KR100237502B1 - 기술적인 조명목적을 위한 알루미늄 표면 - Google Patents

Abstract

기술적 조명목적을 위한 반사경은 알루미늄 반사표면과, 20℃에서 유전상수 ε6~10.5를 가지며 양극산화에 이미 만들어진 보호적이고 투명하며 구멍이 없는 알루미늄 산화물 장벽층을 가지며 장벽층은 다음조건을 만족시키는 두께 d를 가진다.

a) 보강간섭을 위해서또는 b) 컬러토운 반사경 표면을 얻기 위해서또는 c) 반사율을 증대시키는 LI/HI 다층 코팅을 가진 반사경을 만들 출발물질로서 사용하기 위해서

Description

기술적인 조명목적을 위한 알루미늄 표면

제1도는 가해진 전압에 대한 반사율(%)을 도시한 도면.

본 발명은 알루미늄 산화물 보호층에 의해 물리적 및 화학적 작용으로부터 보호되는 알루미늄 표면을 가지는 조명목적을 위한 반사경에 관계하는 것으로서 제조공정과 용도에도 또한 관련된다.

고순도의 알루미늄 혹은 알루미늄 마그네슘 합금으로 된 반짝이는 표면을 가진 반사경은 한방향 혹은 확산방식으로 빛을 반사시킬 목적으로 알려져 있다. 지속적인 밝기를 유지하기 위해서 반짝이는 표면은 보통 유기물 혹은 무기물 코팅에 의해서나 산화물층에 의해 보호된다. 산화물층은 시약에 의해서나 양극 산화에 의해 만들어질 수 있다. 유기물 코팅은 페인트형의 코팅, 분말코팅 혹은 플라스틱 포일로 코팅하거나 적층시킴으로써 만들어질 수 있다. 무기물 코팅은 물리적 증기침전(PVD), 화학적 증기침전(CVD), 에나멜링 혹은 플라즈마 코팅에 의해 만들어질 수 있다.

반사경 표면을 제조하기 위해 널리 사용된 방식은 매우 얇고 고순도의 PVD-알루미늄층을 유리상에 침전시키는 것이다; 이러한 층은 PVD-Al₂O₃, PVD-SiO₂의 층 혹은 페인트형의 층에 의해 보통 보호된다. 층의 두께때문에 PVD-알루미늄층은 일반적으로 산화피막이 생길 수 없다. 그러나 PVD-Al₂O₃, 혹은 PVD-SiO₂층의 침전은 값비싸고 좋은 반사능을 얻기 위해 필요되는 균일성 때문에 페인트형 층의 침전은 어렵다. 게다가 페인트형층은 일반적으로 긁힘에 대한 저항성과 같은 기계적 성질이 보통 정도이고 종종 UV-방사에 대해서 빈약한 안정도를 보인다.

반사경 표면용으로 요즈음 종종 사용되는 또 다른 보호층은 황산 전해질에서 직류를 활용한 양극산화에 의해 만들어진다. 그 결과의 보호층은 균일한 층두께를 가지나 공정자체의 결과로서 고다공성을 보인다. 황산전해질에서 양극산화는 보통 dc 공정이라 불린다. 이 방법을 사용하여 충분한 반사율을 얻기위해서 반사경 표면으로서 역할할 수 있는 알루미늄 표면은 보통 화학적으로 혹은 전기학적으로 반짝이고 이후에 예를 들어 dc 공정에 의해 투명한 보호층에 의해 보호된다. dc 공정에서 황산의 농도는 전형적으로 20중량 퍼센트이고 전해질 온도는 15 내지 30℃이고 가해진 전압은 12 내지 30볼트이고 전류밀도는 1 내지 3A/dm²이다. 얻은 층의 두께는 전형적으로 1 내지 10㎛이다; 얻은 층은 무색 내지 누르스름한 빛을 띤다.

dc 공정에 의해 만들어진 산화물층은 일반적으로 두층 즉, 구멍이 없고 매우 얇은 베이스 혹은 장애층과 다공성 외부층으로 구성된다. 산화물층의 일부가 재용해됨으로써 전해질에 화학적으로 노출된 표면에서 구멍이 생긴다. 산화물층이 총두께는 성장과 용해가 평형이 될때 극한치에 도달하는데 이것은 전해질의 조성, 전류밀도, 전해질의 온도에 의존한다.

적절한 부식방지를 위해서 dc 공정에 의해 생긴 다공성층은 밀폐되어야 한다. 이것은 보통 끓는물(96℃ 이상) 혹은 수증기(98℃ 이상)를 사용하여 수행된다. 이런 열수작용에 의한 밀폐동안에 물흡수때문에 알루미늄 산화물은 팽창하여 구멍이 폐쇄된다. 이 공정에서 알루미늄 산화물 일부가 알루미늄 모노수화물로 전화된다.

그러나 꿇는물 혹은 증기에서 밀폐를 할때 종종 바람직하지 않는 단단히 달라붙은 밀폐침전물(소위 얼룩)이 형성된다. 대기작용 때문에 이 얼룩은 무지개 및 간섭색깔을 나타내게 하는 방해가 되는 침전물이 된다. 그래서 밀폐침전물은 연마용구에 의해서 제거되어야 한다. 이런 밀폐침전물을 막기 위해 하나의 방법은 특수 밀폐조를 사용하는 것이다.

황산에서 제조된 무색 투명한 유일한 양극 산화물층은 고순도 알루미늄(알루미늄이 99.85중량 퍼센트 이상인)을 사용해서 고순도 알루미늄 및 알루미늄 마그네슘 혹은 알루미늄 마그네슘 규소 합금상에 생기는 층이다. 대개의 합금에서 합금구조에 존재하는 불균질 침전물 때문에 다소 흐릿한 산화물층이 형성된다. 또한 대개의 합금에서 열처리에 호의적이지 않다면 국부적인 열 효과에 의한 얼룩과 같이 회색으로 변색하는 침전이 합금구조에서 발생한다.

dc 공정을 사용하여 알루미늄상에 만들어진 대개의 보호표면층의 경우에 반사경용 상기층은 전형적으로 1 내지 10㎛의 두께이고, 예를 들어 Al 99.85, Al 99.8 혹은 Al 99.5와 같이 덜 순수한 물질의 경우에 Fe이 풍부한 혹은 Si가 풍부한 금속내의 상이 산화물층에 삽입될 수 있어서 바람직하지 않은 빛의 흡수나 산란을 일으킨다. 그결과 반짝이게 하는 처리이후에 총반사율 혹은 어떤 방향으로의 반사율과 같은 바사된 빛의 기술적 성질에 해롭게 영향을 미친다.

dc 공정에 의해 만들어진 산화물층이 두껍기 때문에 표면의 반사율은 빛의 흡수와 산란에 의해 감소된다. 마지막으로 1 내지 3㎛의 보통 두께의 산화물층은 종종 무지개빛이라 불리는 간섭현상을 보인다.

본 발명의 목적은 상기 결점을 피하고 입사한 빛의 반사율 손실을 가능한 작게할 수 있는 적어도 한표면 혹은 적어도 한표면의 일부를 가지는 기술적 조명목적을 위한 반사경을 제시하는 것이다.

이 목적은 기술적 조명목적을 위한 반사경이 알루미늄 표면과 양극 산화에 의해 생성된 보호적이고 투명하며 구멍이 없는 알루미늄 산화물 장벽층을 갖는 본 발명에 의해 달성되는데 알루미늄 산화물 장벽층은 20℃에서 유전상수 ε가 6 내지 10.5이며 장벽층은 다음 조건을 만족시키는 두께 d이다 :

a) 보강 간섭을 위해서

또는

b) 색깔 조절된 반사경 표면을 얻기 위해서

또는

c) 반사율을 증가시키는 LI/HI 다층코팅을 갖는 반사경을 만드는 출발물질로써 사용하기 위해서

여기서 n은 장벽층이 굴절률이고λ 는 반사경 표면에 도달하는 빛의 평균파장 길이이고 k는 자연수이고 ℓ은 홀수이고 반사경 두께는 60에서 490nm 사이에 있고 전체 알루미늄 표면에서 오차가 ±5% 보다 크지 않다. 동시에 빛의 분산때문에 굴절률 n은 파장 길이에 종속적이다는 것이 고려되어야 한다. 본 명세서에서 n은 항상 반사경 표면에 도달하는 빛의 해당 파장길이를 고려한다.

본 발명에 따른 반사경에 필요한 알루미늄 표면은 알루미늄 조각, 알루미늄 박판 혹은 포일로 만들어진 표면이고 복합물질로 만들어진 물건상의 알루미늄 외부층, 특히 복합판넬상의 알루미늄 외부층 혹은 예를 들어 어떤 물질상에 전기적으로 침전된 알루미늄층도 관계한다.

알루미늄 표면은 압연, 압출, 단조 혹은 충격압출법에 의해 제조된 알루미늄 소재이다.

다음 문구에서 알루미늄 물질을 언급할때 모든 순도의 알루미늄과 모든 알루미늄 합금을 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.

특히 알루미늄이란 용어는 모든 압연, 단조, 주조, 압출 합금을 포함한다. 알루미늄 표면은 순도가 99.99 중량 퍼센트이상인 알루미늄을 가지는 고순도 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있거나 순도 99.5 내지 99.99 중량 퍼세트인 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 본 발명에 반사경의 알루미늄 표면은 순도가 99.99 중량 퍼센트 알루미늄보다 작고 특히 순도가 99.5 내지 99.98 중량 퍼센트 알루미늄이다. 순도가 99.8 내지 99.98 중량 퍼센트 알루미늄을 가지는 알루미늄 표면이 특히 선호된다.

본 발명에 따른 반사경상의 장벽층은 순도 99.5 내지 99.98 중량 퍼센트 알루미늄으로 된 알루미늄 표면상에서 원래 알루미늄 표면의 표면성질 즉, 알루미늄이 표면상태에 대비되는 기술적 조명 특성에서 실제적으로 어떤 변화도 보이지 않는다. 다시말하면 반짝거리게 한 후 장벽층이 형성된 이후까지 최대로 유지된다. 그러나 표면층의 금속순도가 반짝거림에 영향을 미칠 수 있는 점을 고려해야 한다. 알루미늄 순도가 낮으면 낮을수록 반짝거림은 더 약해져서 반사능도 저하된다는 것은 알려져 있다.

알루미늄 표면은 모양을 갖춰 구축될 수 있다. 압연된 알루미늄 표면의 경우에 마감재나 롤로 처리될 수 있다. 구조화된 알루미늄 표면의 용도는 특히 구조크기가 0.1 내지 1mm인 구조화된 표면을 갖고 일광조명용으로 사용된 반사경에서 선호된다.

장벽층 두께는 균일하고 전체 알루미늄 표면에서 ±5% 보다 작게 변한다. 이것은 처음으로 기술적 조명장치에서 전자기파의 손실이 없는 반사를 하는 반사경이 사용되는 것을 가능하게 하고 재현성있고 균일한 두께의 장벽층은 반사경이 보강간섭을 하는 반사용으로 사용되거나 정확히 한정된 색깔조절을 할 수 있게 한다.

첫째 보강갑섭이 일어나고 둘쩨 장벽층에서 빛의 흡수가 가능한 작도록 하기 위해서 반사될 전자기파에 대해서 투명한 장벽층이 제공되는 것은 본 발명에서 본질적이다. 본 발명에 따른 반사경의 또 다른 본질적인 특성은 장벽층에 구멍이 없는 점이다.

장벽층은 장벽층을 침투하는 빛의 가능한 작은양이 흡수되도록 구멍이 없어야 하고 조절하기 어려운 구멍의 존재에 의해 야기될 수 있는 빛의 선란도 최소로 해야 한다. 구멍이 없다라는 것은 절대적으로 구멍이 없다는 의미라기 보다는 본 발명에 따른 반사경의 장벽층이 본질적으로 구멍이 없다라는 의미이다. 이점에서 양극산화에 의해 만들어진 알루미늄 산화물층은 알루미늄 산화물을 용해하는 전해질의 사용에 의한 구멍이 없다라는 것을 의미하는 것으로서 본질적으로 구멍이 없다라고 나타내는 것이 중요하다. 본 발명의 경우에 구멍이 없는 장벽층은 특히 1% 미만의 다공성을 보인다.

장벽층의 유전상수 ε는 장벽층을 만드는 양극산화 동안에 적용된 공정매개변수에 달려 있다. 본 발명에 따라서 20℃에서 만들어진 장벽층이 유전상수는 6에서 10.5 사이인데 선호적으로는 8에서 10 사이이다.

본 발명에 따른 반사경의 경우에 장벽층이 두께는 반사경 표면이 반사된 빛의 보강간섭을 일으키도록 선호적으로 선택된다. 보강간섭의 조건은 d.n=k. λ/2로서 서술될 수 있는데 여기서 d.n은 광학적 총두께이고 n은 굴절률이고 λ는 반사경표면에 도달하는 빛의 평균 파장길이이고 k는 자연수이다. 방정식 d.n.k. λ/2로 서술된 보강간섭을 위한 조건은 단지 반사경 표면에 수직으로 들어오는 빛에 대해서만 정확히 유효하다는 점을 주목해야 한다.

장벽층의 두께를 고려하여 반사특성이 본질적으로 주기적이고 증가하는 총두께에 따라 특히 3 λ/2이상의 광학두께 d.n을 가진 총두께에서는 반사특성이 기술적 조명용으로 적합하지 않다라는 것이 발견된다. 그러므로 반사된 빛이 보강간섭을 일으킬 수 있는 두께를 가진 층이 선호되고 k는 선호적으로 1,2 혹은 3이고, 1 또는 2가 특히 선호된다. 반사특성 측면에서 본 발명에 따른 반사경상의 장벽층의 두께는 60 내지 490nm가 선호되며 특히 75 내지 320nm가 적합하다.

보강간섭조건을 만족시키며 d.n=k. λ/2 ±20nm 범위에 있는 장벽층 두께를 갖는 알루미늄 산화물 표면을 포함하는 반사경은 본질적으로 좋은 반사특성을 나타내는 것이 발견된다.

통상 장벽층의 굴절률 n은 1.55에서 1.65 사이이다. 대략 550mm 정도인 낮동안에 인간의 눈에 가장 잘 인식될 수 있는 평균파장길이에 해당하는 파장 λ이 대단히 선호된다.

본 발명에 따른 반사경의 선호된 예로 보강간섭을 위한 필요 조건 d.n=k. λ/2 ±20nm을 만족시키고 입사한 빛의 3% 미만을 흡수하는 두께 d를 가지도록 장벽층이 만들어진다.

전체 반사경 표면상에 균일한 층두께를 가진 반짝거리는 알루미늄 표면상의 장벽층은 만약 층두께 d가 다음과 같이 선택된다면 균일한 컬러토운(colour tone)을 얻는 것으로 발견된다:

색소를 포함하는 대부분의 층과 대조적으로 이러한 컬러토운은 빛에 바래지 않는다. 게다가 분극필터를 사용함으로써 색상효과를 강화시키거나 제거하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 또 다른 예로 장벽층은 조건 d.n=ℓ. λ/4 ±20nm에 따른 두께 d을 가지는데 여기서 ℓ은 홀수이다. 이러한 반사경은 반사를 증대시키는 LI/HI 다층을 가진 반사경을 만드는 출발물질로써 적합하다. LI/HI 다층은 저/고 굴절률 다층 즉, 다른 굴절률을 가진 적어도 두층으로 이루어진 다층을 의미한다. 낮은 굴절률을 가진 층이 금속표면상에 놓이는 방식으로 금속표면상에 다른 굴절률을 가진 유전층 쌍들은 결합하면 단일한 균일층의 반사특성에 비해서 반사특성을 증대시킨다. 하나의 층조성을 고려하면 각 층들의 두께가 λ/4의 같거나 그것의 홀수배일때 높은 반사가 얻어진다. 층물질의 조성을 고려하면 각 층들이 굴절률간의 차이가 가능한 클때 최상이 반사 특성이 얻어진다.

본 발명에 따른 장벽층의 두께는 dc 양극산화에 의해 만들어진 산화물층에 비해서 작다. 그 결과 본 발명의 장벽층은 빛에 대한 산란중심으로서 역할하는 이질적 입자가 극히 작다. 게다가 본 발명에 따른 반사경의 경우에 입사한 빛이 일차 종속흡수는 적다 ; 그 결과 특히 장벽층의 두게가 보강간섭이 일어나도록 선택된다면 dc 공정에 의해 만들어진 산화물층을 가진 기존의 반사경보다 만사율이 증대된다. dc 공정에 의해 생성된 산화물층에 비해서 본 발명에 따른 반사경의 장벽층은 Fe, Si, AlFeSi 입자와 같은 외부 입자에 의해 영향을 받지 않는다. 즉, 본 발명의 장벽층에 삽입된 이러한 입자는 총반사율에 영향을 미치는 빛흡수와 빛사란에 강하게 영향을 미치지 않는다. 게다가 얇은 두께의 본 발명의 장벽층 때문에 구부러진 모서리, 특히 산화물층에 금으로부터 생긴 모서리에서 산란된 빛의 양을 무시할 수 있는 정도로 작다.

dc 공정에 의해 만들어진 층두께에서의 큰차이는 선택적인 빛흡수의 무지개빛 문제를 야기시킨다. 다른 한편으로는 본 발명에 따라 반사경 표면상에 얇고 매일 일정한 두께의 장벽층은 무지개빛을 발생하지 않는다. 게다가 장벽층의 두께때문에 무지개빛 효과를 일으키는 반사평면의 간격도 매우 작다. dc 층의 경우에 반사평면 간격은 입사한 빛의 파장범위에 있어서 무지개빛이 발생한다.

적외선 범위에서 산화물층에 의한 강한 흡수의 결과 dc 양극 산화로 만들어진 산화물층을 가진 반사경은 보통 정도의 반사를 하기때문에 적외선 반사경으로 부적합하다. 대조적으로 본 발명에 따른 반사경은 약 10㎛의 두께때문에 적외선 흡수량이 작다.

또한 본 발명에 따른 반사경이 더욱 가공된다면 공지 반사경에 비해 상당한 잇점이 있고 구부릴시 가시적인 금, 반짝이는 모서리도 형성되지 않는다.

다음 테이블 1은 전형적인 반사특성의 비교를 보여주는 것으로서 특히 장벽층이 없는 반짝거리는 알루미늄 표면과 150nm 두게의 장벽층을 가진 다양한 순도의 반짝거리는 알루미늄 표면에 대한 방향성 반사값과 산란된 반사값을 보여준다. 장벽층이 없는 반짝거리는 알루미늄 표면은 순도 99.9 중량 퍼센트 알루미늄을 가진다. 장벽층이 있는 반사경의 반짝거리는 알루미늄 표면은 99.50, 99.9, 99.98 중량 퍼센트 알루미늄으로 이루어진다. 테이블 1의 반사값은 독일산업표준 DIN 5036에 따라 측정되며 기술적 조명특성을 나타낸다. 측정된 반사값은 빛에 대한 눈의 민감도로 평가된다. 얻은 수치로부터 알 수 있듯이 반사는 장벽층이 의해 최소량 정도만큼 감소된다.

본 발명은 기술적 조명목적을 위한 반사경을 제조하는 공정에도 관계하는 것으서 양극산화에 의해 만들어진 알루미늄 산화물로 이루어진 일정두께의 투명하고 구멍이 없는 장벽층에 의해 보호되며 20℃에서 유전상수 ε가 6 내지 10.5이며 전체 알루미늄 표면에서 ±5% 보다 작게 두께가 변하는 장벽층을 가진 알루미늄 표면을 특징으로 한다.

이 목적은 알루미늄 산화물층을 재용해하지 않는 전해질에서 전기학적으로 알루미늄 표면이 산화되는 본 발명의 방법에 의해 달성되며, nm로 측정된 산화물층의 바람직한 층두께 d는 다음 기준에 따라 선택된 일정한 전해질 전압 U를 선택하고 설정함으로써 얻어진다.

d/ℓ.4≤U≤d/ℓ.2

여기서 d/ℓ.4와 d/ℓ.2는 분자 d를 분모 1/4와 1/2로 나누는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 공정은 얇고 균일하며 적어도 가시광선 영역에 있는 전자기파에 대해서 투명한 균일한 두께의 장벽층이 측정되는 것을 허용한다. 공기와 같은 매질에서 빛이 확산하여 빛의 전파 속도가 다른(다른 굴절률) 알루미늄 산화물과 같은 다른 매질에 들어올때 표면에 도달하는 빛의 일부는 반사될 것이다. 그러므로 전체표면에 대해서 균일한 반사특성을 갖는 반사경을 얻기 위해서 일정한 두께의 균질층을 가지는 것이 필요하다.

본 발명에 따른 전해공정에서 적어도 산화될 알루미늄 표면이 이전에 지정되고 한정된 조건으로 준비되고 이후에 전기전도성 유체인 전해질에 놓이고 음전극이 강철, 흑연, 납, 알루미늄인 dc 원에 양극을 연결시킨다. 본 발명에 따른 전해질은 전해공정중에 형성된 알루미늄 산화물이 화학적으로 용해되지 않는 즉, 알루미늄 산화물이 재용해되지 않는 용액이다. dc 장에서 수소가스가 음극에서 산소가스가 양극에서 생성된다. 알루미늄 표면에서 생성된 산소는 알루미늄과 반응하여 전해공정동안에 산화물층의 두께가 증가한다. 층의 저항이 장벽층 두께의 증가로 빠르게 커지기 때문에 전류의 흐름이 감소되어 층의 성장은 멈춘다.

볼 발명에 따른 반사경의 제조는 깨끗한 알루미늄 표면을 필요로 한다. 즉, 전해질에 의해 산화될 표면이 본 발명에 따른 공정에 앞서 사전 표면처리를 받아야한다.

알루미늄 표면은 보통 자연적으로 형성되는 산화물층을 드러내고 이물질로 오염되어 있다. 이러한 이물질은 압연윤활찌꺼기, 이송용 보호오일, 부식산물 등일 수 있다. 이러한 이물질을 제거하기 위해서 알루미늄 표면은 표면을 공격하는 세척제로써 화학적으로 사전처리된다. 수성 산성 탈지제는 별도로 하고 다중 인산염 및 붕산염을 기질로 한 염기성 탈지제가 이목적에 특히 적합하다. 수산화나트륨 혹은 질산과 불화수소산의 혼합물과 같은 강알칼리나 산성용액으로 세척 혹은 에칭하는 것은 물질의 공격과 제거를 적당하게 한다. 결과적으로 천연 산화물층과 천연 산화물층에 삽입된 모든 불순물이 제거된다. 공격적인 알카리는 종종산(acid) 사후처리에 의해 제거되어야 하는 침전물을 만든다. 표면물질을 제거하지 않는 세척은 유기용매 혹은 수성세척제 혹은 알카리 세척제로써 탈지함으로써 달성된다.

표면상태에 따라 연마재와 같은 기계적 수단에 의해 표면을 제거하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 처리는 그라인딩, 표면블라스팅, 브러슁, 연마에 의해 수행될 수 있고 필요하다면 시약 사후처리가 행해질 수 있다.

평평한 금속상태에서 알루미늄 표면은 빛과 열에 대한 높은 반사능을 보이며 표면이 매끄러울수록 방향성 반사가 크고 표면은 더 반짝인다. 최대의 광택은 고순도의 알루미늄 및 AlMg 혹은 AlMsSi와 같은 특수합금으로 달성된다.

높은 반사표면은 연마, 밀링, 연마가 잘된 롤로 압연에 의해서 또는 시약 혹은 전해질 광택제에 의해서 달성된다. 연마는 부드러운 천으로된 버핑월(buffing wheel)과 필요하다면 광택제를 사용해서 수행된다. 압연에 의해 광택을 낼때 롤과 압연된 물질 사이에 놓인 일정구조를 가진 물질 혹은 에칭된 강철롤을 사용하여 알루미늄 표면에 일정구조를 찍는 것이 가능하다. 시약에 의한 광택은 통상 100℃ 이상의 고온에서 고농도산 혼합물을 사용해서 이루어진다. 산성 혹은 알카리성 전해질이 전해질에 의한 광택을 위해 사용되는데 산성 전해질이 선호된다.

광택을 유지하기 위해서 광택처리가 된 표면은 화학적, 물리적 작용으로부터 보호되어야 한다. dc 양극산의 혹은 페인트 코팅과 같은 기존의 방법은 층 두께조절이 어렵고 두껍고 불균질층과 같은 위에서 언급된 결점을 보인다.

본 발명에 따른 공정은 빛이 장벽층/알루미늄 계면에서 반사될 수 있도록 가시광선 영역에서 본질적으로 투명한 균일한 두께의 균질 장벽층을 제공한다.

본 발명의 공정에 따라서 전개분해식으로 장벽층을 만드는 것을 장벽층의 두께를 정확히 조절할 수 있게 한다. 본 발명에 따른 공정으로써 얻어진 장벽층의 최대 두께(단위 nm)는 대략적으로 가해진 전압(단위 V)에 대응한다. 즉, 최대 층두께는 양극산화를 위해 가해진 전압에 대한 1차 함수이다. 가해진 전압 U의 함수로서 얻어진 최대 장벽층 두께의 정확한 값은 간단한 시험에 의해 결정될 수 있고 사용된 전해질의 조성과 온도에 종속적인 가해진 전압의 함수로서 두께의 정확한 값은 1.2-1.4nm/V 사이에 있다.

장벽층을 재용해시키지 않는 전해질을 사용함으로써 이층들은 거의 구멍이 없다. 즉 전해질내의 오염물이나 외부 알루미늄층의 구조적 결함에 의한 구멍은 생길 수 있으나 전해질에 알루미늄 산화물이 용해에 의한 구멍은 거의 없다. 산화물층이 전기저항이 산화물층의 형성동안에 현저하게 증가할때 dc 공정에서보다 훨씬 높은 전압이 필요하다.

본 발명에 따른 공정에 사용될 수 있는 재용해시키지 않는 전해질은 유기 혹은 무기산이며 대체로 물로 희석되며 2이상, 선호적으로 3이상, 특히 4이상 7미만, 선호적으로 6미만, 특히 5.5미만의 pH를 가진다. 실온에서 처리될 수 있는 전해질이 선호된다. 저온에서 황산 혹은 인산, 봉산, 아디프산, 시트르산, 타타르산혹은 위산의 혼합물, 혹은 유기 및 무기산의 암모늄염 및 나트륨염 등의 무기 혹은 유기산이 특히 선호된다. 상기 용액은 총 농도가 20g/ℓ 혹은 그이하이며 보통 2~15g/ℓ의 암모늄 혹은 나트륨이 전해질 용액에 용해된다. 시트르산 혹은 타타르산의 암모늄염 혹은 인산의 나트륨염의 용액이 특히 선호된다.

대단히 선호된 전해질은 1~5중량 퍼센트의 타타르산을 포함하며 pH를 조절하기 위해서 적당량의 수산화암모늄이 첨가될 수 있다.

대체로 전해질은 수용액이다.

최대 가능한 양극산화 전압은 전해질의 유전율에 의해 결정된다. 전압을 전해질의 조성과 온도에 종속적이며 통상 300~600V 사이에 있다.

전해질의 유전율을 증가시키기 위해서 또 다른 용매로서 알코올이 첨가될 수 있다. 다중-프로필 알코올 혹은 이소-프로판을 혹은 부탄올과 같은 메탄올, 에탄올, 프로판올이 이목적에 특히 적합하다. 전해질에 가해지는 알코올의 양을 중요하지 않으므로 전해질 대 용매의 양비는 예를들어 1 : 50 일 수 있다. 알코올을 첨가함으로써 전해질의 유전율은 1200V 까지 증가될 수 있다.

그러나 본 발명에 따른 공정에서는 알코올이 없는 전해질이 선호된다.

본 발명에 따른 공정의 최적온도는 사용된 전해질에 달려있다 ; 그러나 일반적으로 온도는 얻어진 장벽층의 양에 대해서 둘째로 중요하다. 15~40℃의 온도, 특히 18~30℃의 온도가 본 발명에 따른 공정에서 선호된다.

본 발명에 따른 공정은 적어도 알루미늄 외부층을 가진 코일, 판지, 포일, 복합물질상에 연속적으로 장벽층을 만드는데 특히 적합하다. 순도 99.5 중량 퍼센트보다 크거나 같은 알루미늄을 사용하는 것은 장벽층의 질에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 발견된다. 즉, 알루미늄 표면을 광택을 낸후의 표면상태는 장벽층을 형성시킨 후의 표면상태의 본질적으로 같다.

본 발명에 따른 공정은 예를 들어 스트립(strip) 양극산화 공정과 같은 처리라인을 사용한 연속공정에서 알루미늄 표면의 전기분해에 의한 산화에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 공정은 dc 양극산화에 비해서 다음과 같은 잇점을 보인다 :

- 알루미늄 산화물이 재용해되지 않기 때문에 전해질 소모가 매우작고 염의 농도는 보통 매우 낮다(대략 20g/ℓ 까지).

- 밀폐가 필요하지 않다.

- 전류소모가 작다.

dc 공정에서 알루미늄 산화물의 재용해의 결과로서 전해질에 알루미늄이 풍부하게 된다. 따라서 전해질의 소모가 커진다. 게다가 dc 양극산화를 위한 전해질은 200g/ℓ 까지 고농도의 산이 필요하다. 이것에 비해서 본 발명에 따른 공정의 전해질에서의 염의 농도는 대략 20g/ℓ까지 매우 낮다. 결과적으로 본 발명에 따른 공정은 산화물층에 전해질 성분의 삽입이 매우 작은 결과를 가져온다.

dc 공정을 통한 양극산화에 의해 2㎛ 두께의 산화물층의 형성은 대략 35,000A/m²의 전류소모를 가져온다; 대조적5으로 150nm의 장벽층을 형성시키기 위해 본 발명에 따른 공정을 사용한 전류소모는 단지 2,500A/m²정도이다.

dc 공정으로 산화물층을 형성시키는 것은 두꺼운 산화물층에 포함된 불용성 입자에 의한 빛의 흡수와 산란을 막거나 간섭에 의한 바람직하지 않는 무지개빛을 막기 위해서 매우 순수한 알루미늄을 필요로 한다; 본 발명에 따른 공정에 의해 형성된 산화물층의 경우에 적절한 두께의 장벽층을 선택함으로써 덜 순수한 알루미늄을 사용해도 무지개빛이 없는 층이 형성된 수 있다.

본 발명에 따른 반사경은 기술적 조명목적을 위한 램프에, 특히 컴퓨터 모니터 스크린, 이차조명, 집중램프, 빛회절판과 같은 조명소자와 같은 기능램프에 선호적 용도를 가진다.

본 발명에 따른 반사경이 선호적 용도는 컬러토운 램프와 같은 장식램프 혹은 천장이나 벽상의 장식표면이다.

본 발명에 따른 반사경은 조명각도와/혹은 관찰각도에 종속적인 컬러토운을 만들기 위해 선호적으로 사용된다.

본 발명에 따른 반사경의 또 다른 선호되는 용도는 LI/HI 다층의 강도를 높이는 반사경을 제조하는 출발물질로서 사용된다는 것이다. 두께 kx λ/4 ±20nn의 Al₂O₃장벽층이 이 목적에 쓰이고 여기서 λ는 반 표면에 도달하는 빛의 평균 파장이고 k는 홀수이다.

굴절률이 대략 2.5인 TiO₂, Pr~Ti 산화물, La~Ti 산화물, ZnS, CeO₂의 층이 굴절률이 1.6인 본 발명에 따른 장벽층상에 침전하는 적합한 HI-층(고굴절률층)이다. 그러나, TiO₂, Pr~Ti 산화물, La~Ti 산화물층이 선호된다. HI-층은 PVD 방법을 사용하거나 바람직한 금속산화물을 포함하는 유기화합물을 분해시킴으로써(CVD 방법에 의해) 침전될 수 있다.

[실시예]

사용된 알루미늄 표면은 평면이고 압연된 순도 99.9 중량 퍼센트의 알루미늄으로서 다음의 사전처리를 받는다 :

1) 5분동안 끓임으로써 탈지화

2) 헹굼

3) HNO₃에서 중화(농축 HNO₃: H₂O = 1:1)

4) 헹굼

5) H₂O 및 증류수로 헹굼

6) 에탄올 수조에 담금

7) 가열공기로 건조

사전처리이후에 알루미늄 표면은 다음 절차에 따라서 광택을 낸다.

1) 차가운 전해질 수조에 담금

2) 16V에서 60초동안 H₃PO₄/H₂SO₄(비중 1.755)에서 전기분해

3) 60℃에서 H₂O로 헹굼

4) 50℃에서 3초동안 NaOH(100g/ℓ)에서 전해질 침전물 제거

5) 헹굼

6) HNO₃에서 중화(농축 H₂O:H₂O = 1:1)

7) H₂O와 증류수로 헹굼

8) 에탄올 수조에 담금

9) 가열공기로 건조

이후에 광택처리된 알루미늄 표면은 실온에서 1g/ℓ 농도의 시트르산에서 양극산화된다; 가해진 전압은 20V로 시작되어 20V/min로 계속 증가된다. 10V 정도 전압을 증가시킨 이후에 장벽층을 가진 알루미늄 표면의 방향성 반사율이 거울의 반사율이 100%인 알루미늄 거울을 사용한 DIN 67530에 따른 방법을 사용하여 법선에 대해 20°각도에서 측정된다. 20~370V의 전체 전압범위에서의 전기분해동안에 측정된 나머지 전류는 15mA/dm 보다 작다.

제1도는 99.9중량 퍼센트의 알루미늄으로 이루어진 광택 처리된 알루미늄 표면의 방향성 반사율과 150nm 두께의 장벽층을 가진 같은 순도의 광택처리된 알루미늄 표면의 방향성 반사율의 대조 그래프이다. DIN 67530에 따라 측정된 반사율이 제1도에서 새로축을 따라 찍혀지고 가로축을 따라 전개분해를 위해 가해진 전압이 찍혀있다. 곡선 a)는 광택처리된 알루미늄 표면상에서 측정된 반사율을 곡선 b)는 장벽층을 가지는 광택처리된 알루미늄 표면상에서 측정된 반사율을 보여준다. 각 경우에 반사율은 유리판에 알루미늄 증가가 침전되어 SiO₂에 의해 보호되는 표준거울에 대한 백분율로 주어진다. 광학층 두께가 본질적으로 λ/4와 λ/2에 해당하는 장벽층 두께에 대한 측정된 반사율이 제1도에 도시된다.

Claims (14)

1. a) 보강간섭을 위해서또는 b) 컬러토운 반사경 표면을 얻기 위해서또는 c) 반사율을 증대시키는 LI/HI 다층 코팅을 가지는 반사경을 만드는 출발물질로서 사용하기 위해서여기서, n은 장벽층의 굴절률이고 λ는 반사경의 표면에 도달하는 빛의 평균 파장길이고 k는 자연수, ℓ은 홀수이며 장벽층 두께는 60~490nm 사이에 있으며 전체 알루미늄 표면에서 ±5% 이상이 변하지 않는다. 상기 조건중의 하나를 만족시키니는 두께 d를 가지며, 그리고 20℃에서 유전상수 ε6~10.5를 가지며 양극산화에 의해 만들어진 보호적이고 투명하고 구멍이 없는 알루미늄 산화물 장벽층; 그리고 알루미늄 반사표면을 가지는 기술적 조명 목적을 위한 반사경.
2. 제1항에 있어서, 알루미늄 표면이 99.5~99.98 중량 퍼센트의 순도를 가짐을 특징으로 하는 반사경.
3. 제1항에 있어서, 장벽층 두께가 75~320nm 사이에 있음을 특징으로 하는 반사경.
4. 제1항에 있어서, 빛의 평균파장에 해당하는 λ가 대낮에 인간의 눈에 의해 잘 인식될 수 있음을 특징으로 하는 반사경.
5. 제1항에 있어서, 장벽층이 보강간섭을 위한 조건 d.n=k.λ/2±20nm을 만족시키는 입사한 빛에너지의 3% 미만을 흡수하는 두께 d를 가짐을 특징으로 하는 반사경.
6. 알루미늄 표면이 알루미늄 산화물층을 재용해시키지 않는 전해질 속에서 전기분해에 의해 산화되고 nm로 측정된 산화물층의 원하는 두께 d가 기준 d/ℓ.4≤U≤d/ℓ.2에 따라 선택된 일정한 전해질 전압 U(단위 V)를 선택하여 세팅함으로써 얻어짐을 특징으로 하는 제1항에 따른 반사경을 제조하는 공정.
7. 제6항에 있어서, 재용해시키지 않는 전해질로서 유기산 혹은 무기산을 포함하는 용액이 사용되며 상기 용액은 pH 2~7임을 특징으로 하는 공정.
8. 제6항에 있어서, 재용해시키지 않는 전해질은 유기 혹은 무기산의 암모늄 혹은 나트륨염의 용액 또는 혹은 무기산의 암모늄 혹은 나트륨염과 해당 유기 혹은 무기산을 포함하는 용액이고 이 용액의 pH는 2~7임을 특징으로 하는 공정.
9. 제8항에 있어서, 전해질의 암모늄 혹은 나트륨염의 농도가 20g/ℓ 보다 적거나 같음을 특징으로 하는 공정.
10. 제9항에 있어서, 알루미늄 표면의 전기분해에 의한 산화가 연속처리라인에서, 연속공정으로 수행됨을 특징으로 하는 공정.
11. 컴퓨터 모니터 스크린, 이차조명, 집중조명, 빛회절소자 혹은 빛회절판을 가진 기능램프로서 특히 대낮에 기술적 조명을 할 때의 램프를 위해 장벽층이 조건 d.n=k.λ/2 ±20nm(k는 자연수)를 만족시키는 두께를 가지는 제1항 내지 제5항중 한항에 따른 반사경.
12. 천장 혹은 벽의 장식램프 혹은 장식표면을 위해 장벽층이 조건을 만족시키는 두께 d를 가지는 제1항 내지 제4항중 한항에 따른 반사경.
13. 반사율을 증대시키는 LI/HI-다층 장벽층 제조를 위한 출발물질로서 사용하기 위해 장벽층이 조건 d.n=ℓ.λ/4 ±20nm(ℓ은 홀수)을 만족시키는 두께 d를 가지는 제1항 내지 제4항중 한 항에 따른 반사경.
14. 조명각도 혹은 관찰각도에 종속적인 컬러토운을 만들기 위해 장벽층이 조건(k는 자연수)을 만족시키는 두께 d를 가지는 제1항 내지 제4항중 한 항에 따른 반사경.