FI96507C - Lasituote ja menetelmä titaania sisältävän päällysteen valmistamiseksi lasialustalle - Google Patents

Description

, 9650/

Lasituote ja menetelmä titaania sisältävän päällysteen valmistamiseksi lasialustalle Tämä keksintö koskee lasituotetta ja menetelmää 5 titaania sisältävän päällysteen valmistamiseksi lasialustalle.

US-patentissa 3 990 784 selostetaan päällystettyä rakennuslasisysteemiä, joka käsittää läpinäkyvän alustan ja monikerroksisen päällysteen, joka koostuu ensimmäi-10 sestä ja toisesta metallikerroksesta, joiden välissä on eristävä kerros, jossa ensimmäisen ja toisen metalliker-roksen paksuuksien suhde on sellainen, että päällysteen valonläpäisykykyä voidaan vaihdella riippumatta sen hei-jastusominaisuuksista muuttamalla metallikerrosten pak-15 suuksia samalla, kun pidetään niiden suhde vakiona. Eristeellä on sellainen paksuus, että päällysteestä saatu heijastus ei ole voimakkaasti värillinen.

US-patentissa 4 022 947 selostetaan läpinäkyvää panelia, joka kykenee läpäisemään halutun osan näkyvästä 20 säteilystä samalla, kun se heijastaa suuren osan tulevasta auringon säteilystä, ja menetelmää sen valmistamiseksi sputteroimalla rauta-, nikkeli- ja kromilejeerinkiä läpinäkyvän metallikalvon saamiseksi ja sputteroimalla reak-tiviisesti samaa tai samantapaista lejeerinkiä hapen läs-25 näollessa oksidikalvon muodostamiseksi. Eräässä edullisessa toteutusmuodossa metallikalvo on alustan ja metal-lioksidikalvon välissä. Toisessa edullisessa toteutus-muodossa metallioksidikalvo on alustan ja metallikalvon välissä.

30 US-patentissa 4 534 841 selostetaan auringonvaloa ehkäisevää lasipinnoitetta, joka on valmistettu levittämällä ensin oksidikerros, jonka optinen paksuus on 20-280 nm, läpinäkyvälle alustalle katodisella haihdutuksella ja toiseksi krominitridikerros, jonka geometrinen pak-35 suus on 10-40 nm. Optinen kolmas eristävä kerros voidaan 2 9650'/ levittää toiselle kerrokselle. Oksidikerros on valittu tinan, titaanin ja alumiinin oksideista.

US-patentissa 4 535 000 selostetaan metallinitri-din, esim. titaaninitridin ohuen kalvon asettamista lasi-5 alustalle sekoittamalla metallihalogenidia pelkistävään kaasuun kuten ammoniakkiin 250-320°C:ssa ja antamalla kaasujen reagoida 400-700°C:een kuumennetun lasin pinnalla kalvon muodostamiseksi lasille.

US-patentissa 4 546 050 selostetaan lasilevyä, 10 jolla on monikerroksinen päällyste, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluvat kupari, ruostumaton teräs, titaanidioksidi; kupari, titaani, titaanidioksidi; ja kupari, titaani, titaaninitridi.

Metalli- ja/tai metallioksidikalvoja sisältävien 15 rakennuslasituotteiden merkitys kasvaa, kun lämmityksen ja jäähdytyksen vaatima energia tulee yhä kalliimmaksi. Päällystettyä lasia olevat rakennustuotteet jakautuvat yleensä kahteen ryhmään, auringonenergiaa ehkäiseviin ja suuren valonläpäisevyyden/pienen emissiokyvyn päällystet-20 tyihin tuotteisiin.

Aurinkoenergiaa ehkäisevät tuotteet ovat yleensä lasialustoja, usein sävytettyjä ja päällystetty näkyvää valoa niukasti läpäisevällä, värillisellä kalvolla, joka vähentää auringonenergian siirtymistä ikkunoiden läpi ra- 25 kennuksen sisäosiin, mikä alentaa ilmastointikustannuk- sia. Nämä tuotteet ovat tehokkaimpia lämpimissä ilmastoissa ja niitä esiintyy useimmiten kaupallisissa rakennuksissa. Alueilla, joilla lämmityskustannukset aiheuttavat suurempaa huolta ja erityisesti asuinrakennuksissa 30 suuren valonläpäisevyyden ja pienen emissiokyvyn päällys teet ovat toivottavia, jotta sallittaisiin näkyvän valon suuri siirtyminen sisätiloihin samalla, kun heijastetaan infrapunasäteilyä lämmön pitämiseksi rakennuksen sisällä. Suuren valonläpäisevyyden ja pienen emissiokyvyn päällys-35 teet ovat tyypillisesti monikerroskalvoja, joissa infra- 3 9650/ punasäteilyä heijastavaa metallia, kuten hopeaa, kultaa tai kuparia on kerrostettu heijastusta estävien metalli-oksidikerrosten, kuten vismutti-, indium- ja/tai tinaoksidien väliin. Toisaalta auringonenergiaa ehkäisevät kal-5 vot ovat tyypillisesti yhden tai useamman metallin, kuten koboltin, raudan, kromin, nikkelin, kuparin jne tai niiden oksidien muodostamia yksikerroskalvoja.

Märkäkemialliset menetelmät metallikalvojen valmistamiseksi auringonenergian ehkäisyyn ovat hyvin tun-10 nettuja US-patenteista 3 846 152, 4 091 172, 3 723 158 ja 3 457 138. Pyrolyyttiset menetelmät metallioksidikalvojen valmistamiseksi auringonenergian ehkäisemiseksi ovat hyvin tunnettuja US-patenteista 3 660 061, 3 658 568, 3 978 272 ja 4 100 330.

15 Sputterointiteknologioita suuren valonläpäisevyy- den ja pienen emissiokyvyn monikerroksisten päällysteiden valmistamiseksi selostetaan US-patenteissa 4 462 884 ja 4 508 789. Sputterointitekniikoita auringonvaloa ehkäisevien kalvojen valmistamiseksi selostetaan US-patenteis- 20 sa 4 512 863 ja 4 594 137.

Keksintö koskee lasituotetta, joka käsittää titaa-nioksinitridipäällysteen lasialustan pinnalla ja lisäksi metallikalvopäällysteen titaanioksinitridipäällysteen pinnalla.

25 Keksintö koskee myös menetelmää titaania sisältä vän päällysteen valmistamiseksi lasialustalle. Menetelmälle on tunnusomaista, että titaanioksinitridikerros sputteroidaan lasialustalle typpeä ja happea sisältävässä atmosfäärissä ja metallikerros sputteroidaan titaanioksi-30 nitridikerroksen pinnalle. Keksinnön mukaan sputteroidaan titaanikatodia atmosfäärissä, joka sisältää happea ja typpeä, päällysteen kerrostamiseksi, joka sisältää titaa-nioksinitridiä. Titaanioksinitridikalvo voidaan kerrostaa yhdessä infrapunasäteilyä heijastavan kalvon, kuten ho-35 pean, kanssa monikerroksisen, pienen emissiokyvyn omaavan „ 9650/ kalvon muodostamiseksi. Keksinnössä käytettävä titaaniok-sinitridikalvo voidaan myös kerrostaa yhdessä sekä infra-punasäteilyä heijastavan kalvon, kuten hopean, että metal likalvon kanssa, joka pienentää valonheijastavuutta, 5 erityisesti metallilejeerinkikalvon, kuten Inconel-metallin kanssa monikerroksisen päällysteen valmistamiseksi, jolla on suhteellisen kylläinen väri ja pieni emissio-kyky.

Kuvio 1 esittää lasilla olevan titaanioksinitridi-10 kalvon valonläpäisevyyttä 550 nm:n aallonpituudella kalvon paksuuden funktiona mitattuna katodihitusten lukumäärällä eri happipitoisuuksilla typessä.

Kuvio 2 esittää titaanioksinitridin kerrostusno-peutta Angström-yksiköissä katodiohitusta kohti happi-15 pitoisuuden funktiona päällystyskammion atmosfäärissä.

Kuvio 3 esittää n. 600 A paksun titaanioksinitri-dikalvon absorptiota happipitoisuuden funktiona päällystyskammion atmosfäärissä.

Kuvio 4 esittää Inconel-kalvon päällä olevan ti-20 taanioksinitridikalvon valonläpäisevyyttä 550 nm:n aallonpituudella kalvonpaksuuden funktiona eri katoditehoilla.

Läpinäkyvä ei-metallinen alusta, edullisesti lasi päällystetään katodisputteroinnilla, edullisesti magnet-25 ronisputteroinnilla tuotteen aikaansaamiseksi, joka si sältää titaanioksinitridiä, jolla on halutut kestävyys-ja esteettiset ominaisuudet.

Tavanomaisissa magnetronisputterointimenetelmässä alusta asetetaan päällystyskammioon vastapäätä katodia, 30 jonka kohtiopinta on sputteroitavaa materiaalia. Tämän keksinnön mukaisia edullisia alustoja ovat lasi, keraamit ja muovit, joihin päällystysprosessin käyttöolosuhteet eivät vaikuta haitallisesti.

Katodilla voi olla mikä tahansa tavanomainen ra-35 kenne, edullisesti pitkänomainen suorakulmainen rakenne, joka on yhdistetty sähköjännitelähteeseen ja jota käyte- 5 9650? tään edullisesti yhdessä magneettikentän kanssa sputte-rointiprosessin parantamiseksi. Ainakin yksi katodin koh-tiopinta sisältää titaania, jota sputteroidaan reaktiivisessa atmosfäärissä titaanioksinitridikalvon muodostami-5 seksi. Anodi on edullisesti symmetrisesti muotoiltu ja sijoitettu kokoonpano, kuten on selostettu US-patentissa 4 478 702.

Keksinnön mukaan titaanioksinitridi kerrostetaan sputteroimalla titaanikatodia atmosfäärissä, joka sisäl-10 tää happea ja typpeä. Atmosfäärin koostumus vaihtelee edullisesti välillä 10-50 % happea ja 90-50 % typpeä. Atmosfääri, joka sisältää 10-25 % happea ja loput typpeä, on erityisen edullinen.

Kuvat osoittavat, että titaanioksinitridin ominai-15 suudet muuttuvat vähitellen ja jatkuvasti, kun kaasun koostumus muuttuu. Sitävastoin titaanilla, jota sputteroidaan happi/argonatmosfäärissä, esiintyy äkillinen muutos oksidista metalliksi. Kuvat osoittavat edelleen, että on mahdollista valita kerrostusolosuhteet siten, että 20 titaanioksinitridikalvo, jolla on halutut valonläpäise- vyys- ja absorbanssiominaisuudet, voidaan sputteroida halutulla nopeudella.

Tiettyjä haluttuja päällystysvärejä voidaan valmistaa rakennustarkoituksiin yhdistämällä värittömään 25 eristävään materiaaliin värilliset sisä- ja ulkometalli-kerrokset tai yhdistämällä värillinen metallioksidi heijastavaan metalliin. Tämän keksinnön mukaisesti saadaan halutut päällystysvärit yhdistämällä titaanioksinitridi voimakkaasti infrapunasäteitä heijastavaan metalliin, ku-30 ten hopeaan voimakkaiden värien tuottamiseksi, joilla on korkea kyllästysaste sekä pieni emissiokyky. Jos tällaisen päällysteen valonheijastavuus on haluttua suurempi, sitä voidaan pienentää uhraamatta värin puhtaudessa tai emissiokyvyssä neutraalin metallin, kuten nikkelin ja 35 raudan lejeerinkien, erityisesti Inconel-metallin ja ruostumattoman teräksen valinnaisella päällysteellä.

9650? 6 Tämä keksintö saa aikaan mahdollisuuden valmistaa sarja värillisiä päällysteitä minimimäärällä kerroksia ja materiaaleja. Tämän keksinnön päällystyssysteemillä on suhteellisen pieni heijastavuus, suuri värin kylläi-5 syys ja yhtenäinen kestävyys.

On tunnettua, että voidaan valmistaa värisarja, jossa ensimmäinen ja toinen metallikerros ympäröivät läpinäkyvän eristävän materiaalin kerrosta; ja väriä vaihdellaan muuttamalla eristävän kerroksen paksuutta. Millään aikai-10 semmin käytetyllä eristävällä aineella ei kuitenkaan ole ollut vaadittuja nopean sputteroitumisen, korkean tai-tekertoimen ja hyvän kestävyyden ominaisuuksia. Tämän keksinnön titaanioksinitridillä on edellä mainitut ominaisuudet sekä kyky yhdessä sopivan metallikalvon kanssa saa-15 da aikaan voimakkaan värisiä rakennuspäällysteitä. Esi merkiksi titaanioksinitridiä yhdessä nikkelilejeeringin kanssa voidaan käyttää miellyttävän värisarjan valmistukseen, jolla on erinomainen kestävyys.

Käyttäen heijastavuuden ympyrädiagrammeja ja tieto-20 konelaskelmia määritetään, että metallin ja eristeen kak-sikerrosyhdistelmällä on molempien kerrosten optimipak-suus, joka antaa minimiheijastavuuden ja suurimman värin-kylläisyyden yhdistelmän. Mitä suurempi on eristävän aineen taitekerroin, sitä pienempi on päällysteen valonlä-25 päisevyys optimikohdassa ja sitä suurempi värin kylläi syys. Metallit, joilla on pieni n ja suuri k, jossa n ja k ovat kompleksisen taitekertoimen reaalinen ja kompleksinen osa, jotka määräävät sähkömagneettisen säteilyn etenemisen väliaineessa, pyrkivät antamaan pienimmän valon-30 läpäisevyyden ja suurimman värinkylläisyyden.

Jos metallin paksuutta lisätään yritettäessä pienentää valonläpäisevyyttä heijastavuus kasvaa ja tuloksena on heikko väri. Hyvin ohuen metallikerroksen kerrostaminen ennen eristävän kerroksen kerrostusta voi pienentää 35 heijastavuutta ja antaa kylläisemmän värin. Jos primääri-

7 9650V

metallikerroksen paksuutta lisätään yhdessä hyvin ohuen metallikerroksen kerrostuksen kanssa, voidaan valmistaa pienen valonläpäisevyyden, pienen heijastavuuden erittäin värillinen päällyste. Jos käytetään kahta primääristä 5 metallikerrosta, pienen taitekertoimen eristysaine yhdes sä pienen n-arvon ja suuren k-arvon metallin kanssa antaa miellyttävimmän ulkonäön. Laskelmat osoittavat, että 20 prosentin valonläpäisevyydellä voidaan saada riittävä värinkylläisyys käyttäen metallia yhdessä eristävän aineen 10 kanssa, jonka taitekerroin on 2,3. Pienempää valonläpäi- sevyyttä varten pidetään etusijalla metalli-eriste-metal-lisysteemiä.

Keksinnön mukaan titaanioksinitridin avulla voidaan käyttää monia metalli- tai metallilejeerinkikalvoja moni-15 kerrospäällysteen aikaansaamiseen, jolla on hyvät ominai suudet. Edulliset kalvot sisältävät sellaisia metalleja kuin titaania ja metallilejeerinkejä, kuten nikkelilejee-rinkejä ja rautalejeerinkejä. Nikkelilejeerinki on edullinen, sillä se on kemiallisesti erittäin kestävä, väril-20 tään neutraali ja helppo kerrostaa.

Puhdas lasialusta asetetaan päällystyskammioon, joka vedetään alipaineeseen, edullisesti alle 0,013 Pa:in ja edullisemmin alle 0,0027 Pa:in. Reaktiivisten kaasujen, edullisesti typen ja hapen valittu atmosfääri muo-25 dostetaan kammioon n. 0,067 - 1,73 Pa:n paineeseen. Ka todia, jonka kohtiopinta on titaania, ajetaan päällystettävän alustan pinnan yli. Kohtiometallia sputteroidaan antaen sen reagoida kammiossa olevan atmosfäärin kanssa titaanioksinitridipäällystyskerroksen kerrostamiseksi la-30 sin pinnalle.

Senjälkeen, kun ensimmäinen titaanioksinitridiker-ros on kerrostettu, päällystyskammio vedetään tyhjöön ja inerttiä atmosfääriä, kuten argonia lasketaan siihen n. 0,067 - 1,33 Pa:n paineeseen. Katodia, jonka kohtiopin-35 ta on metallia tai metallilejeerinkiä, ajetaan titaani- β 9650/ oksinitridillä päällystetyn pinnan yli. Kohtiota sputte-roidaan metallikerroksen kerrostamiseksi titaanioksinitri-dillä päälystetylle lasipinnalle. Edullinen metalli on titaani. Edullisia metallilejeerinkejä ovat Inconel, nikke-5 lilejeerinki ja ruostumaton teräs, rautalejeerinki, jota sputteroidaan edullisesti 0,53 - 0,80 Pa:n paineessa puhtaassa argonissa.

Joissakin tämän keksinnön edullisissa toteutusmuodoissa metallikalvo kerrostetaan sekä titaanioksinitri-10 dikalvon alle että sen päälle. Kuten kaksikerroskalvon tapauksessa päällystämättömästä pinnasta heijastuneen värin vallitseva aallonpituus riippuu lähes kokonaan titaanioksinitridikerroksen paksuudesta. Päällimmäisen metallikerroksen paksuutta vaihdellaan, kunnes valonlä-15 päisevyydellä on suunnilleen vaadittu arvo, minkä jälkeen alla olevan metallikerroksen paksuutta vaihdellaan, kunnes saavutetaan haluttu heijastus esineen päällystämättömältä pinnalta. Päällimmäisen metallikalvon paksuuden lopullista muuttamista saatetaan vaatia optimaalisen lopul-20 lisen valonläpäisevyyden saamiseksi. Mielenkiintoisella paksuusalueella päällimmäisen metallikalvon paksuuden nostaminen pienentää valonläpäisevyyttä ja suurentaa heijas-tavuutta päällystetyn esineen päällystämättömältä puolelta. Pöhjametallikalvon paksuuden lisääminen pienentää va-25 lonläpäisevyyttä ja pienentää heijastavuutta päällystä- ‘ mättömältä puolelta.

Tämän keksinnön edullisessa toteutusmuodossa moni-kerroskalvo kerrostetaan katodisputteroinnilla suuren valonläpäisevyyden ja pienen emissiokyvyn päällysteen muo-30 dostamiseksi. Titaanikohtion lisäksi ainakin yksi muu ka- todikohtion pinta koostuu sputteroitavasta metallista, josta muodostetaan infrapunasäteilyä heijastava metalliker-ros. Monikerroksinen päällyste, jossa on infrapunasäteilyä heijastava metallikerros yhdessä heijastusta estävän 35 titaanioksinitridikerroksen kanssa, valmistetaan seuraa vasti .

il Ukit IMU I I i dll ; . < 9 9650?

Puhdas lasialusta asetetaan päällystyskammioon, joka vedetään edullisemmin alle 0,0027 Parin. Reaktiivisten kaasujen, edullisesti typen ja hapen valittu atmosfääri muodostetaan kammioon n. 0,067 - 0,0013 Pam paineeseen.

5 Katodia, jolla on titaanikohtiopinta, ajetaan edullisesti 5-10 kW:n teholla päällystettävän alustan pinnan yli. Koh-tiometallia sputteroidaan ja se reagoi kammiossa olevan atmosfäärin kanssa kerrostaen titaanioksinitridipäällyskerrok-sen lasin pinnalle.

10 Senjälkeen, kun titaanioksinitridiä oleva ensimmäi nen kerros on kerrostettu, päällystyskammio vedetään tyhjöön ja inerttiä atmosfääriä, kuten puhdasta argonia päästetään siihen n. 0,067 - 1 ,33 Pam paineeseen. Katodia, jossa on hopeametallia oleva kohtiopinta, ajetaan titaani-15 oksinitridillä päällystetyn pinnan yli. Kohtiometallia sput teroidaan ja se kerrostaa tasaisen voimakkaasti infrapuna-säteilyä heijastavan, johtavan metallikerroksen titaani-oksinitridillä päällystetyn lasipinnan päälle. Toinen kerros titaanioksinitridiä kerrostetaan hopeakerrokselle olennai-20 sesti samoissa olosuhteissa, joita käytettiin ensimmäisen titaanioksinitridikerroksen kerrostamiseen.

Tämä keksintö on helpommin ymmärrettävissä seuraa-vista erikoisesimerkkien kuvauksista.

Esimerkki I

25 Titaanikatodikohtioon, joka on mitoiltaan n. 12,7 - 43,2 cm, syötetään 10 kW:n teho alipainekammiossa, joka sisältää atmosfäärin, jossa on 23 % happea ja 77 % typpeä 0,53 Par n paineessa. Katodi on kiinteä, kun taas lasialusta liikkuu sputteroitavan kohtiopinnan alitse nopeudella 30 n. 3 m/min. Neljällä ajokerralla kerrostuu kalvo, joka - . koostuu titaanioksinitridistä lasin pinnalla ja jonka va- lonläpäisevyys on 75,7 %.

Esimerkki II

Lasialusta päällystetään titaanioksinitridistä koos-35 tuvalla ensimmäisellä kerroksella kuten esimerkissä I.

10 9650/

Titaanioksinitridillä päällystetty pinta päällystetään sitten yhtenäisellä hopeakerroksella sputteroimalla hopeakatodikohtiota, johon syötetään 0,27 kW:n teho argonatmosfäärissä 0,53 Pa:n paineessa 68 %:n lopulli-5 seen valonläpäisevyyteen. Hopean suojaamiseksi hapettu miselta hyvin ohut suojaava titaanipäällyste kerrostetaan yhdellä titaanikatodin ajokerralla, johon syötetään 0,03 kW:n teho 0,53 Pa:n argonpaineessa 67,5 %:n lopulliseen valonläpäisevyyteen.

10 Esimerkki III

Lasialusta päällystetään titaanioksinitridillä ja hopealla kuten edullisissa esimerkeissä. Senjälkeen kun ohut, suojaava titaanikerros on kerrostettu, toinen kerros titaanioksinitridiä kerrostetaan 82,1 %:n lopul-15 liseen valonläpäisevyyteen, jolloin muodostuu suuren va- lonläpäisevyyden ja pienen emissiokyvyn päällystetty esine.

Esimerkki IV

Titaanikatodikohtioon, joka on mitoiltaan n. 12,7 x 43,2 cm, syötetään 10 kW:n teho 645 V:n jän-20 nitteellä alipainekammiossa, joka sisältää atmosfääriä, jossa on 23 % happea ja 77 % typpeä 0,53 Pa:n paineessa. Lasialusta ohittaa katodin kerran nopeudella n. 2,74 m/min. ja se päällystetään titaanioksinitridillä. Kammio vedetään tyhjöön ja puhtaan argonin atmosfää-25 riä päästetään siihen 0,53 Pa:n paineeseen. Hopeakatodiin syötetään 441 V:n jännite 2,5 A:n virralla hopeakalvon sputteroimiseksi titaanioksinitridillä päällystetylle pinnalle yhdellä ajokerralla nopeudella n. 3,05 m/min. Hopeakalvon suojaamiseksi hapettumiselta hyvin ohut kerros 30 nikkelilejeerinkiä kerrostetaan hopean pinnalle. Inconel • 625-kohtioon, joka sisältää 18,6 % kromia, 3 % rautaa, 4 % kolumbiumia, 9 % molybdeenia ja loput nikkeliä, syötetään 352 V:n jännite 1 A:n virralla. Nikkelilejeerin-ki sputteroidaan puhtaassa argonissa 0,53 Pa:n painees-35 sa samalla, kun alusta kulkee nopeudella n. 3,05 m/min.

u 9650/ Päällystetyn tuotteen valonläpäisevyys on 21,3 % ja heijastavuus päällystämättömältä puolelta 54,6 %. Väri-koordinaatit päällystämättömältä pinnalta ovat x = 0,3516 ja y = 0,3805. Havaittu väri on vaaleankeltainen.

5 Esimerkki V

Titaanioksinitridikalvo yhdessä hopeakalvon kanssa saa aikaan riittävästi heijastavan ja riittävän kylläisen keltaisen värisen kalvon kultakaivon ulkonäön jäljittämiseksi. Titaanikatodia, johon syötetään tehoa 10 10 kW 640 V:n jännitteellä, sputteroidaan kuten esimer kissä IV paitsi, että 0,53 Pa:n paineessa oleva atmosfääri sisältää vähemmän happea. Yksi ajokerta nopeudella n. 3,05 m/min hieman happivajaassa atmosfäärissä tuottaa titaanioksinitridikalvon, joka absorboi hieman 15 enemmän kuin esimerkin IV oksinitridikalvo. Hopeakato- dia, johon syötetään 441 V:n jännite 2,4 A:n virralla, sputteroidaan puhtaassa argonissa 0,53 Pa:n paineessa hopeakalvon kerrostamiseksi titaanioksinitridillä päällystetylle pinnalle yhdellä ajokerralla nopeudella 20 n. 3,05 n/min. Hopeakalvon suojaamiseksi hapettumiselta hyvin ohut kalvo samanlaista nikkelilejeerinkiä kuin esimerkissä IV, sputteroidaan argonissa 0,53 Pa:n paineessa yhdellä ajokerralla nopeudella 3,05 m/min Inconel 625-metallia olevalla katodikohtiolla, johon syötetään 25 356 V:n jännite yhden A:n virralla. Päällystetyllä tuot teella on suunnilleen sama valonläpäisevyys kuin esimerkin IV tuotteella, mutta heijastavuus päällystämättömältä pinnalta on 40,2 % ja värikoordinaatit ovat x = 0,3833 ja y = 0,4093. Havaittu väri on kulta, kylläi-30 sempi väri kuin esimerkissä IV. Tämä kalvo läpäisee lämpötestauksen kehittämättä huntua.

Esimerkki VI

Titaanioksinitridin ja nikkelilejeeringin muodostama monikerrospäällyste kerrostetaan lasialustalle seu-35 raavissa olosuhteissa. Puhdasta lasialustaa pidetään

12 9650V

alipainekammiossa atmosfäärissä,jossa on 15 % happea ja 35 % typpeä 0,80 Pa:n paineessa. Kun titaanikatodiin syötetään 6,7 kW:n teho ja linjan nopeus on n. 3 m/min, tarvitaan kahdeksan ajokertaa titaanioksinitridipäällysteen 5 valmistamiseen paksuuteen, jolla on ensiasteen sininen väri. Titaanioksinitridillä päällystetty lasipinta johdetaan sitten nikkelilejeerinkikohtion alitse puhtaassa argonissa. Tässä esimerkissä nikkelilejeerinki on Inconel 625, joka sisältää 18,6 % kromia, 3 % rautaa, 4 % kolum-10 biumia, 9 % molybdeenia ja loput nikkeliä. Kerros nikke lile jeerinkiä sputteroidaan riittävään paksuuteen valon-läpäisevyyden pienentämiseksi 22 prosenttiin. Tämän päällysteen kromaattisuuskoordinaatit ovat x = 0,3198 ja y = 0,2863 heijastuksessa päällystämättömältä lasipinnal-15 ta. Havaittu väri on purppuran-vaaleanpunainen ja valon heijastavuus on 5,65 % päällystämättömältä lasipinnalta.

Esimerkki VII

Käyttäen samaa titaanioksinitridi-Inconel-kerros-systeemiä kuin esimerkissä VI valmistetaan päällyste, 20 jonka valonläpäisevyys on n. 20 % ja jolla on miellyttä vä sininen väri, taulukossa I annetuissa olosuhteissa. Kaksikerrospäällysteen värin säätö on yksinkertaista. Titaanioksinitridin paksuus säätää sävyä. Jos se on liian vihreä, kerros on liian paksu. Jos se on liian 25 punainen, kerros on liian ohut. Titaanioksinitridin pak suus vaikuttaa myös valonläpäisevyyteen (tai heijastavuu-teen), sillä punertavansinisillä päällysteillä on yleensä suurempi valonläpäisevyys kuin vihertävänsinisillä päällysteillä. Kuitenkin kun sävy on kerran lyöty luk-30 koon, valonläpäisevyyttä (tai heijastavuutta) voidaan säätää muuttamalla Inconel-kerroksen paksuutta. Kuten olisi odotettavissa paksuuden lisääminen pienentää valonläpäisevyyttä ja suurentaa heijastavuutta. Tällä muutoksella on merkityksetön vaikutus värisävyn vallitse-35 vaan aallonpituuteen. Kerrospaksuuden muutosten vaiku tukset ilmoitettuna prosenteissa päällysteen paksuudesta, 13

9650V

jotka taulukossa I esitetyt olosuhteet saavat aikaan tämän keksinnön viiteen kaksikerrospäällysteeseen, esitetään taulukossa II.

Taulukko I 5

Tyypilliset kerrostusolosuhteet kaksikerroksiselle siniselle päällysteelle 20 %:n valonläpäisevyydellä Olosuhteet 1. kerros 2. kerros

Kalvon koostumus Titaanioksinit- Nikkelilejeerinki 10 ridi

Kohtiometalli Titaani Inconel 625

Kaasuseos 81 typpeä 100 argonia (til-%) 19 happea

Paine, Pa 0,53 0,53 15 Teho, kW 10 1,53 Jännite, V 673 424

Kohtion koko, cm 12,7 x 43,2 12,7 x 43,2

Kuljettimen nopeus (m/min) 3,05 3,05 20 Lopullinen valonlä- päisevyys, % (500 nm) 71,6 19,4

14 9650V

Taulukko II

Värikoordinaattien vaihtelu kerrospaksuuden muuttuessa - 2-kerrospäällyste 5

Suhteellinen kerrospaksuus

Heijastavuus päällystä- Valonläpäi- Väri Oksinitridi/ mättömältä pinnalta sevyys, % Näyte metalli y x y 10 2-1001 100/100 11,5 0,2284 0,2453 19,4 sininen 2-1002 120/100 11,12 0,2280 0,2442 18,3 sininen 2-1003 83/100 17,08 0,2459 0,2834 21,3 vihertä- 15 vänsini- nen 2-1005 100/83 9,93 0,2266 ()2430 23,2 sininen 2-1006 100/120 14,13 0,2345 ()2559 16,1 sininen

Esimerkki VIII

20 Lasialusta päällystetään sputteroimalla kuten edel lisissä esimerkeissä ensimmäisellä Inconel 625-kerroksel-la 60 %:n valonläpäisevyyteen. Titaanioksinitridikalvo sputteroidaan nikkelilejeeringin päälle kuten edellisissä esimerkeissä. Toinen nikkelilejeerinkikalvo kerroste-. 25 taan 22 %n lopulliseen valonläpäisevyyteen. Päällysteen kromaattisuuskoordinaatit ovat x = 0,2644 ja y = 0,2340 lasipinnalta. Havaittu väri on violetti ja valonheijasta-vuus on 8, 9 % päällystämättömältä lasipinnalta.

Esimerkki IX

30 Valmistetaan sarja kolmikerroksisia päällysteitä • vaihtelemalla yksittäisten titaanioksinitridi- ja Inconel- kerrosten paksuuksia. Näiden esimerkkien tulokset esitetään taulukossa IV, jossa paksuudet on ilmoitettu prosentteina paksuuksista, jotka on saatu käyttäen taulu-35 kossa III mainittuja olosuhteita.

Il i Itiil liiti I I i M .

15 9650'

Taulukko III

Tyypilliset kerrostusolosuhteet 3-kerroksisella sinisellä päällysteellä 12 %:n valonläpäisevyydellä 5

Olosuhteet 1. kerros 2. kerros 3. kerros

Kohtiometalli Inconel 625 Titaani Inconel 625

Kaasuseos/ til-% 100 argonia 81 typpeä/ 100 argonia 10 19 happea

Paine, Pa 0,53 0,53 0,53

Teho, kW 0,4 10 2,11 Jännite, V 285 637 432

Kohtien koko, cm 12,7 x 43,2 12,7 x 43,2 12,7 x 43,2 15 Kuljettimen nopeus, m/min 3,05 3,05 3,05

Lopullinen va-lonläpäisevyys, % (500 nm) 72,8 62,9 12,3 16 9650'/

Taulukko IV

Värikoordinaattien vaihtelu kerrospaksuuksien muuttuessa - 3-kerrospäällyste 5

Suhteellinen kerrospaksuus Heijastavuus päällystä-

Pchja- Oksi- Pääl- mättömältä pinnalta metal- nit- lysme- 10 Näyte li ridi talli y χ y Väri 2-933 100 100 133 17.48 0,2427 0,2527 sininen 2-928 100 100 117 15,69 0,2306 0,2661 vihertävän- ’ ' sininen 2-923 100 100 100 14,44 0,2237 0,2664 sininen 15 2-929 100 100 83 11,43 0,2234 0,2357 sininen 2-934 100 100 67 9,00 0,2206 a2248 sininen vihertävän- 2-926 100 117 100 22,16 0,2472 0,2853 sininen 20 2-923 100 100 100 14,44 0,2237 0,2444 sininen 2-927 100 83 100 7,46 0,2710 0,2436 violetti 2-943 0 100 100 13.75 0,2367 0,2492 sininen 2-944 50 100 100 11.97 0,2386 0,2422 sininen 25 rt! 2-945 100 100 100 11,36 q>2252 0^2302 Sininen 2-946 150 100 100 8.92 0,2143 0,2084 sininen 2-946 200 100 100 8,49 0,2048 0,2013 sininen

30 Esimerkki X

Titaanioksinitridikalvo kerrostetaan lasipinnalle kuten esimerkissä VI. Ruostumaton teräskalvo kerrostetaan titaanioksinitridin päälle. Tämän päällysteen kromaatti-suuskoordinaatit ovat x= 0,2466 ja y = 0,2680 lasipinnal-35 ta. Havaittu väri on vihertävänsininen ja valonheijasta-vuus on 18,5 % päällystämättömältä lasipinnalta.

! . utii ane i ua · > 17 9650/

Esimerkki XI

Titaanioksinitridikalvo kerrostetaan 8 ajokerralla lasipinnalle kuten edellisissä esimerkeissä. Titäänimetai-likalvo kerrostetaan sputteroimalla titaanikatodia argo-5 nissa. Päällysteen kromaattisuuskoordinaatit ovat x = 0,3317 ja y = 0,3037 lasipinnalta. Havaittu väri on purppuran-vaaleanpunainen ja valonheijastavuus on 5,17 % päällystämättömältä lasipinnalta.

Esimerkki XII

10 Titaanioksinitridikalvo kerrostetaan 9 ajokerralla lasipinnalle kuten esimerkissä XI. Titaanimetallikalvo kerrostetaan sputteroimalla titaanikatodia argonissa. Päällysteen kromaattisuuskoordinaatit ovat x = 0,2402 ja y = 0,2265 lasipinnalta. Havaittu väri on purppuransini-15 nen ja valonheijastavuus on 5,32 % päällystämättömältä lasipinnalta.

Edellä olevat esimerkit on annettu tämän keksinnön etujen kuvaamiseksi. Kylmä 20-prosenttinen kloorivetyhap-po tai kylmä 30-prosenttinen typpihappo eivät syövytä tau-20 lukoiden II ja III päällysteitä 24 tunnissa. Viiden tun nin lämpökokeessa 135°C:ssa tapahtuu pieni valonläpäise-vyyden muutos ja pieni heijastuneen värin muutos. Tämä olisi yhdenmukaista suojaavan oksidin kasvun kanssa Inconel-pinnalle, prosessi, jonka pitäisi olla itsera-. 25 joittava.

Tiivistyvän kosteuden Cleveland-kokeessa n. 66°C:ssa päällysteissä ei havaittu mitään muutosta neljässä kuukaudessa. Hankaus kynäpyyhkimellä tai syklinen harjauskoe, joita käytetään päällysteiden arvioimiseen niiden sisäi-30 sen monoliittisen kiillon suhteen, eivät vaikuta päällysteisiin. Kuitenkin hankaaminen kostealla tai kuivalla hoh-kakivellä osoittaa, ettei päällyste ole yhtä kova kuin titaaninitridiä sisältävät päällysteet.

9650/ 18

Titaanioksinitridistä ja metallilejeeringistä koostuvat yhdistelmäkerrokset voivat tuottaa muutamia houkut-televia tuotteita. Kuitenkin metalli/titaanioksinitridi/-metallisysteemi voi tuottaa paljon laajemman sarjan hei-5 jastusvärejä ja valonläpäisevyyksiä käyttäen vain kahta materiaalia. Titaanioksinitridi on läpinäkyvä, kemiallisesti kestävä, sillä on suuri taitekerroin ja se on yhtä nopea kerrostaa kuin tinan ja sinkin oksidit, joilla on huonommat ominaisuudet. Hapen pitoisuus typessä ei ole 10 yhtä kriittinen prosessille kuin saattaisi luulla, ellei kerrostusnopeutta viedä sen absoluuttiseen maksimiin. Tämä lieventää lisävaikeutta, että koneen sisäiset monitorit ovat luotettavia vain läpäisevyysmittaustavassa, joka ei kykene erottamaan kalvon paksuuden kasvusta joh-15 tuvaa läpäisevyyden pienenemistä absorption kasvusta johtuvasta läpäisevyyden pienenemisestä. Näin ollen kak-sikerrospäällysteen värin hallinnan ei pitäisi olla vaikeaa. Värin hallinta on hieman monimutkaisempaa kolmi-kerrospäällysteellä, joka jos se on liian heijastava, 20 voidaan tehdä vähemmän heijastavaksi tekemällä päällim mäinen metallikerros ohuemmaksi tai alimmainen metalli-kerros paksummaksi.

Edellä olevat esimerkit on annettu tämän keksinnön kuvaamiseksi. Erilaisia sputterointiolosuhteita voi-25 daan käyttää, hapen ja typen suhdetta voidaan vaihdella ja tämän keksinnön titaanioksinitridikalvoa voidaan käyttää eri paksuuksina ja konfiguraatioina muiden metallia sisältävien kalvojen kanssa heijastavien värien laajan kirjon aikaansaamiseksi. Tämän keksinnön suojapiiri mää-30 ritellään seuraavilla patenttivaatimuksilla.

il IU i 1111 1.1 i OI , i

Claims (14)

19 9650/

1. Lasituote, tunnettu siitä, että se käsittää titaanioksinitridipäällysteen lasialustan pinnalla 5 ja lisäksi metallikalvopäällysteen titaanioksinitridipäällysteen pinnalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lasituote, tunnettu siitä, että metallikalvopäällyste on hopeaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lasituote, 10 tunnettu siitä, että titaanioksinitridipäällyste on kerrostettu kahden metallipäällysteen väliin.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen lasituote, tunnettu siitä, että metallipäällysteet on muodostettu nikkelilejeeringistä, rautalejeeringistä, 15 esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä, titaanista tai niiden seoksista.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen lasituote, tunnettu siitä, että titaanioksinitridipäällyste on sidottu suoraan alustaan ja metallikerros on ker- 20 rostettu titaanioksinitridikerroksen päälle.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen lasituote, tunnettu siitä, että se käsittää toisen titaanioksinitridikerroksen metallikerroksen pinnalla.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 25 lasituote, tunnettu siitä, että se on värillinen rakennustuote.

8. Menetelmä titaania sisältävän päällysteen valmistamiseksi lasialustalle, tunnettu siitä, että titaanioksinitridikerros sputteroidaan lasialustalle typ- 30 peä ja happea sisältävässä atmosfäärissä ja metallikerros . sputteroidaan titaanioksinitridikerroksen pinnalle.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että titaanioksinitridikerros muodostetaan suoraan alustalle. Of.-" »·'; ’

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallikerros on hopeaa.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen titaanioksinitri- 5 dikerros sputteroidaan metallikerrokselle.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallikerros kerrostetaan ensin lasialustalle ja titaanioksinitridiä sputteroidaan sen päälle.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen metallikerros kerrostetaan titaanioksinitridikerroksen päälle.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metalli on nikkeli-15 lejeerinki, rautalejeerinki, kuten ruostumaton teräs, ti taani tai niiden seos. il i l«>fr lii» Η I -Hl - - t 9650'/