EP4482804A1 - Matériau comprenant un revêtement contrôle solaire - Google Patents

Matériau comprenant un revêtement contrôle solaire

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EP4482804A1
EP4482804A1 EP23708264.9A EP23708264A EP4482804A1 EP 4482804 A1 EP4482804 A1 EP 4482804A1 EP 23708264 A EP23708264 A EP 23708264A EP 4482804 A1 EP4482804 A1 EP 4482804A1
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EP
European Patent Office
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layer
layers
refractive index
material according
coating
Prior art date
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Pending
Application number
EP23708264.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Corentin MONMEYRAN
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Saint Gobain Sully SAS
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
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    • C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes

Definitions

  • the present invention relates to the field of glazing, and relates more particularly to laminated glazing intended for aeronautics, in particular glazing for cockpits.
  • Glazing for cockpits are complex systems that fulfill multiple roles. They provide physical, acoustic and thermal protection against the external environment.
  • Laminated glazing comprises two or more glass substrates linked together by means of polymer spacers, also called lamination spacers.
  • Glazing for aeronautics preferably comprises two or three substrates.
  • the faces of a glazing are designated from the outside by numbering the faces of the substrates from the outside towards the inside of the passenger compartment or of the room which it equips. This means that the incident sunlight passes through the faces in increasing order of their number.
  • face 4 is inside the building or vehicle and therefore constitutes the interior wall of the glazing.
  • faces 4 and 5 are in contact with the second lamination insert and face 6 is inside the building or vehicle and therefore constitutes the interior wall of the glazing.
  • Laminated glazing for aeronautics preferably has a structure of the first substrate/first polymer interlayer/second substrate/second polymer interlayer/third substrate type structure.
  • These laminated glazings may also comprise coatings conferring additional functionalities.
  • at least one of the substrates can be coated with a heating coating with a defrosting function comprising an electrically conductive layer.
  • These electrically conductive layers can be based on oxide such as indium oxide doped with tin (ITO).
  • these glazings must necessarily have high light transmission and low absorption.
  • these "substrates”, “spacers” and “functional coatings” constituting the glazing can allow the visible part of the solar spectrum to pass into the cockpit, they also allow most infrared radiation to pass. This results in excessive heating of the cockpit and a rise in its temperature which must be compensated by an energy-intensive air conditioning system.
  • the “solar control” function or property corresponds to the ability of a glazing to let in visible light while blocking infrared radiation.
  • the selectivity “s”, the solar factor (FS or g) and the energy transmission (Te) make it possible to evaluate this property.
  • the solar factor “FS or g” corresponds to the ratio in % between the total energy entering the room through the glazing and the incident solar energy. The solar factor therefore measures the contribution of glazing to warming the “room”.
  • the energy transmission corresponds to the percentage of the flow of solar energy transmitted directly through the glazed wall.
  • the solar control function therefore corresponds to a strong reduction in the energy transmission (TE) and the solar factor (g) of the glazing associated with a slight reduction in the light transmission (TL).
  • the applicant has developed a solar control coating particularly suitable for use in laminated cockpit glazing.
  • the solar control coating in particular makes it possible to obtain the best compromise between low absorption and light transmission and high selectivity.
  • the coating of the invention makes it possible in particular to obtain selectivity values which cannot usually be obtained with a coating with a single layer of silver. Indeed, selectivities greater than 1.5, or even greater than 1.6 can be obtained. The selectivity is high compared to the absorption tolerance.
  • This cladding was designed to be integrated into a laminated cockpit glazing structure.
  • the coating of the invention is suitable for any application where high light transmission and high selectivity are desired, in particular with a functional coating with a single layer of silver.
  • the invention therefore relates to a material comprising a substrate coated with a solar control coating comprising a single functional metallic layer based on silver placed between two dielectric coatings, each dielectric coating comprising at least a succession of three dielectric layers qualified as a layer of upper refractive index, lower refractive index layer and refractive index layer higher, each having a thickness greater than 5 nm, the refractive index variation of which between two successive layers is greater than 0.25, greater than 0.30, greater than 0.40, greater than 0.50, greater than 0.60, greater than 0.70, or greater than 0.80, the lower refractive index layer has the lower refractive index and is between the two higher refractive index layers.
  • the solar control coating of the invention is a coating based on a single layer of silver optimized to have high selectivity, in particular when it is used in glazing in contact with two media with close indices (substrate and interlayer of leafing). It provides high light transmission and selectivity as well as low absorption.
  • the solar control coating comprises a single functional metallic layer.
  • functional qualifying “functional layer” means “capable of acting on solar radiation and/or infrared radiation”. This means that the solar control coating does not include other layers whose main function is to reflect infrared radiation.
  • the solar control coating does not comprise any metal layers other than the silver-based functional metal layer having a significant thickness, that is to say other metal layers of at least 5 nm, preferably of at least 4 nm, or even at least 2 nm.
  • the solar control coating does not include a metallic layer thicker than 5 nm other than the only functional silver-based metallic layer.
  • the solar control coating does not comprise a metal layer with a thickness greater than 8 nm, or even greater than 10 nm, other than the single functional metal layer based on silver.
  • the absorption on clear glass of a silver-based two-layer functional solar control coating is generally greater than 12%. This is notably due to the presence of at least four “metal/dielectric” interfaces which each necessarily generate absorption.
  • the invention is therefore voluntarily limited to coatings comprising a single functional layer based on silver because they are likely to present light absorption values in the visible range of less than 10% when they are deposited on clear glass.
  • the solar control coatings are intended to be used on one side of a substrate in contact with a lamination insert.
  • These lamination inserts have a refractive index in the visible substantially equal to that of the mineral or organic substrates on which the control coating is deposited solar.
  • the solar control coating is therefore intended to be used directly in contact with two media with substantially equal refractive indices. This influences these characteristics.
  • the solar control coating may in particular have a symmetry with respect to the silver layer, in terms of the nature of the dielectric layers constituting the dielectric coatings.
  • the solar control coating of the invention is optimized to be more selective than known single-layer silver-based coatings of equivalent light transmission.
  • it comprises, on each side of the silver layer, sequences "upper refractive index layer // lower refractive index layer // upper refractive index layer".
  • the "//" symbol means that the two layers it separates are not necessarily in contact with each other.
  • the lower refractive index layer has the lower refractive index and is between the two upper refractive index layers.
  • the presence of these sequences of at least three dielectric layers makes it possible to obtain for the same level of light transmission a better filtering of the infrared. This type of layer sequence lowers the solar factor while maintaining high light transmission and therefore increasing selectivity.
  • the variation in refractive index between two successive layers of the succession of three dielectric layers is greater than 0.25, greater than 0.30, greater than 0.40, greater than 0.50, greater than 0.60, greater than 0.70 or greater than 0.80.
  • the improvement in selectivity results from the precise control of the effects of optical interference between the different layers making up the coating. This control is obtained by the choice of the nature, the thickness and the sequences of dielectric layers constituting the dielectric coatings.
  • the thickness limit set for each of the layers are characteristics necessary to obtain an effect by optical interference. Layers of less than 5 nm are not thick enough to have a significant influence by interference effect on the light transmission.
  • the solar control coating further comprises one or more blocking layers located, in contact, below and/or above the functional metal layer, and/or
  • the dielectric coating located below the functional metal layer further comprises a layer based on zinc oxide located directly in contact with it or separated by a blocking layer
  • - the dielectric coating located above the functional metal layer further comprises a layer based on zinc oxide located directly in contact with it or separated by a blocking layer
  • the lower refractive index layer of each dielectric coating has a refractive index lower than 1.7, and/or
  • the lower refractive index layer is a layer based on silicon oxide, and/or
  • the lower refractive index layer has an optical thickness greater than 75 nm, greater than 90 nm, greater than 100 nm, greater than 120 nm, greater than 130 nm, greater than 150 nm,
  • the lower refractive index layer has a thickness greater than 50 nm, greater than 60 nm, greater than 70 nm, greater than 80 nm, greater than 90 nm or greater than 100 nm, and/or
  • the lower refractive index layer has a thickness of less than 200 nm, less than 180 nm, less than 170 nm or less than 180 nm, and/or
  • the lower refractive index layer has a geometric thickness which is at least 2 times greater, at least 3 times greater, at least 4 times greater or at least 5 times greater than each of the other two layers of upper refractive index, and/or
  • the lower refractive index layer has an optical thickness which is at least 2 times greater, at least 3 times greater, less 4 times greater, than each of the other two layers of higher refractive index,
  • the dielectric layers of higher refractive index of each dielectric coating are chosen from layers based on silicon nitride, based on zinc and tin oxide, based on zinc oxide or based on titanium oxide, and/or
  • the three layers of the succession of layers are in contact with each other, i.e. the first upper refractive layer is in contact with the lower refractive layer and the lower refractive layer is in contact of the second upper refractive layer, and/or
  • each dielectric coating comprises, starting from the functional metallic layer, the same succession of three dielectric layers qualified as upper refractive index layer, lower refractive index layer and upper refractive index layer, and/or
  • each dielectric coating comprises oxide layers and the sum of the thicknesses of all the oxide layers present in each dielectric coating represents at least 50%, 60% or 70% of the total thickness of the dielectric coating considered, and/ Or
  • each dielectric coating comprises layers comprising silicon and the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon present in each dielectric coating represents at least 50%, 60% or 70% of the total thickness of the dielectric coating considered, and/or
  • each dielectric coating comprises the same sequence of at least four layers, sequence defined from the silver-based functional metallic layer, preferably the same sequence of at least four layers comprises:
  • the substrate is a chemically toughened glass, and/or -.the substrate is a curved glass.
  • the invention also relates to a laminated glazing comprising a material according to the invention and at least one second substrate, the material and the second substrate are bonded together via a first lamination insert.
  • the solar control coating is preferably positioned on face 2 or 3.
  • the first lamination insert is preferably made of polyurethane.
  • the laminated glazing may comprise a third substrate bonded to the second substrate or to the material via a second polymer spacer.
  • the laminated glazing may also comprise a heating coating comprising an electrically conductive layer, located on one face of a substrate not comprising the solar control coating, preferably on face 2 or face 3.
  • the materials and the glazing according to the invention have a selectivity greater than 1.45 or greater than 1.5.
  • all substrates are bent and chemically toughened glass.
  • the invention also relates to:
  • laminated glazing according to the invention as solar control glazing for buildings or vehicles
  • refractive indices are measured at a wavelength of 550 nm.
  • two elements such as layers or substrates have substantially equal refractive indices, when the absolute value of the difference between the refractive indices of the two materials constituting said layers or substrates at 550 nm is less than or equal to 0.15.
  • Upper refractive index layers and lower refractive index layers have different refractive indices.
  • two elements such as layers or substrates have different refractive indices, when the absolute value of the difference between the refractive indices of the two materials constituting said layers or substrates at 550 nm is greater than or equal to 0 .25, greater than 0.30, greater than 0.40, greater than 0.50, greater than 0.60, greater than 0.70 or greater than 0.80.
  • the thicknesses referred to in this document without further details are physical, real or geometric thicknesses referred to as Ep and are expressed in nanometers (and not optical thicknesses).
  • the refractive index being a dimensionless value, we can consider that the unit of the optical thickness is that chosen for the physical thickness.
  • the solar control coating is deposited by cathodic sputtering assisted by a magnetic field (magnetron process). According to this advantageous embodiment, all the layers of the coatings are deposited by sputtering assisted by a magnetic field.
  • the expression "based on”, used to qualify a material or a layer as to what it or it contains, means that the mass fraction of the constituent which it or it comprises is at least 50%, in particular at least 70%, preferably at least 90%.
  • the light transmission corresponds to the transmission of solar radiation in the visible part of the spectrum
  • Ordinary clear glass 4 to 6 mm thick has the following light characteristics:
  • the solar control coating consists of a single functional metallic layer based on silver.
  • the silver-based metallic functional layers comprise at least 95.0%, preferably at least 96.5% and better still at least 98.0% by mass of silver relative to the mass of the functional metallic layer.
  • a silver-based functional metallic layer comprises less than 1.0% by mass of metals other than silver relative to the mass of the silver-based functional metallic layer.
  • the silver-based metallic functional layers have a thickness:
  • the solar control coating may also comprise one or more blocking layers located, in contact with, below and/or above the functional metal layer.
  • the blocking layers traditionally have the function of protecting the functional layers from possible degradation during the deposition of the upper antireflection coating and during possible high-temperature heat treatment, of the annealing, bending and/or tempering type.
  • the blocking layers are chosen from:
  • metal layers based on a metal or a metal alloy metal nitride layers, and metal oxynitride layers of one or more elements chosen from titanium, zinc, tin, nickel , chromium and niobium,
  • the blocking layers can in particular be, as deposited, layers of Ti, TiN, TiOx, Nb, NbN, Ni, NiN, Cr, CrN, NiCr, NiCrOx, NiCrN, SnZnN.
  • these blocking layers When these blocking layers are deposited in metallic, nitrided or oxynitrided form, these layers may undergo partial or total oxidation depending on their thickness and the nature of the layers which surround them, for example, when depositing the following layer or by oxidation. in contact with the underlying layer.
  • the blocking layers are titanium layers, that is to say that these layers have been deposited in the form of metallic titanium.
  • the blocking layer or layers satisfy one or more of the following conditions:
  • the functional metal layer is in contact with a blocking overlayer, and/or
  • the blocking layers are titanium layers deposited in metallic form, and/or
  • each blocking layer is at least 0.05 nm, or between 0.08 and 2.00 nm, between 0.10 and 1.00 nm or between 0.05 and 0, 50nm.
  • the sum of the thicknesses of all the blocking layers can be less than 2.0 nm, less than 1.5 nm, less than 1.0 nm or less than 0.5 nm.
  • Dielectric coatings include dielectric layers.
  • dielectric layer within the meaning of the present invention, it should be understood that from the point of view of its nature, the material is “non-metallic", that is to say is not a metal. In the context of the invention, this term designates a material having an n/k ratio over the entire visible wavelength range (from 380 nm to 780 nm) equal to or greater than 5.
  • each dielectric coating consists only of one or more dielectric layers.
  • the dielectric layers in addition to their optical function, can have various other functions. By way of example, mention may be made of stabilizing layers, smoothing layers and barrier layers.
  • the dielectric layers are conventionally chosen from layers based on oxide, based on nitride or based on oxynitride.
  • Layers based on oxide of one or more elements essentially comprise oxygen and very little nitrogen.
  • the oxide-based layers include in particular at least 90% in atomic percentage of oxygen with respect to the oxygen and the nitrogen in said layer.
  • the nitride-based layers essentially comprise nitrogen and very little oxygen.
  • the nitride-based layers comprise at least 90% atomic percent nitrogen relative to the oxygen and nitrogen in said layer.
  • Oxynitride layers include a mixture of oxygen and nitrogen.
  • the layers based on silicon oxynitride comprise 10 to 90% (limits excluded) in atomic percentage of nitrogen with respect to the oxygen and the nitrogen in said layer.
  • the amounts of oxygen and nitrogen in a layer are determined in atomic percentages relative to the total amounts of oxygen and nitrogen in the layer under consideration.
  • the dielectric layers are conventionally chosen from:
  • the layers comprising silicon comprise at least 50% by mass of silicon relative to the mass of all the elements constituting the layer comprising silicon other than nitrogen and oxygen.
  • the layers comprising silicon can be chosen from layers based on oxide, based on nitride or based on oxynitride such as layers based on silicon oxide, layers based on silicon nitride and layers based on silicon oxynitride.
  • Silicon oxide based layers include at least 90% atomic percent oxygen relative to the oxygen and nitrogen in the silicon oxide based layer.
  • the silicon nitride based layers include at least 90% atomic percent nitrogen relative to the oxygen and nitrogen in the silicon nitride based layer.
  • the layers based on silicon oxynitride include 10 to 90% (limits excluded) in atomic percentage of nitrogen relative to the oxygen and nitrogen in the layer based on silicon oxide.
  • the layers based on silicon oxide are characterized by a refractive index at 550 nm, less than or equal to 1.55.
  • the layers based on silicon nitride are characterized by a refractive index at 550 nm, greater than or equal to 1.95.
  • the layers comprising silicon can comprise or consist of elements other than silicon, oxygen and nitrogen. These elements can be chosen from aluminum, boron, titanium, and zirconium.
  • the layers comprising silicon may comprise at least 2%, at least 5% or at least 8% by mass of aluminum relative to the mass of all the elements constituting the layer comprising silicon other than oxygen and nitrogen.
  • the layers comprising aluminum can be chosen from layers based on oxide, based on nitride or based on oxynitride such as layers based on aluminum oxide such as Al2O3, layers based on of aluminum nitride such as AIN and layers based on aluminum oxynitride such as AlOxNy.
  • the layers with low refractive index have a refractive index of less than 1.70.
  • Layers with an intermediate refractive index have a refractive index between 1.70 and 2.2.
  • High refractive index layers have a refractive index greater than 2.2.
  • the low index layers can have a refractive index of less than 1.70, less than 1.6 or less than 1.5.
  • the low refractive index low index layers are preferably layers based on silicon oxide.
  • the intermediate refractive index layers can be chosen from:
  • High refractive index layers can have a refractive index:
  • the high refractive index layers can be chosen from:
  • n550 2.30
  • the lower refractive index layer can be selected from low refractive index layers.
  • the layers with a higher refractive index are chosen from among the layers having a refractive index greater than 1.7. They are therefore chosen from intermediate refractive layers and high refractive index layers.
  • the lower refractive index layer can be selected from intermediate refractive index layers.
  • the layers with a higher refractive index are chosen from among the layers with a high refractive index.
  • the dielectric coatings can comprise so-called stabilizing layers which reinforce the adhesion of the functional metallic layer to the layers which surround it, and in fact oppose the migration of its constituent material.
  • the stabilizing layers are preferably layers based on zinc oxide optionally doped, for example, with aluminum.
  • the zinc oxide is crystallized.
  • the zinc oxide-based layer comprises, in increasing order of preference, at least 90.0%, at least 92%, at least 95%, at least 98.0% by weight of zinc relative to the weight of elements other than oxygen in the layer based on zinc oxide.
  • the dielectric coating located below the functional metal layer may further comprise a layer based on zinc oxide located directly in contact with it or separated by a blocking layer.
  • a stabilizing layer below a functional metallic layer, because it facilitates the adhesion and the crystallization of the functional metallic layer based on silver and increases its quality and its stability.
  • the dielectric coating located above the functional metal layer further comprises a layer based on zinc oxide located directly in contact with it or separated by a blocking layer. It is also advantageous to have a stabilizing layer, above a functional metal layer, to increase adhesion and optimally oppose diffusion on the side of the stack opposite the substrate.
  • the layers based on zinc oxide are distinct from the three dielectric layers qualified as upper refractive index layer, lower refractive index layer and upper refractive index layer.
  • the zinc oxide layers have, in increasing order of preference, a thickness:
  • the sum of the physical thicknesses of all the layers comprising silicon of each dielectric coating is greater than 50%, 60% or 70% of the total thickness of the dielectric coating considered.
  • the sum of the physical thicknesses of all the oxide layers of each dielectric coating is greater than 50%, 60% or 70% of the total thickness of the dielectric coating considered.
  • the solar control coating is preferably symmetrical with respect to the agent layer. This means that there are sequences of layers of an identical nature on each side of the silver layer. The following characteristics alone or in combination define this symmetry:
  • the dielectric layers of higher refractive index of the same dielectric coating can be of the same nature, and/or
  • the dielectric layers of lower refractive index of each dielectric coating can be of the same nature, and/or
  • the dielectric layers of higher refractive index closest to the functional metallic layer of each dielectric coating can be of the same nature, and/or
  • the dielectric layers of higher refractive index farthest from the functional metallic layer of each dielectric coating can be of the same nature, and/or
  • the ratio of the optical or geometric thicknesses of the dielectric coatings is between 0.8 and 1.2, or 0.9 and 1.1, and/or
  • each dielectric coating comprises, starting from the functional metallic layer, the same succession of three dielectric layers qualified as upper refractive index layer, lower refractive index layer and upper refractive index layer, and/or
  • each dielectric coating comprises the same sequence of at least four layers, sequence defined from the silver-based functional metallic layer, and/or
  • Examples of a succession of three layers according to the invention include:
  • the invention also relates to a laminated glazing preferably comprising at least three substrates.
  • This particular structure based on at least three substrates linked together by two polymer spacers is particularly suitable for aeronautical applications.
  • the laminated glazing comprises:
  • the laminated glazing may also comprise a heating coating comprising an electrically conductive layer located on one face of a substrate not comprising the solar control coating, preferably on face 2 or face 3.
  • the laminated glazing of the invention may therefore also comprise:
  • the heating coating and the solar control coating are preferably each located at the contact of the first lamination insert, on one side of the first substrate and on one side of the second substrate.
  • the heating coatings suitable according to the invention are described in particular in application WO 2020/120879.
  • the heater coating includes at least one electrically conductive layer which is a transparent conductive oxide layer.
  • Heating is by Joule effect.
  • the heating coating is powered via energized electrodes. Homogeneous heating of a non-rectangular shape is impossible with a layer of homogeneous electrical conductivity.
  • the electrically conductive layer may have an electrical conductivity gradient. This gradient can be obtained by a thickness gradient. Large variations in layer thickness make it possible to limit the current density in certain parts of the heating surface.
  • the electroconductive layer may also include ablation lines, called flux separation lines or more commonly flux lines as described in patent EP1897412-B1, which guide the flow of electric current.
  • conductive oxide layer based on doped metal oxide such as indium oxide doped with tin (ITO "Indium Tin Oxide”), zinc oxide doped with aluminum (AZO , "Aluminum Zinc Oxide”, fluorine-doped tin oxide (SnO2:F), and/or
  • doped metal oxide such as indium oxide doped with tin (ITO "Indium Tin Oxide"), zinc oxide doped with aluminum (AZO , "Aluminum Zinc Oxide”, fluorine-doped tin oxide (SnO2:F), and/or
  • - it has a thickness of 2 to 1600 nm, preferably 30 to 300 nm or 50 to 250 nm, and/or
  • the thickness ratio between these two zones of different thicknesses therefore corresponds to the ratio of the thickness of the thickest layer to the thickness of the thinnest layer.
  • the functional coating and the heating coating are necessarily deposited after the chemical reinforcement step. These coatings do not undergo any heat treatment step after deposition other than the leafing step. They must therefore preferably have acquired their final properties directly after their deposit.
  • the substrates can be mineral glass substrates or transparent polymer material.
  • the mineral glass substrates which constitute the glazing can be made of soda-lime, aluminosilicate or borosilicate glass.
  • the mineral glass substrate is:
  • Chemically toughened glass substrates include a compressed surface area obtained by ion exchange.
  • This superficial zone in compression is obtained by the superficial substitution of an ion of the glass substrate (generally an alkaline ion such as sodium or lithium) by an ion of larger ionic radius (generally an alkaline ion, such as potassium or sodium).
  • an ion of the glass substrate generally an alkaline ion such as sodium or lithium
  • an ion of larger ionic radius generally an alkaline ion, such as potassium or sodium
  • Substrates can be transparent polymeric material which include poly(methyl methacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), polyurethane or polyurea (PU) substrates
  • the solar control coating and the heating coating are necessarily deposited after the chemical reinforcement step. These coatings do not normally undergo a heat treatment step after deposition. They must therefore preferably have acquired their final properties directly after their deposit.
  • the lamination inserts comprise one or more sheets of organic polymers.
  • the organic polymers are chosen from polyvinyl butyral (PVB), polyurethanes (PU), polyureas, ethylene vinyl acetate (EVA), polyolefins (including polyethylene (PE), polypropylene (PP) or polyisobutylene (P -IB)), polyvinyl chloride and its derivatives (e.g. poly(vinyl dichloride) (PVDC)), styrenic polymers (e.g.
  • polystyrene PS
  • ABS acrylostyrene butadiene
  • SAN styrene acrylonitrile
  • polyacrylics including polyacrylonitrile (PAN) and poly(methyl methacrylate) (PMMA)
  • polyesters including poly(ethylene terephthalate) (PET) and poly(butylene terephthalate) (PBT )
  • POM polyoxymethylene
  • PA fluorinated polymers such as polychlorotrifluoroethylene
  • PCTFE polycarbonates
  • PC aromatic polysulfones including polysulfone (PSII), polyphenylene ether (PPE), epoxies ( EP) alone or as a mixture and/or copolymer of several of them.
  • the particular structure based on at least three substrates linked together by two polymer spacers is particularly suitable for aeronautical applications.
  • the first substrate is not held by a vehicle connection system. Only the other two substrates, called structural, are maintained.
  • the first substrate constitutes the outer part of the glazing. It is not structurally fixed to the vehicle or building it equips. It is simply held to the second substrate thanks to the polymer spacer.
  • the second and third substrates are mechanically secured in the building or vehicle. It is these two substrates that ensure the protection of people inside the vehicle.
  • the assembly formed by the second substrate, the second polymer interlayer and the third substrate must therefore have excellent impact resistance.
  • the edge of the first substrate can be recessed relative to that of the second substrate to prevent delamination phenomena due to deformations of the glazing subjected to the pressure of the aircraft or to tearing mechanisms and / or peripheral shear of the outer substrate.
  • the first polymer spacer is preferably based on polyurethane.
  • the specific choice of this material for this polymer interlayer is justified because it is less hygroscopic, i.e. it has less tendency to absorb and/or retain water than other polymer interlayers, for example PVB. This first interlayer maintains the outermost substrate and therefore the most likely to be subjected to extreme climatic conditions.
  • the second polymer spacer is preferably based on polyvinylbutadiene. The specific choice of this material for this polymer spacer is justified because it has better mechanical properties, in particular impact resistance. In addition, due to its “inner” position, its chemical durability is less critical than that of the first polymer spacer.
  • FIG. 1 schematically represents a cross-sectional view of an embodiment of the laminated glazing of the invention for a cockpit.
  • a laminated glazing according to the invention therefore comprises:
  • first glass substrate S1 constituting an outer face of the curved and chemically toughened glazing, for example 3 mm thick
  • PU polyurethane
  • R1 and R2 possibly two coatings R1 and R2 including a heating coating and a solar control coating.
  • the entire peripheral edge of the laminated glazing is covered by a seal (J).
  • a seal J
  • Another object of the invention consists in the use of the laminated glazing described above as glazing for a building, land, air or water vehicle, in particular as glazing for the cockpit of an air vehicle.
  • the invention relates to the process for preparing laminated glazing comprising the following steps:
  • the glass substrates are chemically tempered and bent aluminosilicate glass substrates.
  • the foliation dividers are chosen from dividers:
  • the functional metallic layers (F) are layers of silver (Ag).
  • the blocking layers are metallic layers of titanium (Ti).
  • the dielectric coatings comprise layers chosen from:
  • TiOx, n 2.4
  • Solar control coatings defined below are deposited on glass substrates.
  • Table 2 lists the materials and the physical thicknesses in nanometers (unless otherwise indicated) of each layer or coating which constitutes the coatings according to their position with respect to the carrier substrate of the stack (last line at the bottom of the table ).
  • CB Blocking layer
  • CF Functional metallic layer
  • Cp.5 Substrate / SisN4 31 nm/ ZnO 5 nm / Ag 8 nm / Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 70 nm/ ZnO 5 nm/ Ag 8 nm/ Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 39 nm.
  • Cp.6 Substrate / SisN4 33 nm/ ZnO 5 nm / Ag1 8 nm / Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 73 nm/ ZnO 5 nm/ Ag 8 nm/ Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 81 nm / ZnO 5 nm/ Ag 8 nm/ Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 42 nm.
  • the heater coating consists of a 200 nm indium tin oxide layer. This layer was deposited by magnetron sputtering on a 3 mm glass substrate. It has a sheet resistance of 10 Q/n measured by induction.
  • This substrate is used in certain examples as a glass substrate coated with a heating coating comprising an electrically conductive layer based on ITO.
  • the laminated glazing has the following configuration: a first glass substrate 2 mm thick optionally coated on face 2 with a solar control coating / a first PVB interlayer (0.38 mm) / a second glass substrate 2 mm thick.
  • the solution of the invention makes it possible to considerably improve the light transmission/selectivity pair.
  • the comparative examples not comprising the succession of three layers qualified as upper refractive index layer, lower refractive index layer and upper refractive index layer present a much lower selectivity than the glazings according to the invention, and this independently of the number of silver layers.
  • Laminated glazing has the following configuration: a first glass substrate 3 mm thick coated on face 2 with a heating coating / a first polyurethane (PU) interlayer / a second glass substrate possibly 6 mm thick coated with a solar control coating on face 3 / a second interlayer of polyvinyl butyral (PVB) / a third substrate 6 mm thick.
  • PU polyurethane
  • PVB polyvinyl butyral
  • the reference glazing does not include a solar control coating.
  • the comparative glazing according to the invention comprises a solar control coating on face 3 of the glazing corresponding to the first face of the second substrate.
  • the Cp.1 to Cp.4 glazings include a non-optimized solar control coating according to the invention.
  • the glazing according to the invention comprises a solar control coating according to the invention.
  • optical properties and energy performance were determined by simulation on the laminated glazing.
  • V.52 and V.62 glazing with functional 2- and 3-layer silver coatings does not provide sufficiently high light transmission. In particular, they have a light absorption greater than 20%.
  • the glazing according to the invention and comparisons V.12 to V.14 all comprise a coating functional with a single layer of silver. They all have substantially equal light transmission values (between 70 and 72%).
  • the V.12 to V.42 glazings do not have a high light transmission and selectivity pair.
  • the V.22 glazing comprises sequences of three low index / high index / low index layers.
  • the glazings according to the invention have a high light transmission/selectivity couple thanks to the excellent infrared filtering effect.
  • the invention makes it possible, without reducing light transmission, to improve selectivity by more than 20% compared to glazing without solar control coating (comparison of glazing of the invention and of Ref).
  • the significant improvement in selectivity is also obtained compared to a glazing with non-optimized solar control coating according to the invention (comparison of the glazing of the invention and of V.12).
  • the invention allows a reduction in the solar factor of more than 5 percentage points compared to a glazing with non-optimized solar control coating according to the invention.
  • the glazings according to the invention offer the best compromise between light transmission and high selectivity and low solar factor.

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Abstract

L'invention concerne un matériau comprenant un substrat revêtu d'un revêtement contrôle solaire comprenant une seule couche métallique fonctionnelle à base d'argent disposée entre deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comprenant au moins une succession de trois couches diélectriques qualifiées de couche d'indice de réfraction supérieur, couche d'indice de réfraction inférieur et couche d'indice de réfraction supérieur, ayant chacune une épaisseur supérieure à 5 nm, dont la variation d'indice de réfraction entre deux couches successives est supérieure à 0,25, la couche d'indice de réfraction inférieur a l'indice de réfraction le plus faible et se trouve entre les deux couches d'indice de réfraction supérieur.

Description

Titre : Matériau comprenant un revêtement contrôle solaire
La présente invention concerne le domaine du vitrage, et porte plus particulièrement sur un vitrage feuilleté destiné à l’aéronautique notamment aux vitrages pour cockpits.
Les vitrages pour cockpits sont des systèmes complexes qui remplissent de multiples rôles. Ils assurent une protection physique, acoustique et thermique vis-à-vis de l'environnement extérieur.
A cet effet, ces vitrages sont des vitrages feuilletés. Un vitrage feuilleté comprend deux ou plusieurs substrats de verre liés entre eux par l’intermédiaire d'intercalaires polymères appelés également intercalaires de feuilletage. Les vitrages pour l’aéronautique comprennent préférentiellement deux ou trois substrats.
De manière conventionnelle, les faces d'un vitrage sont désignées à partir de l'extérieur en numérotant les faces des substrats de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du local qu'il équipe. Cela signifie que la lumière solaire incidente traverse les faces dans l’ordre croissant de leur numéro.
Dans le cas d’un vitrage feuilleté, on numérote toutes les faces des substrats mais on ne numérote pas les faces des intercalaires de feuilletage. La face 1 est à l'extérieur du bâtiment ou du véhicule et constitue donc la paroi extérieure du vitrage. Les faces 2 et 3 sont au contact de l’intercalaire de feuilletage.
Dans le cas d’un vitrage feuilleté comprenant deux substrats, la face 4 est à l'intérieur du bâtiment ou du véhicule et constitue donc la paroi intérieure du vitrage.
Dans le cas d’un vitrage feuilleté comprenant trois substrats, les faces 4 et 5 sont au contact du second intercalaire de feuilletage et la face 6 est à l'intérieur du bâtiment ou du véhicule et constitue donc la paroi intérieure du vitrage.
Les vitrages feuilletés pour l’aéronautique ont préférentiellement une structure de type premier substrat / premier intercalaire polymère / second substrat / second intercalaire polymère / troisième substrat.
Ces vitrages feuilletés peuvent comprendre en outre des revêtements conférant des fonctionnalités supplémentaires. Par exemple, au moins un des substrats peut être revêtu d’un revêtement chauffant à fonction dégivrante comprenant une couche électroconductrice. Ces couches électroconductrices peuvent être à base d’oxyde tel que d’oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO).
De par l’application visée, ces vitrages doivent nécessairement présenter une transmission lumineuse élevée et une faible absorption. Toutefois, si ces « substrats », « intercalaires » et « revêtements fonctionnels » constituant les vitrages, peuvent laisser passer la partie visible du spectre solaire dans le cockpit, ils laissent également passer la plupart des rayonnements infrarouges. Il en résulte un échauffement excessif du cockpit et une élévation de sa température qui doit être compensée par un système de climatisation énergivore.
Pour pallier ce problème, il est possible d’introduire, dans ces vitrages pour cockpit, un élément présentant une fonction contrôle (ou protection) solaire.
La fonction ou propriété « contrôle solaire » correspond à la capacité d'un vitrage à laisser entrer la lumière visible tout en bloquant le rayonnement infrarouge. La sélectivité « s », le facteur solaire (FS ou g) et la transmission énergétique (Te) permettent d’évaluer cette propriété. La sélectivité correspond au rapport de la transmission lumineuse TLVjS dans le visible du vitrage sur le facteur solaire FS du vitrage (s = TLvis / FS). Le facteur solaire « FS ou g » correspond au rapport en % entre l'énergie totale entrant dans le local à travers le vitrage et l'énergie solaire incidente. Le facteur solaire mesure donc la contribution d'un vitrage à réchauffement de la « pièce ». Plus le facteur solaire est petit, plus les apports solaires sont faibles. La transmission énergétique correspond au pourcentage du flux d’énergie solaire transmis directement à travers la paroi vitrée.
La fonction contrôle solaire correspond donc à une diminution forte de la transmission énergétique (TE) et du facteur solaire (g) du vitrage associé à une faible diminution de la transmission lumineuse (TL).
L’ajout d’un élément présentant une fonction contrôle solaire a pour objectif d’empêcher une surchauffe excessive. Toutefois, l’ajout de cet élément ne doit pas se faire au détriment de la transmission lumineuse et de l’absorption.
A cette fin, le demandeur a mis au point un revêtement contrôle solaire particulièrement adapté pour une utilisation dans un vitrage feuilleté pour cockpit. Le revêtement contrôle solaire permet notamment d’obtenir le meilleur compromis entre faible absorption et transmission lumineuse et sélectivité élevée. Le revêtement de l’invention permet notamment d’obtenir des valeurs de sélectivité qui ne peuvent habituellement pas être obtenues avec un revêtement à une seule couche d’argent. En effet, des sélectivités supérieures à 1 ,5, voire supérieures à 1 ,6 peuvent être obtenues. La sélectivité est élevée par rapport à la tolérance en absorption.
Ce revêtement a été conçu pour être intégré dans une structure de vitrage feuilleté pour cockpit. Toutefois, le revêtement de l’invention convient dans toute application ou l’on recherche une transmission lumineuse élevée et une forte sélectivité notamment avec un revêtement fonctionnel avec une seule couche d’argent.
L’invention concerne donc un matériau comprenant un substrat revêtu d’un revêtement contrôle solaire comprenant une seule couche métallique fonctionnelle à base d’argent disposée entre deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comprenant au moins une succession de trois couches diélectriques qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur, ayant chacune une épaisseur supérieure à 5 nm, dont la variation d’indice de réfraction entre deux couches successives est supérieure à 0,25, supérieure à 0,30, supérieure à 0,40, supérieure à 0,50, supérieure à 0,60, supérieure à 0,70 ou supérieure à 0,80, la couche d’indice de réfraction inférieur a l’indice de réfraction le plus faible et se trouve entre les deux couches d’indice de réfraction supérieur.
Le revêtement contrôle solaire de l’invention est un revêtement à base d’une seule couche d’argent optimisé pour présenter une sélectivité élevée notamment lorsqu’il est utilisé dans un vitrage au contact de deux milieux d’indices proches (substrat et intercalaire de feuilletage). Il permet d’obtenir une transmission lumineuse et une sélectivité élevée ainsi qu’une absorption faible.
Le revêtement control solaire comprend une seule couche métallique fonctionnelle. Dans la suite de la description, le terme « fonctionnelle » qualifiant « couche fonctionnelle » signifie « pouvant agir sur le rayonnement solaire et/ou le rayonnement infrarouge ». Cela signifie que le revêtement contrôle solaire ne comprend pas d’autres couches dont la fonction principale est de réfléchir le rayonnement infrarouge. Concrètement, le revêtement contrôle solaire ne comprend pas d’autres couches métalliques que la couche métallique fonctionnelle à base d’argent présentant une épaisseur significative, c’est à dire d’autres couches métalliques d’au moins 5 nm, de préférence d’au moins 4 nm, voire d’au moins 2 nm.
Le revêtement contrôle solaire ne comprend pas de couche métallique d’épaisseur supérieure à 5 nm autre que la seule couche métallique fonctionnelle à base d’argent. De préférence, le revêtement contrôle solaire ne comprend pas de couche métallique d’épaisseur supérieure à 8 nm, voire supérieure à 10 nm, autre que la seule couche métallique fonctionnelle à base d’argent.
Le demandeur a découvert qu’il est très difficile d’obtenir une absorption suffisamment faible avec des revêtements contrôle solaire à plusieurs couches fonctionnelles à base d’argent. Par exemple, l’absorption sur verre clair d’un revêtement contrôle solaire à deux couches fonctionnelles à base d’argent est en général supérieure à 12 %. Cela est notamment dû à la présence d’au moins quatre interfaces « métal / diélectrique » qui génèrent chacune nécessairement de l’absorption.
L’invention est donc volontairement limitée aux revêtements comprenant une seule couche fonctionnelle à base d’argent car ils sont susceptibles de présenter des valeurs d’absorption lumineuse dans le visible inférieures à 10 % lorsqu’ils sont déposés sur verre clair.
Dans l’application spécifique visée par l’invention, les revêtements contrôle solaire sont destinés à être utilisés sur une face d’un substrat au contact d’un intercalaire de feuilletage. Ces intercalaires de feuilletage ont un indice de réfraction dans le visible sensiblement égal à celui des substrats minéraux ou organiques sur lesquels est déposé le revêtement contrôle solaire. Le revêtement contrôle solaire est donc destiné à être utilisé directement au contact de deux milieux d’indices de réfraction sensiblement égaux. Cela influe sur ces caractéristiques. Le revêtement contrôle solaire peut notamment présenter une symétrie par rapport à la couche d’argent, en terme de nature des couches diélectriques constituant les revêtements diélectriques.
Le revêtement contrôle solaire de l’invention est optimisé pour être plus sélectif que les revêtements à une seule couche à base d’argent connus de transmission lumineuse équivalente. Pour cela, il comporte, de chaque côté de la couche d’argent, des séquences « couche d’indice de réfraction supérieur // couche d’indice de réfraction inférieur // couche d’indice de réfraction supérieur ». Le symbole « // » signifie que les deux couches qu’il sépare ne sont pas nécessairement au contact l’une de l’autre. La couche d’indice de réfraction inférieur a l’indice de réfraction le plus faible et se trouve entre les deux couches d’indice de réfraction supérieur. La présence de ces séquences d’au moins trois couches diélectriques permet d’obtenir pour un même niveau de transmission lumineuse un meilleur filtrage des infrarouges. Ce type de séquence de couches permet d’abaisser le facteur solaire en maintenant élevée la transmission lumineuse et donc d’augmenter la sélectivité.
Selon l’invention, la variation d’indice de réfraction entre deux couches successives de la succession des trois couches diélectriques est supérieure à 0,25, supérieure à 0,30, supérieure à 0,40, supérieure à 0,50, supérieure à 0,60, supérieure à 0,70 ou supérieure à 0,80.
L’amélioration de la sélectivité découle du contrôle précis des effets d’interférences optiques entre les différentes couches composant le revêtement. Ce contrôle est obtenu par le choix de la nature, de l’épaisseur et des séquences de couches diélectriques constituant les revêtements diélectriques.
La limite en épaisseurs fixée pour chacune de couches, d’au moins 5 nm, de préférence d’au moins 8 nm, voire d’au moins 10 nm, couplée à une variation d’indice entre 2 couches successives suffisantes, sont des caractéristiques nécessaires pour obtenir un effet par interférence optique. Des couches de moins de 5 nm ne sont pas suffisamment épaisses pour influer de manière conséquente par effet interférentiel sur la transmission lumineuse.
De manière surprenante, les meilleurs résultats en terme de basse absorption, haute transmission lumineuse et haute sélectivité sont obtenus avec un revêtement contrôle solaire présentant la ou les caractéristiques suivantes :
- le revêtement contrôle solaire comprend en outre une ou plusieurs couches de blocage situées, au contact, en dessous et/ou au-dessus de la couche métallique fonctionnelle, et/ou
- le revêtement diélectrique situé en-dessous de la couche métallique fonctionnelle comprend en outre une couche à base d’oxyde de zinc située directement à son contact ou séparées par une couche de blocage, et/ou - le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche métallique fonctionnelle comprend en outre une couche à base d’oxyde de zinc située directement à son contact ou séparées par une couche de blocage, et/ou
- la couche d’indice de réfraction inférieur de chaque revêtement diélectrique présente un indice de réfraction inférieur à 1,7, et/ou
- la couche d’indice de réfraction inférieur est une couche à base d’oxyde de silicium, et/ou
- la couche d’indice de réfraction inférieur a une épaisseur optique supérieure à 75 nm, supérieure à 90 nm, supérieure à 100 nm, supérieure à 120 nm, supérieure à 130 nm, supérieure à 150 nm,
- la couche d’indice de réfraction inférieur a une épaisseur supérieure à 50 nm, supérieure à 60 nm, supérieure à 70 nm, supérieure à 80 nm, supérieure à 90 nm ou supérieure à 100 nm, et/ou
- la couche d’indice de réfraction inférieur a une épaisseur inférieure à 200 nm, inférieure à 180 nm, inférieure à 170 nm ou inférieure à 180 nm, et/ou
- dans un revêtement diélectrique, la couche d’indice de réfraction inférieur présente une épaisseur géométrique qui est au moins 2 fois supérieure, au moins 3 fois supérieure, moins 4 fois supérieure ou au moins 5 fois supérieure à chacune des deux autres couches d’indice de réfraction supérieur, et/ou
- la couche d’indice de réfraction inférieur présente une épaisseur otpique qui est au moins 2 fois supérieure, au moins 3 fois supérieure, moins 4 fois supérieure, à chacune des deux autres couches d’indice de réfraction supérieur,
- les couches diélectriques d’indice de réfraction supérieur de chaque revêtement diélectrique sont choisies parmi les couches à base de nitrure de silicium, à base d’oxyde de zinc et d’étain, à base d’oxyde de zinc ou à base d’oxyde de titane, et/ou
- les trois couches de la succession de couches sont au contact l’une de l’autre, c’est à dire que la première couche de réfraction supérieur est au contact de la couche de réfraction inférieur et la couche de réfraction inférieur est au contact de la seconde couche de réfraction supérieur, et/ou
- chaque revêtement diélectrique comprend, en partant de la couche métallique fonctionnelle, la même succession de trois couches diélectriques qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur, et/ou
- chaque revêtement diélectrique comporte des couches d’oxyde et la somme des épaisseurs de toutes les couches d’oxyde présentes dans chaque revêtement diélectrique représente au moins 50 %, 60 % ou 70 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique considéré, et/ou
- chaque revêtement diélectrique comporte des couches comprenant du silicium et la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium présentes dans chaque revêtement diélectrique représente au moins 50 %, 60 % ou 70 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique considéré, et/ou
- la succession d’au moins trois couches comprend :
- une couche à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base de nitrure de silicium, ou
- une couche à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base d’oxyde de titane,
- chaque revêtement diélectrique comprend la même séquence d’au moins quatre couche, séquence définie à partir de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent, de préférence la même séquence d’au moins quatre couches comprend :
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base de nitrure de silicium, ou
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base d’oxyde de titane, et/ou
- le substrat est un verre trempé chimiquement, et/ou -.le substrat est un verre bombé.
L’invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant un matériau selon l’invention et au moins un second substrat, le matériau et le second substrat sont liés entre eux par l’intermédiaire d’un premier intercalaire de feuilletage. Le revêtement contrôle solaire est de préférence positionné en face 2 ou 3. Le premier intercalaire de feuilletage est de préférence en polyuréthane.
Le vitrage feuilleté peut comprendre un troisième substrat lié au second substrat ou au matériau par l’intermédiaire d’un second intercalaire polymère.
Le vitrage feuilleté peut comporter en outre un revêtement chauffant comprenant une couche électroconductrice, situé sur une face d’un substrat ne comportant pas le revêtement contrôle solaire, de préférence en face 2 ou en face 3.
Les matériaux et les vitrages selon l’invention présentent une sélectivité supérieure à 1 ,45 ou supérieur à 1 ,5.
De préférence, tous les substrats sont en verre bombés et trempés chimiquement. L’invention concerne également :
- un vitrage feuilleté selon l’invention monté sur un véhicule ou sur un bâtiment, et
- le procédé de préparation d’un vitrage feuilleté selon l’invention,
- l’utilisation d’un vitrage feuilleté selon l’invention en tant que vitrage de contrôle solaire pour le bâtiment ou les véhicules,
- un bâtiment, un véhicule comprenant un vitrage selon l’invention.
Les caractéristiques préférées qui figurent dans la suite de la description sont applicables aussi bien au matériau selon l’invention que, le cas échéant, au vitrage, au procédé, à l’utilisation, au bâtiment ou au véhicule selon l’invention.
Toutes les caractéristiques lumineuses décrites sont obtenues selon les principes et méthodes de la norme ISO 9050 se rapportant à la détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages utilisés dans le verre pour la construction.
De manière conventionnelle, les indices de réfraction sont mesurés à une longueur d’onde de 550 nm.
Selon l’invention, deux éléments tels que des couches ou des substrats ont des indices de réfraction sensiblement égaux, lorsque la valeur absolue de la différence entre les indices de réfraction des deux matériaux constituant lesdites couches ou substrats à 550 nm est inférieure ou égale à 0,15.
Les couches d’indice de réfraction supérieur et les couches d’indice de réfraction inférieur ont des indices de réfraction différents. Selon l’invention, deux éléments tels que des couches ou des substrats ont des indices de réfraction différents, lorsque la valeur absolue de la différence entre les indices de réfraction des deux matériaux constituant lesdites couches ou substrats à 550 nm est supérieure ou égale à 0,25, supérieure à 0,30, supérieure à 0,40, supérieure à 0,50, supérieure à 0,60, supérieure à 0,70 ou supérieure à 0,80.
Sauf mention contraire, les épaisseurs évoquées dans le présent document sans autres précisions sont des épaisseurs physiques, réelles ou géométriques dénommées Ep et sont exprimées en nanomètres (et non pas des épaisseurs optiques). L’épaisseur optique Eo est définie comme l’épaisseur physique de la couche considérée multipliée par son indice de réfraction à la longueur d’onde de 550 nm : Eo = n*Ep. L’indice de réfraction étant une valeur adimensionnelle, on peut considérer que l’unité de l’épaisseur optique est celle choisie pour l’épaisseur physique.
Le revêtement contrôle solaire est déposé par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique (procédé magnétron). Selon ce mode de réalisation avantageux, toutes les couches des revêtements sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique.
A défaut de stipulation spécifique, les expressions « au-dessus » et « en-dessous » ne signifient pas nécessairement que deux couches et/ou revêtements sont disposés au contact l'un de l'autre. Lorsqu’il est précisé qu’une couche est déposée « au contact » d’une autre couche ou d’un revêtement, cela signifie qu’il ne peut y avoir une (ou plusieurs) couche(s) intercalée(s) entre ces deux couches (ou couche et revêtement).
Dans la présente description, sauf autre indication, l’expression « à base de », utilisée pour qualifier un matériau ou une couche quant à ce qu’il ou elle contient, signifie que la fraction massique du constituant qu’il ou elle comprend est d’au moins 50%, en particulier au moins 70%, de préférence au moins 90%.
Selon l’invention :
- la réflexion lumineuse correspond à la réflexion du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre,
- la transmission lumineuse correspond à la transmission du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre,
- l’absorption lumineuse correspond à l’absorption du rayonnement solaire dans la partie visible du spectre.
Un verre clair ordinaire de 4 à 6 mm d'épaisseur présente les caractéristiques lumineuses suivantes :
- une transmission lumineuse comprise entre 87 et 91 ,5 %,
- une réflexion lumineuse comprise entre 7 et 9,5 %,
- une absorption lumineuse comprise entre 0,3 et 5 %.
Le revêtement contrôle solaire comprend une seule couche métallique fonctionnelle à base d’argent.
Les couches fonctionnelles métalliques à base d’argent comprennent au moins 95,0 %, de préférence au moins 96,5 % et mieux au moins 98,0 % en masse d’argent par rapport à la masse de la couche métallique fonctionnelle. De préférence, une couche métallique fonctionnelle à base d’argent comprend moins de 1 ,0 % en masse de métaux autres que de l’argent par rapport à la masse de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent.
Les couches fonctionnelles métalliques à base d’argent ont une épaisseur :
- supérieure à 5 nm, 6, nm, 7 nm, 8 nm ou 9 nm, et/ou
- inférieure à 25 nm, 22 nm, 20 nm, 18, nm, 16 nm, 15 nm, 14 nm ou 13 nm.
Le revêtement contrôle solaire peut comprendre en outre une ou plusieurs couches de blocage situées, au contact, en dessous et/ou au-dessus de la couche métallique fonctionnelle.
Les couches de blocage ont traditionnellement pour fonction de protéger les couches fonctionnelles d’une éventuelle dégradation lors du dépôt du revêtement antireflet supérieur et lors d’un éventuel traitement thermique à haute température, du type recuit, bombage et/ou trempe. Les couches de blocage sont choisies parmi :
- les couches métalliques à base d'un métal ou d'un alliage métallique, les couches de nitrure métallique, et les couches d’oxynitrure métallique d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le titane, le zinc, l’étain, le nickel, le chrome et le niobium,
- les couches d’oxyde métallique d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le titane, le nickel, le chrome et le niobium.
Les couches de blocage peuvent notamment être, telles que déposées, des couches de Ti, TiN, TiOx, Nb, NbN, Ni, NiN, Cr, CrN, NiCr, NiCrOx, NiCrN, SnZnN. Lorsque ces couches de blocage sont déposées sous forme métallique, nitrurée ou oxynitrurée, ces couches peuvent subir une oxydation partielle ou totale selon leur épaisseur et la nature des couches qui les entourent, par exemple, au moment du dépôt de la couche suivante ou par oxydation au contact de la couche sous-jacente.
De préférence, les couches de blocage sont des couches de titane, c’est à dire que ces couches ont été déposées sous forme de titane métallique.
Selon des modes de réalisation avantageux de l’invention, la ou les couches de blocage satisfont une ou plusieurs des conditions suivantes :
- la couche métallique fonctionnelle est au contact d’une surcouche de blocage, et/ou
- les couches de blocage sont des couches de titane déposé sous forme de métallique, et/ou
- l’épaisseur de chaque couche de blocage est d’au moins 0,05 nm, ou comprise entre 0,08 et 2,00 nm, comprise entre 0,10 et 1 ,00 nm ou comprise entre 0,05 et 0,50 nm.
La somme des épaisseurs de toutes les couches de blocage peut être inférieure à 2,0 nm, inférieure à 1 ,5 nm, inférieure à 1 ,0 nm ou inférieure à 0,5 nm.
Les revêtements diélectriques comprennent des couches diélectriques. Par « couche diélectrique » au sens de la présente invention, il faut comprendre que du point de vue de sa nature, le matériau est « non métallique », c’est-à-dire n’est pas un métal. Dans le contexte de l’invention, ce terme désigne un matériau présentant un rapport n/k sur toute la plage de longueur d’onde du visible (de 380 nm à 780 nm) égal ou supérieur à 5.
De préférence, chaque revêtement diélectrique est constitué uniquement d’une ou de plusieurs couches diélectriques. De préférence, il n’y a donc pas de couche absorbante dans les revêtements diélectriques afin de ne pas diminuer la transmission lumineuse.
Les couches diélectriques des revêtements présentent les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison :
- elles sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique,
- elles ont une épaisseur supérieure à 2 nm, de préférence comprise entre 4 et 200 nm.
Les couches diélectriques, outre leur fonction optique, peuvent avoir différentes autres fonctions. A titre d’exemple, on peut citer les couches stabilisantes, les couches de lissage, et les couches barrières. Les couches diélectriques sont classiquement choisies parmi les couches à base d’oxyde, à base de nitrure ou à base d’oxynitrure. Les couches à base d’oxyde d’un ou plusieurs éléments comprennent essentiellement de l’oxygène et très peu d’azote. Les couches à base d’oxyde comprennent notamment au moins 90 % en pourcentage atomique d’oxygène par rapport à l’oxygène et l’azote dans ladite couche. Les couches à base de nitrure comprennent essentiellement de l’azote et très peu d’oxygène. Les couches à base nitrure comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans ladite. Les couches à base d’oxynitrure comprennent un mélange d’oxygène et d’azote. Les couches à base d’oxynitrure de silicium comprennent 10 à 90 % (bornes exclues) en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans ladite couche.
Les quantités d’oxygène et d’azote dans une couche sont déterminées en pourcentages atomiques par rapport aux quantités totales d’oxygène et d’azote dans la couche considérée.
Les couches diélectriques sont classiquement choisies parmi:
- les couches comprenant du silicium, de l’aluminium et/ou du zirconium, éventuellement dopé à l’aide d’au moins un autre élément,
- les couches à base d’oxyde de zinc et d’étain,
- les couches à base d’oxyde de titane,
- les couches à base d’oxyde de zinc.
Les couches comprenant du silicium comprennent au moins 50 % en masse de silicium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche comprenant du silicium autres que de l’azote et de l’oxygène.
Les couches comprenant du silicium peuvent être choisies parmi les couches à base d’oxyde, à base de nitrure ou à base d’oxynitrure telles que les couche à base d’oxyde de silicium, les couches à base de nitrure de silicium et les couches à base d’oxynitrure de silicium.
Les couches à base d’oxyde de silicium comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’oxygène par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxyde de silicium. Les couches à base nitrure de silicium comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base de nitrure de silicium. Les couches à base d’oxynitrure de silicium comprennent 10 à 90 % (bornes exclues) en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxyde de silicium. De préférence, les couches à base d’oxyde de silicium sont caractérisées par un indice de réfraction à 550 nm, inférieur ou égale à 1 ,55. De préférence, les couches à base de nitrure de silicium sont caractérisées par un indice de réfraction à 550 nm, supérieur ou égale à 1 ,95.
Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre ou être constituées d’éléments autres que le silicium, l’oxygène et l’azote. Ces éléments peuvent être choisis parmi l’aluminium, le bore, le titane, et le zirconium. Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre au moins 2 %, au moins 5 % ou au moins 8 % en masse d’aluminium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche comprenant du silicium autres que de l’oxygène et l’azote.
Les couches comprenant de l’aluminium peuvent être choisies parmi les couches à base d’oxyde, à base de nitrure ou à base d’oxynitrure telles que les couches à base d’oxyde de d’aluminium tels que AI2O3, les couches à base de nitrure d’aluminium tels que AIN et les couches à base d’oxynitrure d’aluminium tels AlOxNy.
Parmi les couches diélectriques, on distingue, en fonction de leur indice de réfraction à 550 nm, les couches à bas indice de réfraction, les couches d’indice de réfraction intermédiaire et les couches à haut indice de réfraction. Les couches à bas à bas indice de réfraction présentent un indice de réfraction inférieure à 1 ,70. Les couches d’indice de réfraction intermédiaire présentent un indice de réfraction compris entre 1 ,70 et 2,2. Les couches à haut indice de réfraction présentent un indice de réfraction supérieur à 2,2.
Les couche à bas indice peuvent présenter un indice de réfraction inférieur à 1 ,70, inférieur à 1 ,6 ou inférieur à 1 ,5. Les couches à bas indice bas indice de réfraction sont de préférence des couches à base d’oxyde de silicium.
Les couches d’indice de réfraction intermédiaire peuvent être choisies parmi :
- les couches à base d’oxyde de zinc (n550 = 2,0),
- les couches à base d’oxyde d’étain (n550 = 2,0),
- les couches à base d’oxyde de zinc et d’étain (n550 = 2,0),
- les couches à base de nitrure de silicium et/ou d’aluminium (n550 = 2,0),
- les couches à base d’oxynitrure de silicium et/ou d’aluminium.
Les couches à haut indice de réfraction peuvent présenter un indice de réfraction :
- supérieur à 2,30, supérieur à 2,35 ou supérieur à 2,40.
- inférieur à 2,60, inférieur à 2,50, inférieur à 2,40.
Les couches à haut indice de réfraction peuvent être choisies parmi :
- les couches à base d’oxyde de titane (n550=2,4),
- les couches à base d’oxyde mixte de titane et d’un autre composant choisi dans le groupe constitué par Zn, Zr et Sn,
- les couches à base une couche de nitrure de zirconium (n 550 = 2,55),
- les couches à base de nitrure de silicium et de zirconium (n550 nm = 2,20 - 2,40),
- les couches à base une couche d’oxyde de zirconium,
- les couches à base d’oxyde de manganèse MnO (n550 = 2,16),
- les couches à base une couche d’oxyde de tungstène (n550 = 2,15),
- les couches à base une couche d’oxyde de niobium (n550 = 2,30),
- les couches à base une couche d’oxyde de bismuth (n 550 = 2,60). La couche d’indice de réfraction inférieur peut être choisie parmi les couches à bas indice de réfraction. Dans ce cas, les couches d’indice de réfraction supérieur sont choisies parmi les couches présentant un indice de réfraction supérieur à 1 ,7. Elles sont donc choisies parmi les couches de réfraction intermédiaire et les couche à haut indice de réfraction.
La couche d’indice de réfraction inférieur peut être choisie parmi les couches d’indice de réfraction intermédiaire. Dans ce cas, les couches d’indice de réfraction supérieur sont choisies parmi les couches à haut indice de réfraction.
Les revêtements diélectriques peuvent comprendre des couches dites stabilisantes qui renforcent l'adhérence de la couche métallique fonctionnelle aux couches qui l'entourent, et de fait s'oppose à la migration de son matériau constitutif. Les couches stabilisantes sont de préférence des couches à base d’oxyde de zinc éventuellement dopé, par exemple, par de l’aluminium. L’oxyde de zinc est cristallisé. La couche à base d’oxyde de zinc comprend, par ordre de préférence croissant au moins 90,0 %, au moins 92 %, au moins 95 %, au moins 98,0 % en masse de zinc par rapport à la masse d’éléments autres que de l’oxygène dans la couche à base d’oxyde de zinc.
Selon ce mode de réalisation, le revêtement diélectrique situé en-dessous de la couche métallique fonctionnelle peut comprendre en outre une couche à base d’oxyde de zinc située directement à son contact ou séparées par une couche de blocage. En effet, il est avantageux d'avoir une couche stabilisante, en-dessous d’une couche métallique fonctionnelle, car elle facilite l'adhésion et la cristallisation de la couche métallique fonctionnelle à base d'argent et augmente sa qualité et sa stabilité.
Selon ce mode de réalisation, le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche métallique fonctionnelle comprendre en outre une couche à base d’oxyde de zinc située directement à son contact ou séparées par une couche de blocage. Il est également avantageux d’avoir une couche stabilisante, au-dessus d’une couche métallique fonctionnelle, pour en augmenter l'adhésion et s'opposer de manière optimale à la diffusion du côté de l'empilement opposé au substrat.
Dans ces modes de réalisation, les couches à base d’oxyde de zinc sont distinctes des trois couches diélectriques qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur.
Les couches d’oxyde de zinc ont, par ordre de préférence croissant, une épaisseur :
- d'au moins 3,0 nm, d'au moins 4,0 nm, d'au moins 5,0 nm, et/ou
- d’au plus 15 nm, d’au plus 10 nm, d’au plus 8,0 nm.
La somme des épaisseurs physiques de toutes les couches comprenant du silicium de chaque revêtement diélectrique est supérieure à 50 %, 60 % ou 70 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique considéré. La somme des épaisseurs physiques de toutes les couches d’oxyde de chaque revêtement diélectrique est supérieure à 50 %, 60 % ou 70 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique considéré.
Le revêtement contrôle solaire est de préférence symétrique par rapport à la couche d’agent. Cela signifie que l’on retrouve des séquences de couches de nature identique de chaque côté de la couche d’argent. Les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison permettent de définir cette symétrie :
- les couches diélectriques d’indice de réfraction supérieur d’un même revêtement diélectrique peuvent être de même nature, et/ou
- les couches diélectriques d’indice de réfraction inférieur de chaque revêtement diélectrique peuvent être de même nature, et/ou
- les couches diélectriques d’indice de réfraction supérieur les plus proches de la couche métallique fonctionnelle de chaque revêtement diélectrique peuvent être de même nature, et/ou
- les couches diélectriques d’indice de réfraction supérieur les plus éloignés de la couche métallique fonctionnelle de chaque revêtement diélectrique peuvent être de même nature, et/ou
- le rapport des épaisseurs optiques ou géométriques des revêtements diélectriques est compris entre 0,8 et 1 ,2, ou 0,9 et 1 ,1 , et/ou
- chaque revêtement diélectrique comprend, en partant de la couche métallique fonctionnelle, la même succession de trois couches diélectriques qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur, et/ou
- la succession de trois couches comprend :
- une couche à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base de nitrure de silicium, ou
- une couche à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base d’oxyde de titane,
- chaque revêtement diélectrique comprend la même séquence d’au moins quatre couche, séquence définie à partir de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent, et/ou
- la même séquence d’au moins quatre couches comprend :
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de silicium, - une couche à base de nitrure de silicium, ou
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base d’oxyde de titane.
Des exemples de succession de trois couches selon l’invention comprennent:
- couche à base d’oxyde de titane // couche à base d’oxyde de silicium // couche à base d’oxyde de titane TiÛ2,
- couche à base de nitrure de silicium // couche à base d’oxyde de silicium // couche à base de nitrure de silicium,
- couche à base de nitrure de silicium // couche à base d’oxyde de silicium // couche à base d’oxyde de titane TiÛ2,
- couches à base d’oxyde de titane // couche à base d’oxyde de silicium // couche à base de nitrure de silicium,
- couche à base de nitrure de silicium et de zirconium // couche à base d’oxyde de silicium // couche à base de nitrure de silicium et de zirconium,
- couche à base de nitrure de silicium et de zirconium // couche à base de nitrure de silicium // couche à base de nitrure de silicium et de zirconium.
L’invention concerne également un vitrage feuilleté comprenant de préférence au moins trois substrats. Cette structure particulière à base d’au moins trois substrats liés entre eux par deux intercalaires polymères convient tout particulièrement pour des applications aéronautiques.
Selon un mode de réalisation avantageux, le vitrage feuilleté comprend :
- un premier substrat trempé chimiquement et éventuellement bombé,
- un premier intercalaire de feuilletage,
- un second substrat trempé chimiquement et éventuellement bombé,
- un second intercalaire de feuilletage,
- un troisième substrat trempé chimiquement et éventuellement bombé.
Le vitrage feuilleté peut comporter en outre un revêtement chauffant comprenant une couche électroconductrice situé sur une face d’un substrat ne comportant pas le revêtement contrôle solaire, de préférence en face 2 ou en face 3.
Le vitrage feuilleté de l’invention peut comprendre donc en outre :
- un revêtement chauffant,
- un revêtement contrôle solaire comprenant au moins une couche à base d’argent, le revêtement chauffant et le revêtement control solaire se trouvent de préférence chacun au contact du premier intercalaire de feuilletage, sur une face du premier substrat et sur une face du deuxième substrat.
Les revêtements chauffants convenant selon l’invention sont notamment décrits dans la demande WO 2020/120879. Le revêtement chauffant comprend au moins une couche électroconductrice qui est une couche d’oxyde conductrice transparente.
Le chauffage se fait par effet Joule. Le revêtement chauffant est alimenté par l’intermédiaire d’électrodes mises sous tension. Le chauffage homogène d’une forme non rectangulaire est impossible avec une couche de conductivité électrique homogène.
Pour homogénéiser le chauffage sur une surface complexe tel qu’un parebrise, la couche électroconductrice peut présenter un gradient de conductivité électrique. Ce gradient peut être obtenu par un gradient d’épaisseur. De fortes variations d’épaisseur de couche permettent de limiter la densité de courant dans certaines parties de la surface chauffante.
Pour homogénéiser le chauffage, la couche électroconductrice peut également comprendre des lignes d’ablation, appelées lignes de séparation de flux ou plus communément lignes de flux telles que décrites dans le brevet EP1897412-B1 , qui guident le flux de courant électrique.
Ces deux stratégies peuvent être employées en combinaison.
La couche électro conductrice présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- elle est située sur une face orientée vers l’intérieur du premier substrat ou sur une face orientée vers l’intérieur ou l’extérieur du second substrat, et/ou
- elle comprend une couche d’oxyde conductrice à base d’oxyde métallique dopé tel que l’oxyde d’indium dopé à l’étain (ITO « Indium Tin Oxide »), l’oxyde de zinc dopé à l’aluminium (AZO, « Aluminium Zinc Oxide », l’oxyde d’étain dopé au fluor (SnO2:F), et/ou
- elle a une épaisseur de 2 à 1600 nm, de préférence 30 à 300 nm ou 50 à 250 nm, et/ou
- elle a une épaisseur supérieure à 50 nm, supérieure à 100 nm, supérieure à 150 nm, cela signifie qu’elle présente cette épaisseur sur au moins une partie de la surface du substrat et/ou
- elle présente un gradient d’épaisseur, c’est-à-dire une variation de son épaisseur, cela se traduit par exemple par l’existence d’au moins deux zones d’épaisseur différente et d’un rapport entre l’épaisseur de ces deux zones supérieur à 2, 3, 4 ou 6, et/ou
- elle présente des lignes de flux pour guider le courant électrique ayant de préférence une largeur comprise entre 5 et 1000 pm.
Le rapport d’épaisseur entre ces deux zones d’épaisseurs différentes correspond donc au rapport de l’épaisseur de la couche la plus épaisse sur l’épaisseur de la couche la moins épaisse.
Lorsque le substrat est en verre trempé chimiquement, le revêtement fonctionnel et le revêtement chauffant sont déposés nécessairement après l’étape de renforcement chimique. Ces revêtements ne subissent pas d’étape de traitement thermique après dépôt autre que l’étape de feuilletage. Ils doivent donc préférentiellement avoir acquis leurs propriétés définitives directement après leur dépôt.
Les substrats peuvent être des substrats en verre minéral ou en matériau polymère transparent.
Les substrats de verre minéral qui constituent le vitrage peuvent être en verre sodocalcique, aluminosilicate ou borosilicate.
De préférence, le substrat en verre minéral est :
- un verre trempé chimiquement et/ou
- un verre bombé.
Les substrats en verre trempés chimiquement comprennent une zone superficielle en compression obtenue par échange ionique. Cette zone superficielle en compression est obtenue par la substitution superficielle d’un ion du substrat de verre (généralement un ion alcalin tel que le sodium ou le lithium) par un ion de rayon ionique plus grand (généralement un ion alcalin, tel que le potassium ou le sodium). Cela permet de créer en surface du substrat de verre des contraintes de compression, jusqu’à une certaine profondeur. Ces contraintes superficielles en compression sont en effet équilibrées par la présence d’une zone centrale en tension. Il existe donc une certaine profondeur à laquelle se produit la transition entre compression et tension, profondeur appelée profondeur d'échange superficiel.
Ces substrats de verre trempés chimiquement peuvent être définis de la façon suivante :
- ils comprennent une zone superficielle en compression obtenue par échange ionique, et/ou
- ils présentent une profondeur d'échange superficiel supérieure à 50 pm et/ou
- ils présentent des contraintes de compression superficielle supérieures à 100 MPa.
Les procédés de trempe chimique sont parfaitement connus. On peut notamment se référer à la demande de brevet WO1994008910.
Les substrats peuvent être en matériau polymère transparent qui comprennent les substrats en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), en polycarbonate (PC), en polyuréthane ou en polyurée (PU)
Le revêtement contrôle solaire et le revêtement chauffant sont déposés nécessairement après l’étape de renforcement chimique. Ces revêtements ne subissent pas, normalement, d’étape de traitement thermique après dépôt. Ils doivent donc préférentiellement avoir acquis leurs propriétés définitives directement après leur dépôt.
De préférence, les intercalaires de feuilletage comprennent une ou plusieurs feuilles de polymères organiques. Les polymères organiques sont choisis parmi le butyral de polyvinyl (PVB), les polyuréthanes (PU), les polyurées, l’éthylène acétate de vinyle (EVA), les polyoléfine (dont polyéthylène (PE), polypropylène (PP) ou polyisobutylène (P-IB)), le polychlorure de vinyle et ses dérivés (par exemple poly(dichlorure de vinyle) (PVDC)), les polymères styréniques (par exemple polystyrène (PS), acrylostyrène butadiène (ABS), styrène acrylonitrile (SAN)), les polyacryliques (dont polyacrylonitrile (PAN) et le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ), les polyester (dont poly(téréphtalate d’éthylène) (PET) et poly(téréphtalate de butylène) (PBT)), le polyoxyméthylène (POM), les polyamides (PA), les polymères fluorés tel que polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE), les polycarbonates (PC), les polysulfones aromatiques dont polysulfone (PSll), les polyphénylène éther (PPE), les époxy (EP) seuls ou en mélange et/ou copolymère de plusieurs d’entre eux.
La structure particulière à base d’au moins trois substrats liés entre eux par deux intercalaires polymères convient tout particulièrement pour des applications aéronautiques. Dans le cas d’un véhicule aérien, le premier substrat n’est pas tenu par un système de liaison au véhicule. Seuls les deux autres substrats, dits structuraux, sont maintenus.
Le premier substrat constitue la partie extérieure du vitrage. Il n’est pas fixé structurellement au véhicule ou bâtiment qu’il équipe. Il est simplement maintenu au deuxième substrat grâce à l’intercalaire polymère.
Les deuxième et troisième substrats sont mécaniquement fixés dans le bâtiment ou véhicule. Ce sont ces deux substrats qui assurent la protection des personnes à l’intérieur du véhicule. L’ensemble formé par le second substrat, le second intercalaire polymère et le troisième substrat doit donc présenter une excellente résistance au choc.
De ce fait, le bord du premier substrat peut être en retrait par rapport à celui du second substrat pour prévenir des phénomènes de délaminage dues aux déformations du vitrage soumis à la pression de l’avion ou aux mécanismes d’arrachement et/ou cisaillement périphérique du substrat externe.
Le premier intercalaire polymère est de préférence à base de polyuréthane. Le choix spécifique de ce matériau pour cet intercalaire polymère se justifie car il est moins hygroscopique, c’est à dire qu’il a moins tendance à absorber et/ou retenir l’eau que d’autres intercalaires polymères par exemple en PVB. Ce premier intercalaire maintient le substrat le plus à l’extérieur et donc le plus susceptible d’être soumis aux conditions climatiques extrêmes. Le second intercalaire polymère est de préférence à base de polyvinylbutadiène. Le choix spécifique de ce matériau pour cet intercalaire polymère se justifie car il présente de meilleures propriétés mécaniques, notamment de résistance au choc. De plus, de par sa position « intérieure », sa durabilité chimique est moins critique que celle du premier intercalaire polymère.
La figure 1 représente schématiquement une vue transversale en coupe d’un mode de réalisation du vitrage feuilleté de l’invention pour cockpit. Un vitrage feuilleté selon l’invention comprend donc :
- un premier substrat de verre S1 constituant une face extérieure du vitrage bombé et trempé chimiquement, par exemple de 3 mm d’épaisseur,
- un premier intercalaire 11 de polyuréthane (PU), par exemple de 5 mm d’épaisseur, - un second substrat de verre S2 bombé et trempé chimiquement, par exemple de 6 mm d’épaisseur,
- un second intercalaire 12 de polyvinylbutyral (PVB) de 1 ,1 mm d’épaisseur,
- un troisième substrat S3 de verre bombé et trempé chimiquement, par exemple de 6 mm d’épaisseur,
- éventuellement deux revêtements R1 et R2 dont un revêtement chauffant et un revêtement contrôle solaire.
De préférence, tout le bord périphérique du vitrage feuilleté est recouvert par un joint (J). Cela inclut le chant du premier substrat de verre, le chant du premier intercalaire, une partie de la surface du second substrat de verre débordant du premier substrat de verre, le chant du second substrat de verre, le chant du deuxième intercalaire et le chant du troisième substrat de verre.
Un autre objet de l’invention consiste en l’utilisation du vitrage feuilleté décrit ci- dessus comme vitrage de bâtiment, de véhicule terrestre, aérien ou aquatique, en particulier comme vitrage de cockpit de véhicule aérien.
Enfin, l’invention concerne le procédé de préparation d’un vitrage feuilleté comprenant les étape suivantes :
- une étape de bombage de deux ou de trois substrats trempés chimiquement, puis
- une étape de dépôt par pulvérisation cathodique d’un revêtement contrôle solaire sur l’une des face d’un substrat pour obtenir un matériau selon l’invention et éventuellement une étape de dépôt d’un revêtement chauffant sur l’une des face d’un substrat ne comprenant pas le revêtement contrôle solaire,
- une étape de feuilletage par chauffage des deux ou trois substrats.
Exemples
I. Matériaux et revêtements
1. Généralité
Dans ces exemples, les substrats de verre sont des substrats de verre de type aluminosilicate trempés chimiquement et bombés.
Les intercalaires de feuilletages sont choisis parmi des intercalaire :
- en polyuréthane de 6,5 mm ou
- en PVB de 0,38 mm, - en PVB de 1,1 mm.
Les revêtements fonctionnels sont décrits ci-après.
2. Revêtement contrôle solaire
Les couches métalliques fonctionnelles (F) sont des couches d’argent (Ag). Les couches de blocage sont des couches métalliques de titane (Ti). Les revêtements diélectriques comprennent des couches choisies parmi :
- des couches à base d’oxyde de titane (TiOx, n = 2,4),
- des couches à base d’oxyde de zinc et d’étain (SnZnO, n = 2,0),
- des couches à base de nitrure du silicium (Si3N4, n = 2,0),
- des couches à base d’oxyde de silicium (SiO2, n = 1 ,5),
- des couches à base d’oxyde de zinc (ZnO, n = 2,0).
Les conditions de dépôt des couches, qui ont été déposées par pulvérisation (pulvérisation dite « cathodique magnétron »), sont résumées dans le tableau 1 .
[Tableau 1]
Pds : Poids ; at : Atomique
Des revêtements contrôle solaire définis ci-après sont déposés sur des substrats en verre.
Le tableau 2 liste les matériaux et les épaisseurs physiques en nanomètres (sauf autre indication) de chaque couche ou revêtement qui constitue les revêtements en fonction de leur position vis-à-vis du substrat porteur de l’empilement (dernière ligne en bas du tableau).
[Tableau 2]
CB : Couche de blocage ; CF : Couche métallique fonctionnelle.
Enfin, deux revêtements contrôle solaire comparatifs comprenant plus d’une couche d’argent ont également été utilisés :
Cp.5 : Substrat / SisN4 31 nm/ ZnO 5 nm / Ag 8 nm / Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 70 nm/ ZnO 5 nm/ Ag 8 nm/ Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 39 nm.
Cp.6 : Substrat / SisN4 33 nm/ ZnO 5 nm / Ag1 8 nm / Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 73 nm/ ZnO 5 nm/ Ag 8 nm/ Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 81 nm /ZnO 5 nm/ Ag 8 nm/ Ti 0.1 nm/ ZnO 5 nm / SisN4 42 nm.
2. Revêtement chauffant
Le revêtement chauffant est constitué d’une couche d’oxyde d’étain et d’indium de 200 nm. Cette couche a été déposée par pulvérisation magnétron sur un substrat de verre de 3 mm. Elle présente une résistance de couche de 10 Q/n mesurée par induction.
Ce substrat est utilisé dans certains exemples comme substrat de verre revêtu d’un revêtement chauffant comprenant une couche électroconductrice à base d’ITO.
II. Configurations
1. Vitrages
Les vitrages feuilletés présentent la configuration suivante : un premier substrat de verre de 2 mm d’épaisseur revêtu éventuellement en face 2 d’un revêtement contrôle solaire / un premier intercalaire de PVB (0,38 mm) / un second substrat de verre de 2 mm d’épaisseur.
[Tableau 3] [Tableau 4]
La solution de l’invention permet d’améliorer considérablement le couple transmission lumineuse/sélectivité. Dans cette gamme d’empilement à très haute TL après feuilletage, les exemples comparatifs ne comprenant pas la succession de trois couches qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur présentent une sélectivité beaucoup plus faible que les vitrages selon l’invention, et ceci indépendamment du nombre de couches à l’argent.
2. Vitrage optimisé pour l’aéronautique
Les vitrages feuilletés présentent la configuration suivante : un premier substrat de verre de 3 mm d’épaisseur revêtu en face 2 d’un revêtement chauffant / un premier intercalaire de polyuréthane (PU) / un second substrat de verre de 6 mm d’épaisseur éventuellement revêtu d’un revêtement de contrôle solaire en face 3 / un second intercalaire de polyvinylbutyral (PVB) / un troisième substrat de 6 mm d’épaisseur.
Le vitrage de référence ne comprend pas de revêtement contrôle solaire.
Les vitrages comparatifs et selon l’invention comprennent un revêtement contrôle solaire sur la face 3 du vitrage correspondant à la première face du deuxième substrat.
Les vitrages Cp.1 à Cp.4 comprennent un revêtement contrôle solaire non optimisé selon l’invention.
Les vitrages selon l’invention comprennent un revêtement contrôle solaire selon l’invention. [Tableau 6]
Les propriétés optiques et performances énergétiques ont été déterminées par simulation sur les vitrages feuilletés.
[Tableau 7]
[Tableau 8]
Les vitrages V.52 et V.62 comprenant des revêtements fonctionnels à 2 et 3 couches d’argent ne permettent pas d’obtenir une transmission lumineuse suffisamment élevée. Ils présentent notamment une absorption lumineuse supérieure à 20 %.
Les vitrages selon l’invention et comparatifs V.12 à V.14 comprennent tous un revêtement fonctionnel avec une seule couche d’argent. Ils présentent tous des valeurs de transmission lumineuse sensiblement égales (entre 70 et 72 %).
Les vitrages V.12 à V.42 ne présentent pas un couple transmission lumineuse et sélectivité élevées. Le vitrage V.22 comprend des séquences de trois couches bas indice / haut indice / bas indice.
Les vitrages selon l’invention présentent un couple transmission lumineuse / sélectivité élevées grâce à l’excellent effet de filtrage des infrarouges.
L’invention permet, sans diminuer la transmission lumineuse, d’améliorer la sélectivité de plus de 20 % par rapport à un vitrage sans revêtement contrôle solaire (comparaison des vitrages de l’invention et de Ref). L’amélioration significative de la sélectivité est également obtenue par rapport à un vitrage avec revêtement contrôle solaire non optimisé selon l’invention (comparaison des vitrages de l’invention et de V.12).
L’invention permet une diminution du facteur solaire de plus de 5 points de pourcentage par rapport à un vitrage avec revêtement contrôle solaire non optimisé selon l’invention.
Les vitrages selon l’invention offrent le meilleur compromis entre transmission lumineuse et sélectivité élevées et bas facteur solaire.

Claims

Revendications
1. Matériau comprenant un substrat revêtu d’un revêtement contrôle solaire comprenant une seule couche métallique fonctionnelle disposée entre deux revêtements diélectriques, la couche métallique fonctionnelle est à base d’argent, caractérisé en ce que chaque revêtement diélectrique comprend au moins une succession de trois couches diélectriques qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur, ayant chacune une épaisseur supérieure à 5 nm, dont la variation d’indice de réfraction entre deux couches successives est supérieure à 0,25, la couche d’indice de réfraction inférieur a l’indice de réfraction le plus faible et se trouve entre les deux couches d’indice de réfraction supérieur.
2. Matériau selon la revendication précédente caractérisé en ce que le revêtement contrôle solaire comprend en outre une ou plusieurs couches de blocage situées, au contact, en dessous et/ou au-dessus de la couche métallique fonctionnelle.
3. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé en-dessous de la couche métallique fonctionnelle comprend en outre une couche à base d’oxyde de zinc située directement à son contact ou séparées par une couche de blocage.
4. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche métallique fonctionnelle comprend en outre une couche à base d’oxyde de zinc située directement à son contact ou séparée par une couche de blocage.
5. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche d’indice de réfraction inférieur de chaque revêtement diélectrique présente un indice de réfraction inférieur à 1 ,7.
6. Matériau selon la revendication précédente caractérisé en ce que la couche d’indice de réfraction inférieur est une couche à base d’oxyde de silicium.
7. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche d’indice de réfraction inférieur a une épaisseur optique supérieure à 75 nm.
8. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, dans un revêtement diélectrique, la couche d’indice de réfraction inférieur présente une épaisseur géométrique qui est au moins 2 fois supérieure à chacune des deux autres couches d’indice de réfraction supérieur.
9. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les couches diélectriques d’indice de réfraction supérieur de chaque revêtement diélectrique sont choisies parmi les couches à base de nitrure de silicium, à base d’oxyde de zinc et d’étain, à base d’oxyde de zinc ou à base d’oxyde de titane.
10. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque revêtement diélectrique comprend, en partant de la couche métallique fonctionnelle, la même succession de trois couches diélectriques qualifiées de couche d’indice de réfraction supérieur, couche d’indice de réfraction inférieur et couche d’indice de réfraction supérieur.
11 . Matériau selon la revendication précédente caractérisé en ce que la succession d’au moins trois couches comprend :
- une couche à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base de nitrure de silicium, ou
- une couche à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base d’oxyde de titane.
12. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque revêtement diélectrique comprend la même séquence d’au moins quatre couche, séquence définie à partir de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent.
13. Matériau selon la revendication précédente caractérisé en ce que la même séquence d’au moins quatre couches comprend :
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base de nitrure de silicium, ou
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de silicium,
- une couche à base d’oxyde de titane.
14. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat est un verre trempé chimiquement.
15. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat est un verre bombé.
16. Vitrage feuilleté comprenant un matériau selon l’une quelconque des revendications 1 à 15 et au moins un second substrat, le matériau et le second substrat sont liés entre eux par l’intermédiaire d’un premier intercalaire de feuilletage, la face 1 est é l'extérieur du bâtiment ou du véhicule et constitue donc la paroi extérieure du vitrage, les faces 2 et 3 sont au contact de l’intercalaire de feuilletage.
17. Vitrage feuilleté selon la revendication 16 caractérisé en ce que le revêtement contrôle solaire est positionné en face 2 ou 3.
18. Vitrage feuilleté selon la revendication 16 ou 17 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un revêtement chauffant comprenant une couche électroconductrice situé sur une face d’un substrat ne comportant pas le revêtement contrôle solaire, de préférence en face 2 ou en face 3.
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