählt aufeinanderfolgen:
Si&sub3;N&sub4;/Ni : Cr/Ag/Ni : Cr/Si&sub3;N&sub4;
Bei diesem Schichtsystem hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Ni : Cr-Legierung ein Gewichtsverhältnis 80/20 von Ni/Cr hat und es wird berichtet, daß die zwei Nichrom-Schichten 7 Å dick sind, die Ag-Schicht als nur ungefähr 70 Å dick spezifiziert (außer, daß berichtet wird, daß die Silberschicht etwa 100 Å dick sein kann), und daß die Si&sub3;N&sub4;-Schichten verhältnismäßig dicker sind (z. B. 320 Å für die Grundierungsschicht und ungefähr 450 Å für die Deckschicht). In der Realität ist aufgrund der geringen Dicke der Silberschicht (d. h. ungefähr 70 Å) festgestellt worden, daß sie von eher halbkontinuierlicher Art ist.
Fig. 1 (unten ausführlicher dargestellt) zeigt schematisch einen typischen, oben dargestellten Airco-Sputterbeschichter zur Herstellung dieses bekannten Airco Produkts. Bezugnehmend auf Fig. 1 sind die Zonen 1, 2, 4 und 5 aus Silizium(Si)-Röhrentargets ("t") hergestellt und das Sputtern ist in einer 100%igen N&sub2;-Atmosphäre ausgeführt. In Zone 3 werden typischerweise planare Targets "p" verwendet und sie wird benutzt, um die drei inneren Schichten, d. h. Ni : Cr/Ag/Ni : Cr, herzustellen. Es wird dabei eine 100%-Argon- Atmosphäre verwendet. Früher hat man in der Sputterbeschichtungstechnik angenommen, daß N&sub2; das Silber während der Sputterbeschichtung nachteilig beeinflußt und deshalb wurde große Sorgfalt darauf verwendet, die Zone 3 frei von N&sub2; zu halten.
Während diese Beschichtung eine gute "Dauerhaftigkeit" erreichte (d. h. die Beschichtung war widerstandsfähig gegen Verkratzungen und Abnutzung und chemisch stabil) und deshalb ein wichtiges Maß dieser Eigenschaft im Vergleich zu pyrolytischen Beschichtungen darstellte, blieben ihre anderen Eigenschaften in der Praxis hinter den Standards bezüglich Infrarotreflexion und Durchlässigkeit für sichtbares Licht zurück, die man normalerweise für Niedrig-Emissionsgrad-Bauglas anstrebt. So ist zum Beispiel bei Glas mit einer Dicke von 3 mm die Durchlässigkeit für sichtbares Licht ungefähr 76%, Eh ist ungefähr 0.20-0.22 und En ist ungefähr 0.14-0.17. Beide Emissionsgradwerte sind recht hoch. Zusätzlich sind die Messungen des Flächenwiderstands (RS) mit 15.8 Ohm/sq relativ hoch (ein akzeptablerer Wert läge bei 10.5 oder darunter). Während die Dauerhaftigkeit wesentlich verbessert wurde und während sich zeigte, daß diese Beschichtungen mit üblichen Dichtungen verträglich sind (und dadurch ist dieses Problem in der Technik für Mehrfachglasfenster gelöst worden, das normalerweise "Streichung der Ecken" erforderte und nun nicht mehr benötigt), waren die Eigenschaften zum Umgang mit Sonnenlicht für viele moderne Bauzwecke nicht optimal.
Zusätzlich zu diesem Airco-Schichtsystem ist über Beschichtungen, die Silber und/oder Ni : Cr als Schichten enthalten zur Infrarotreflexion und Eigenschaften zum Umgang mit Sonnenlicht in der Patentliteratur und wissenschaftlichen Literatur berichtet worden. So z. B. über die Fabry-Perot-Filter und andere Beschichtungen und Techniken aus dem Stand der Technik, die in den US-Patenten Nr. 3 682 528 und 4 799 745 (und der Stand der Technik, der hierin dikutiert und/oder zitiert ist) offenbart sind. Man beachte weiterhin die dielektrisch-metallischen Schichtsysteme, die in vielen Patenten entwickelt werden, so z. B. in dem US-Patent Nr. 4 179 181; 3 698 946; 3 978 273; 3 901 997 und 3 889 026, um nur ein paar zu nennen. Während derartige andere Beschichtungen bekannt sind oder über sie berichtet wurde, ist anzunehmen, daß vor unserer Erfindung keine dieser Offenbarungen des Standes der Technik es zeigen oder den Stand erreicht haben, den hochproduktiven Sputterbeschichtungsprozeß einzusetzen und gleichzeitig ein Bauglas zu erhalten, das sich nicht nur an die Dauerhaftigkeit der pyrolytischen Beschichtungen annähert oder ihnen gleichsteht, sondern gleichzeitig exzellente Eigenschaften zum Umgang mit Sonnenlicht besitzt.
Weiterhin ist zu erwähnen, daß, während der Grundapparat von Airco und die Grundarbeitsmethode als weitgehend akzeptabel angesehen werden, seine Produktivität mangelhaft ist. Der Grund dieser verminderten Produktivität steht in Beziehung zu der Annahme, die wir als nicht anwendbar für unsere Erfindung gefunden haben, daß nämlich Silber während des Sputterns von N&sub2;-Gas ferngehalten werden muß.
Bei Berücksichtigung der obigen Darstellung ist es offensichtlich, daß im Stand der Technik ein Bedürfnis nach einem sputterbeschichteten Schichtsystem besteht, das sich bzgl. der Dauerhaftigkeit an pyrolytische Beschichtungen annähert oder mit ihnen gleich ist, das aber gleichzeitig optimale Eigenschaften zum Umgang mit Sonnenlicht erreicht, wobei es das Problem löst, das die pyrolytischen Schichten normalerweise mit sich bringen. In der Benutzung in dieser Schrift sind die Ausdrücke "dauerhaftig" oder "Dauerhaftigkeit" in Übereinstimmung mit ihren bekannten Bedeutungen im Stand der Technik und spiegeln in diesem Zusammenhang einen mechanischen und chemischen Widerstand gegen Wertminderung, angenähert oder nahezu gleich mit dem des pyrolytischen Prozesses. Aus dem oben gesagten ist ebenfalls ersichtlich, daß im Stand der Technik ein Bedürfnis nach einer mit einem Magnetron- Sputterbeschichtungsverfahren erzeugten Beschichtung besteht, das den Transmissionsgrad, den Emissionsgrad und vorzugsweise auch den Flächenwiderstand der mit dem Airco-Verfahren erhaltenen Schichten als auch die Produktivität dieses bekannten Verfahrens verbessert.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, die oben aufgezählten Bedürfnisses zu erfüllen, und auch andere Bedürfnisse des Standes der Technik, die dem Fachmann nach der folgenden Offenbarung deutlicher werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Allgemein ausgedrückt erfüllt diese Erfindung die oben beschriebenen Bedürfnisse des Standes der Technik durch Bereitstellung eines sputterbeschichteten Glasartikels, der folgendes umfaßt:
(a) - eine Grundierungsschicht aus Si&sub3;N&sub4;,
(b)- eine erste Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung,
(c) - mindestens eine Schicht aus Silber,
(d)- eine zweite Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung, und
(e) - eine Deckschicht aus Si&sub3;N&sub4;;
dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Glassubstrat eine Dicke von 2-6 mm hat, das Schichtsystem dauerhaft ist und das beschichtete Glas einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht von mindestens ungefähr 78%, einen Normal-Emissiongrad (En) von weniger als ungefähr 0,12 und einen hemisphärischen Emissionsgrad (Eh) von weniger als ungefähr 0,16 besitzt, wobei die meßbaren Eigenschaften dann beobachtet werden, wenn man das Schichtsystem derart aufgebaut, daß folgende Kombination vorliegt:
- die Dicke der Silberschicht ist größer als 7 nm und wenn es mehr als eine Silberschicht gibt, ist die Gesamtdicke der Silberschichten größer als 7 nm,
- die Dicke der Ni- oder Ni-Legierungsschicht ist geringer als 1 nm ist, und
- die Dicke der Si&sub3;N&sub4;-Schichten ist größer oder gleich ungefähr 32 nm bei der Grundierungsschicht und größer oder gleich ungefähr 45 nm bei der Deckschicht.
In bestimmten, besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die Schichtsysteme "dauerhaft" und der Transmissiongrad für sichtbares Licht ist, wie oben erwähnt, mindestens ungefähr 80% oder größer, und am vorteilhaftesten ist er größer als 80%. Bei noch vorteilhafteren Ausführungsformen liegen die Werte des Emissionsgrades bei ungefähr 0,13 oder darunter für Eh und bei 0,10 oder darunter für En. Am vorteilhaftesten sind Werte für Eh bei ungefähr 0,12-0,13 und für En bei unge fähr 0,09-0,10. Bei diesen Ausführungsformen liegt der bevorzugte Bereich des Flächenwiderstandes bei 10,5 Ohm/sq oder darunter und am meisten vorzuziehen ist ein Wert von ungefähr 9-10 Ohm/sq.
In bestimmten, weiter bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung besteht das Schichtsystem aus den oben genannten fünf Schichten und keinen weiteren. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann das Schichtsystem um andere bekannte Schichten vermehrt sein, die die wesentlichen Qualitäten der Beschichtung dieser Erfindung nicht beeinträchtigen oder stören. In bestimmten Fällen können diese zusätzlichen Schichten tatsächlich die wesentlichen Eigenschaften dieser Beschichtungen verbessern. Ein solches Schichtsystem, wie in dieser Erfindung betrachtet, besteht z. B. aus einem Sieben- Schicht-System, hergestellt durch das Aufteilen einer Silberschicht in zwei Silberschichten mit einer Nickelbasisschicht (z. B. Nickel-Chrom) dazwischen, so daß das Schichtsystem vom Glas auswärts betrachtet nun im wesentlichen aus folgenden Schichten besteht:
Si&sub3;N&sub4;/Ni : Cr/Ag/Ni : Cr/Ag/Ni : Cr/Si&sub3;N4.
Von diesem Sieben-Schicht-System nimmt man an, daß es im allgemeinen im Vergleich zu dem oben beschriebenen Fünf-Schicht- System eine etwas höhere Dauerhaftigkeitseigenschaften und verbesserte Widerstandeigenschaften gegen Verkratzen und auch einen höheren Infrarotreflexionsgrad aufweist.
Weitere Schichten könnten eventuell optionale Deckbeschichtungen zur weiteren Verbesserung des Widerstandes gegen Verkratzen oder Grundierungsschichten zur Verbesserung der Haftung und ähnliches enthalten. Jedoch sind in der Praxis dieser Erfindung die bevorzugten Systeme die Fünf- und Sieben-Schicht-Systeme, wie oben ausgeführt.
In der Anwendung dieser Erfindung ist aufgefallen, daß bei den bevorzugten Ausführungsformen und um die gewünschten optimalen Emissionsgrade und Transmissionseigenschaften zu erreichen, die Dicken der verschiedenen Schichten zur Erreichung der gewünschten Grenzwerte ziemlich wichtig sind. In diesem Zusammenhang und im Vergleich zu dem bekannten, oben beschriebenen Airco-Fünf-Schicht-System hat sich als wichtig herausgestellt, über die von Airco beschriebenen 70 Å für die Dicke der Silberschicht hinaus eine größere Dicke zu verwenden, ungefähr in der Größenordnung von zusätzlichen 20%-30% um sicherzustellen, daß, wenn die Silberschicht eine einzige Schicht ist, diese Silberschicht kontinuierlich ist und um auf jeden Fall den richtigen Infrarotreflexionsgrad sicherzustellen. Auf diese Weise wird gegenüber der oben beschriebenen 70Å-Airco-Silberschicht für diese Erfindung eine Dicke der Gesamtsilberschicht von ungefähr 90-105 Å und vorzugsweise ungefähr 95-105 Å verwendet.
Für das Fünf-Schicht-System dieser Erfindung, z. B. mit einer einzigen Ag-Schicht, ist 95 Å die bevorzugte Schichtdicke. In den Ausführungsformen, bei denen die Silberschicht in zwei Schichten mit einer Nickelbasisschicht dazwischen aufgespalten wird, sollte die gesamte Dicke beider Schichten 90-105 Å sein und vorzugsweise sollte eine Schicht ungefähr 50 Å dick sein. In diesem Zusammenhang sollte man festhalten, daß bei 50 Å Dicke die Silberschichten etwas diskontinuierlich werden. Trotz dieser Bedingung, die bei dem Airco-System ein Problem ist, entstehen in der Anwendung dieser Erfindung hieraus keine gegenteiligen Effekte.
Die eingesetzten Nickelbasisschichten sind vorzugsweise dieselben Ni : Cr (80/20) Nichrom-Schichten, die bei dem Airco- System eingesetzt werden. Allerdings wird die Dicke der Ni : Cr-Schichten gewöhnlich unter ungefähr 7 Å gehalten (z. B. ungefähr 6 Å oder weniger, oder eine Verringerung um 15-20%) anstelle der von Airco vorgeschriebenen 10 Å (oder einer noch größeren Dicke).
Auf eine ähnliche Art und Weise wie die gesamten eingesetzten Silberschichten besitzt jede der Si&sub3;N&sub4;-Schichten dieser Erfindung gegenüber der von Airco eine größere Dicke. In den bevorzugten Ausführungsformen ist die Verstärkung von derselben Größenordnung wie bei den Silberschichten, z. B. ungefähr 20% und mehr. Auf diese Weise wird bei den bevorzugten Ausführungsformen anstelle der Benutzung einer Grundierungsschicht und einer Deckschicht aus Si&sub3;N&sub4;, jede mit einer Dicke von ungefähr 320 Å bzw. 450 Å nach den Vorschriften von Airco (wobei die Grundierungsschicht etwas dünner als die Deckschicht ist), in der Anwendung dieser Erfindung eine Grundierungsschichtdicke von ungefähr 400 Å und eine Deckschichtdicke von wenigstens ungefähr 540 Å vorgezogen. Am vorteilhaftesten ist eine Grundierungsschicht von ungefähr 400 A - 425 Å Dicke und eine Deckschicht von ungefähr 540 Å-575 Å Dicke. Der Sinn dieser Schichten aus Si&sub3;N&sub4; ist im wesentlichen die Antireflexion, die Farbkontrolle, die chemische Widerstandsfähigkeit, der Widerstand gegen Verkratzen und die Verschleißfestigkeit.
Vielscheiben-Fenster sind für Bauzwecke weit verbreitet. Die Schichtsysteme dieser Erfindung stellten sich als verträglich mit den üblichen, zur Herstellung dieser Fenster verwendeten Dichtungen heraus und auf diese Weise lösten sie dieses Problem im Stand der Technik (wie oben beschrieben) bis zu demselben Grad, wie das Airco-Schichtsystem dieses Problem bewältigte. Deshalb ist bei den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung keine "Streichung der Ecken" nötig.
Direkt bezugnehmend auf die Vorstellungen, die man hiervor im Stand der Technik hatte, ist es bei der vorliegenden Erfindung bei bestimmten, hierbei betrachteten bevorzugten Schichtsystemen nicht nur unnötig, das Silber während des Sputterns von dem N&sub2; fernzuhalten, sondern es ist vorteilhaft, Silber- und Nickelbasissputtern zusammen in dieser Umgebung auszuführen. In diesem Zusammmenhang ist kein Auftreten eines wesentlichen Wirkungsverlusts des Silbers zu beobachten gewesen. Dies hat im Gegenteil zu der unerwarteten Entdeckung geführt, daß, wenn die Nickelbasisschicht Chrom enthält und das Chrom während des Sputterns in ein Nitrid verwandelt wurde, erstaunlicherweise eine Verbesserung der Transmissionseigenschaften auftritt. Deshalb ist in bestimmten, bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung das Ni- Basis-Target eine Ni : Cr-Legierung, und das Chrom wird während der Sputterns in derselben Sputterzone wie das Silber (wenigstens teilweise) in ein chromhaltiges Nitrid verwandelt. Dies bewirkt, wie festgestellt, eine signifikante Stei gerung der Transmission des sichtbaren Lichts im Endprodukt. Zusätzlich werden dadurch, daß dieses Nitrid in derselben Zone, in der das Silbersputtern auftritt, erzeugt wird, Verluste vermindert und die Produktivität gesteigert.
Verbesserte Produktivität und verminderte Kosten im Vergleich zu dem Airco-Verfahren erhält man auf diese Weise: Im Airco-Verfahren (und anderen) ist das Sputtern von Si schwierig und langsam wegen Erhöhung der Energieversorgung der Targets (z. B. die röhrenförmigen Targets im Airco-Verfahren), was gewöhnlich bis an die Grenzen der Leistungsfähigkeit der Einrichtung geschehen muß, weil die Atmosphäre normalerweise aus 100% N&sub2; besteht. Unter der Annahme, daß Silber nicht in einer N&sub2;-enthaltenden Atmosphäre gesputtert werden sollte, und wenn man das Chrom in eine Nitrid verwandeln wollte, müßten die Ni : Cr-Targets in getrennte Zonen gebracht werden, was die zusätzliche Ausgaben erfordern würde. Alternativ könnte man die Targets in denselben N&sub2;-enthaltenden Zonen sputtern wie das Si, aber dies würde die Produktion aufgrund der Herabsetzung der Zahl der für den Gebrauch verfügbaren Si-Targets verlangsamen. Sowohl durch die Erkenntnis, daß es in der Anwendung dieser Erfindung vorteilhaft ist ein Chromnitrid herzustellen als auch dadurch, daß N&sub2; keinen nachteiligen Einfluß auf das Silber während des Sputterns hat, fällt die Notwendigkeit für die oben beschriebenen teuren und unproduktiven Alternativen weg, weil die beiden Ni : Cr-Targets nun in derselben Zone liegen können wie das Silber-Target und das Sputtern nun in einer Ar/N&sub2;-Atmosphäre ausgeführt werden kann, im Gegensatz zu einer reinen Ar-Atmosphäre, wie man es vorher für notwendig hielt. In diesem Zusammenhang wird in bevorzugten Ausführungsformen eine Atmosphäre aus 50/50 Vol.- % Ar/N&sub2; eingesetzt, obgleich dies in einem weiten Bereich zwischen 0%-75% Ar und 100%-25% N&sub2; liegen kann.
Das Airco-Verfahren, wie oben beschrieben, schreibt vor, Si in einer 100% N&sub2;-Atmosphäre zu sputtern. Während dies augenblicklich ein Weg ist, diese Phase des Si-Sputterns entsprechend dieser Erfindung auszuführen, hat man daneben gefunden, daß unter bestimmten Umständen (z. B. kleine Einheiten, niedrige Volumenproduktion), Argon während des Si-Sput terns zum N&sub2; hinzugefügt werden kann, um die Sputterrate von Si auf eine bekannte Weise zu verbessern, während weiterhin eine akzeptable Menge an Si&sub3;N&sub4; gebildet wird.
Bei Berücksichtigung des oben gesagten erfüllt diese Erfindung weiterhin dadurch die oben beschriebenen Notwendigkeiten des Standes der Technik, daß ein neues Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Artikel geliefert wird, das die Sputterbeschichtung der Ni : Cr/Ag/Ni : Cr-Targets in derselben Zone umfaßt, während man eine Atmosphäre verwendet, die ausreichend N&sub2; enthält, um ein Nitrid des Chroms zu erzeugen. Vorzugsweise enthält diese Atmosphäre ungefähr 0-75 Vol.-% Ar und ungefähr 100 - 25 Vol.-% N&sub2;. Am meisten vorzuziehen ist eine Volumenverteilung von 50% N&sub2; und 50% Ar. Bei bestimmten Ausführungsformen wird das Sputtern der Grundierungs- und Deckschicht in einer 100%igen N&sub2;-Atmosphäre ausgeführt, während bei anderen Ausführungsformen Argon mit einem Volumenanteil von ungefähr 3-50 Vol.-% mit N&sub2; zusammen benutzt wird, um die Produktivität zu steigern.
Diese Erfindung wird nun im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, zusammen mit Bezugnahmen auf die begleitenden Figuren:

In den Figuren

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung des Airco-Apparats, die in der Anwendung dieser Erfindung eingesetzt werden kann (und die in der Anwendung des Standes der Technik anders eingesetzt wird, wie oben beschrieben).
Fig. 2 ist Teil-Seiten-Schnittansicht des Airco-Schicht-Systems aus dem Stand der Technik.
Fig. 3 ist eine Teil-Seiten-Schnittansicht einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 4 ist eine Teil-Seiten-Schnittansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen dieser Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein konventioneller Magnetron-Sputterbeschichter dargestellt so, wie die Airco-Einrichtung, auf die oben Bezug genommen wird. In der Anwendung dieser Erfindung werden vorzugsweise fünf Zonen 1-5 eingesetzt. (Die Schichten werden sequentiell auf das Glas G aufgebracht, so wie sie in die Richtung des Pfeiles A fortschreiten.) Zone 1 enthält 6 röhrenförmige Targets t&sub1;&submin;&sub6; aus Silicium (Si) (z. B. Si dotiert mit 3-5 Gew.-% Al aus Leitfähigkeitsgründen). Zone 2 enthält 6 weitere röhrenförmige Targets (t&sub7;&submin;&sub1;&sub2;) desselben Materials. In einer ähnlichen Ausführungsform enthalten Zone 4 und 5 jeweils 6 weitere röhrenförmige Targets t&sub1;&sub9;&submin;&sub2;&sub4; bzw. t&sub2;&sub5;&submin;&sub3;&sub0; desselben Materials.
Die mittlere Zone 3 ist vorzugsweise gebildet aus entweder 3 planaren Targets P&sub1;&submin;&sub3; (sie sind mit 31, 16 und 33 entsprechend numeriert), um ein Fünf-Schicht-System herzustellen, wie in Fig. 3 gezeigt, oder aus 5-6 Targets (von röhrenförmigem oder planarem Typ), um ein Sieben-Schicht-System, wie in Fig. 4 gezeigt, herzustellen. Das Drei-Planar-Target- System kann, wie gezeigt, natürlich auch benutzt werden, um das Airco-Schicht-System aus dem Stand der Technik, wie in Fig. 2 gezeigt, herzustellen. Die Targetanordnung für das Sieben-Schicht-System von Fig. 4 in Zone 3 kann vom Fachmann nach seinem Wissen angeordnet werden und ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt. Wenn man die Verfügbarkeit einer Sechs-Target-Anordnung, wie in den Zonen 1-2 und 4-5 vorhanden, annimmt, wie es für eine derartige Anordnung typisch ist, ist es, die relativ geringe Dicke der drei benötigten Nickelbasisschichten (zum Beispiel Nichrom) vorausgesetzt, eine Methode, Targets (31) und (33) (d. h. P&sub1; und P&sub3;) als Nickelbasistargets einzusetzen und anstelle des Targets (16) (d. h. P&sub2;) eine Folge von Targets zwischen P&sub1; und P&sub3; einzusetzen, wobei t&sub1;&sub3; Silber, t&sub1;&sub4; Nickelbasis und entweder t&sub1;&sub5; oder t&sub1;&sub6; Silber ist.
In der Anwendung sind die Zonen 1-5 durch entsprechende Zwischenwände "C" getrennt, die die Enden darstellen, wobei es möglich ist, in jeder Zone eine vorgegebene, kontrollierte Atmosphäre einzustellen, und dies alles mit einem konventionellen Apparat, der in der Technik der Sputterbeschichtung weit bekannt ist. Wie oben erklärt, hat man hiervor angenommen, daß es bei dem Einsatz von Silber als Target bei einem Sputterbeschichtungsvorgang wichtig wäre, die entsprechende Zone (d. h. Zone 3) so gut wie möglich im wesentlichen frei von N&sub2; zu halten. So wird in dem bekannten Verfahren zur Herstellung des Systems nach dem Stand der Technik nach Fig. 2 100% Argongas als zu verwendende Atmosphäre angeführt. Man nahm ebenfalls an, daß das Sputtern von Si bei 100% N&sub2; stattfinden sollte und so wurde diese Atmosphäre vorgeschlagen.
Wenn man nun diesen Apparat und diese Atmosphären benutzte und durch die Kontrolle der Geschwindigkeit und der elektrischen Leistung des Sputtervorgangs stellte man mit dem bekannten Airco-Verfahren ein Schichtsystem her, wie in Fig. 2 gezeigt. In dieser Fig. 2 ist ein Glassubstrat "G" gezeigt. Ein derartiges Glassubstrat war vorzugsweise eine Glasscheibe mit einer Dicke von ungefähr 2 bis 6 mm, die gewöhnlich in dem bekannten Floatverfahren und unter Verwendung einer für dieses Verfahren typischen, von alt her eingesetzten Soda- Kalk-Quarz-Zusammensetzung hergestellt wurde. In den Zonen 1- 2 wurde eine erste Grundierungsschicht 111, die im wesentlichen aus Si&sub3;N&sub4; bestand, hergestellt. Seine nominelle Dicke war ungefähr 325 Å. Zone 1-2 wurden in im wesentlichen 100%igen N&sub2; Atmosphäre betrieben. Danach wurde die Zone 3 eingesetzt, wobei eine aus im wesentlichen 100% Argon bestehende Atmosphäre benutzt wurde, um zuerst eine relativ dicke Schicht 113 (z. B. 7 Å oder dicker) aus 80/20 Nichrom herzustellen, gefolgt von einer relativ dünnen, eher diskontinuierlichen Silberschicht 115 (z. B. ungefähr 70 Å), deren Diskontinuierlichkeit durch die Blasen 117 dargestellt ist. In derselben Zone 3 wurde dann auf das Silber eine andere, relativ dicke 80/20 Nichrom-Schicht 119 (z. B. 7 Å oder dicker) aufgebracht. Eine Deckschicht 121 aus Si&sub3;N&sub4; wurde dann mit einer Dicke etwas größer als die der Grundierungsschicht 111 (z. B. ungefähr 450 Å) in den Zonen 4-5 aufgebaut. Die niedriger als wün schenswert liegenden Qualitäten dieses Glases zum Umgang mit Sonnenlicht sind oben erwähnt und ein Beispiel hiervon ist unten unter der Bezeichnung "Standard (Std.) Airco" dargestellt.
Fig. 3 zeigt zwei Ausführungsformen unserer Erfindung, die unter Verwendung des Apparates von Fig. 1 hergestellt werden können. Wie gezeigt, sind dort fünf Schichten auf Floatglassubstrat "G" (2 bis 6 mm dick) aufgebaut. Die erste Schicht 211 ist Si&sub3;N&sub4; und wird in den Zonen 1-2 gebildet, wobei eine im wesentlichen 100%-ge N&sub2; Atmosphäre verwendet wird. Optional kann unter bestimmten Bedingungen (z. B. wo die Größenordnungen kleiner sind) etwas Argon zugeführt werden, zum Beispiel in die Zone 2, um das Sputtern des Si zu vergrößern. Danach werden die Schichten 213 (213'), 215 und 219 (219') in der Zone 3 gebildet.
In einer Ausführungsform dieser Erfindung besteht die verwendete Atmosphäre in Zone 3 im wesentlichen aus 100% Argon. In dieser Ausführungsform ist das Target P&sub1; (31) vorzugsweise 80/20 Nichrom kann aber auch aus Nickel oder einer anderen Nickelbasislegierung bestehen, falls gewünscht. Um verbesserte Eigenschaften zum Umgang mit Sonnenstrahlung zu erhalten und auf diese Weise die Probleme, die das Produkt von Fig. 2 begleiten, zu lösen, wird die Schicht 213, die eine im wesentlichen rein metallische Schicht ist, bei einer Dicke von weniger als ungefähr 7 Å gehalten. Dies erreicht man dadurch, daß die Leistung zum Target P&sub1; (31) im Vergleich zu der, die man zur Herstellung des Produkts von Fig. 2 benutzt, um ungefähr 20% oder mehr reduziert wird. Dann wird als weitere Verbesserung gegenüber dem Produkt von Fig. 2 die Silberschicht 215, die durch das Target P&sub2; (16) erzeugt wird, verstärkt (z. B. bis auf 90 bis 105 Å) verglichen mit der Schicht 115, wobei die Schicht 215 im wesentlichen kontinuierlich abgegeben wird. Dies wird praktisch durch das Heraufsetzen der Leistung des Targets P&sub2; um ungefähr 20 bis 33% oder mehr erreicht im Vergleich zu der Leistung, die man zur Herstellung der Schicht 115 benutzt.
Danach wird eine im wesentlichen rein metallische 80/20 Nichromschicht 219 (oder andere Nickelbasis) auf dieselbe Weise und mit derselben Dicke hergestellt, wie die Schicht 213. Hiernach folgt dann die Herstellung einer Deckschicht 221 aus Si&sub3;N&sub4; in den Zonen 4 und 5 auf eine ähnliche Weise, wie sie zur Herstellung der Grundierungsschicht 211 angewendet wurde. Die Schicht 221 ist in diesem Zusammenhang normalerweise etwas dicker als die Schicht 211 (z. B. ungefähr 540 Å verglichen mit ungefähr 400 Å für die Schicht 211). Während manchmal die Dicken der Si&sub3;N&sub4;-Grundierungs- und Deckschichten (z. B. 211 und 221, oder 311 und 320, wie oben beschrieben) dieser Erfindung dieselben wie die bei dem Airco-Produkt (111 und 121) sind, ist in den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung jede im Vergleich zu denen des Airco-Produkts verstärkt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Leistung für den Sputterbeschichter, in den Zonen 1-2 und 4-5 ungefähr um 20% oder mehr erhöht wird, um diese größeren Dicken zu erreichen. Das resultierende Schichtsystem hat eine Dauerhaftigkeit, die ungefähr diesselbe ist wie bei dem Schichtsystem des Produkts aus Fig. 2, wobei es eine geringfügig niedrigeren Widerstand gegen Verkratzen besitzt, aber einen stark überlegenen Emissionsgrad, Transmissionsgrad und Flächenwiderstandeigenschaften gegenüber diesem Produkt von Fig. 2 aufweist (d. h. Transmissionsgrade erreichen den 80%-Level und der Emissionsgrad und die RS-Werte sind wesentlich niedriger).
In einer anderen besondere bevorzugten Ausführungsform, die durch Fig. 3 verdeutlicht wird, wird eine einzigartige Methode angewandt, wobei vorzugsweise der Apparat von Fig. 1 verwendet wird. Hierdurch werden noch bessere Eigenschaften beim Umgang mit Sonnenlicht erreicht. In dieser einzigartigen Methode werden dieselben Grundschritte durchgeführt, die in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben werden, Mit der Ausnahme, daß entgegen den bisherigen Vorstellungen N&sub2;- Gas zusammen mit Argon in der Zone 3 eingesetzt wird und eine Nickel/Chromlegierung für eines bzw. vorzugsweise für beide der Targets P&sub1; (31) und P&sub3; (33) verwendet wird, so daß das metallische Chrom als ein Nitrid in der/den Ni : Cr-Schicht(en) abgeschieden wird (d. h. als eine oder beide der Schichten 213' und/oder 219'). In diesem Zusammenhang kann das Verhältnis Argon zu N&sub2; je nach Bedürfnis variieren, aber im allgemeinen man hat ein Verhältnis von 0-75 Vol.-% Argon zu 100-25 Vol.-% N&sub2; und vorzugsweise 50-50 Vol.-% Argon zu N&sub2;. Letzteres hat sich zur Erreichung verbesserter Eigenschaften als günstig herausgestellt (z. B. Transmissionsgrad und RS), selbst gegenüber der ersten Ausführungsform dieser Erfindung, die oben beschrieben ist. In den bevorzugten Formen dieser Ausführungsform werden die Dicken gegenüber der ersten Ausführungsform gleichgehalten. Die typischen Leistungslevel werden unten genannt.
Das in Fig. 4 exemplarisch dargestellte Schichtsystem kann wie oben beschrieben hergestellt werden, entweder durch Herstellung von Nickelbasisschichten als im wesentlichen rein metallische Schichten oder die Verwendung einer argonhaltigen N&sub2;-Umgebung und unter Verwendung einer Nickel/Chromlegierung für ein oder mehrere Targets, wie oben beschrieben, wobei man durch die Erzeugung eines Chromnitrids in einer oder mehrerer (und vorzugsweise aller) Ni : Cr-Schichten verbesserte Ergebnisse erhält. In dieser Ausführungsform ist weiterhin die eine Silberschicht 215 aus Fig. 3 in zwei Silberschichten mit einer dazwischen liegenden Nickelbasisschicht aufgespalten. Das heißt, die Ausführungsform der Fig. 4 kann dadurch hergestellt werden, daß man die entsprechende Anzahl von Targets (nicht gezeigt) in Zone 3 verwendet, indem man in den Zonen 1-2 eine Grundierungsschicht 311 aus Si&sub3;N&sub4; und in den Zonen 4- 5 eine Deckschicht 321 aus Si&sub3;N&sub4; herstellt. Für die Schichten 311 und 321 sind vorzugsweise dieselben Dicken zu verwenden, wie für die Schichten 211 und 221 benutzt werden.
Fig. 4 unterscheidet sich wesentlich von Fig. 3 dadurch, daß in Zone 3 zuerst die metallische Nickelbasisschicht 313 (das ist vorzugsweise 80/20 Nichrom) oder ihr Nitridersatz 313' hergestellt wird, die eine Dicke von weniger als ungefähr 7 Å hat. Danach wird eine erste Schicht aus Silber 315A mit einer Dicke von ungefähr 50 Å hergestellt, gefolgt von einer anderen metallischen Nickelbasisschicht 314 oder ihrem Nitridersatz 314' mit einer kleineren Dicke als ungefähr 7 Å. Eine zweite Silberschicht 315B mit einer Dicke von ungefähr 50 Å wird danach gebildet, gefolgt von einer anderen metallischen Nickelbasisschicht 319 oder ihrem Nitridersatz 319' mit einer Dicke von weniger als ungefähr 7 Å. In dieser Hinsicht soll festgehalten werden, daß die gesamte Dicke der kombinierten Silberschichten vorzugsweise zwischen ungefähr 90-105 liegt. Das System wird mit einer Deckschicht 321 aus Si&sub3;N&sub4; beendet, wie oben gesagt.
Es ist zu erwarten, daß, wenn in der Ausführungsform von Fig. 4 die Silberschichten 315A und B jede nur ungefähr 50 Å dick ist, Diskontinuitäten auftreten können, dargestellt durch die Blasen 317, wie es in der Ausführungsform von Fig. 2 mit den Blasen 117 der Fall ist. Derartige Diskontinuitäten, die ein signifikanter Nachteil in Fig. 2 sind, treten in der Anwendung der Ausführungsform von Fig. 4 nicht auf.
Das Sieben-Schicht-System aus Fig. 4 ist dauerhafter als die beiden vorherigen Ausführungsformen der Fig. 3 und, während es einen niedrigeren Transmissionsgrad aufweist als diese beiden Ausführungsformen (d. h. nur sehr wenig über den minimalen 76%-Wert), sind seine Emissionsgradwerte und RS-Werte besser als die der Ausführungsformen von Fig. 3. Die genauen Gründe für dieses Verhalten sind nicht bekannt, aber man nimmt an, daß die Aufteilung der Silberschicht in zwei Schichten verbunden mit der Verwendung einer mittleren Nickelbasisschicht (z. B. Ni : Cr) hierfür im wesentlichen verantwortlich ist. In dieser Hinsicht nimmt man an, daß die mittlere Nickelbasisschicht eine wesentliche funktionelle Schicht ist, die wesentlich dazu beiträgt, eine größere Dauerhaftigkeit zu erreichen insbesondere, wenn sie in der Form einer Legierung von Ni : Cr (z. B. 80/20 Nichrom) besteht, wobei das Chrom sich in ein chromhaltiges Nitrid verwandelt hat.
Die Erfindung wird nun im Hinblick auf bestimmte Beispiele wie folgt beschrieben:

Beispiele

Ein typisches Standard-("STD") Airco-System, verdeutlicht durch Fig. 2, und die beiden Ausführungsformen verdeut licht durch Fig. 3 wurden durch die Verwendung des Apparates aus Fig. 1 hergestellt. Die erste Ausführungsform dieser Erfindung wird als Typ "A" bezeichnet und die zweite wird als Typ "B" bezeichnet (d. h. bei der das Nitrid in den beiden Schichten 213' und 219 gebildet wird). Die verwendeten Targets waren röhrenförmige, Aluminium dotierte Si-Targets von Airco bei t&sub1;&submin;&sub1;&sub2; und t19-30. Die Targets P&sub1; (31) und P&sub3; (33) bestanden aus 80 Gew.-% N&sub1; und 20 Gew.-% Chrom. Das Target P&sub2; (16) bestand aus Silber (Ag). Das verwendete Glas war ein konventionelles Soda-Kalk-Quarz-Floatglas, hergestellt von der Guardian Industries Corp. mit einer Dicke von 3 mm (d. h. 0,123 Inch). Als Liniengeschwindigkeit wurden 345 Inch/Minute benutzt. Der Druck in den Zonen 1-2 und 4-5 wurde bei 2.5 · 10&supmin;³ Torr gehalten. In diesen Zonen wurde eine 100%-ige N&sub2; Atmosphäre eingesetzt. In der Zone 3 wurde ein Druck von 2.0 · 10&supmin;³ Torr gehalten. Für das STD-Airco-System und den Typ "A" dieser Erfindung wurde ein 100%-ige Argon Atmosphäre verwendet. Für den Typ "B" wurde eine 50%/50% Argon/N&sub2;-Atmosphäre benutzt. Die elektrische Versorgung für jedes Target war wie folgt: Tabelle 1 (Typen A & B, Zone 1-2 & 4-5) Fortsetzung Tabelle 1 Tabelle 2 (Typ "A", Zone 3) Tabelle 3 (Typ "B", Zone 3)
* Leistung, Ampere und Volt müssen für dieselbe Schichtdicke größer sein, wenn Nitrid erzeugt wird. Tabelle 4 (STD, Zone 1-5) Fortsetzung Tabelle 4 Tabelle 5 (Vergleichsresultate) Fortsetzung Tab. 5 Tabelle 6 (Vergleichsresultate)
Als zwei weitere Beispiele dieser Erfindung und zur Demonstration der Auswirkungen der Schichtdicke, insbesondere der Dicke der Nickelbasisschicht, auf den Transmissionsgrad und der Reflexionsgrad der Infrarotenergie wurden zwei Typ "B"-Gläser hergestellt, wobei man im wesentlichen identische Bedingungen in den Zonen 1 und 2 eingesetzt hat und auch in den Zonen 4 und 5, wobei die Grundierungs- und Deckschicht aus Si&sub3;N&sub4; in einer 100%-igen N&sub2;-Atmosphäre hergestellt wurden. Die Targets in den Zonen 1, 2, 4 und 5 waren Aluminium dotierte Si-Targets, P&sub1; (31) und P&sub3; (33) waren 80/20 Nichrom und P&sub2; (16) war Silber. Der einzige Unterschied war, daß in der Zone 3 andere Leistungswerte eingesetzt wurden, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist. Das Glas war ein 3 mm dickes Floatglas vom Typ Soda-Kalk-Quarz. Tabelle 7 (Zone 3, 50/50 Ar/N&sub2; Atmos.)
Wie man durch leichtes Erhöhen der Dicke der beiden Ni : Cr-(Nitrid) Schichten und leichtes Herabsetzen der Dicke der Silberschicht erkennen kann, nehmen der Infrarotreflexionsgrad und die Werte des Transmissionsgrades ab. Beide dieser Gläser sind jedoch für kommerzielle Zwecke bei Vielfachscheibenbaufenstern einsetzbar.
Weitere Beispiele von Typ "A" Glas wurden durch Einsatz unterschiedlicher Leistungsgrade in den verschiedenen Zonen hergestellt, wie unten beschrieben. Die Glasdicke war 3 mm und es war dasselbe Standardfloatglas wie in Tabelle 7 oben benutzt. Tabelle 8 Transmissionsgrad (III. C) Fortsetzung Tabelle 8
* Dieses Glas stellte sich als besonders geeignet für kommerzielle Vielfachscheiben-Fenster Zwecke heraus.
Mit der obigen Offenbarung werden dem Fachmann verschiedene andere Ansichten, Modifikationen und Verbesserungen offenbar werden. Solche anderen Ansichten, Modifikationen und Verbesserungen werden deshalb als Teil dieser Erfindung angesehen, deren Umfang durch folgende Ansprüche bestimmt wird:

Claims

1. Sputterbeschichteter Glasartikel, der ein Glassubstrat mit einem darauf angeordneten Beschichtungssystem besitzt, das von dem Glas nach auswärts gesehen umfaßt:

a) eine Grundierungsschicht aus Si&sub3;N&sub4;,

b) eine erste Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung,

c) mindestens eine Schicht aus Silber,

d) eine zweite Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung und

e) eine Deckschicht aus Si&sub3;N&sub4;,

dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Glassubstrat eine Dicke von 2-6 mm hat, das Schichtsystem dauerhaft ist und das beschichtete Glas einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht von mindestens 78%, einen Normal- Emissionsgrad (En) von weniger als 0,12 und einen hemisphärischen Emissionsgrad (Eh) von weniger als 0,16 besitzt, wobei die meßbaren Eigenschaften dadurch erhalten werden, daß folgende Kombination vorliegt:

- die Dicke der Silberschicht ist größer als 7 nm, und, wenn mehr als eine Silberschicht vorhanden ist, ist die Gesamtdicke aller Silberschichten zusammen größer als 7 nm,

- die Dicke der Nickel- oder Nickellegierungsschichten ist geringer als 1 nm, und

- die Dicke der Si&sub3;N&sub4;-Schichten ist größer oder gleich 32 nm im Fall der Grundierung und größer oder gleich 45 nm im Fall der Deckschicht.

2. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 1, wobei der Transmissionsgrad größer als 80% ist.

3. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 2, wobei En kleiner oder gleich 0,10 und Eh kleiner oder gleich 0,13 ist.

4. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 3, wobei En 0,09-0,10 und Eh 0,12-0,13 ist.

5. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 2, wobei sein Flächenwiderstand kleiner oder gleich 10,5 Ohm/sq ist.

6. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 5, wobei der Flächenwiderstand 9-10 Ohm/sq ist.

7. Sputterbeschichteter Glasartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nickel- oder Nickellegierungsschichten weniger als 0,7 nm dick sind und wobei es nur eine Silberschicht gibt und die Silberschicht eine Dicke größer oder gleich 9 nm besitzt.

8. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 7, wobei die Silberschicht eine Dicke zwischen 9 und 10,5 nm hat.

9. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 7 oder 8, wobei die aus Si&sub3;N&sub4; bestehende Grundierungsschicht mindestens 40 nm dick ist und die aus Si&sub3;N&sub4; bestehende Deckschicht mindestens 54 nm dick ist.

10. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 7-9, wobei das Schichtsystem im wesentlichen aus den fünf Schichten besteht.

11. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 1-6, wobei das Schichtsystem vom Glas nach auswärts gesehen im wesentlichen aus einer ersten Schicht aus Si&sub3;N&sub4;, einer zweiten Schicht aus Nichrom, einer dritten Schicht aus Silber, einer vierten Schicht aus Nichrom, einer fünften Schicht aus Silber, einer sechsten Schicht aus Nichrom und einer siebten Schicht aus Si&sub3;N&sub4; besteht.

12. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 11, wobei jede der Silberschichten 5 nm dick ist und jede der Nichrom-Schichten weniger als 0,7 nm dick ist.

13. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Nickel- oder Nickellegierungsschich ten aus einer Nickel-Chrom-Legierung besteht, und wobei ein wesentlicher Anteil des Chroms ein chromhaltiges Nitrid ist.

14. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 13, wobei alle der Nickel- oder Nickellegierungsschichten aus einer Nickel-Chrom-Legierung bestehen, bei denen ein wesentlicher Anteil des Chroms ein chromhaltiges Nitrid ist.

15. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 14, wobei die Nickel-Chrom-Legierung 80 Gew.-% Nickel und 20 Gew.- % Chrom enthält.

16. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 15, wobei der Transmissionsgrad mindestens 80% oder größer, En kleiner oder gleich 0,10 und Eh kleiner oder gleich 0,13 ist.

17. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 15, wobei das beschichtete Glas einen Flächenwiderstand von kleiner oder gleich 10,5 Ohm/sq.

18. Sputterbeschichteter Glasartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-17, wobei die Dicke jeder der Nichrom-Schichten kleiner als 0,7 nm ist und die Gesamtdicke der Silberschichten 9-10,5 nm beträgt.

19. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 18, wobei es nur eine Silberschicht mit einer Dicke von 9,5 nm gibt.

20. Sputterbeschichteter Glasartikel nach Anspruch 18, wobei es zwei Silberschichten gibt, die durch eine weitere Nichromschicht getrennt sind und jede der Silberschichten 5 nm dick ist.

21. Verfahren zur Herstellung eines dünnen, dauerhaften Schichtsystems auf einem Glassubstrat zum Umgang mit Sonnenstrahlung, wobei die Herstellungsschritte die Sputterbeschichtung der folgenden Schichten in ihrer Abfolge auf dem Glassubstrat umfassen:

a) Herstellung einer Grundierungsschicht aus Si&sub3;N&sub4; in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre;

b) Herstellung einer ersten Schicht aus einer Nickel- Chrom-Legierung in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre, wobei ein wesentlicher Teil des Chroms ein chromhaltiges Nitrid ist;

c) Herstellung von mindestens einer Silberschicht in derselben Atmosphäre, die in dem Schritt b) eingesetzt wurde;

d) Herstellung einer zweiten Schicht aus der Nickel- Chrom-Legierung in derselben Atmosphäre, die auch für die Schritte b) und c) benutzt wurde, wobei ein wesentlicher Anteil des Chroms ein chromhaltiges Nitrid ist;

e) die Herstellung einer Deckschicht aus Si&sub3;N&sub4; in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Glassubstrat eine Dicke von ungefähr 2-6 mm hat, die Herstellungsschritte so ausgeführt werden, daß ein Schichtsystem aufgebaut wird, bei dem in Kombination vorliegt:

- die Dicke der Silberschicht ist größer als 7 nm, und wenn mehr als eine Silberschicht vorhanden ist, ist die Gesamtdicke aller Silberschichten größer als 7 nm,

- die Dicke der Ni-Cr-Legierungsschichten ist geringer als 1 nm, und

- die Dicke der Si&sub3;N&sub4;-Schichten ist größer oder gleich 32 nm für die Grundierungsschicht und größer oder gleich 45 nm für die Deckschicht, so daß das beschichtete Glas einen Normal-Emissionsgrad (En) von weniger als 0,12 und einen hemisphärischen Emissionsgrad (Eh) von weniger als 0,16 besitzt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Sputterbeschichtung in einer Vielzahl von voneinander isolierten Zonen ausgeführt wird und wobei die Herstellungsschritte zur Herstellung der Si&sub3;N&sub4;-Schichten durch Sputterbeschichtung in mindestens zwei getrennten Zonen ausgeführt werden, wobei jede eine Atmosphäre besitzt, die im wesentlichen aus 100% N&sub2; besteht und wobei die Schritte zur Herstellung des Ni : Cr-Nitrids und der Silberschichten in derselben Zone ausgeführt werden und wobei die Sputterbeschichtung in einer Atmosphäre ausgeführt wird, die im wesentlichen aus einer Mischung aus ungefähr 0-75 Vol.-% Argon und 100-25 Vol.-% N&sub2; besteht.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Mischung aus Ar und N&sub2; ungefähr 50 Vol.-% jedes der Gase enthält.

24. Verfahren nach den Ansprüchen 22 oder 23, wobei die röhrenförmigen Targets, die im wesentlichen aus Silizium (Si) bestehen, benutzt werden, um die Si&sub3;N&sub4;-Schicht durch Sputterbeschichtung herzustellen und die Targets zur Herstellung der Ni : Cr-Nitrid- bzw. Silberschichten planare Targets aus Nichrom bzw. Silber sind.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Transmissionsgrad größer als 80% ist.

26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei En kleiner oder gleich 0,10 und Eh kleiner oder gleich 0,13 ist.

27. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das beschichtete Glas einen Flächenwiderstand von kleiner oder gleich 10,5 Ohm/sq hat.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-27, wobei die Gesamtdicke der Silberschichten 9-10,5 nm beträgt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-28, wobei das Schichtsystem aus fünf Schichten besteht, die durch die Schritte a)-e) gebildet werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 21-28, wobei das Schichtsystem aus sieben Schichten besteht und wobei das Verfahren den Schritt zur Herstellung der Silberschicht in mindestens zwei Schichten mit einer dazwischengelegenen Zwischenschicht aus Ni : Cr-Nitrid enthält.

31. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Sputterbeschichtung des Si in einer Atmosphäre ausgeführt wird, die eine Mischung aus Argon und Stickstoff enthält.

32. Produkt nach dem Verfahren aus Anspruch 21.

33. Produkt nach dem Verfahren aus Anspruch 29.

34. Produkt nach dem Verfahren aus Anspruch 30.