ES2205565T3 - Reflector con superficie resistente. - Google Patents
Reflector con superficie resistente.Info
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Abstract
Reflector resistente a ataques mecánicos con elevada reflexión total, que contiene un cuerpo de reflector y, superpuestos sobre éste, a) un revestimiento funcional y b) una secuencia de capas de reflexión que contiene una capa reflectante y varias capas transparentes, y una capa de protección, como capa situada en la superficie, a base de dióxido de silicio u óxido de aluminio, en donde la capa de protección no muestra daño de la superficie en el ensayo de frotamiento según DIN 58196 al cabo de 50 ciclos de ensayo, cada uno con 100 carreras de frotamiento.
Description
Reflector con superficie resistente.
La presente invención concierne a un reflector
resistente a ataques mecánicos con una elevada reflexión total
según el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención concierne también al uso de tales
reflectores.
Es conocido en general el producir bandas en
materiales brillantes, por ejemplo aluminio muy puro o aleaciones de
AlMg a base de aluminio con un grado de pureza del 99,8% y más, tal
como, por ejemplo, 99,9%, y superficies de laminación que generan
reflexión de luz difusa o dirigida, según la aplicación. Es conocido
también el abrillantar química o electrolíticamente las superficies
de tales bandas para aumentar la reflexión dirigida (grado de
brillo) y generar seguidamente por oxidación anódica una capa de
protección de, por ejemplo, 1,5 \mum de espesor.
Los procedimientos conocidos adolecen del
inconveniente adicional de que se tienen que utilizar aleaciones
brillantes muy puras y caras a base de aluminio purísimo. Debido a
la capa de óxido anódica disminuye el grado de reflexión de la
superficie y, por tanto, disminuyen tanto la reflexión total como la
reflexión dirigida por absorción y dispersión de luz difusa,
especialmente en la capa de óxido. Esto significa una pérdida de
energía.
Se han dado a conocer por
EP-A-0 495 755 objetos con
superficies de aluminio que son adecuados para depositar sistemas de
capas desde la fase gaseosa sobre estas superficies. Se prescinde de
una anodización de las superficies, y se describe un sistema de
capas a base de, por ejemplo, una capa adherente, tal como una capa
de cerámica, una capa de reflexión de luz, tal como una capa
metálica, por ejemplo de aluminio, y una o varias capas de
protección transparentes de, por ejemplo, los óxidos, nitruros y
fluoruros de magnesio, titanio o praseodimio. Tales sistemas de
capas presentan un alto grado de reflexión. Sin embargo, este
sistema de capas adolece del inconveniente de que la superficie es
muy sensible a influencias mecánicas.
El documento
EP-A-0 568 943 describe la
deposición de una capa de reflexión sobre una capa de base de
aluminio y una película de gel superpuesta que se ha depositado
sobre el aluminio mediante un procedimiento de
sol-gel. La reflexión se consigue por medio de un
sistema a base de las capas de dióxido de silicio, metal, dióxido de
silicio y dióxido de titanio. Esta es también una posibilidad de
llegar a materiales de aluminio reflectantes. La estructura de
capas descrita en EP-A-0 568 943 no
es resistente en la medida deseada frente a solicitaciones
mecánicas.
Se conoce por el documento
BE-A-1 007 299 un reflector con la
estructura esencial siguiente: una capa exterior de resina acrílica
con resistencia determinada a la abrasión, una capa de núcleo de
plástico y una capa reflectante de la radiación. Eventualmente,
debajo de la capa reflectante pueden preverse una capa de pegamento
sensible a la presión y una placa de soporte plana.
El documento
US-A-5 583 704 cita un substrato de
resina artificial y, dispuestas sobre éste, una capa de tracción
inferior de SiO_{2} y una capa reflectante que está a su vez
cubierta por tres capas protectoras.
Según el documento
EP-A-0 456 488, se dispone
directamente la capa reflectante sobre el substrato.
El cometido de la presente invención consiste en
evitar los inconvenientes citados y proponer reflectores cuya capa
reflectante sea insensible a acciones mecánicas exteriores y que se
caracterice por una alta resistencia al frotamiento.
Según la invención, esto se consigue con un
reflector de acuerdo con la reivindicación 1.
Análogamente, en la presente invención la capa de
protección se cuenta entre las capas transparentes dentro de la
secuencia de capas de reflexión.
En una forma de ejecución conveniente el espesor
mínimo de la capa de protección es de 3 nm. El espesor máximo de la
capa de protección puede ser, por ejemplo, de 1000 nm y
ventajosamente de 400 nm. En otra forma de ejecución el espesor de
la capa de protección es preferiblemente de 40 nm o menos. En
particular, el espesor de la capa de protección es de 3 a 20 nm. En
la presente descripción de la invención, nm tiene el significado de
nanómetro.
En otra forma de ejecución el espesor de la capa
de protección puede venir definido también por su espesor óptico.
Preferiblemente, el espesor óptico sigue la fórmula: n*d =
\lambda/2 \pm 40 nm. El espesor óptico puede ser también un
múltiplo de este valor, expresado por k, en donde k puede ser un
número natural, tal como 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10. En estas
fórmulas n tiene el significado del índice de refracción y d es el
espesor geométrico. \lambda corresponde al máximo de intensidad de
la longitud de onda de la radiación electromagnética reflejada. En
la luz visible, \lambda está en el dominio en torno a 550 nm.
Como cuerpo reflector pueden utilizarse todas las
estructuras tridimensionales que presenten al menos una superficie
libre a base de un metal, tal como hierro, acero, aluminio o
aleación de aluminio, o a base de plástico o de cerámica o de
vidrio. Esta superficie libre puede ser, por ejemplo, un aluminio
con una pureza de 98,3% y más, a veces también con una pureza de,
por ejemplo, 99,0% y más, 99,7% y más, 99,9% y más o 99,95% y más.
Aparte de aluminio de las purezas citadas, la superficie puede estar
constituida también por una aleación. Aleaciones preferidas son las
de las clases AA 1000, AA 3000 y AA 5000. Otras aleaciones
preferidas contienen, por ejemplo, 0,25 a 5% en peso, especialmente
0,5 a 4% en peso de magnesio, o conteniendo 0,2 a 2% en peso de
manganeso o conteniendo 0,5 a 5% en peso de magnesio y 0,2 a 2% en
peso de manganeso, especialmente, por ejemplo, 1% en peso de
magnesio y 0,5% en peso de manganeso, o conteniendo 0,1 a 12% en
peso, preferiblemente 0,1 a 5% en peso de cobre o conteniendo 0,5 a
6% en peso de zinc y 0,5 a 5% en peso de magnesio o conteniendo 0,5
a 6% en peso de zinc, 0,5 a 5% en peso de magnesio y 0,5 a 5% en
peso de cobre o conteniendo 0,5 a 2% en peso de hierro y 0,2 a 2% en
peso de manganeso, especialmente, por ejemplo, 1,5% en peso de
hierro y 0,4% en peso de manganeso, o aleaciones de AlMgSi o
aleaciones de AlFeSi. Otros ejemplos son aleaciones de AlMgCu, como
Al99,85Mg0,8Cu o aleaciones de AlMg, como AlMg1.
Superficies libres especialmente preferidas son,
por ejemplo, las de aluminio con una pureza de 99,5% y más, 99,8% y
más, 99,85% o bien superficies de una aleación de aluminio
conteniendo 0,5% en peso de magnesio o conteniendo 1% en peso de
magnesio o conteniendo aluminio de una pureza de 99% y 5 a 10,
especialmente 7% en peso de magnesio y 6 a 12 y especialmente 8% en
peso de cobre. Se prefieren especialmente también todas las
aleaciones de aluminio que sean laminables.
Ejemplos de cuerpos reflectores son piezas de
fundición y de forja y especialmente productos laminados, como
láminas, bandas, placas, chapas, que eventualmente puedan ser
conformados por flexión, embutición profunda, extrusión en frío o
similar. Asimismo, pueden utilizarse perfiles, vigas u otras formas.
Según la finalidad de uso, los cuerpos reflectores completos pueden
ser de metal y preferiblemente del aluminio citado o de la aleación
de aluminio, pero pueden existir también solamente zonas parciales o
zonas de superficie a base de estos materiales.
El metal citado y especialmente el aluminio o la
aleación de aluminio puede constituir también parte o una superficie
parcial de un conjunto, por ejemplo un conjunto de láminas o
laminado de materiales cualesquiera, como, por ejemplo, plásticos y
metales, tal como chapa de hierro o acero revestida de Al o plástico
revestido de Al.
Las superficies de metal o de aluminio pueden
producirse, por ejemplo, mediante variación química y/o mecánica de
la superficie, como, por ejemplo, laminación, forja, extrusión en
frío, prensado o colada, y puede seguir a esto un tratamiento
posterior mediante rectificado, pulido, chorreado con materiales
duros, etc. Se prefieren superficies de laminación que se producen
con rodillos lisos o estructurados.
Se prefieren como cuerpos reflectores chapas de
aluminio o chapa de hierro o acero revestida de Al en un espesor de,
por ejemplo, 0,2 a 0,8 mm, convenientemente 0,3 a 0,7 mm y
preferiblemente 0,4 a 0,5 mm. Un ejemplo es una chapa de aluminio A4
Al 99,5 (pureza 99,5%) con un espesor de 0,5 mm.
Las superficies de aluminio pueden someterse
también a un procedimiento de abrillantamiento químico o
electroquímico o a un procedimiento de decapado alcalino. Tales
procedimientos de abrillantamiento o de decapado se aplican antes
de la anodización.
Las superficies de aluminio pueden presentar, con
cualquier topografía, una aspereza superficial R_{a} de, por
ejemplo, 0,01 a 5 \mum y preferiblemente 0,01 a 0,5 \mum. Otras
asperezas preferidas ventajosas R_{a} son de 0,01 a 0,4 \mum y
especialmente de 0,03 a 0,06 \mum, siendo muy especialmente
adecuada una aspereza de 0,04 \mum. La aspereza superficial
R_{a} está definida en al menos una de las normas DIN 4761 a
4768.
En el presente reflector puede estar dispuesta
entre el cuerpo reflector y el revestimiento funcional a) al menos
una capa de pretratamiento.
La capa de pretratamiento puede ser, en el caso
de un cuerpo reflector a base de un metal que contiene
predominantemente hierro, una capa producida por fosfatación,
cromatización o galvanizado. La capa de pretratamiento puede ser, en
el caso de un cuerpo reflector a base de aluminio, por ejemplo una
capa producida por cromatización, fosfatación u oxidación anódica.
Preferiblemente, la capa de pretratamiento es de aluminio
anódicamente oxidado y se genera en particular directamente a partir
del aluminio situado en la superficie del cuerpo reflector. La capa
de pretratamiento puede presentar un espesor de, por ejemplo, al
menos 10 nm, convenientemente 20 nm, en particular convenientemente
al menos 50 nm, preferiblemente al menos 100 nm y en particular
preferiblemente al menos 150 nm. El máximo espesor de la capa de
pretratamiento puede ser, por ejemplo, de 1500 nm y preferiblemente
200 nm. Por tanto, la capa de pretratamiento presenta
preferiblemente un espesor de 100 nm a 200 nm.
Por ejemplo, la capa de pretratamiento puede ser
una capa de óxido anódicamente generada que se ha aplicado en un
electrolito redisolvente o no redisolvente. La capa de
pretratamiento puede contener también una capa de cromatización
amarilla, una capa de cromatización verde una capa de fosfato o una
capa de pretratamiento exenta de cromo que se ha hecho crecer en un
electrolito conteniendo al menos uno de los elementos Ti, Zr, F, Mo
o Mn.
Sobre el cuerpo reflector directamente o - en
caso de que exista - sobre la capa de pretratamiento se aplica el
revestimiento funcional a). Como alternativa, en el caso de una
oxidación anódica la capa de aluminio formada por la oxidación
anódica forma el revestimiento funcional a).
\newpage
Por ejemplo, el revestimiento funcional a)
presenta un espesor de 0,5 a 20 \mum, convenientemente de 1 a 20
\mum, preferiblemente de 2 a 10 \mum y en especial
preferiblemente de 2 a 5 \mum. Si la capa de óxido de aluminio
formada por la oxidación anódica representa el revestimiento
funcional a), su espesor, como se ha mencionado antes, es de 20 a
1500 nm.
El revestimiento funcional a) es alternativamente
una película de gel que se aplica según un procedimiento de
sol-gel.
La película de gel es un revestimiento con
silanos organofuncionales de un compuesto metálico y puede haberse
obtenido, por ejemplo,
a) por condensación hidrolítica de los
componentes siguientes, eventualmente en presencia de un catalizador
de condensación y/o aditivos usuales:
1. al menos un silano organofuncional reticulable
de la fórmula (II):
(II)R'''_{m}
SiX_{(4-m)}
en la que los grupos X, que pueden ser iguales o
diferentes, significan hidrógeno, halógeno, alcoxi, aciloxi,
alquilcarbonilo, alcoxicalbonilo o -NR''_{2} (R'' = H y/o
alquilo), y los radicales R''', que pueden ser iguales o diferentes,
representan alquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, arilalquilo,
alquilarilo, arilalquenilo, alquenilarilo, arilalquinilo o
alquinilarilo, pudiendo estar interrumpidos estos radicales por
átomos de O o S o por el grupo -NR'' y pudiendo llevar uno o varios
sustituyentes del grupo de halógenos y de los grupos amino, amida,
aldehído, ceto, alquilcarbonilo, carboxi, mercapto, ciano, hidroxi,
alcoxi, alcoxicarbonilo, ácido sulfónico, ácido fosfórico, acriloxi,
metacriloxi, epoxi o vinilo eventualmente sustituidos, y m tiene el
valor 1, 2 ó 3, y/o un oligómero derivado de éstos, en donde el
radical R''' y/o el sustituyente han de ser un radical o
sustituyente reticulable, en una cantidad de 10 a 95% en moles,
referido al número total de moles de los componentes de partida
(monómeros);
2. al menos un compuesto metálico de la fórmula
general III:
(III)MeR_{y}
en la que Me es un metal seleccionado del grupo
de Al, Zr, Ti, siendo y igual a 3 en el caso del aluminio e igual a
4 en caso de Ti y Zr, y los radicales R, que pueden ser iguales o
diferentes, significan halógeno, alquilo, alcoxi, aciloxi o hidroxi,
pudiendo estar sustituidos los grupos recién citados total o
parcialmente por ligandos de quelato, y/o un oligómero derivado de
éstos y/o una sal de aluminio eventualmente complejada de un ácido
inorgánico u orgánico, en una cantidad de 5 a 75% en moles, referido
al número total de moles de los componentes de partida
(monómeros);
3. eventualmente al menos un silano
organofuncional no reticulable de la fórmula I:
(I)R'_{m}SiX_{4-m})
en la que los grupos X, que pueden ser iguales o
diferentes, significan hidrógeno, halógeno, hidroxi, alcoxi,
aciloxi, alquilcarbonilo, alcoxicarbonilo o -NR''_{2} (R'' = H y/o
alquilo) y los radicales R', que pueden ser iguales o diferentes,
representan alquilo, arilo, arilalquilo o alquilarilo, pudiendo
estar interrumpidos estos radicales por átomos de O o S o por el
grupo NR'' y pudiendo llevar uno o varios sustituyentes del grupo de
los halógenos y de los grupos amida, aldehído, ceto,
alquilcarbonilo, carboxi, ciano, alcoxi, alcoxicarbonilo
eventualmente sustituidos, y m tiene el valor 1, 2 ó 3, y/o un
oligómero derivado de éstos, en una cantidad de 0 a 60% en moles,
referido al número total de moles de los componentes de partida
(monómeros);
y
4. eventualmente, uno o varios óxidos
difícilmente volátiles, solubles en el medio de reacción, de un
elemento de los grupos principales Ia a Va o de los subgrupos IIb,
IIIb, Vb a VIIIb del Sistema Periódico, con excepción de Al, y/o uno
o más compuestos de uno de estos elementos solubles en el medio de
reacción y que en las condiciones de reacción forman un óxido
difícilmente volátil, en una cantidad de 0 a 70% en moles, referido
al número total de moles de los componentes de partida
(monómeros);
y
b) se añade un prepolímero orgánico a este
condensado hidrolítico, pudiendo reticularse los grupos reticulables
reaccionantes del radical R''' y/o del sustituyente reticulable en
el radical R''' con los del prepolímero o siendo ventajosamente del
mismo nombre, y añadiéndose el prepolímero en una cantidad de 2 a
70% en moles, referido al número total de moles de los componentes
de partida (monómeros);
\newpage
c) se aplica la solución de revestimiento así
obtenida sobre un substrato, especialmente sobre el cuerpo reflector
o sobre la capa de pretratamiento situada encima del mismo, y a
continuación se endurece dicha solución.
Otros datos y explicaciones sobre los
revestimientos funcionales a) en forma de una película de gel pueden
tomarse de los documentos EP-A 0 610 831 y
EP-A 0 358 011.
Los silanos citados pueden sustituirse por
compuestos que contengan titanio, circonio o aluminio en lugar de
silicio. Se pueden variar así la dureza, densidad e índice de
refracción del revestimiento funcional. La dureza del revestimiento
funcional puede controlarse también mediante el empleo de silanos
diferentes, por ejemplo formando una red inorgánica para controlar
la dureza y estabilidad térmica o bien empleando una red orgánica
para controlar la elasticidad. Un revestimiento funcional que puede
clasificarse entre los polímeros inorgánicos y los orgánicos, se
aplicará sobre los substratos de aluminio, por ejemplo a través del
proceso de sol-gel, mediante hidrólisis y
condensación deliberada de alcóxidos, principalmente de silicio,
aluminio, titanio y circonio. Mediante el proceso se construye la
red inorgánica y, a través de ésteres de ácido silícico
correspondientemente derivatizados, se pueden incorporar
adicionalmente grupos orgánicos que se utilizan, por un lado, para
la funcionalización y, por otro lado, para la formación de sistemas
polímeros orgánicos definidos. Además, la película de gel puede
depositarse también mediante electrobarnizado por inmersión según el
principio de la deposición cataforética de una cerámica modificada
amínica y orgánicamente.
Los revestimientos funcionales a), como los
silanos citados o los barnices citados, pueden aplicarse por
inmersión, pincelado, laminado, proyección, pulverización, el
llamado revestimiento en bobina, etc. sobre el cuerpo reflector,
bien directamente o bien a través de una capa de pretratamiento.
Después de revestir la superficie anodizada del
cuerpo de reflexión con el revestimiento funcional a) se puede
endurecer el revestimiento. El endurecimiento puede efectuarse
mediante radiación, tal como radiación UV, radiación electrónica o
radiación de láser, y/o a temperatura elevada. La temperatura puede
elevarse mediante convección o radiación calorífica, tal como
radiación IR y/o UV, o mediante una combinación de convección y
radiación, tal como radiación UV y/o IR, o mediante gas caliente,
tal como aire caliente. La temperatura, medida en la capa situada
debajo del revestimiento funcional, por ejemplo la capa de metal,
tal como la capa de aluminio, es, por ejemplo, mayor que 110ºC,
convenientemente mayor que 150ºC, y está preferiblemente entre 150ºC
y 250ºC. Para barnices transparentes estas temperaturas están, por
ejemplo, frecuentemente entre 230 y 240ºC. La temperatura elevada
puede actuar sobre el cuerpo, por ejemplo durante 10 s a 120 min. El
calentamiento por convección puede efectuarse convenientemente
mediante una solicitación con gases calentados, como aire,
nitrógeno, gases nobles o mezclas de ellos.
El revestimiento funcional a) produce una
nivelación o alisado de la superficie. Se logran, por ejemplo,
valores R_{a} de menos de 0,01 \mum y preferiblemente de menos
de 0,02 \mum. La aspereza superficial R_{a} está definida en al
menos una de las normas DIN 4761 a 4768.
El revestimiento superficial a) puede representar
una capa individual, es decir, una monocapa, o bien una capa
múltiple, tal como una capa doble, una capa triple, etc. Las capas
múltiples, como las capas dobles o las capas triples, etc., pueden
aplicarse todas a base del mismo material o de materiales
diferentes, seleccionados en cada caso de los materiales citados
para los revestimientos funcionales a). El revestimiento doble, el
revestimiento triple, etc. puede producirse, por ejemplo, aplicando
una primera capa, preendureciendo o endureciendo la primera capa,
aplicando la segunda capa y endureciendo la segunda capa. Una
primera capa solamente preendurecida puede endurecerse al mismo
tiempo que la segunda capa. Si se aplica eventualmente una tercera
capa, las capas primera y segunda pueden endurecerse o
preendurecerse y el endurecimiento puede afectar sólo a la tercera
capa o con la tercera capa - siempre que siga siendo necesario -
pueden endurecerse también las capas situadas debajo. Lo mismo rige
análogamente para otras capas, como la cuarta capa, etc. Con el
término de preendurecimiento quedan abarcados, por ejemplo,
procedimientos como hacer secar, presecar bajo la influencia de
calor o radiación, o tratamientos por radiación o con calor. El
espesor conveniente de una capa doble o triple está en el intervalo
antes indicado de 1 a 20 \mum, pudiendo presentar cada capa
individualmente aplicada, por ejemplo, un espesor de 2 a 5
\mum.
La secuencia de capas de reflexión b) contiene
una capa reflectante, como, por ejemplo, una capa de aluminio, plata
cobre, oro, cromo, níquel o aleaciones, por ejemplo conteniendo
principalmente al menos uno de los metales citados. El espesor de
la capa de reflexión puede ser, por ejemplo, de 10 a 200 nm
(nanómetros). La capa reflectante puede estar en general
directamente sobre el revestimiento funcional a) o bien a través de
una capa adherente.
La secuencia de capas de reflexión b) contiene
también varias capas transparentes. Las capas transparentes están
aplicadas sobre la capa reflectante. Por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6,
7, 8, 9 ó 10 capas transparentes - contadas sin la capa de
protección - satisfacen la fórmula \lambda/2 ventajosamente con
respecto al espesor óptico para cada capa, siendo especialmente cada
una de estas capas transparentes una capa doble a base de dos capas
respectivas con el espesor \lambda/4. El espesor óptico de cada
capa transparente con la fórmula \lambda/2 puede variar en el
\pm 40 nm. Se prefiere una capa transparente o se prefieren
adicionalmente dos, tres o más capas transparentes, que pueden ser
de materiales iguales o diferentes, presentando cada una de las
capas transparentes un espesor óptico de \lambda/2 \pm 40 nm y
siendo especialmente una capa doble del espesor 2*\lambda/4. Sobre
la capa o capas transparentes citadas, como capa extrema superior o
como la capa situada en la superficie, se dispone la capa de
protección, que a su vez es también transparente. \lambda
corresponde al máximo de intensidad de la longitud de onda de la
radiación electromagnética reflejada.
\newpage
Los materiales de las capas transparentes
consisten en, o contienen, por ejemplo, óxidos, nitruros, fluoruros,
sulfuros, etc. de metales alcalinos, por ejemplo Li, Na, K, metales
alcalinotérreos, por ejemplo Mg, Ca, Sr, Ba, semimetales, como, por
ejemplo, Si, metales de transición, por ejemplo Sc, Ti, V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Te, Ru, Rh, Pd, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir,
Pt, lantanoides, por ejemplo, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Dy, Yb, Lu, etc.
Pueden citarse especialmente SiO_{x}, en donde x tiene el
significado de 1,1 a 2,0 y preferiblemente 1,8, Al_{2}O_{3},
MgF_{2}, TiO_{2}, B_{2}O_{3}, óxido de Be, ZnO, SnO_{2},
óxido de indio y estaño (ITO), CdS, CdTe y óxidos de hafnio y
circonio. Ventajosamente, al menos una de las capas transparentes,
con excepción de la capa de protección, presenta materiales
diferentes de los de la propia capa de protección.
Una, varias o todas las capas transparentes con
el espesor óptico \lambda/2 \pm 40 nm pueden ser capas dobles
constituidas cada una de ellas por dos capas con un espesor óptico
de \lambda/4. Las capas dobles a base de dos capas con un espesor
óptico de \lambda/4 consisten ventajosamente en una capa de baja
refracción con el espesor óptico \lambda/4 y una capa de alta
refracción con el espesor óptico \lambda/4. Las capas dobles
consisten en particular ventajosamente en dos capas, concretamente
una primera y una segunda capa con un espesor óptico de \lambda/4
cada una de ellas y concretamente una primera capa de baja
refracción con el espesor óptico \lambda/4 a base de SiO_{2} o
MgF_{2} y una segunda capa de alta refracción con el espesor
óptico \lambda/4 a base de óxido de Ti u óxido de Ti/Pr.
Por consiguiente, para reforzar el grado de
reflexión como secuencia de una reflexión de luz parcial en el
límite de fase, una, dos o más capas transparentes con el espesor
óptico \lambda/2 pueden producirse a partir de dos capas
transparentes con un espesor óptico de \lambda/4 a base de
materiales con índices de refracción diferentes. Las distintas capas
transparentes con un espesor óptico \lambda/4 son típicamente de
un espesor de 30 nm, preferiblemente 40 nm, hasta 200 nm. Un ejemplo
de una capa transparente con el espesor óptico \lambda/2 a base de
dos capas con el espesor óptico \lambda/4 puede contener una capa
de baja refracción con el espesor óptico \lambda/4 a base
SiO_{2}, MgF_{2}, etc. y una capa de alta refracción con el
espesor óptico \lambda/4 a base de óxido de Ti, óxido de Ti/Pr,
óxido de tantalio, etc.
Se prefieren también secuencias de capas de
reflexión b) a base de una capa reflectante, sobre ella una o dos
capas transparentes, cada una de estas capas transparentes en forma
de capas dobles \lambda/4 y, por tanto, con un espesor óptico
\lambda/2, y una capa de protección que se aplica a la superficie
de las capas transparentes, y a base de un óxido de silicio de la
fórmula general SiO_{x}, en donde x es un número de 1,1 a 2,0, o a
base de óxido de aluminio, en donde el espesor de la capa de
protección es de 3 nm o mayor.
Se prefieren también secuencias de capas de
reflexión a base de una capa reflectante, sobre ésta una capa
transparente de un espesor óptico \lambda/4 con bajo índice de
refracción y sobre ésta una capa transparente de un espesor óptico
\lambda/4 con alto índice de reflexión y una capa de protección
que está situada en la superficie, a base de un óxido de silicio de
la fórmula general SiOx, en donde x es un número de 1,1 a 2,0, o a
base de óxido de aluminio, en un espesor de 3 nm o más. Se puede
conseguir una reflexión aún mayor con varias capas dobles
2*\lambda/4, alternando con índice de refracción más bajo y más
alto.
Por consiguiente, la presente invención comprende
reflectores que contienen el cuerpo reflector, a veces sobre éste
una capa de pretratamiento que está aplicada sobre el cuerpo
reflector o que está formada superficialmente por el propio cuerpo
reflector, aplicado sobre éste el revestimiento funcional y aplicado
sobre éste la secuencia de capas de reflexión. La secuencia de capas
de reflexión a su vez presenta la capa reflectante, que en general
descansa sobre la capa funcional. En una forma de ejecución pueden
descansar sobre la capa reflectante una o más capas transparentes
con el espesor óptico \lambda/2, las cuales a su vez están
cubiertas con la capa de protección. Por consiguiente, la capa
designada como capa de protección representa siempre la capa libre
exterior a un reflector y expuesta directamente a influencias
mecánicas.
Todas o algunas de las capas de la secuencia de
capas de reflexión b) pueden aplicarse, por ejemplo, mediante
deposición en fase de gas o de vapor en vacío (deposición de vapor
físico, PVD), mediante vaporación térmica, mediante evaporación por
haz de electrones, con y sin asistencia iónica, mediante
pulverización catódica, especialmente mediante pulverización
catódica de magnetrón, mediante polimerización en plasma o mediante
deposición química en fase gaseosa (deposición de vapor químico,
CVD) con o sin asistencia de plasma, sobre el cuerpo reflector o
sobre una capa de pretratamiento situada sobre el mismo. Otros
procedimientos de aplicación son procedimientos de barnizado o de
embutición con inmersión de soluciones producidas por el
procedimiento de sol-gel, con secado subsiguiente,
procedimientos pirolíticos a la llama o revestimiento a la llama
por medio de SiO_{2}. Se pueden combinar también dos o más
procedimientos. Por ejemplo, capas de PVD pueden complementarse
mediante un revestimiento a la llama con SiO_{2}.
La capa reflectante o la secuencia de capas de
reflexión puede aplicarse sobre la superficie, por ejemplo, en una
secuencia del proceso que - incluyendo de vez en cuando los pasos de
desengrasado y limpieza - contiene la incorporación del objeto que
contiene la superficie a revestir en una instalación de vacío, la
limpieza, por ejemplo mediante pulverización catódica, mediante
descarga (descarga incandescente), etc., en una primera etapa la
deposición de una capa reflectante de la luz y especialmente una
capa metálica, y en una segunda etapa la deposición de una capa
transparente y eventualmente en una tercera, cuarta, etc. etapa la
deposición de una segunda, tercera, etc. capa transparente y la
extracción del objeto revestido para ponerlo fuera del vacío.
La capa reflectante puede producirse también
según un procedimiento electrolítico o químico en húmedo. Las capas
transparentes y especialmente la capa de protección pueden
presentarse como películas de gel que se producen mediante un
procedimiento de sol-gel. Las capas transparentes y
especialmente la capa de protección pueden producirse también por
vía pirolítica a la llama. Es posible también aplicar procedimientos
diferentes para las distintas capas de una secuencia de capas.
Por ejemplo en productos laminados, como láminas,
bandas o chapas, o en laminados con una capa de aluminio, se aplican
o depositan algunos o preferiblemente todos los revestimientos en
procedimientos continuos, en general los llamados procedimientos de
banda o de circulación, también denominados revestimiento en bobina.
Para la producción de la capa de pretratamiento se pueden aplicar,
por ejemplo, los procedimientos para la oxidación anódica de
aluminio. El revestimiento funcional a), por ejemplo una capa de
sol-gel, se puede aplicar también en procedimientos
continuos, aplicándose el sol mediante inmersión, pulverización,
etc. o en el denominado revestimiento en bobina sobre la superficie
a tratar y secándose o endureciéndose mediante un tratamiento
subsiguiente de radiación y/o de calor en el horno continuo. Por
último, la secuencia de capas de reflexión b) se puede depositar
mediante evaporación, pulverización catódica, etc., en cada caso
especialmente en vacío, etc.
La secuencia de capas de reflexión b) sobre el
cuerpo reflector sirve especialmente para la reflexión de radiación
o energía electromagnética en forma de ondas y/o partículas,
convenientemente para la reflexión de la radiación, con longitudes
de onda en el dominio óptico y preferiblemente en el dominio de la
luz visible, especialmente con longitudes de onda entre 400 y 750
nm.
Los reflectores según la invención con
superficies que llevan una secuencia de capas de reflexión según la
invención presentan una reflexión excelente, por ejemplo para
radiación electromagnética y especialmente radiación
electromagnética en el dominio óptico. El dominio óptico comprende,
por ejemplo, infrarrojos, el dominio de la luz visible, de la luz
ultravioleta, etc. Un campo de aplicación preferido es el dominio de
la radiación electromagnética y aquí el de la luz visible.
La reflexión de la radiación puede ser, según la
superficie, dirigida, dispersa o una combinación de ambas. Por
consiguiente, los reflectores según la presente invención son
adecuados, por ejemplo, en calidad de reflectores, tales como
reflectores para, por ejemplo, fuentes de radiación o aparatos
ópticos. Tales fuentes de radiación son, por ejemplo, cuerpos de
iluminación, como lámparas de puestos de trabajo con pantalla,
lámparas primarias, lámparas secundarias, lámparas de trama,
elementos conductores de luz, techos luminosos, láminas de
desviación de luz o radiadores caloríficos. Los reflectores pueden
ser también, por ejemplo, espejos o espejos internos de aparatos
ópticos, cuerpos de iluminación o radiadores caloríficos.
La secuencia de capas de reflexión b) sobre el
cuerpo de reflexión conduce especialmente a reflectores cuyas
superficies revestidas presentan una reflexión total, medida como
valor de reflexión según DIN 5036, de convenientemente 90% y más, y
especialmente 94% a 96% y más.
Los reflectores según la presente invención
presentan, por ejemplo, una excelente resistencia al frotamiento y
también una excelente dureza. La resistencia al frotamiento puede
determinarse según DIN 58196. Resumiendo, según la presente norma
DIN 58196, se ensaya una muestra con un punzón revestido de fieltro
con una fuerza de aplicación de 4,5 N (correspondiente
aproximadamente a 450 g) a lo largo de un trayecto de frotamiento de
120 mm con 100 carreras dentro de 74 segundos (1,3 Hz). El ciclo de
ensayo se repite 20, 50 y 80 veces y seguidamente se evalúa cada una
de las muestras. En una escala de evaluación de 1 a 5 la nota 1
significa ausencia de daño de la superficie, 2 significa que se
pueden reconocer trazas de abrasión con un examen especial en la
caja de luz, 3 significa que pueden apreciarse trazas de abrasión
con un examen a la luz del día, 4 significa fuertes trazas de
abrasión sobre toda la superficie y 5 significa que son visibles
trazas de abrasión muy fuertes en toda la superficie.
Los reflectores, por ejemplo en forma de láminas,
bandas o chapas, pueden conformarse también, no haciéndose visible
apenas una formación de fisuras. Los reflectores según la invención
presentan una buena acción de protección contra degradación
mecánica, tal como daño mecánico, por ejemplo dureza al rayado, o
abrasión, y especialmente una alta resistencia al frotamiento. Los
daños mecánicos pueden producirse, por ejemplo, en la limpieza de
superficies, por ejemplo las capas reflectantes, por polvo, arena y
similares que están incluidos entre el instrumento de limpieza y la
superficie, o por el propio brazo de limpieza, como un trapo, un
estropajo, un cepillo, etc.
La presente invención comprende también el uso de
reflectores que contienen una superficie resistente a ataques
mecánicos con una elevada reflexión total para reflejar radiaciones
en el dominio óptico, es decir, de luz diurna y luz artificial,
radiación calorífica, luz visible, luz ultravioleta, etc. Especial
importancia tiene el uso de los reflectores para reflejar luz
visible, especialmente luz diurna o luz artificial, incluyendo la
luz ultravioleta. Los reflectores según la invención son adecuados,
por ejemplo, como reflectores o elementos conductores de luz en
luminotecnia y la industria de las lámparas, como, por ejemplo,
como reflectores en lámparas de puestos de trabajo con pantalla,
lámparas primarias, lámparas secundarias, lámparas de trama,
elementos conductores de luz, techos luminosos o láminas de
desviación de luz, etc.
Diferentes muestras de ensayo de aluminio o sus
aleaciones se tratan parcialmente mediante una anodización, se
desengrasan únicamente en parte y a continuación se revisten con un
barniz. Sobre la capa de barniz se aplica mediante el procedimiento
PVD una secuencia de capas de reflexión. La secuencia de capas de
reflexión consiste, sucesivamente, en la capa de aluminio
reflectante con un espesor de 50 nm y, depositadas sobre ésta,
primero una capa de óxido de silicio con un espesor óptico de
\lambda/4 y luego una capa de óxido de titanio con un espesor
óptico de \lambda/4. Según la invención, la capa de protección en
forma de una capa de SiO_{2} de 5 a 10 nm de espesor se aplica
como capa más exterior mediante otro procedimiento de PVD. En los
ejemplos de comparación falta siempre la capa de protección. Todas
las muestras se someten al ensayo de frotamiento según DIN 58196 y
se juzga la resistencia al frotamiento de las muestras. Las muestras
según la invención se califican siempre después de 50 ciclos de
ensayo con 100 carreras de frotamiento cada uno. Las muestras
comparativas disminuyen en su resistencia al frotamiento de tal
manera que se indica el número de ciclos de ensayo después de los
cuales se alcanza una calificación mala de 3 o más alta hasta un
máximo de 5. La disposición de ensayo y los valores de ensayo están
recogidos en la tabla siguiente.
En la tabla siguiente puede apreciarse que la
capa de protección conduce a una considerable mejora de la
resistencia al frotamiento. Después de la interrupción del ensayo
tras 50 ciclos de ensayo, cada uno con 100 carreras, todas las
muestras de ensayo según la invención muestran una superficie aún no
dañada con la calificación 1. Por el contrario, las muestras
comparativas disminuyen netamente en lo que se refiere a la
resistencia al frotamiento y al cabo de menos de 10 ó 20 ciclos de
ensayo se dañan las muestras de tal manera que se alcanza la nota 3
o peor.
Claims (10)
1. Reflector resistente a ataques mecánicos con
elevada reflexión total, que contiene un cuerpo de reflector y,
superpuestos sobre éste,
a) un revestimiento funcional y
b) una secuencia de capas de reflexión que
contiene una capa reflectante y varias capas transparentes,
y una capa de protección, como capa situada en la
superficie, a base de dióxido de silicio u óxido de aluminio, en
donde la capa de protección no muestra daño de la superficie en el
ensayo de frotamiento según DIN 58196 al cabo de 50 ciclos de
ensayo, cada uno con 100 carreras de frotamiento,
caracterizado porque
el revestimiento funcional a) es una película de
gel que se ha aplicado según un procedimiento de
sol-gel, y la película de gel es un revestimiento
con silanos organofuncionales de un compuesto metálico, o, en el
caso de un cuerpo de reflector de aluminio, el revestimiento
funcional es también una capa de óxido de aluminio formada por
oxidación anódica, y
la secuencia de capas de reflexión consiste en
una capa reflectante metálica, dispuestas sobre ella 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9 ó 10 capas transparentes con un espesor óptico
\lambda/2 \pm 40 nm, en donde las capas transparentes son capas
dobles constituidas cada una de ellas por dos capas con un espesor
de \lambda/4, y dispuesta encima una capa de protección en forma
de una capa de un óxido de silicio de la fórmula general SiO_{x},
en donde x es un número de 1,1 a 2,0, o un óxido de silicio, siendo
la capa de protección de un espesor de 3 nm o más, y
la secuencia de capas de reflexión contiene como
capa de protección un óxido de silicio de la fórmula general
SiO_{x}, en donde x es un número de 1,1 a 2,0, o un óxido de
silicio de fórmula Al_{2}O_{3}, con un espesor de 3 nm o mayor,
y la capa de protección, actuando como capa situada en la
superficie, protege las capas situadas debajo contra daños
mecánicos.
2. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque el espesor máximo de la capa de
protección es de 400 nm y preferiblemente 40 nm y menos.
3. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque el espesor de la capa de protección es
de 3 a 20 nm.
4. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque el espesor de la capa de protección
corresponde al espesor óptico con la fórmula \lambda/2 \pm 40
nm, en donde \lambda/2 = n*d y \lambda corresponde al máximo de
intensidad de la longitud de onda de la radiación electromagnética
reflejada, n es el índice de refracción y d es el espesor geométrico
de la capa.
5. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque la capa de protección es un óxido de
silicio de la fórmula general SiO_{x}, en donde x es un número de
1,1 a 2,0, convenientemente 1,8.
6. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque la capa de protección es una película de
gel depositada por un procedimiento de sol-gel o
una película fina depositada a partir del vacío o en plasma o una
película generada por vía pirolítica a la llama.
7. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque las capas dobles están formadas cada una
de ellas por dos capas con un espesor de \lambda/4 y consisten en
una capa de baja refracción con el espesor \lambda/4 y una capa de
alta refracción con el espesor \lambda/4.
8. Reflector según la reivindicación 1,
caracterizado porque las capas dobles están formadas cada una
de ellas por dos capas con un espesor de \lambda/4 y consisten en
una capa de baja refracción con el espesor \lambda/4 conteniendo o
consistiendo en SiO_{2} o MgF_{2} y una capa de alta refracción
con el espesor \lambda/4 conteniendo o consistiendo en óxido de
titanio, óxido de Ti/Pr u oxido de tantalio.
9. Uso de los reflectores según la reivindicación
1 como reflectores o elementos de conducción de luz para luz
artificial y luz diurna.
\newpage
10. Uso de los reflectores según la
reivindicación 9 en luminotecnia y en la industria de las lámparas
como reflectores en lámparas de puestos de trabajo con pantalla,
lámparas primarias, lámparas secundarias, lámparas de trama, techos
luminosos o como láminas de desviación de luz.
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