ES2715210T3 - Pila de recubrimiento híbrido - Google Patents
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Abstract
Un artículo recubierto, que comprende: un sustrato (12), y un recubrimiento (14) depositado sobre al menos una porción del sustrato, comprendiendo el recubrimiento: un recubrimiento funcional (16) que comprende: una primera capa dieléctrica de óxido metálico (28); una segunda capa dieléctrica de óxido metálico (34), y una capa metálica reflectante de infrarrojos (30) situada entre las capas dieléctricas primera y segunda de óxido metálico (28,34); y un recubrimiento superior (18) formado sobre al menos una porción del recubrimiento funcional (16), comprendiendo el recubrimiento superior: una primera capa de recubrimiento superior (40) que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 espesores ópticos de un cuarto de onda (QWOT) a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nanómetros (nm) y un primer índice de refracción (i) inferior o igual a 2 o (ii) superior a 2; una segunda capa de recubrimiento superior (42) que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nm y que tiene un segundo índice de refracción (i) superior a 2 cuando el primer índice de refracción es inferior o igual a 2 o (ii) inferior o igual a 2 cuando el primer índice de refracción es superior a 2; y opcionalmente, una tercera capa de recubrimiento superior (44) que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nm y un tercer índice de refracción (i) inferior o igual a 2 cuando el segundo índice de refracción es superior a 2 o (ii) superior a 2 cuando el segundo índice de refracción es inferior o igual a 2, en donde los materiales de índice de refracción alto y bajo adyacentes tienen una diferencia de índices de refracción en el intervalo de 0,2 a 1.
Description
DESCRIPCION
Pila de recubrimiento hibrido
Antecedentes de la invencion
1. Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general a recubrimientos y articulos recubiertos y, mas en particular, a recubrimientos que tienen un recubrimiento de control solar con un recubrimiento superior potenciador de la durabilidad y a articulos recubiertos con el mismo.
2. Descripcion de la tecnologia disponible actualmente
Los recubrimientos de control solar son conocidos por controlar la cantidad de radiacion solar que pasa dentro de edificios, vehriculos y otras estructuras. Estos recubrimientos de control solar pueden bloquear o reflejar longitudes de onda electromagneticas seleccionadas y pueden ayudar a reducir los costes de calefaccion y/o refrigeracion. Los recubrimientos de control solar convencionales normalmente incluyen una capa metalica que refleja infrarrojos colocada entre dos capas dielectricas. Las capas dielectricas convencionales normalmente incluyen oxidos metalicos. Un recubrimiento superior protector delgado, tal como titania, se deposita sobre la capa dielectrica mas externa para ayudar a proteger las capas subyacentes del dano quimico y mecanico. Se desvelan ejemplos de recubrimientos de control solar conocidos en las Patentes de los EE.Uu . N.° 4.610.771; 4.716.086; y 4.898.789. Pueden utilizarse sustratos recubiertos, tales como sustratos de vidrio recubiertos con recubrimientos de control solar, en articulos laminados o no laminados. Un ejemplo de un articulo laminado es un parabrisas de automovil convencional. Un ejemplo de un articulo no laminado es una ventana arquitectonica convencional. Los recubrimientos de control solar conocidos son adecuados para su fin previsto de modificar las propiedades de control solar del articulo recubierto.
Sin embargo, los recubrimientos de control solar convencionales pueden ser susceptibles de danos mecanicos o quimicos durante la manipulacion, incluso con un recubrimiento protector convencional. Si bien seria posible aumentar la durabilidad mecanica y/o quimica de una pila de recubrimiento de control solar convencional aumentando el espesor del recubrimiento superior protector externo, un aumento en el espesor de este tipo tambien repercutiria en otros parametros del articulo recubierto, tales como la reflectancia, la transmitancia o la emisividad del articulo, y podria cambiar significativamente las caracteristicas de transmision, las propiedades de rendimiento solar y la estetica del articulo recubierto. Esto seria desventajoso, en particular para los articulos de vidrio recubiertos destinados al uso en el campo de la automocion donde las propiedades de control solar, tales como la transmitancia y/o la reflectancia, se controlan para satisfacer las regulaciones gubernamentales. Adicionalmente, aumentar el espesor del recubrimiento superior protector tambien podria repercutir negativamente en los parametros de procesamiento del articulo recubierto, tal como repercutir negativamente en los procesos de doblado, recocido, templado o laminado.
Se conocen pilas de recubrimiento para fines distintos del control solar. Por ejemplo, las lentes de camara convencionales incluyen normalmente un recubrimiento antirreflectante compuesto por varias capas de materiales de indice de refraccion alto y bajo. Estas capas reducen la reflexion de la luz visible cuando se toman fotografias. Si bien estos recubrimientos de lentes antirreflectantes son adecuados para su fin previsto de reducir la reflexion de la luz visible, no tienen capas metalicas reflectantes de infrarrojos y, por tanto, proporcionan pocas propiedades de control solar o ninguna. Si bien se podria considerar anadir un recubrimiento de lente convencional a una pila de recubrimiento de control solar convencional, una combinacion de este tipo no seria factible puesto que la pila de recubrimiento resultante no satisfaria las caracteristicas de reflexion optica y/o solar normalmente requeridas para los articulos de control solar, tales como las transparencias automotrices y las transparencias arquitectonicas. El documento EP 464789 ensena un acristalamiento de baja emisividad con un recubrimiento superior.
Por tanto, seria ventajoso proporcionar una pila de recubrimiento que tenga propiedades de control solar, asi como una durabilidad potenciada, pero sin repercutir negativamente en las propiedades de control solar y/o esteticas de la pila de recubrimiento.
Sumario de la invencion
Un recubrimiento comprende un recubrimiento funcional, tal como un recubrimiento de control solar que comprende al menos una capa metalica. Se forma un recubrimiento superior sobre al menos una porcion del recubrimiento funcional. El recubrimiento superior comprende una primera capa de recubrimiento superior que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 espesores opticos de un cuarto de onda (QWOT, del ingles Quarter Wave Optical Thickness) a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nm y un primer indice de refraccion, y una segunda capa de recubrimiento superior que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT con
respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nm y un segundo mdice de refraccion diferente del primer indice de refraccion. En una realizacion no limitante, una de entre la primera capa de recubrimiento superior o la segunda capa de recubrimiento superior comprende al menos un oxido metalico seleccionado entre oxidos de aluminio, silicio, itrio, estano y mezclas de los mismos, y la otra de entre la primera capa de recubrimiento superior o la segunda capa de recubrimiento superior comprende al menos un oxido metalico seleccionado entre oxidos de titanio, circonio, niobio, bismuto, wolframio, cinc, estano y mezclas de los mismos. El recubrimiento superior puede incluir adicionalmente una tercera capa de recubrimiento superior que tenga un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT. En una realizacion no limitante, la tercera capa de recubrimiento superior comprende silice.
Otro recubrimiento comprende un recubrimiento funcional, tal como un recubrimiento de control solar que comprende al menos una capa metalica reflectante de infrarrojos. Se forma un recubrimiento superior sobre al menos una porcion del recubrimiento funcional. El recubrimiento superior comprende una primera capa de recubrimiento superior depositada sobre al menos una porcion del recubrimiento funcional y una segunda capa de recubrimiento superior depositada sobre al menos una porcion de la primera capa de recubrimiento superior. El indice de refraccion de la primera capa de recubrimiento superior puede diferir del indice de refraccion de la segunda capa de recubrimiento superior en un valor en el intervalo de 0,2 a 1.
Un articulo recubierto comprende un sustrato y un recubrimiento como se ha definido anteriormente depositado sobre al menos una porcion del sustrato.
Otro articulo recubierto comprende un sustrato y un recubrimiento depositado sobre al menos una porcion del sustrato. El recubrimiento comprende: (a) un recubrimiento funcional que comprende una primera capa de oxido metalico, una segunda capa de oxido metalico y una capa metalica reflectante de infrarrojos colocada entre las capas de oxido metalico primera y segunda, y (b) un recubrimiento superior formado sobre el recubrimiento funcional y que comprende una primera capa de recubrimiento superior y una segunda capa de recubrimiento superior, en el que la primera capa de recubrimiento superior tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nm y un primer indice de refraccion (i) inferior o igual a 2 o (ii) superior a 2 y la segunda capa de recubrimiento superior tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nm y un segundo indice de refraccion (i) superior a 2 cuando el primer indice de refraccion es inferior o igual a 2 o (ii) inferior o igual a 2 cuando el primer indice de refraccion es superior a 2.
Breve descripcion de los dibujos
La Fig. 1 es una vista en seccion transversal (no a escala) de un articulo monolitico que tiene un recubrimiento hibrido que incorpora caracteristicas de la invencion;
La Fig. 2 es una vista en seccion transversal (no a escala) de un articulo laminado que tiene un recubrimiento hibrido que incorpora caracteristicas de la invencion;
La Fig. 3 es un grafico del porcentaje de reflectancia frente a la longitud de onda (nanometros) que compara un recubrimiento de una unica capa de plata que tiene un recubrimiento superior de la invencion con un recubrimiento de una unica capa de plata similar sin el recubrimiento superior de la invencion; y
La Fig. 4 es un grafico del porcentaje de reflectancia frente a la longitud de onda (nanometros) que compara un recubrimiento de doble capa de plata que tiene un recubrimiento superior de la invencion con un recubrimiento de doble capa de plata similar sin el recubrimiento superior de la invencion.
Descripcion de las realizaciones preferidas
Como se usan en el presente documento, terminos espaciales o direccionales, tales como "interno", "externo", "arriba", "abajo" y similares, se relacionan con la invencion como se muestra en las figuras de los dibujos. Sin embargo, ha de entenderse que la invencion puede asumir diversas orientaciones alternativas y, en consecuencia, dichos terminos no han de considerarse limitantes. En consecuencia, a menos que se indique lo contrario, los valores numericos establecidos en la siguiente memoria descriptiva y en las reivindicaciones pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se buscan obtener mediante la presente invencion. Como minirno, y no como un intento de limitar la aplicacion de la doctrina de equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parametro numerico debe al menos interpretarse a la luz del numero de digitos significativos indicados y mediante la aplicacion de tecnicas de redondeo habituales. Como se usan en el presente documento, las expresiones "depositado sobre", "aplicado sobre" o "formado sobre" significan depositado, aplicado o formado sobre la superficie, pero no necesariamente en contacto con ella. Por ejemplo, un material "depositado sobre" un sustrato no excluye la presencia de uno o mas materiales diferentes de la misma o diferente composicion ubicados entre el material depositado y el sustrato. Las expresiones "region visible" o "luz visible" se refieren a la radiacion electromagnetica que tiene una longitud de onda en el intervalo de 400 nm a 700 nm. Las expresiones "region infrarroja" o "radiacion infrarroja" se refieren a la radiacion electromagnetica que tiene una longitud de onda en el intervalo de mas de 700 nm a 100.000 nm. Las expresiones "region ultravioleta" o "radiacion ultravioleta" significan energia electromagnetica que tiene una longitud de onda en el intervalo de 300 nm a menos de 400 nm. El termino "pelicula" se refiere a una region de un recubrimiento que tiene una composicion deseada o seleccionada. Una "capa" comprende una o mas "peliculas". Un "recubrimiento" o una "pila de recubrimiento" estan compuestos por una o mas
"capas". Todos los valores de los espesores opticos de un cuarto de onda se definen en relacion con una longitud de onda de referencia de 550 nm.
Un articulo recubierto 10 de ejemplo que incorpora caracteristicas de la invencion se muestra en la Fig. 1. El articulo 10 incluye un sustrato 12 que puede tener al menos una superficie principal. Un recubrimiento hibrido 14 de la invencion puede formarse sobre al menos una porcion del sustrato 12. En la realizacion ilustrada en la Fig. 1, el recubrimiento hibrido 14 comprende al menos un recubrimiento funcional 16 formado sobre al menos una porcion del sustrato 12, por ejemplo, sobre al menos una porcion de una superficie principal, y un recubrimiento superior antirreflectante 18 de la invencion formado sobre al menos una porcion del recubrimiento funcional 16. El articulo 10 puede ser un articulo monolitico, como se muestra en la Fig. 1 Por "monolitico" se entiende que tiene un unico sustrato estructural o capa primaria. Por "capa primaria" se entiende un elemento de soporte primario o estructural. O, como se describira con respecto a la Fig. 2, la invencion puede ponerse en practica para formar un articulo laminado.
En la practica general de la invencion, el sustrato 12 puede ser de cualquier dimension deseada, por ejemplo, longitud, ancho, forma o espesor, y puede ser de cualquier material deseado que tenga cualquier caracteristica deseada, tal como opaco, translucido o transparente a luz visible. Por "transparente" se entiende que tiene una transmitancia de luz visible a traves del sustrato superior al 0 % y de hasta el 100 %. Por "translucido" se entiende que permite que la energia electromagnetica (por ejemplo, la luz visible) pase a traves del sustrato, pero difundiendo esta energia de manera que los objetos en el lado del sustrato opuesto al espectador no sean claramente visibles. Por "opaco" se entiende que tiene una transmitancia de luz visible inferior al 0,001 %. Los ejemplos de sustratos adecuados incluyen, pero no se limitan a, sustratos plasticos (tales como polimeros acrilicos, tales como poliacrilatos; polialquilmetacrilatos, tales como polimetilmetacrilatos, polietilmetacrilatos, polipropilmetacrilatos y similares); poliuretanos; policarbonatos; polialquiltereftalatos, tales como polietilentereftalato (PET), polipropilenoftalatos, polibutilenotereftalatos y similares; polimeros que contienen polisiloxano; o copolimeros de cualquier monomero para preparar estos o cualquier mezcla de los mismos); sustratos metalicos, tales como, pero no limitados a, acero galvanizado, acero inoxidable y aluminio; sustratos ceramicos; sustratos de azulejos; sustratos de vidrio; sustratos de fibra de vidrio; o mezclas o combinaciones de cualquiera de los anteriores. Por ejemplo, el sustrato puede ser vidrio de silice-cal-sosa sin tintar convencional, es decir, "vidrio transparente", o puede ser vidrio tintado o coloreado de otro modo, vidrio de borosilicato, vidrio con plomo, vidrio templado, sin templar, recocido o reforzado termicamente. El vidrio puede ser de cualquier tipo, tal como vidrio flotado convencional o vidrio plano, y puede ser de cualquier composicion que tenga propiedades opticas, por ejemplo, cualquier valor de transmision de radiacion visible, transmision de radiacion ultravioleta, transmision de radiacion infrarroja y/o transmision de energia solar total. Los vidrios tipicos de tipo automotriz pueden tener colores tales como azul, verde, bronce o gris, y los ejemplos no exclusivos de estos vidrios incluyen los vidrios disponibles en el mercado en PPG Industries, Inc. de Pittsburgh, Pensilvania, con los nombres de vidrio Solex®, vidrio Solargreen®, vidrio Solextra® y vidrio VistaGray™. El vidrio puede estar no templado, tratado termicamente o reforzado termicamente. Como se usa en el presente documento, la expresion "tratado termicamente" significa calentado a una temperatura suficiente para doblar o recocer o templar el vidrio. La expresion "reforzado termicamente" significa recocido, templado o al menos parcialmente templado. Aunque no limitan la invencion, se describen ejemplos de vidrio adecuados para la puesta en practica de la invencion en las Patentes de los EE.UU. N.° 4.746.347; 4.792.536; 5.240.886; 5.385.872; y 5.393.593.
En una puesta en practica particular de la invencion, el sustrato 12 es o comprende vidrio, tal como, pero no limitado a, una lamina de vidrio, tal como una lamina de vidrio plano o vidrio de ventana. Para las transparencias automotrices convencionales, un sustrato de vidrio puede tener normalmente un espesor de hasta 10 mm, por ejemplo, en el intervalo de 1 mm a 10 mm de espesor, por ejemplo, menos de 10 mm de espesor, por ejemplo, de 1 mm a 5 mm de espesor, por ejemplo, de 1,5 mm a 2,5 mm, por ejemplo, de 1,6 mm a 2,3 mm. El sustrato 12 puede ser un sustrato plano o puede conformarse, doblarse o curvarse. Por la expresion "sustrato plano" se entiende un sustrato que se encuentra principalmente en un unico plano geometrico, por ejemplo, tal como una pieza de vidrio plano producida mediante un proceso convencional de vidrio flotado. Por "conformado" o "doblado" se entiende un sustrato que no es plano.
Como se ha descrito anteriormente, un recubrimiento funcional 16 puede formarse sobre al menos una porcion del sustrato 12. Por "recubrimiento funcional" se entiende un recubrimiento que modifica una o mas propiedades fisicas u opticas del sustrato sobre el cual se deposita, por ejemplo, propiedades opticas, termicas, quimicas o mecanicas, y no tiene por objeto ser retirado completamente del sustrato durante el procesamiento posterior. El recubrimiento funcional 16 puede tener una o mas peliculas o capas de recubrimiento funcional de la misma o diferente composicion o funcionalidad.
El recubrimiento funcional 16 puede ser, por ejemplo, un recubrimiento electricamente conductor utilizado para fabricar ventanas calefactables, tal como se desvela en las Patentes de los EE.UU. N.° 5.653.903 y 5.028.759, o un recubrimiento de una unica pelicula o multiples peliculas utilizado como antena. Analogamente, el recubrimiento funcional 16 puede ser un recubrimiento de control solar. Como se usan en el presente documento, las expresiones "recubrimiento de control solar" y/o "recubrimiento de baja emisividad" se refieren a un recubrimiento compuesto por una o mas capas o peliculas que afectan a las propiedades solares del articulo recubierto, tales como, pero no
limitadas a, el coeficiente de sombra y/o la cantidad de radiacion solar, por ejemplo, radiacion visible, infrarroja (IR) o ultravioleta (UV), reflejada y/o que pasa a traves del articulo recubierto 10. Un recubrimiento de control solar puede bloquear, absorber o filtrar porciones seleccionadas del espectro solar, tales como, pero no limitadas a, los espectros IR, UV y/o visible. Se encuentran ejemplos de recubrimientos de control solar que pueden usarse en la puesta en practica de la invencion en, sin limitacion, las Patentes de los EE.UU. N.° 4.898.789; 5.821.001; 4.716.086; 4.610.771; 4.902.580; 4.716.086; 4.806.220; 4.898.790; 4.834.857; 4.948.677; 5.059.295 y 5.028.759, y tambien en la Solicitud de Patente de los EE.UU. con los numeros de serie 09/058.440 y 60/355.912.
Como apreciaran los expertos en la materia, el recubrimiento funcional 16 puede afectar a la emisividad del articulo recubierto, es decir, puede ser un recubrimiento de baja emisividad. Un recubrimiento de baja emisividad permite que la energia de longitud de onda corta, por ejemplo, la energia visible o ultravioleta, se transmita a traves del recubrimiento, pero refleja la energia de longitud de onda mas larga, tal como la energia infrarroja. Por "baja emisividad" se entiende una emisividad inferior a 0,4, tal como inferior a 0,3, tal como inferior a 0,2, tal como inferior a 0,1, tal como inferior o igual a 0,05. Cuanto menor es la emisividad, mas energia de longitud de onda infrarroja se refleja. Se encuentran ejemplos no limitantes de recubrimientos de baja emisividad en las Patentes de los EE.UU. N.° 4.952.423 y 4.504.109 y en la Referencia Britanica GB 2.302.102.
El recubrimiento funcional 16 incluye una o mas peliculas de recubrimiento antirreflectante que comprenden materiales dielectricos, que son oxidos metalicos, oxidos de aleaciones metalicas u oxidos metalicos dopados y/o aleaciones metalicas dopadas que son transparentes a la luz visible. El recubrimiento funcional 16 tambien incluye una o mas peliculas reflectantes de infrarrojos que comprenden un metal reflectante, por ejemplo, un metal noble tal como oro, cobre o plata, o combinaciones o aleaciones de los mismos, y puede comprender adicionalmente una o mas peliculas de imprimacion o peliculas de barrera, tales como como titanio, niquel, cromo, aleacion de mquelcromo, niobio, circonio u otras imprimaciones conocidas en la tecnica, ubicadas sobre y/o debajo de la capa o las capas reflectantes metalicas. Existen ejemplos de recubrimientos funcionales 16 adecuados para su uso con la invencion disponibles en el mercado en PPG Industries, Inc. de Pittsburgh, Pensilvania, como las familias de recubrimientos SUNGATE® y SOLARBAN®.
En una puesta en practica, el recubrimiento funcional 16 puede incluir una o mas unidades de recubrimiento 26 como se muestra en la Fig. 1. La unidad o unidades de recubrimiento 26 pueden comprender una primera capa dielectrica 28, una capa metalica reflectante de infrarrojos 30, una capa de imprimacion 32 y una segunda capa dielectrica 34. La primera y/o la segunda capa dielectrica 28, 34 y la capa metalica reflectante 30 pueden ser de cualquiera de los materiales generales descritos anteriormente y pueden tener cualquier espesor deseado. El recubrimiento funcional 16 puede incluir una unidad de recubrimiento 26 o puede incluir una pluralidad de unidades de recubrimiento 26 formadas sobre el sustrato 12.
El recubrimiento funcional 16 puede depositarse sobre el sustrato 12 mediante cualquier metodo convencional, tal como procesos convencionales de deposicion fisica de vapor (DFV) o deposition quimica de vapor (DQV). Los procesos de deposicion adecuados incluyen, pero no se limitan a, pirolisis por pulverization, sol-gel, evaporation por haz de electrones o pulverizacion catodica al vacio tal como la deposicion de vapor por pulverizacion magnetronica (DVPM). En una realization, el recubrimiento funcional 16 puede depositarse mediante DVPM. Un experto en la materia habitual entendera bien los ejemplos de dispositivos y metodos de recubrimiento por DVPM y se describen, por ejemplo, en las Patentes de los EE.UU. N.° 4.379.040; 4.861.669; 4.898.789; 4.898.790; 4.900.633; 4.920.006; 4.938.857; 5.328.768; y 5.492.750.
Ambas capas dielectricas 28 y 34 comprenden una o mas peliculas de materiales dielectricos, limitadas a oxidos metalicos u oxidos de aleaciones metalicas. Las capas dielectricas pueden ser transparentes a la luz visible. Los ejemplos de oxidos metalicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, oxidos de titanio, hafnio, circonio, niobio, cinc, bismuto, plomo, indio, estano y mezclas de los mismos. Estos oxidos metalicos pueden tener pequenas cantidades de otros materiales (por ejemplo, dopantes), tales como manganeso en oxido de bismuto, oxido de indioestano, etc. Adicionalmente, pueden usarse oxidos de aleaciones metalicas o mezclas de metales, tales como oxidos que contienen cinc y estano (por ejemplo, estannato de cinc), oxidos de aleaciones de indio-estano, nitruros de silicio, nitruros de silicio y aluminio, oxinitruros o nitruros de aluminio. Ademas, pueden usarse oxidos metalicos dopados u oxidos de aleaciones metalicas dopados, tales como, pero no limitados a, oxidos de estano dopados con indio u oxidos de silicio dopados con niquel o boro u oxidos de cinc dopados con estano. Las capas dielectricas 28, 34 pueden ser peliculas sustancialmente monofasicas, tales como una pelicula de oxido de aleacion metalica, por ejemplo, estannato de cinc, o pueden ser una mezcla de fases compuestas de oxidos de cinc y estano, o pueden estar compuestas por una pluralidad de peliculas de oxido metalico, tales como pero no limitadas a las desveladas en las Patentes de los EE.UU. N.° 5.821.001; 4.898.789; y 4.898.790 o pueden ser peliculas de oxido metalico dopado o peliculas de oxidos de aleaciones metalicas dopados.
En una realización, la primera capa dielectrica 28 puede tener un espesor total inferior o igual a 500 A, por ejemplo, inferior o igual a 400 A, por ejemplo, inferior o igual a 280 A. Por ejemplo, la pelicula de oxido de aleacion metalica 28 puede tener un espesor en el intervalo de 100 A a 500 A, tal como de 150 A a 400 A, por ejemplo, de 200 A a 400 A. La capa reflectante 30 es un metal reflectante de IR, tal como, pero no limitado a, oro, cobre, plata o mezclas, aleaciones o combinaciones de los mismos, y pueden tener un espesor en el intervalo de 50 A a 200 A, tal como de
75 A a 150 A, por ejemplo, 100 A. En una realizacion particular de la invencion, la capa reflectante de IR 30 comprende plata. Las peliculas de oxido de aleacion metalica 28, 34 pueden incluir cada una un oxido de aleacion de cinc/estano. La aleacion de cinc/estano puede comprender cinc y estano en proporciones del 10 % en peso al 90 % en peso de cinc y del 90 % en peso al 10 % en peso de estano. Un oxido de aleacion metalica adecuado para su uso en la invencion es el estannato de cinc. Por "estannato de cinc" se entiende una composicion de ZnxSni-xO2-x (Fórmula 1), donde x varia en el intervalo de mas de 0 a menos de 1. Por ejemplo, el numero x puede ser superior a 0 y puede ser cualquier fraccion o decimal entre mas de 0 y hasta el numero 1. Por ejemplo, cuando x = 2/3, la Fórmula 1 es Zn2/3Sni/3O4/3, que se describe mas habitualmente como "Zn2SnO4". Una pelicula que contiene estannato de cinc tiene una o mas de las formas de la Fórmula 1 en una cantidad predominante en la pelicula. La pelicula de oxido metalico puede incluir una pelicula que contiene cinc, tal como oxido de cinc. La pelicula de oxido de cinc puede incluir otros materiales para mejorar las caracteristicas de pulverizacion catodica del catodo asociado, por ejemplo, el oxido de cinc puede contener del 0 al 20 % en peso de estano, por ejemplo, del 0 al 15 % en peso de estano, por ejemplo, del 0 al 10 % en peso de estano.
La pelicula de imprimacion 32 puede ser un material de captura de oxigeno, tal como titanio, que puede ser protector durante el proceso de deposicion para evitar la degradacion u oxidacion de la capa reflectante 30 durante un proceso de pulverizacion catodica. El material de captura de oxigeno puede elegirse para que se oxide antes que el material de la capa reflectante 30.
El recubrimiento hibrido 14 incluye adicionalmente un recubrimiento protector o recubrimiento superior 18 para ayudar a proporcionar proteccion contra el ataque mecanico y quimico. Para el articulo monolitico 10 que se muestra en la Fig. 1, el recubrimiento superior 18 incluye una primera capa de recubrimiento superior 40, una segunda capa de recubrimiento superior 42 y una tercera capa de recubrimiento superior 44. Por tanto, a diferencia de los recubrimientos superiores protectores convencionales que son, normalmente, una pelicula delgada de un solo componente, el recubrimiento superior 18 de la invencion es una estructura de multiples capas. Sin embargo, a diferencia de los recubrimientos de lentes convencionales, el recubrimiento superior 18 tiene muchas menos capas.
En una realización, la primera capa de recubrimiento superior 40 puede tener un indice de refraccion bajo, la segunda capa de recubrimiento superior 42 puede tener un indice de refraccion alto y la tercera capa de recubrimiento superior 44 puede tener un indice de refraccion bajo. Por "indice de refraccion bajo" se entiende un material que tiene un indice de refraccion inferior al del material de "indice de refraccion alto". Es decir, los terminos "bajo" y "alto" pueden ser terminos relativos con respecto a los materiales elegidos para las capas de recubrimiento superior. Por ejemplo, pero no para que se considere limitante, el material de "indice de refraccion bajo" puede tener un indice de refraccion de 2 o menos. Los ejemplos de algunos materiales adecuados incluyen, pero no se limitan a, oxidos que comprenden aluminio, silicio, itrio, estano o mezclas o combinaciones de los mismos. El material de "indice de refraccion alto" tiene un indice de refraccion superior al del material de indice de refraccion bajo. Por ejemplo, el material de indice de refraccion alto puede tener un indice de refraccion superior a 2. Los ejemplos de algunos materiales adecuados incluyen, pero no se limitan a, oxidos que comprenden titanio, circonio, niobio, bismuto, wolframio, cinc, estano o mezclas o combinaciones de los mismos. En una realizacion no limitante, la primera capa de recubrimiento superior 40 comprende silice, la segunda capa de recubrimiento superior 42 comprende oxido de cinc y la tercera capa de recubrimiento superior 44 comprende silice. Como se ha descrito anteriormente, algunas de las capas de recubrimiento superior pueden incluir pequenas cantidades de otros materiales, por ejemplo, dopantes, por ejemplo, proporcionados para aumentar la conductividad del catodo desde el que se depositan. Estos otros materiales pueden incluir uno o mas de aluminio, silicio y/o estano, solo por nombrar algunos. Los materiales de indice alto y bajo adyacentes tienen una diferencia de indices de refraccion de al menos 0,2. Por "diferencia de indices de refraccion" se entiende la diferencia entre los indices de refraccion de dos capas de recubrimiento superior adyacentes. La diferencia de indices de refraccion esta en el intervalo de 0,2 a 1, tal como de 0,2 a 0,6, tal como como de 0,4. Como alternativa, la primera capa de recubrimiento superior 40 puede comprender un material de indice de refraccion alto, el segundo recubrimiento superior 42 puede comprender un material de indice de refraccion bajo y la tercera capa de recubrimiento superior 44 opcional puede comprender un material de indice de refraccion alto.
Una o mas de las capas de recubrimiento superior pueden incluir un dopante para aumentar la conductividad del catodo desde el que se depositan. Por ejemplo, una o mas de las capas de recubrimiento superior pueden comprender silice dopada con aluminio, por ejemplo, del 0,1 % en peso al 25 % en peso de aluminio, tal como del 5 % en peso al 20 % en peso de aluminio, tal como del 10 % en peso al 20 % en peso de aluminio, tal como el 10 % en peso de aluminio. Como un ejemplo no limitante adicional, una o mas de las capas de recubrimiento superior pueden comprender oxido de cinc dopado con estano, por ejemplo, del 1 % en peso al 15 % en peso de estano, tal como del 2 % en peso al 10 % en peso de estano, tal como el 5 % en peso de estano.
Las capas superiores 40, 42 y 44 tienen un espesor como se indica en las reivindicaciones. Sin embargo, en una realizacion particular, la primera capa de recubrimiento superior 40 y la segunda capa de recubrimiento superior 42 pueden tener un espesor de aproximadamente 1 espesor optico de un cuarto de onda (es decir, 1 QWOT) con respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nanometros y la tercera capa de recubrimiento superior44 puede tener un QWOT inferior a 1. Como apreciara un experto en la materia y como se usa en el presente documento, el "espesor optico" de un material se define como el espesor del material dividido por el indice de
refraccion del material. Por tanto, el espesor optico de un cuarto de onda (QWOT) de un material con un indice de refraccion de 2 con respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nm seria de 0,25 * (550 nm - 2), lo que equivale a 68,75 nm. Como otro ejemplo, 0,33 QWOT de un material con un indice de refraccion de 1,75 con respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nm seria equivalente a 0,33 * [0,25 * (550 nm - 1,75)] o 25,93 nm. Por el contrario, un material con un indice de refraccion de 2,2 y un espesor de 50 nm seria equivalente a [(50 nm - 550 nm) * 2,2] - 0,25 o 0,8 QWOT basado en una longitud de onda de 550 nm. Como se apreciara, aunque el espesor optico de un cuarto de onda de dos materiales puede ser el mismo, el espesor fisico real de las capas puede ser diferente debido a los diferentes indices de refraccion de los materiales. En el siguiente analisis, los valores de QWOT son aquellos definidos con respecto a una longitud de onda de referencia de 550 nm.
En otra realización, la primera capa de recubrimiento superior 40 puede tener un QWOT en el intervalo de 0,5 a 1, tal como de 0,5 a 0,6. La segunda capa de recubrimiento superior 42 puede tener un QWOT en el intervalo de 0,5 a 1,5, tal como de 1 a 1,5, tal como de 1,2 a 1,4. La tercera capa de recubrimiento superior 44 puede tener un QWOT en el intervalo de 0,5 a 1, tal como de 0,6 a 0,8.
En una realizacion particular, el recubrimiento hibrido 14 puede incluir un recubrimiento funcional 16 que tenga una primera capa dielectrica 28 que comprenda una primera pelicula que comprenda una aleacion de cinc y estano, por ejemplo, estannato de cinc, que tenga un QWOT en el intervalo de 0,1 a 1, tal como de 0,2 a 0,7. La primera capa dielectrica 28 tambien puede incluir una segunda pelicula formada sobre la primera pelicula. En una realización, la segunda pelicula comprende oxido de cinc. Aunque no es necesario, la segunda pelicula de oxido de cinc puede doparse con otro material, tal como del 1 % en peso al 10 % en peso de estano, tal como del 2 % en peso al 7 % en peso de estano, tal como el 5 % en peso de estano. La segunda pelicula puede tener un QWOT en el intervalo de 0,01 a 1, tal como de 0,05 a 0,5, tal como de 0,1 a 0,15. La capa reflectante de IR 30 comprende plata y puede tener un espesor en el intervalo de 0,005 QWOT a 0,1 QWOT, tal como de 0,007 QWOT a 0,03 QWo T, tal como de 0,01 QWOT a 0,015 QWOT, tal como de 0,0125 QWOT. La imprimacion 32 puede ser titania y puede tener un espesor en el intervalo de 0,01 QWOT a 0,06 QWOT, tal como de 0,02 QWOT a 0,04 QWOT, tal como de 0,03 QWOT. La segunda capa dielectrica 34 puede incluir una primera pelicula que comprenda oxido de cinc dopado con estano, tal como del 1 % en peso al 10 % en peso de estano, tal como del 2 % en peso al 7 % en peso de estano, tal como del 5 % en peso de estano. La primera pelicula puede tener un espesor en el intervalo de 0,05 QWOT a 0,5 QWOT, tal como de 0,1 QWOT a 0,15 QWOT. Puede formarse una segunda pelicula dielectrica sobre la primera pelicula. La segunda pelicula puede comprender una aleacion de cinc-estano, tal como estannato de cinc y puede tener un espesor en el intervalo de 0,1 a 1,5 QWOT, tal como de 0,2 a 1 QWOT.
El ejemplo de recubrimiento hibrido 14 incluye adicionalmente un recubrimiento superior 18 que tiene una primera capa de recubrimiento superior que comprende silice que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT, tal como de 0,8 QWOT a 1,3 QWOT, tal como de 0,9 QWOT a 1,2 QWOT, tal como de 1 QWOT. La segunda capa de recubrimiento superior 42 puede comprender oxido de estano y puede tener un espesor en el intervalo de 0,05 QWOT a 1,5 QWOT, tal como de 0,08 Qw OT a 1,3 QWOT, tal como de 0,09 QWOT a 1,2 QWOT, tal como de 1 QWOT. La tercera capa de recubrimiento superior 44 puede comprender silice y puede tener un espesor en el intervalo de 0,1 QWOT a 1 QWOT, tal como de 0,2 QWo T a 0,9 Qw Ot , tal como de 0,3 QWOT a 0,8 QWOT, tal como de 0,4 QWOT a 0,8 QWOT, tal como de 0,5 QWOT a 0,8 QWOT, tal como de 0,6 QWOT a 0,8 QWOT, tal como de 0,7 QWOT.
En la figura 2 se muestra un articulo laminado 50. En el articulo laminado 50, el sustrato recubierto 12 puede laminarse a otro sustrato 52 mediante una capa adhesiva 54 convencional. El sustrato 52 puede ser de cualquiera de los materiales descritos anteriormente con respecto al sustrato 12 y puede ser igual o diferente al sustrato 12. La capa adhesiva 54 puede incluir uno o mas materiales plasticos o polimericos, tales como polivinil butiral, cloruro de polivinilo plastificado o materiales termoplasticos de multiples capas que incluyen tereftalato de polietileno. Se describen materiales adhesivos adecuados en las Patentes de los EE.Uu . N.° 4.287.107 y 3.762.988. Para fines automotrices, la capa adhesiva 54 es normalmente polivinil butiral que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 mm a 1 mm. El recubrimiento funcional 16 puede ser el mismo que se ha descrito anteriormente. Sin embargo, la capa de recubrimiento superior 44 mas externa (que se muestra en la Figura 1) puede eliminarse para el articulo laminado 50.
La invencion se ilustra mediante los siguientes ejemplos, que no ha de considerarse que limiten la invencion a los detalles especificamente descritos.
EJEMPLO 1
Este Ejemplo ilustra la reflectividad solar de un recubrimiento de control solar de una unica capa de plata con un recubrimiento superior de la invencion y sin un recubrimiento superior de la invencion.
La Tabla 1 muestra la estructura de capas de un recubrimiento de control solar que tiene una unica capa reflectante de infrarrojos de plata. La primera capa dielectrica comprende dos peliculas dielectricas (1 y 2). La primera pelicula dielectrica (pelicula 1) comprende estannato de cinc, mientras que la segunda pelicula dielectrica (pelicula 2) comprende un oxido de cinc dopado con estano. El estano se debe al hecho de que el catodo de pulverizacion
catodica desde el que se deposita la capa incluye algo de estano para mejorar las caracteristicas de pulverizacion catodica del catodo de cinc. Por tanto, mientras que la segunda peKcula dielectrica es principalmente oxido de cinc, tambien puede haber presente algo de estano del catodo, tal como incorporado en la estructura de oxido de cinc o como oxido de estano. La segunda capa dielectrica comprende dos peliculas dielectricas (5 y 6). La primera pelicula dielectrica (peKcula 5) comprende un oxido de cinc dopado con estano, mientras que la segunda peiicula dielectrica (pelicula 6) comprende estannato de cinc.
T l 1
La Tabla 2 muestra la estructura de un recubrimiento similar, pero tambien incorpora un recubrimiento superior (peliculas 7, 8 y 9) de la invencion. El recubrimiento superior comprende una primera capa de recubrimiento superior de silice que tambien incluye una pequena porcion de alumina. La alumina esta presente debido a la presencia de aluminio en el objetivo de pulverizacion catodica de silicio. La segunda capa de recubrimiento superior comprende oxido de cinc con una pequena porcion de estano. La tercera capa de recubrimiento superior comprende silice con una pequena porcion de alumina.
La Fig. 3 muestra el porcentaje de reflectancia frente a la longitud de onda para el recubrimiento de la Tabla 1 (curva 80) y de la Tabla 2 (curva 82). Los valores de reflectancia que se muestran en la Fig. 3 se calcularon usando el software FilmStar DESIGN disponible en el mercado en FTG Software Associates de Princeton, Nueva Jersey. Como se muestra en la Fig. 3, el recubrimiento hibrido de la curva 82 tiene una reflectancia solar sustancialmente mejor en la region del infrarrojo cercano del espectro que el recubrimiento de la curva 80 sin el recubrimiento superior de la invencion. El recubrimiento hibrido proporciona una region de reflectancia de infrarrojos solares potenciada en la region del infrarrojo solar cercano adyacente a la region visible del espectro electromagnetico. Una region reflectante de infrarrojos potenciada de este tipo no se esperaria simplemente por la adicion de un recubrimiento superior de multiples capas. Por tanto, la utilizacion de un recubrimiento superior que tiene materiales de indice de refraccion alto y bajo de acuerdo con la presente invencion parece mejorar el rendimiento del control solar en comparacion con un recubrimiento funcional similar sin el recubrimiento superior. Adicionalmente, es de esperar que el recubrimiento superior de la invencion proporcione una durabilidad mecanica y/o quimica mejorada en comparacion con recubrimientos de titania mas delgados convencionales de la tecnica conocida.
EJEMPLO 2
Este ejemplo ilustra los efectos de un recubrimiento superior sobre la invencion de un recubrimiento funcional que tiene dos capas metalicas reflectantes de infrarrojos de plata.
En la Tabla 3 se expone una pila de recubrimiento que tiene dos capas de plata reflectantes de infrarrojos.
T l
En la Tabla 4 se muestra un recubrimiento similar que tiene un recubrimiento superior de la invencion.
En ambos recubrimientos, el espesor de las capas dielectricas se ha ajustado para producir una peKcula que tiene un color reflejado de L* = 25,85, a* = -1,00 y b* = -2,00.
La reflectividad solar de los recubrimientos que se muestran en las Tablas 3 y 4 se representa en la Fig. 4. Como puede observarse en la figura, el recubrimiento con el recubrimiento superior de la invencion (curva 84) muestra una reflectividad solar mejorada en la region del infrarrojo cercano en comparacion con el recubrimiento sin el recubrimiento superior de la invencion (curva 86).
Los expertos en la materia apreciaran facilmente que pueden hacerse modificaciones a la invencion sin apartarse de los conceptos desvelados en la descripcion anterior. En consecuencia, las realizaciones particulares descritas en detalle en el presente documento son solo ilustrativas y no limitan el alcance de la invencion, que ha de darse a la totalidad de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Un articulo recubierto, que comprende:
un sustrato (12), y
un recubrimiento (14) depositado sobre al menos una porcion del sustrato, comprendiendo el recubrimiento: un recubrimiento funcional (16) que comprende:
una primera capa dielectrica de oxido metalico (28);
una segunda capa dielectrica de oxido metalico (34), y
una capa metalica reflectante de infrarrojos (30) situada entre las capas dielectricas primera y segunda de oxido metalico (28,34); y
un recubrimiento superior (18) formado sobre al menos una porcion del recubrimiento funcional (16), comprendiendo el recubrimiento superior:
una primera capa de recubrimiento superior (40) que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 espesores opticos de un cuarto de onda (QWOT) a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nanometros (nm) y un primer indice de refraccion (i) inferior o igual a 2 o (ii) superior a 2;
una segunda capa de recubrimiento superior (42) que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1,5 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nm y que tiene un segundo indice de refraccion (i) superior a 2 cuando el primer indice de refraccion es inferior o igual a 2 o (ii) inferior o igual a 2 cuando el primer indice de refraccion es superior a 2; y
opcionalmente, una tercera capa de recubrimiento superior (44) que tiene un espesor en el intervalo de 0,5 QWOT a 1 QWOT con respecto a una longitud de onda de 550 nm y un tercer indice de refraccion (i) inferior o igual a 2 cuando el segundo indice de refraccion es superior a 2 o (ii) superior a 2 cuando el segundo indice de refraccion es inferior o igual a 2, en donde los materiales de indice de refraccion alto y bajo adyacentes tienen una diferencia de indices de refraccion en el intervalo de 0,2 a 1.
2. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que la capa metalica incluye al menos uno de entre oro, cobre, plata o mezclas, aleaciones o combinaciones que incluyan al menos uno de los mismos.
3. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que el material de indice de refraccion bajo comprende al menos un oxido metalico seleccionado entre oxidos de aluminio, silicio, itrio, estano y mezclas de los mismos.
4. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que el material de indice de refraccion alto comprende al menos un oxido metalico seleccionado entre oxidos de titanio, circonio, niobio, bismuto, wolframio, cinc, estano y mezclas de los mismos.
5. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que la primera capa dielectrica de oxido metalico comprende al menos un oxido de cinc, estano, o aleaciones o mezclas de los mismos, la segunda capa dielectrica de oxido metalico comprende al menos un oxido de cinc, estano, o aleaciones o mezclas de los mismos, la capa metalica comprende plata, el material de indice de refraccion bajo comprende al menos un oxido metalico seleccionado entre oxidos de aluminio, silicio, itrio, estano y mezclas de los mismos, y el material de indice de refraccion alto comprende al menos un oxido metalico seleccionado entre oxidos de titanio, circonio, niobio, bismuto, wolframio, cinc, estano y mezclas de los mismos.
6. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que la tercera capa de recubrimiento superior opcional comprende dioxido de silicio.
7. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que la diferencia de indices de refraccion esta en el intervalo de 0,2 a 0,6.
8. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que la primera capa de recubrimiento superior tiene un indice de refraccion bajo y la segunda capa de recubrimiento superior tiene un indice de refraccion alto.
9. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que la primera capa de recubrimiento superior tiene un indice de refraccion alto y la segunda capa de recubrimiento superior tiene un indice de refraccion bajo.
10. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un segundo sustrato laminado al primer sustrato.
11. El articulo recubierto de la reivindicacion 1, en el que
el material de indice de refraccion bajo incluye al menos un oxido que comprende Al, Si, Y, Sn o mezclas de los mismos y el material de indice de refraccion alto incluye al menos un oxido que comprende Ti, Zr, Nb, Bi, W, Zn, Sn o mezclas de los mismos.
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