JP6846053B2 - アルミニウムキャリアと銀反射層とを有する反射性複合材料 - Google Patents

アルミニウムキャリアと銀反射層とを有する反射性複合材料 Download PDF

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Description

本発明は、アルミニウムからなるキャリアと、該キャリア上に配された、陽極酸化されたキャリア材料からなる中間層と、該中間層上に被着された、少なくとも三層、その際、第一及び第二の上側層は誘電体層及び/又は酸化物層であり、最下層は反射層を形成する、銀からなる金属層である、からなる光学的効果を有する多層系とを含んでなる反射性複合材料に関する。
この種の材料は、MIRO(登録商標)‐Silverの商標名の、表面被覆されたアルミニウム板として、照明技術、種々のデイライトシステム及び装飾アプリケーションの分野に広い普及を見ている。この場合、該表面処理は、敏感なアルミニウム表面の保護を向上させるとともに光反射率を高めるのに有用である。該表面被覆処理プロセスは、連続的に実施可能な二つの異なったプロセスからなり、詳細に言えば、総じてアルマイト処理と称される、電解研磨ならびに陽極酸化を含む、湿式化学プロセスによる中間層の生成プロセスと、真空中における光学的効果を有する多層系の被着プロセスとからなっている。
高い全反射率を有する反射体のキャリア材料として、広く、最低純度99.8%の圧延アルミニウム板が使用されるが、そのため‐未加工アルミニウムは敏感な表面を有するがゆえに‐使用性を保持すべく、機械的・化学的影響作用から保護するための中間層が被着されなければならない。この保護的中間層は湿式化学的アルマイト処理によって生じ、その際、該中間層の被着により、表面が十分に低い粗さと十分な硬度を有すると同時に全体として瑕疵なく形成されるようにすることが可能である。その際、純度及び/又は粗さを変化させることにより、全反射のレベルに影響を与えることが可能であり、他方、アルミニウムキャリアの圧延構造を適切に変化させることにより、拡散反射の程度に影響を与えることが可能である。該アルマイト層上に高反射性高純度銀層が蒸着される。これは光学的に密であり、可視光域において極度に高い全反射率を有する。
上記光学的多層系の、反射層(銀層上に位置する少なくとも二つの層は、一般に、誘電体層であり、その際、高屈折率を有する第一の上側層(最上層としての酸化物層たとえば酸化アルミニウム層又は酸化チタン層の使用及びその下に位置する低屈折率の、銀層上に蒸着された第二の上側層としての二酸化ケイ素層の使用は、好ましい特殊ケースを表している。これに関する詳細な記述は、たとえば、“elektrowarme international”53(1995)B4‐November,S.B215‐B223所収の、言うまでもなく金属質反射層としてアルミニウムが使用される公知のMIRO(登録商標)法の説明からも看取することができる。
一般に、放射が当たる物体において、放射は、物体の反射率(反射能)、吸収率(吸収能)及び透過率(透過能)によって決定される、反射成分、吸収成分及び透過成分に区分される。反射能、吸収能及び透過能とは、入射する放射の(たとえば、紫外領域、可視光領域、赤外領域及び熱放射領域における)波長に応じて一個同一の材料につき種々異なった値を取り得る光学的性質である。その際、吸収能に関してはキルヒホッフの法則が既知であり、それによれば、吸収率はそれぞれ一定の温度及び波長にて放出率とコンスタントな関係にある。したがって、吸収能にとっては、いわゆる“黒体”の放射強度、スペクトル分布密度、波長及び温度の間の一定の関係がそれらによって記述される、ウィーンの変位則ないしプランクの法則ならびにシュテファン・ボルツマンの法則も重要である。その際、計算に際しては、その種の“黒体”は存在せず、実在の物体はそれぞれ固有な形で理想分布から偏移していることに注意しなければならない。
公知の複合材料では、特に、たとえばDIN5036、Teil3に準拠して測定された、98パーセントを上回るまでに達するピーク値を有する光全反射率で表される、可視光領域における高い反射能が一定の役割を果たしている。さらに、好ましくは半製品とし供給される公知の材料の場合、そのすぐれた加工性、特にその成形性が際立っている。ただし、特に、長期使用される場合、高温環境たとえば高温気候中で使用される場合あるいは強力な熱放射を伴う発光手段とともに使用される場合の問題として、Miro(登録商標)‐Siver材料は、金属質反射層がアルミニウムからなる既に長年来にわたって公知のMiro(登録商標)材料よりも、急速に反射能の喪失に至ることがある旨判明した。前述した材料の相違に鑑み、拡散プロセスと結び付いた銀の腐食がこの現象の原因と見なされる。この場合、低級なアルミニウムキャリアと貴金属として電気化学系列において高い標準電位を有する銀からなる反射層との間の電気化学ポテンシャル差が拡散促進的に作用すると見なされることが出発点とされなければならない。
本発明の目的は、高い反射率と、したがって、反射系への特別な適性を有するとともに、長期にわたり、特に室温(20℃)に比して高い温度時に、光全反射率の減損程度が僅かであり、高い機械荷重容量を有する、つまり、特に耐摩耗性を具えた表面を有する冒頭に述べたタイプの複合材料を創作することである。
上記目的は、本発明により、上記中間層上側かつ上記反射層下側に拡散防止バリア層が配置され、該反射層が接着促進層を介して上記バリア層に結合されることによって達成される。
上記バリア層により、有利には、銀粒子の移動‐特に、反射層(銀層下側にある中間層(陽極酸化された層になお細孔が存在していれば該細孔を通じた銀イオンの移動が想定される‐が妨げられあるいは少なくともほとんど阻止される。これにより、上記反射層(銀層と上記アルミニウムキャリアとの間に腐食促進作用をもたらす局部電池はなんら生じ得ず、そのため、光全反射率は長期にわたり安定的に保たれることになる。
特に、上記バリア層は、好ましくは金属クロム又はニッケルを含む金属層又は窒化物層であってよく、その際、上記バリア層が金属、特にクロムからなる場合には、上記層系の反射効果をさらにいっそう高めることさえも可能である。また、パラジウムも上記バリア層の思量可能な層成分と見なされる。
上記バリア層は‐より一般的に言って‐有利には、化学組成CrNiの物質を含有し、その際、添え字w、x、y及びzは、好ましくは、以下、つまり‐0≦w≦1及び0≦x≦1(ここで、添え字w又はxの少なくとも一方はゼロより大である)及び0≦y≦1、0≦z≦5‐の関係が当てはまる化学量論比又は非化学量論比を表している。この場合、上記化学式により、クロム(x、y、z=0)、ニッケル(w、y、z=0)、金属間クロム・ニッケル化合物(y、z=0)ならびに窒化クロム化合物及び/又は窒化ニッケル化合物(z=0)、酸化クロム化合物及び/又は酸化ニッケル化合物(y=0)ないし酸窒化クロム化合物及び/又は酸窒化ニッケル化合物が含まれている。その際、添え字x=0の場合には、それは好ましくはニッケル無含有、つまり重金属無含有の層である。
本発明により、有利には、さらに加えて上記アルミニウムキャリア上への銀の拡散経路が塞がれた層構造が生成される。その際、上記バリア層は好ましくは‐特に金属クロム層であれば‐50nmから150nmまでの範囲内の厚さを有していてよい。ただし、一般に、上記バリア層の厚さは5nmから500nmまでの範囲内にあってよく、その際、10nmから200nmまでの範囲が好ましく、15nmから70nmまでの範囲が特に好ましい。
拡散の場合、フィックの第一法則によれば、粒子流密度(流束)J(mol m−2−1)は、拡散方向とは反対の濃度勾配(推力)∂c/∂x(mol・m−4)に比例している。比例定数は拡散係数D(m−1)である。
Figure 0006846053
したがって、拡散係数は粒子の可動性の尺度であり、単位時間当たり移動距離の平均平方から算定することができる。固体中の拡散には、さまざまな格子サイト間のジャンプが必要である。その際、粒子はエネルギー障壁Eを越えなければならないが、これは高温時の方が低温時よりも容易に可能である。これは以下の関係式によって記述される。
Figure 0006846053
E‐エネルギー障壁(単位:J・mol−1
R‐一般気体定数(単位:J・K−1mol−1
T‐温度(単位:K)
上記バリア層によって、銀の拡散係数は低下させられる。この場合、拡散係数の低下は、銀粒子が上記バリア層においてさまざまな格子サイト間を移り変わるために越えなければならないエネルギー障壁Eが、中間層(陽極酸化されたアルマイト層におけるエネルギー障壁よりも大であることに帰着することができる。したがって、反射層(銀層の下に位置する上記中間層(陽極酸化層の細孔によるか又は上記層自体の酸化アルミニウムによる、下方の‐上記キャリアへの‐粒子移動は、第一の拡散法則の趣旨からして阻止されている。特に、室温よりも高い温度時に上述した関係式にしたがって生ずる、光全反射率の低下として現れる老化現象は、これによって、極度に緩慢化される。
その際、上記中間層(陽極酸化層は‐それが表面に位置していない場合でも‐上記バリア層、上記接着促進層及び上記光学的多層系とともに、本発明による複合材料の高い耐引っ掻き性ないし耐拭き取り性ならびに耐腐食性の設定に非常に重要である。
上記中間層(酸化アルミニウム層の細孔は、一連の湿式化学処理工程の最終段階において、水蒸気によって行なわれる高温圧縮によって閉塞可能であり、これによって、上記キャリア上に耐久性ある表面が生ずる。これによってさらに拡散阻止作用がもたらされる。その際、上記アルミニウムキャリアによって‐その厚さが、好ましくは0.01μmから10.0μmまでの範囲内、好ましくは0.5μmから2.0μmまでの範囲内、特に好ましくは0.7μmから1.5μmまでの範囲内にあってよい中間層(アルマイト層にとっても‐本発明による複合材料が以後の成形工程時に求められる再加工要件に問題なく耐えることのできる卓越した成形性を保証することが可能である。その際、上記キャリアが有する高い熱伝導率ならびに太陽光波長領域における反射促進性表面形成能ないし上記のその他の層がそれに続く、拡散及び指向性反射率の可変的な表面形成能も強調しておかなければならない。
本発明による複合材料は、特に、1400mmまでの幅、好ましくは1600mmまでの幅を有するコイルとして形成されていてよい。その際、アルミニウム板からなる本発明によるこの種の反射体材料は、光学的、機械的及び化学的材料特性を損なうことなく、成形可能である。
本複合材料の製造にあたり上記バリア層上に析出される反射層(銀層の、上記バリア層材料‐特にクロムへの‐付着性を向上させるため、上記接着促進層が設けられている。その際、特に、酸化物系接着促進剤たとえば、銀に対して僅かな反応性しか有していない、好ましくはAl、TiO又はCrOが使用される必要があるが、この場合、sはまたも化学量論比又は非化学量論比を表している。その際、上記接着促進層の層厚さは、1nmから50nmまでの範囲内、好ましくは5nmから25nmまでの範囲内、特に好ましくは10nmから20nmまでの範囲内にあってよい。
上記反射層の厚さは30nmから200nmまでの範囲内にあってよい。これにより、冒頭に述べた物理的関係式の趣旨からして、電磁放射の僅かな透過率と高い反射率が保証される。その際、上記反射層(銀層は‐記述したその他のすべての層も同様であるが‐部分層から形成されていてもよい。該反射層(銀層の好ましい厚さと見なされるのは40nmから150nmまでの範囲内の厚さであり、特に好ましい厚さと見なされるのは50nmから100nmまでの範囲内の厚さである。
上記バリア層、上記接着促進層ならびに上記光学的多層系をなす層は、スパッタ層、特に、反応性スパッタリングによって生じた層、CVD(Chemical Vapor Deposition)又はPE‐CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)層又は蒸着、特に電子衝撃によるか又は熱源から生じた層であってよく、そのため、上記中間層上に位置する多層系の全体は、プロセス技術的に最適な方途にて、真空中で、特に、一つの連続的方法で被着された一連の層からなっている。その際、上記方法により、有利には、添え字w、x、y及びzに関する上記一連の層の化学組成を一定の、不連続な値に設定することが可能となるだけでなく、上記化学量論比又は非化学量論比をそれぞれ一定の限界内でスムーズに変化させることも可能となる。
このようにして、たとえば、ペアリングによって反射率の上昇をもたらす二つの上側層のそれぞれの屈折率も、第一の上側層(最上層がその下にある第二の上側層よりも高い屈折率を有する場合に、的確に設定することが可能である。上記反射層(銀層上方に位置する二つの層の材料は、化学的に、金属酸化物、金属フッ化物、金属窒化物又は金属硫化物又はそれらの混合物のグループに属していてよく、その際、これらの層は異なった屈折率を有している。かくて、上記屈折率の差は‐波長550nmを基準として‐たとえば0.10を上回り、好ましくは0.20を超えていてよい。その際、上記第一の上側層(最上の、高屈折率を有する層の材料としては、特に、Ta、Nb、MoO、TiO及びZrOを使用することができ、その下に位置する、第二の上側層(低屈折率を有する層の材料としては、Al及びSiOを使用することができる。
その際、上記酸化物中の酸素の添え字、特に、TiOの添え字“2”については、上記酸化物層はかならずしも完全に化学量論比を有している必要はなく、それらは、さらに化学量論的構造を有する酸化物とほぼ同じ高さの光透過率を有している限りで、その他の酸化物又は亜酸化物として存在していてもよいということができる。
上記光学的多層系の上記第一の上側層及び上記第二の上側層のそれぞれの光学的厚さは、好ましくは‐これらの層が反射率向上性干渉層として機能し得るように‐反射さるべき電磁放射のスペクトル領域の平均波長の約四分の一であるように設定される必要があろう。
上記第一の上側層(上側の高屈折率を有する誘電体層は、特に、30nmから200nmまでの範囲内、好ましくは40nmから100nmまでの範囲内、特に好ましくは45nmから65nmまでの範囲内の厚さを有していてよい。
その第二の上側層(下側に位置する低屈折率を有する上記誘電体層は、特に、30nmから200nmまでの範囲内、好ましくは40nmから100nmまでの範囲内、特に好ましくは50nmから70nmまでの範囲内の厚さを有していてよい。
上記反射層(銀層への付着性を向上させるためあるいは上記反射層(銀層からの上記第二の上側層(低屈折率層の剥離を防止するために、同じく特に酸化物層であって、好ましくは、CrOからなっていてよいさらに別の接着促進層が設けられていてよい。その際、この第二の接着促進層は、基本的に、上記第一の接着促進層と同じ範囲内にある厚さを有していてよい。ただし、一般に、該接着促進層は、該層によって十分な接着促進作用が達成されるとともに該層によってもたらされる吸光効果ができるだけ僅かであるように、可能な限り最小に選択された厚さを有している必要があろう。
上記光学的多層系の上記第一の上側層(上側の高屈折率を有する層の上に、付加的な第四層としてさらに、高い透過能を有するとともに機械的耐性及び耐腐食性を向上させる、特に、酸化ケイ素層及び/又は窒化ケイ素層である被覆層が配置されていてもよい。該被覆層の直下に位置する誘電体層がPVD(Physical Vapor Deposition)法で被着されたNb層及びTa層であれば、卓越した付着性が達成可能であり、その際、これはまた本発明による複合材料の高い硬度及び弾性をも促進する。別法として、二酸化チタン層も好適である。その際、上記光学的多層系の上記被覆層は、有利には、3nmの最低厚さを有していてよい。
特に5nmから20nmまでの厚さを上回ると、該層はその保護効果の点で早くも有意な効率を示し、その際、時間消費、材料消費及びエネルギー消費の増加は僅かでしかない。こうした観点からするこの層厚さの上限値は約500nmである。
本発明のさらにその他の好適な実施例は従属項及び以下に記載の詳細な説明に述べたとおりである。
添付図面によって具体的に示した実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。各図は以下を示している。
本発明による複合材料の原理的な断面図であり、その際、同図に含まれている層の厚さは純粋に概略的に表されており、忠実な縮尺に基づいているものではない。 本発明によるものではない複合材料試料と本発明による複合材料試料との、当該テスト時間にわたる、反射率の比較グラフである。
記述した実施例は、特に太陽光波長領域に高い反射率を有する、本発明による複合材料Vに関する。該材料は、好ましくは、光学放射‐したがって、100nmから1mmまでの波長領域の電磁放射‐の反射に使用可能である。
上記複合材料Vは、特に変形可能な、アルミニウムからなる板状キャリア1と、該キャリア1のA面側に位置する中間層2と、該中間層2に被着された光学的効果を有する多層系3とから成っている。
DIN5036、Teil3に準拠して測定された光全反射率は、上記光学的多層系3のA面側において、95%を上回り、好ましくは少なくとも97%、特に好ましくは少なくとも98%である。
上記複合材料Vは、好ましくは1600mmまでの幅、好ましくは1400mmの幅を有し、しかも‐場合により存在する裏面Bの層を含め‐約0.2mmから1.7mmまで、好ましくは約0.3mmから0.8mmまで、特に好ましくは0.4mmから0.7mmまでの厚さDを有するコイルとして形成されていてよい。その際、上記キャリア1のみは、好ましくは、0.2mmから0.6mmまでの範囲内の厚さD1を有していてよい。
上記キャリア1のアルミニウムは、特に、99.0%を上回る純度を有していてよく、これにより、該キャリアの熱伝導性が促進される。これにより、ヒートピークの発生を防止し、したがって、拡散係数を低く保つことが可能である。ただし、たとえば、上記キャリア1は、0.5mmの厚さD1を有する帯状のアルミニウム板Al98.3(純度98.3パーセント)であってもよい。この種の板の最低厚さD1は100μmであってよく、他方、厚さD1の上限は約1.5mmであってよい。また、陽極酸化によって上記中間層2を形成することが可能な限りで、キャリア1としてアルミニウム合金たとえばAlMg合金を使用することも可能である。
上記中間層2は、上記キャリア材料から形成された陽極酸化アルミニウムからなり、10nmから10.0μmまでの範囲内、好ましくは500nmから2.0μmまでの範囲内、特に好ましくは700nmから1.5μmまでの範囲内の厚さD2を有していてよい。該中間層は湿式化学的方途で作製可能であり、その際、酸化アルミニウム層の細孔は一連の処理工程の最終段階で高温圧縮によって閉塞されることが可能である。
この場合、上記中間層2の表面は、0.05μm未満、特に0.01μm未満、特に好ましくは0.005μm未満の範囲内の算術平均粗さを有しているのが好ましい。これは、上述した高い光全反射率が存在する場合に、DIN5036に準拠して定められる最低拡散光反射率の設定に有用である。もっと高い拡散光反射率が求められる場合には、粗さを相応して引き上げることが可能である。
上記光学的多層系3は少なくとも三つの層4、5、6を含み、その際、第一の上側層4、第二の上側層5は誘電体層及び/又は酸化物層であり、最下層6は、反射層6を形成する、銀からなる金属層である。上記光学的多層系3の第一の上側層及び第二の上側層4、5のそれぞれの光学的厚さD4、D5は‐層4、5が反射率向上性干渉層として機能し得るように‐反射さるべき電磁放射のスペクトル領域の平均波長の約四分の一であるように設定される必要があろう。上記反射層6の厚さD6は、好ましくは、40nmから150nmまでの範囲内にあってよい。
上記光学的多層系3の上記上側層4には、図示実施例において、オプショナルに設けられる、厚さD7を有する酸化ケイ素層である被覆層7が被着されている。また、上記光学的多層系3に窒化ケイ素層又はオキシ窒化ケイ素層である被覆層7が被着されているようになされていてもよい。上記光学的多層系3は‐上記被覆層7を含め‐連続真空コイル塗装法を使用して技術的に有利な方法で塗設可能である。
同じく、オプショナルに設けられる上記被覆層7は、化学組成Siを有する混合層であってよく、その際、添え字a、b、c、d及びeは、化学量論比又は非化学量論比を表し、次のようにして、つまり、上記被覆層7が、選択された層厚さD7において、僅かな吸光率、特に、10パーセント未満、好ましくは5パーセント未満、特に好ましくは1パーセント未満の吸光率しか有さず、その際、炭素含有量が‐上記被覆層7の総質量を基準として‐0原子百分率、特に、0.2原子百分率から15.0原子百分率までの範囲内、好ましくは0.8原子百分率から4.0原子百分率までの範囲内にあるようにして設定されている。かくて、添え字a=1に対して、他の添え字は以下の範囲内‐0≦b≦2、0≦c≦2、0≦d≦4/3、0≦e≦1‐にあってよい。その際、添え字b、c、dの少なくとも一つはゼロとは相違している必要があろう。
この種の層は、特にCVD層として、好ましくはPE‐CVD層として被着されてよく、その際、該層を使用する利点はそれが腐食性媒体に対してバリア層として機能し、その際、特に、炭素の割合によって、純セラミックSiO層よりも高度な柔軟性と靭性とを有する層を設定することが可能であるという点にある。
最後に、上記光学的多層系3に、被覆層7として、特に、0.5μmから5μmまでの範囲内の好ましい層厚さを有する、ゾル‐ゲル層ベースの有機ケイ素塗料層が被着されていてもよい。
本発明による複合材料の、長期使用時及び/又は高温時における、光全反射率の減損の僅少化を達成するため、したがって、老化プロセスを緩慢化するために、本発明によれば、上記中間層2の上方かつ上記反射層6の下方に拡散防止バリア層8が配置されている。
上記反射層6は、接着促進層9を介して上記バリア層8に結合されている。既に述べたように、上記バリア層8は金属層又は窒化物層であってよく、その際、特に金属クロムが好ましいと見なされる。
一般的に言って、上記バリア層8は、好適には、化学式CrNiを有する物質を含んでいてよく又は完全に該物質から構成されていてよい。添え字w、x、y及びzは化学量論比又は非化学量論比を表しており、該添え字には、好ましくは、以下すなわち‐0≦w≦1及び0≦x≦1、その際、添え字w又はxの少なくとも一方はゼロより大であり、0≦y≦1、0≦z≦5‐を当てはめることができる。上記バリア層8は、好ましくは、10nmから200nmまでの範囲内の厚さD8を有していてよい。窒化クロム層の場合には、最低厚さD8は特に40nmであってよい。上記バリア層8において、拡散する銀の拡散係数は、酸化アルミニウムにおける拡散に比較して、大幅に低下している。
上記接着促進層9は、銀からなる反射層6の上記バリア層8への接着を向上させるために設けられている。この場合、適切な層材料と見なすことができるのは、特に、酸化物系接着促進剤たとえば好ましくはAl、TiO又はCrOであり、その際、sはまたも化学量論比又は非化学量論比を表しており、0<s<1.5の範囲内にある必要があろう。この場合、上記接着促進層の層厚さD9は、1nmから50nmまでの範囲、好ましくは、5nmから25nmまでの範囲内にあってよい。特に好ましいと見なされるのは10nmから20nmの範囲である。
接着向上と、反射層(銀層6からの第二の上側層(低屈折率層5の剥離を防止するために‐図示したように‐同じく特に酸化物層であって、好ましくはCrOからなっていてよいさらに別の接着促進層10が設けられていてよい。その際、その位置からして光学的多層系3に属するこの第二の接着促進層10は、0.1nmから10nmまでの範囲内、好ましくは0.5nmから5nmまでの範囲内にある厚さD10を有していてよい。酸化クロム化合物、特に、三価のクロムに比較して化学量論比を下回る量のCrO化合物については吸光効果が知られている。ただし、この効果は、特に厚さD10が上述した好ましい範囲内にあれば、高い光全反射率を僅かに低下させるにすぎない。
上記バリア層8と上記接着促進層9、10は‐上記光学的多層系の層4、5、6と同様に‐スパッタ層、特に、反応性スパッタリングによって生じた層、CVD層又はPE‐CVD層又は蒸着、特に電子衝撃によるか又は熱源から生じた層であってよく、そのため、上記中間層上に位置する上記多層系の全体は、真空中で、特に、一つの連続的方法で被着された一連の層からなっている。
本発明による複合材料Vのすべての層ならびにそれら層間の強度な付着は高い耐引っ掻き保護に貢献する。特に、比較的厚く硬い中間層(アルマイト層2ならびにその上に位置する比較的薄くかつそれほど硬くない誘電体層のいずれもが相乗的作用によって該保護に貢献する。これは、先のDIN58196に取って代わった目下有効な規格DIN ISO 9211‐4:2012に準拠した拭き取りテストで確認することができる、たとえば、高い耐拭き取り性のうちに表れる。該規格中の表1には、以下に挙げた重度レベルが記載されている。
Figure 0006846053
上記の表とは異なって、本発明による複合材料V(オプショナルな被覆層7なし)は木綿布に代えてフェルト布でテストされた。その際、フェルト面で100回の拭き取りストロークを実施した後、表面にはなんらの損傷も見出されなかった。
一般に、引用規格に日付が挙げられていない場合には、出願時点において有効な版が意義を有する。
本発明によって達成可能な特性改善は以下のうちに、つまり、本発明による複合材料が、規格DIN ISO 9211‐4:2006に基づき、凝縮と組み合わされてUV‐B線に曝露された後、高い温度(≧50℃)にて少なくとも168hの負荷後に視覚的な表面変化はなんら発生せず、あるいは、(DIN5036‐3によるLEDアプリケーションにつき)1%未満の光全反射率低下ないし(ASTM G173‐03の太陽光スペクトルAM1.5によるソーラーアプリケーションにつき)1%未満の太陽光加重全反射率低下しか生じなかったという事態のうちに表れた。これは、本発明による複合材料が規格に規定された条件下で照射なしの純然たる凝縮に曝露された、目下有効な版の米国検査規定ASTM D4585“Testing Moisture Resistance
of coatings with Controlled Condensation”に基づくテストについても同様である。冒頭に述べた本発明によるものではない公知の材料によっては、これらの値は達成されなかった。
以下に示した比較例及び本発明による実施例については、試料表面で測定されたUV‐A線及びUV‐B線総強度が70mW/cmから150mW/cmまでの範囲にある、ASTM E‐927‐85“Standard Specification for Solar Simulation for Terrestrial Photovoltaic Testing”、“Type Class A”に準拠した太陽シミュレータが使用された。この場合、境界条件として、それぞれの試料は試料表面で測定された温度が≧150℃であるように温度調節されたとの旨が遵守された。それぞれ検査されたサンプルは、(DIN5036‐3によるLEDアプリケーションにつき)光全反射率Y(D65)の低下が1%未満又は、(ASTM G173‐03の太陽光スペクトルAM1.5によるソーラーアプリケーションにつき)太陽光加重全反射率Rsolarの低下が1%未満であった場合に、テストに合格していた。いずれの場合にあっても問題はパーセントで表された反射値であることから、それぞれの値の低下については統一的に符号ΔRが使用される。この基準を超えない反射率変化ΔRにつき、合格と判定さるべき負荷持続時間は、UV線総強度が150mW/cmの場合、少なくとも500hであり、他方、UV線総強度が70mW/cmの場合、それは少なくとも1000hに達しなければならない。
以下に図2に関連して示した比較例ならびに本発明による実施例の各層の厚さは、それぞれ、上記に好ましいとして挙げた範囲内ないし‐もしそれが記載されていれば‐特に好ましいとして挙げた範囲内にあった。
比較例1(図2中の符号V1)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
中間層2と反射層6との間の接着促進層:TiO
バリア層8:なし
反射層6:銀
第二の上側層(下側誘電体層5:Al
第一の上側層(上側誘電体層4:Nb
上記中間層2の上方に位置する第一及び第二の上側層(誘電体層4、5は電子ビーム蒸着によって被着された。
72時間後に反射率の低下ΔRは4%を上回った。テストは不合格であった。
比較例2(Miro(登録商標)Silver、図2中の符号V2)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
中間層2と反射層6との間の接着促進層:TiO
バリア層8:なし
反射層6:銀
第二の上側層(下側誘電体層5:Al
第一の上側層(上側誘電体層4:TiO
上記中間層2の上方に位置する第一及び第二の上側層(誘電体層4、5は電子ビーム蒸着によって被着された。
336時間後に反射率の低下ΔRは1%を超えた。テストは不合格であった。
比較例3(図2中の符号V3)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
中間層2と反射層6との間の接着促進層:TiO
バリア層8:なし
反射層6:銀
第二の上側層(下側誘電体層5:SiO
第一の上側層(上側誘電体層4:TiO
上記中間層2の上方に位置する第一及び第二の上側層(誘電体層4、5は電子ビーム蒸着によって被着された。
336時間後に反射率の低下ΔRは1%を超えた。テストは不合格であった。
実施例1(本発明による、図2中の符号B1)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
バリア層8:金属クロム
バリア層8と反射層6との間の接着促進層9:TiO
反射層6:銀
第二の上側層(下側誘電体層5:Al
第一の上側層(上側誘電体層4:Nb
上記中間層2の上方に位置する第二の上側層(下側誘電体Alの層5は電子ビーム蒸着によって被着され、他方、第一の上側層(上側誘電体Nbの層4はマグネトロンスパッタコーティングによって被着された。
1000時間後に反射率の低下ΔRは1%未満であった。テストは合格であった。
実施例2(本発明による、図2中の符号B2)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
バリア層8:金属クロム
バリア層8と反射層6との間の接着促進層9:TiO
反射層6:銀
第二の上側層(下側誘電体層5:Al
第一の上側層(上側誘電体層4:TiO
上記中間層2の上方に位置する第二の上側層(下側誘電体Alの層5は電子ビーム蒸着によって被着され、他方、第一の上側層(上側誘電体TiOの層4はマグネトロンスパッタコーティングによって被着された。
1000時間後に反射率の低下ΔRは1%未満であった。テストは合格であった。
実施例3(本発明による、図2中の符号B3)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
バリア層8:金属クロム
バリア層8と反射層6との間の接着促進層9:TiO
反射層6:銀
第二の上側層(下側誘電体層5:SiO
第一の上側層(上側誘電体層4:Nb
上記中間層2の上方に位置する第二の上側層(下側誘電体SiOの層5はプラズマ化学気相成長(PE‐CVD)によって被着され、他方、第一の上側層(上側誘電体Nbの層4はマグネトロンスパッタコーティングによって被着された。
1000時間後に反射率の低下ΔRは1%未満であった。テストは合格であった。
実施例4(本発明による、図2中の符号B4)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
バリア層8:金属Ni80Cr20 (80:20 質量パーセント)
バリア層8と反射層6との間の接着促進層9:TiO
反射層6:銀
反射層6と第二の上側層(誘電体層5との間の接着促進層10:CrO
第二の上側層(下側誘電体層5:Al
第一の上側層(上側誘電体層4:Nb
上記中間層2の上方に位置する第二の上側層(下側誘電体Alの層5は電子ビーム蒸着によって被着され、他方、第一の上側層(上側誘電体Nbの層4はマグネトロンスパッタコーティングによって被着された。
1000時間後に反射率の低下ΔRは1%未満であった。テストは合格であった。
実施例5(本発明による、図2中の符号B5)
層システム(下から上へ)
キャリア1:アルミニウム
中間層2:アルマイト
バリア層8:金属Ni80Cr20 (80:20 質量パーセント)
バリア層8と反射層6との間の接着促進層9:TiO
反射層6:銀
反射層6と第二の上側層(誘電体層5との間の接着促進層10:CrO
第二の上側層(下側誘電体層5:Al
第一の上側層(上側誘電体層4:TiO
被覆層7:炭素含有量1%のSiO
上記光学的多層系3上に被着された上記被覆層7はPE‐CVD法によって被着された。
1000時間後に反射率の低下ΔRは1%未満であった。テストは合格であった。
当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、付加的な好適な対策によって本発明を補足することが可能である。たとえば‐同じく、図面に示したように‐特にキャリア1の光学的多層系3とは反対側の面B‐該キャリアはオプショナルにこの面にも陽極酸化層11を有していてよい‐にさらに加えて装飾層12が被着されていてよい。この装飾層12は、金属質の、窒化チタン又は、光輝以外に一定の色合いも付与することのできるその他の適切な材料からなる鏡面層であってよい。これは、本発明による複合材料Vから灯火用リフレクタ本体が製造さるべき場合に特に好適である。
さらに別の好ましいアプリケーションケースは、本発明による複合材料Vの表面に、たとえば、チップの形のLED光源を配することである。この点に関するさらにその他の思量可能な詳細については、一例として、独国特許出願公開第102012108719号明細書の全体を参照されたい。
最終的に、本発明による複合材料Vは、長期的耐性を有する高い光全反射によって、たとえば米国特許第8915244号明細書に開示されているような、温室に設置されて、熱発生のために太陽光を集める太陽熱プラントへの使用に極めて適している。ここでも、さらにその他の思量可能な詳細については、上記文献の全体を参照されたい。
上記光学的多層系3には、上記反射層6の上方に、ペアをなす第一及び第二の上側層(上側誘電体層及び/又は酸化物層)4、5のみならず、この種の複数のペアリング層が配置されていてもよく、これによって、本発明による複合材料Vの反射率をさらにいっそう増幅することが可能である。この場合、オプショナルに設けられる接着促進層10は、好適には、この種のペアリング層の要素であってよく、その際、その種のペアリング層のうちにあって該接着促進層の上に位置する層は相応して高い屈折率を有している必要があろう。
本発明は、請求項1に画定された特徴コンビネーションに制限されるものではなく、全体として開示されたすべての個別特徴のうちの一定の特徴のその他のいかなる任意のコンビネーションによって画定されていてもよい。これが意味するところは、基本的に請求項1のいずれの個別特徴が実際に省かれてもあるいはそれが本出願のその他の箇所に開示された少なくとも一つの個別特徴に置き換えられてもよいということである。その限りで、請求項1は発明を画定しようとする第一の試みにすぎないと解されなければならない。
1 キャリア
2 中間層、A上の陽極酸化層
3 光学的多層系
4 3の第一の上側層(上側誘電体層
5 3の第二の上側層(下側誘電体層)
6 3の反射層
7 被覆層
8 バリア層
9 6と8との間の(第一の)接着促進層
10 5と6との間の(第二の)接着促進層
11 B上の陽極酸化層
12 装飾層
A 1の上側面
B 1の下側面
D Vの(総)厚さ
D1 1の厚さ
D2 2の厚さ
D4 4の厚さ
D5 5の厚さ
D6 6の厚さ
D7 7の厚さ
D8 8の厚さ
D9 9の厚さ
D10 10の厚さ
V 複合材料

Claims (28)

  1. アルミニウムからなるキャリア(1)と、該キャリア(1)の面(A)上に配された陽極酸化されたキャリア材料からなる中間層(2)と、該中間層(2)上に被着された光的多層系(3)とから構成され、前記光学的多層系(3)は、第一の上側層(4)と第二の上側層(5)と最下層(6)との少なくとも三層からなり、前記第一の上側層(4)及び前記第二の上側層(5)は、誘電体層及び/又は酸化物層であり、前記最下層(6)は、銀からなる反射層である反射性複合材料(V)であって、
    前記中間層(2)上方かつ前記反射層(6)下方に拡散防止バリア層(8)が配置され、前記バリア層(8)は、前記反射層(6)から前記中間層(2)への銀の移動を防止する10nmから200nmの範囲の厚さを有し、前記反射層(6)は、前記反射層(6)と前記バリア層(8)との間に位置し且つ前記反射層(6)及び前記バリア層(8)と直接接触する接着促進層(9)を介して前記バリア層(8)と結合され
    前記バリア層(8)は、クロム、ニッケル、クロム‐ニッケル合金及びパラジウムの群から選択された金属を含有するか又は完全に当該金属からなり、又は、化学組成Cr Ni の物質を含有するか又は完全に当該物質からなり、ここで、添え字w、x、y、zには、化学量論比又は非化学量論比で0≦w≦1、0≦x≦1、0≦y≦1、および0≦z≦5の関係が当てはまり、但し、w又はxの少なくとも一方が>0であり、w>0、x=0、y=0、z>0の場合、前記物質は非化学量論的酸化Crの組成物であり、w>0、x=0、y>0、z=0の場合、前記物質は非化学量論的窒化Crの組成物であることを特徴とする複合材料(V)。
  2. 前記バリア層(8)は金属層又は窒化物層であることを特徴とする、請求項1に記載の複合材料(V)。
  3. 前記バリア層(8)は、15から70nmまでの範囲内の厚さ(D8)を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の複合材料(V)。
  4. 前記光学的多層系(3)の前記第一の上側層(4)は前記光学的多層系(3)の前記第二の上側層(5)よりも高い屈折率を有する層であることを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  5. 前記第一の上側層(4)はTa 、Nb 、MoO 、TiO 及び/又はZrO からなり、前記第二の上側層(5)はAl 及び/又はSiO からなることを特徴とする、請求項4に記載の複合材料(V)。
  6. 前記光学的多層系(3)の前記第二の上側層(5)と前記反射層(6)との間にさらに別の接着促進層(10)が配置されていることを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  7. 前記(単数/複数の)接着促進層(9、10)は(単数/複数の)酸化物層であることを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  8. 前記(単数/複数の)接着促進層(9、10)はAl、TiO又はCrOから形成され、その際、sは化学量論比又は非化学量論比を表し、0<s<1.5の範囲内にあることを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  9. 前記(単数/複数の)接着促進層(9、10)はそれぞれ0.1nmから50nmまでの範囲内の厚さ(D9、D10)を有することを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  10. 前記バリア層(8)と前記反射層(6)との間に位置する前記接着促進層(9)の厚さ(D9)は5nmから25nmまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項9に記載の複合材料(V)。
  11. 前記光学的多層系(3)の前記反射層(6)と前記第二の上側層(5)との間に位置する前記接着促進層(10)の厚さ(D10)は、0.1nmから10nmまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項6に直接的又は間接的に従属する請求項9又は10に記載の複合材料(V)。
  12. 前記反射層(6)の厚さ(D6)は、30nmから200nmまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  13. 前記光学的多層系(3)上に酸化ケイ素層及び/又は窒化ケイ素層である被覆層(7)が被着されていることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  14. 前記光学的多層系(3)上に被覆層(7)として、化学組成Siを有する混合層が被着され、その際、添え字a、b、c、d及びeは、化学量論比又は非化学量論比を表し、次のようにして、つまり、前記被覆層(7)が、選択された層厚さ(D7)において、10パーセント未満吸光率しか有さず、その際、炭素含有量が、前記被覆層(7)の総質量を基準として、0.2原子百分率から15.0原子百分率までの範囲内にあるようにして設定されていることを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載の複合材料(V)
  15. 前記光学的多層系(3)上に被覆層(7)として、0.5μmから5μmまでの範囲内の層厚さを有する、ゾル‐ゲル層ベースの有機ケイ素塗料層が被着されていることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の複合材料(V)
  16. 前記光学的多層系(3)の前記第一の上側層及び第二の上側層(4、5)はそれぞれ、30nmから200nmまでの範囲内の厚さ(D、D)を有することを特徴とする、請求項1から15のいずれか一項に記載の複合材料(V)
  17. 前記光学的多層系(3)の前記第一の上側層及び第二の上側層(4、5)はそれぞれ、反射さるべき電磁放射のスペクトル領域の平均波長の四分の一の厚さ(D、D)を有することを特徴とする、請求項1から16のいずれか一項に記載の複合材料(V)
  18. 前記中間層(2)は、10nmから10.0μmまでの範囲内の厚さ(D)を有することを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載の複合材料(V)
  19. 前記中間層(2)の表面は、0.05μm未満の範囲の算術平均粗さ(R)を有することを特徴とする、請求項1から18のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  20. 前記中間層(2)内の細孔は、高温圧縮によって閉塞されていることを特徴とする、請求項1から19のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  21. 前記中間層(2)の上方に配置された一又は複数の層(4、5、6、7、8、9、10)はスパッタ層、CVD層PE‐CVD層は電子衝撃によるか又は熱源から生じた蒸着層であることを特徴とする、請求項1から20のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  22. 前記中間層(2)の上方に配置された少なくとも二つの層(4、5、6、7、8、9、10)は、真空中で、一つの連続的方法で被着された層であることを特徴とする、請求項1から21のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  23. 前記キャリア(1)のアルミニウムは99.0%よりも高い純度を有することを特徴とする、請求項1から22のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  24. 1600mmまでの幅を有するとともに、約0.1mmから1.5mmまでの厚さ(D)を有するコイルとして形成されていることを特徴とする、請求項1から23のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  25. DIN5036、Teil3に準拠して測定された前記光学的多層系(3)の面(A)における光全反射率は97%を上回ることを特徴とする、請求項1から24のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  26. 木綿布に代えてフェルト布が使用されるDIN ISO 9211‐4:2012に準拠した拭き取りテストに際し、少なくとも100回に達する拭き取りストローク運動後に表面の可視的損傷が認められないことを特徴とする、請求項1から25のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  27. DIN ISO 9211‐4:2006又はASTM D4585に準拠したテストに際し、高い温度(≧50℃)にて少なくとも168hの負荷後に視覚的な表面変化がなんら発生せず、あるいは‐DIN5036‐3によるLEDアプリケーションにつき‐1%未満の光全反射率低下しか、あるいは‐ASTM G173‐03の太陽光スペクトルAM1.5によるソーラーアプリケーションにつき‐1%未満の太陽光加重全反射率低下しか生じないことを特徴とする、請求項1から26のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
  28. ASTM E‐927‐85“Type Class A”に準拠した太陽シミュレータによるテストに際し、少なくとも150℃の温度を有する試料表面で測定されたUV‐A線及びUV‐B線総強度にて、光全反射率Y(D65)又は太陽光加重全反射率Rsolarの低下が1%未満であり、その際、この反射率変化を達成すべく合格と判定さるべき負荷持続時間は、UV線総強度が150mW/cmの場合、少なくとも500hであり、UV線総強度が70mW/cmの場合、少なくとも1000hであることを特徴とする、請求項1から27のいずれか一項に記載の複合材料(V)。
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