PL179946B1 - Wyrób szklany powlekany i szklana jednostka izolujaca PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Wyrób szklany powlekany przez rozpylanie katodowe zawierajacy podloze szklane z nalozonym na nie ukladem warstw kolejno od podloza szklanego ku zewnatrz, znamienny tym, ze zawiera: a) warstwe Si3 N4 o grubosci okolo 300 Å - 550 Å; b) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7Å lub mniej; c) warstwe srebra o grubosci okolo 70 Å - 130 Å; d) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7Å lub mniej; i e) warstwe Si3N4 o grubosci okolo 700 Å - 1100 Å; f) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7Å lub mniej; g) warstwe srebra o grubosci okolo 70 Å - 190 Å; h) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7Å lub mniej; i i) warstwe Si3 N4 o grubosci okolo 350 Å - 700 Å. 11. Szklana jednostka izolujaca, znamienna tym, ze sklada sie z co najmniej dwóch zasadniczo równo- leglych, znajdujacych sie w pewnej odleglosci od siebie tafli szklanych, z których co najmniej jedna tafla szklana stanowi wyrób szklany powlekany przez rozpylanie katodowe zawierajacy podloze szklane z nalozonym na nie ukladem warstw kolejno od podloza szklanego ku zewnatrz: a) warstwe Si3 N4 o grubosci okolo 300 Å - 550 Å; b) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7Å lub mniej; c) warstwe srebra o grubosci okolo 70 Å - 130 Å; d) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7 Å lub mniej; i e) warstwe Si3N4 o grubosci okolo 700 Å - 1100 Å; f) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7 Å lub mniej; g) warstwe srebra o grubosci okolo 70 Å - 190 Å; h) warstwe niklu lub nichromu o grubosci okolo 7 Å lub mniej; i i) warstwe Si3 N4 o grubosci okolo 350 Å - 700 Å. PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyrób szklany powlekany i szklana jednostka izolująca o niskiej wartości emisyjności.

Tło wynalazku

Znaczenie układów szklanych z warstwą powlekaną przez rozpylanie katodowe w celu uzyskania własności regulowanego doprowadzania energii słonecznej przez okna i drzwi w architekturze jest obecnie dobrze ustalone w handlu. Ponadto, znaczenie stosowania takich układów warstwowych w szklanych jednostkach izolujących (znanych w tej dziedzinie jako jednostki „IG”) jest również dobrze przyjęte. Przykłady tego ostatniego zastosowania obejmują okna i drzwi o podwójnych i potrójnych szybach wykonane co najmniej z dwóch tafli szklanych uszczelnionych na ich brzegach z utworzeniem między nimi izolowanej komory. Takie komory, w tym względzie, często są wypełnione gazem innym niż powietrze, takim jak argon.

Istotne dla zaakceptowania takich jednostek na rysunku, są następujące własności, które bezpośrednio związane są z układem warstwowym powlekanym przez rozpylanie katodowe i obejmują:

179 946

1) pożądaną ilość widzialnej przepuszczalności sprzężonej z akceptowalnym poziomem współczynnika odbicia promieniowania podczerwonego;

2) wygląd nielustrzany;

3) wygląd w kolorze, który jest bądź neutralny, bądź wchodzi w zakres akceptowalnych odcieni w niekwestionowanym kolorze;

4) odporność na warunki atmosferyczne lub inny atak chemiczny, często nazywany „trwałością chemiczną”; i

5) odporność na ścieranie (często nazywana „trwałością mechaniczną”) podczas manipulowania, zwłaszcza podczas różnych etapów koniecznych do wyprodukowania okna lub drzwi IG z dwóch lub kilku tafli szklanych, z których co najmniej jedna została powleczona przez rozpylanie katodowe powyższym układem warstwowym.

Poza tymi własnościami fizycznymi stosowany układ powlekania musi być ekonomicznie opłacalny w produkcji. Jeśli nie jest, produkt końcowy, taki jak jednostka IG, może stać się zbyt drogi co wstrzyma popyt.

Dobrze wiadomo w tej dziedzinie, że gdy pragnie się uzyskać pożądane własności często są one trudne do pogodzenia, a zatem często stająsię konieczne kompromisy. Na przykład osiągnięcie akceptowalnych poziomów przepuszczalności lub współczynnika odbicia IR (podczerwieni) może odbywać się kosztem trwałości (bądź chemicznej, bądź mechanicznej, bądź obu). Inne kompromisy, niepożądane zabarwienie i okna (lub drzwi) lustrzane są nie do uniknięcia. W jeszcze dalszych kalkulacjach znaczącym czynnikiem staje się koszt wytwarzania. Takie problemy stwarzają potrzebę nowych układów warstw powlekanych przez rozpylanie katodowe, które mogą zapewnić lepszą równowagę pomiędzy tymi własnościami.

W amerykańskim opisie patentowym nr 5.344.718 ujawniono różne doskonałe układy warstw powlekanych przez rozpylanie katodowe, które uzyskały dopuszczalnie niskie wartości emisyjności (E) i tym sposobem zostały prawidłowo zaklasyfikowane jako rodzina układów „nisko-E” (np, rodzina powłok o wysokim współczynniku odbicia IR według poniższej definicji). Ponadto, takie układy powlekające, jako rodzina, na ogół wykazują własności trwałości, które są bliskie lub równe powłokom pirolitycznym a zatem całkowicie akceptowalne. Jeszcze dalej, powłoki te, zwłaszcza w ich korzystnych wykonaniach, wykazują wysoką przepuszczalność widzialną. Jednocześnie wykazują one odpowiednio neutralny kolor, w zakresie przechodzącym nieco w zieloną stronę niebieskiego, co jest odpowiednio maskowane przez osiągany poziom odbicia a przez to wydająsię zasadniczo neutralne. Ponadto, ich charakterystyki odbicia widzialnego sąponiżej 20% a zatem unika się niepożądanego wyglądu lustrzanego zarówno, gdy patrzy się z zewnątrz jak i z wewnątrz; przy stosowaniu na przykład jako okna lub drzwi.

W rodzinie układów warstw, ujawnionej w amerykańskim opisie patentowym nr 5.344.718 stosowane są różne warstwy z Si₃N₄ i niklu lub nichromu do nakładania pomiędzy nimi jednej lub kilku srebrnych, metalicznych, warstw odbijających IR, w dobranym porządku, uzyskując tym sposobem pożądane własności końcowe. Całe ujawnienie tego patentu, łącznie z jego stanem techniki, podano tu jako odnośnik literaturowy.

Ogólnie mówiąc, w rozwiązaniu według tego opisu (5.344.718) uzyskuje się unikalne wyniki, poprzez zastosowanie układu zawierającego pięć lub więcej warstw, przy czym od szkła w kierunku na zewnątrz układ zawiera:

a) warstwę podkładową z Si₃N₄;

b) warstwę niklu lub nichromu;

c) warstwę srebra;

d) warstwę niklu lub nichromu; i

e) wierzchnią warstwę z Si₃N₄.

Gdy układ składa się zasadniczo z pięciu (5) warstw, na ogół stosowane sąnastępujące grubości:

Warstwa Zakres (w przybliżeniu)

a) (Si₃N₄) 400 A - 425 A

b) (Ni lub Ni:Cr) 7 A lub mniej

179 946

c) (Ag) 95A -105 A

d) (Ni lub NirCr) 7 A lub mniej

e) (Si₃N₄) 525 A - 575 A

Gdy w układzie według tego opisu (5.344.718) stosuje się więcej niż pięć warstw, na przykład, gdy zastosuje się dwie warstwy srebrne, układ w kierunku od szkła do zewnątrz zwykle zawiera warstwy:

szkło/Si₃Ń₄/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Ag/Ni: Cr/Si₃N₄, przy zachowaniu tej samej całkowitej grubości (np. 95-105A) tak, że każda warstwa samego srebra wynosi tylko około 50A dla utrzymania się wpodanej ilości całkowitej, podczas gdy grubość warstwNi:Cr i Si₃N₄ jest taka samajak w układzie pięciu warstw.

Mimo, że takie układy jak ujawnione w stanie techniki (opis patentowy 5.344.718) stanowią znaczące ulepszenie w stosunku do istniejących znanych układów, zwłaszcza opisanych w części tego opisu dotyczącej stanu techniki; tym niemniej pozostaje sprawa poprawy „emisyjności”. Na przykład, w układach z opisu patentowego 5.344.718 normalna emisyjność (E_n) była na ogół mniejsza lub równa około 0,12 podczas, gdy hemisferyczna emisyjność (E_h) była na ogół mniej sza od około 0,16. Jednak w praktyce, realnie uzyskiwane niższe granice na ogół wynosiły dla E_n około 0,09 a dla E_h około 0,12. Uzyskiwane oporności tafli (R.) w tym względzie wynosiły na ogół od około 9-10 omów/_kw.

Odnośnie do inhibitowania osiągania lepszego odbicia IR (tj. obniżonej wartości „E”) ogólnie utrzymywane było przeświadczenie, że jeśli grubość srebra zostanie podwyższona do osiągnięcia wyższego współczynnika odbicia IR (a zatem niższych wartości „E”) powinien wystąpić jeden lub kilka z następujących czterech efektów: (1) mogłaby wystąpić utrata trwałości; (2) końcowy produkt mógłby być zbyt odbijający i stać się lustrzanym; (3) kolor mógłby przejść w nieakceptowalnie wysoce purpurowy lub czerwono/niebieski; i/lub (4) przepuszczalność widzialna mogłaby stać się niedopuszczalnie niska.

Trwałość, zarówno mechaniczna jak i chemiczna, jest na ogół ważnym czynnikiem dla otrzymania szkła architektonicznego czy to stosowanego jako monolityczne tafle lub, na przykład w postaci jednostek IG. Jak podano powyżej, manipulowanie, łączenie w zespół i uszczelnianie jednostek IG na pierwszym miejscu placuje trwałość mechaniczną podczas, gdy potrzeba uszczelnienia szyb na brzegach dla utworzenia między nimi komory izolacyjnej, stwarza potrzebę trwałości chemicznej, głównie z uwagi na charakter środka uszczelniającego, którego kontakt z powłoką jest nieunikniony.

Pod względem estetycznym, zarówno wygląd lustrzany jak i kolor purpurowy mogą wpłynąć na brak popytu na produkt posiadający takie cechy. Utrata przepuszczalności widzialnej mimo, że niepożądana, w rzeczywistości nie staje się nie do zaakceptowania dopóty, dopóki w szybach monolitycznych nie spadnie ona poniżej około 70% a w jednostkach IG dopóki nie spadnie do poniżej około 63%. Jednak w niektórych zastosowaniach, zwłaszcza gdzie pożądane sąniskie współczynniki zacienienia (tj. mniej sze od około 0,6), przepuszczalność może aktualnie być zbyt wysoka, nawet mimo, że emisyjność jest racjonalnie niska. Ogólnie mówiąc, gdzie pożądane jest zacienienie (np. dla obniżenia kosztów klimatyzacji) przepuszczalność widzialna szyb monolitycznych powinna być utrzymywana poniżej 75% a korzystnie poniżej 73% podczas, gdy w typowej jednostce IG przepuszczalność powinna wynosić około 65% do 68%.

Częściowym potwierdzeniem powyższego przekonania jest raczej kompleksowy układ warstwowy ujawniony w amerykańskim opisie patentowym nr 5.302.449jak również jego przypuszczalny handlowy odpowiednik w postaci jednostki IG, znany pod nazwą Cardinal 171 sprzedawany przez Cardinal IG Company. Układ warstwowy opisany w tym opisie patentowym różni się grubościami i typami materiałów w nakładanych na siebie warstwach dla uzyskania pewnego regulowanego doprowadzania energii słonecznej, jak również zastosowaniem powłoki zewnętrznej z tlenku cynku, cyny, indu, bizmutu lub tlenków i ich stopów łącznie z tlenkiem cyniami cynku, dla uzyskania odporności na ścieranie. Ponadto, w układzie tym stosuj e się j edną lub dwie warstwy złota, miedzi lub srebra dla uzyskania końcowego efektu. Gdy stosowane są dwie warstwy srebra, powiedziano, że grubość pierwszej wynosi pomiędzy 100 A - 150 A a korzystnie

179 946 około 125 A, podczas gdy grubość drugiej, opartej na niej wynosi pomiędzy 125A-175A. Przy zastosowaniu tylko jednej warstwy srebra, podano, że jej grubość wynosi około 100 A -175 A, korzystnie 140 A. Nigdzie w tym opisie patentowym nie ujawniono stosowania niklu lub nichromu ani zastosowania azotku krzemu jako elementu (ów) w nakładanych na siebie warstwach.

W aktualnej praktyce przemysłowej, stwierdzono, że wyżej wymienione jednostki Cardinal IG uzyskujązadowalającą charakterystykę regulowanego doprowadzania energii słonecznej, łącznie z akceptowalną charakterystyką koloru i stosunkowo dobrym nie lustrzanym współczynnikiem odbicia światła widzialnego (poniżej podano przykład porównawczy). Jednakże, stwierdzono, że ten skądinąd całkiem akceptowalny układ na ma odporności chemicznej, i zgodnie z podaną tu definicją, można powiedzieć, że brakuje mu odporności chemicznej, ponieważ zawodzi w przeprowadzonym teście gotowania. Mimo, że nie zna się dokładnej przyczyny, prostą konkluzją jest, że jak wskazano w stanie techniki, musi się poświęcić co najmniej jedną pożądaną właściwość, ażeby uzyskać pożądane poziomy innych. Ponadto, z uwagi na charakter nakładanych warstw i stosowanych elementów, układ jest drogi w produkcji głównie z powodu liczby i grubości warstw wymaganych do uzyskania pożądanego rezultatu.

W części dotyczącej stanu techniki, w amerykańskim opisie patentowym nr 5.344.718 ujawniono dalszy układ warstwowy szkła architektonicznego, który znany jest w handlu pod nazwą Super - E III, z firmy Airco Corporation. Układ ten, zaczynając od szkła w kierunku ku zewnątrz składa się z następujących warstw nałożonych jedna na drugą:

Si₃N₄/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Si₃N₄

Stwierdzono w praktyce, że wtym układzie Super-E III stopemNi:Cr jest stopNi/Cr odpowiednio 80/20 wagowo, (tj. nichrom), podano, że dwie warstwy nichromu majągrubości po lk, warstwa Ag jak podano ma grubość jedynie około 70 A (o ile nie zaznaczono, że srebro może być o grubości 100 A) a warstwy Si₃N₄ są stosunkowo grubsze (np. 320 A podłoże i około 450 A warstwa wierzchnia). W rzeczywistości, z uwagi na cienkość (np. około 70 A), stwierdzono w praktyce, że warstwa srebra (Ag) ma charakter raczej półciągły.

Podczas, gdy powłoka ta osiągnęła dobrą „trwałość” (np. powłoka była odporna na zadrapania, odporna na zużycie i trwała chemicznie) osiągnęła tym sposobem ważny wymiar tej własności w porównaniu z powłokami pirolitycznymi, dla szkła o grubości około 3 mm, E_h wynosiło jedynie około 0,20 - 0,22 a E_h wynosiło około 0,14 - 0,17. Obie te wartości emisyjności są raczej wysokie. Ponadto, zmierzona rezystancja arkusza (R^) stosunkowo była wysoka 15,8 omów/_hv (bardziej akceptowalna wartość wynosi około 10,5 lub mniej). Tak więc, gdy zarówno trwałość mechaniczna i chemiczna są akceptowalne i widzialna przepuszczalność tafli monolitycznej jest raczej wysoka 76 ± 1% i podczas, gdy dowiedziono, że powłoki sąkomatybilne z tradycyjnymi środkami uszczelniającymi stosowanymi w jednostkach IG, ich zdolność poradzenia sobie z promieniowaniem podczerwonym jest mniej niż zadowalająca. Ponadto, ich raczej wysoka monolityczna przepuszczalność widzialna wynosząca 76 ± 1 % czyni taki układ raczej niepożądanym, gdy wymagane są własności mniejszego zacienienia.

Po układzie Super-E III, Airco zaprojektował układ Super-E IV. Układ ten obejmuje jako warstwy nałożone na siebie od szkła w kierunku zewnętrznym:

Element Grubość (A)

TiO₂ około 300

NiCrN_x około 8

Ag około 105

NiCrN_x około 8

Si₃N₄ około 425

Układ ten jest bardzo podobny w zachowaniu do układu Super-E III, z wyjątkiem, że przepuszczalność widzialna jest większa (np. wyższa od 80%), emitancja jest niższa (np. mniej niż około 0,10) a współczynnik zacienienia jest znacznie wyższy (np. około 0,8). Ponadto, z uwagi na zastosowanie TiO₂ jako warstwy podłoża, układ jest drogi w produkcji.

Poza tym układem warstwowym Super-E III, w literaturze patentowej i naukowej opisano inne powłoki zawierające srebro i/lub Ni:Cr jako warstwy dla odbicia promieniowania podczer

179 946 wonego i dla innych celów gospodarki cieplnej. Patrz na przykład, filtry Fabry-Perot i inne znane powłoki i techniki ujawnione w amerykańskich opisach patentowych nr nr 3.682.528 i 4.799.745 (i omawiany i/lub cytowany tam stan techniki). Patrz także dielektryczne, metalowe układy warstwowe opisane w licznych patentach, łącznie na przykład z amerykańskimi opisami patentowymi nr nr 4.179.181, 3.698.946, 3.978.273, 3.901.997 i 3.889.026 aby wymienić tylko kilka. Mimo, że takie inne powłoki były znane lub donoszono o nich w stanie techniki dla niniejszego wynalazku, w żadnym z ujawnień nie podano ani nie osiągnięto możliwości stosowania wysoce produktywnych sposobów powlekania przez rozpylanie katodowe, jednocześnie uzyskując szkło architektoniczne, które nie tylko byłoby zbliżone lub równe powłokom pirolitycznym, ale które również osiągałoby doskonałą regulację doprowadzenia energii słonecznej.

W skrócie, powyższe czynniki w stanie techniki mogłyby bezpośrednio odwieść fachowca od jakiejkolwiek racjonalnej sugestii, że zasadnicze pogrubienie srebra w układzie takim jak rodzina układów z opisu patentowego nr 5.344.718, sprzężona z odpowiednim dostosowaniem grubości Si₃N₄ pozwoli osiągnąć pełny zakres pożądanych własności, zwłaszcza kombinacji własności: (1) akceptowalnego, niepurpurowego/niebieskiego koloru lub nie czerwono/niebieskiego koloru; (2) nie lustrzanego wyglądu z obu stron, z wewnątrz i z zewnątrz; (3) racjonalnie wysokich wartości przepuszczalności; (4) dobrej trwałości mechanicznej; (5) doskonałej trwałości chemicznej; i (6) wyjątkowo niskich wartości emisyjności.

W naszym równoległym zgłoszeniu nr serii 08/356,515, zgłoszonym 15 grudnia 1994 roku i zatytułowanym „Układ powlekania szkła nisko-E i wykonane z niego szklane jednostki izolujące”, ujawniono rodzinę układu warstw, która spełnia potrzeby techniki w odniesieniu do wyżej opisanych problemów i wad. Ujawniony w nim układ warstw ogólnie zawiera od szkła na zewnątrz:

a) warstwę Si₃N₄ o grubości około 450 A - 600 A;

b) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7A lub mniejszej;

c) warstwę srebra o grubości około 115 A -190 A;

d) warstwę niklu lub chromu o grubości około 7A lub mniejszej;

e) warstwę Si₃N₄ o grubości około 580 A - 800 A;

i w którym, gdy podłoże szklane ma grubość około 2 mm - 6 mm powleczone podłoże szklane ma przepuszczalność widzialną co najmniej około 70%, normalną emisyjność (E_n) mniejszą niż około 0,07, hemisferyczną emisyjność (E_h) mniejszą niż około 0,075, rezystancję arkusza (R^) mniejszą od około 5,5 omów/_kw i ma następujący współczynnik odbicia i współrzędne koloru, w którym charakterystyki po stronie szkła są następujące:

R_gY około 12 do 19 a_h około -3 do +3 b_h około -5 do -20 i w którym charakterystyki po stronie filmu są następujące:

R_fY około 8 do 12 a_h około 0 do 6 b_h około -5 do -30 w którym RY oznacza współczynnik odbicia a, a^ b_h oznaczają współrzędne koloru według pomiaru w jednostkach Huntera II1 .C. 10° obserwatora.

W niektórych wykonaniach tego równoległego wynalazku tafla szklana, zaopatrzona na jednej ze swoich stron w układ warstwowy opisany powyżej, stosowana jest z co najmniej jedną inną taflą szklanątak, że każda z nich jest w zasadzie równoległa do drugiej, ale znajduje się w pewnej odległości od niej, jest uszczelniona na brzegach tworząc komorę izolacyjną między nimi i tworząc tym sposobem izolacyjnąjednostkę szklaną (IG) nadającą się ona okna, drzwi lub ściany, przy czym układ warstwowy zlokalizowany jest na powierzchni 24 jak pokazano na fig. 2 tak, że współczynnik odbicia i współrzędne koloru mają następującą charakterystykę gdy patrzy się z zewnątrz:

RqY około 16 do 18 a* około -3 do +3

179 946 b* około Odo-15 gdy patrzy się z wewnątrz:

R_fY około 14 do 16 a* około 0 do +5 b* około 0 do -20 zaś przepuszczalność widzialna wynosi co najmniej około 63% a korzystnie około 65% - 68%. Gdy układ powlekający zlokalizowany jest na powierzchni 26 (fig. 2), współczynnik odbicia i współrzędne koloru są odwrotne od podanych powyżej, ale przepuszczalność pozostaje taka sama. Gwiazdka (*) odnosi się tutaj, jak opisano poniżej do współrzędnych koloru według pomiaru tradycyjną techniką III. C, 2° obserwator.

Stosowane tu określenie „zewnątrz” oznacza, że obserwator patrzy z zewnątrz mieszkania, w którym zastosowana jest powlekana tafla szklana (np. jednostka IG). Stosowane tu określenie „wewnątrz” oznacza, że strona obserwowana jest przez obserwatora z wewnątrz mieszkania, w którym umieszczona jest jednostka (np. z pokoju domu lub budynku biurowego), patrząc w kierunku na „zewnątrz”.

Układ warstw ujawniony w tym równoległym wynalazku jest wysoce efektywny. Układy te nie tylko osiągają wspaniałe charakterystyki regulowanego doprowadzania energii słonecznej ale są także namacalnie nieodbijające (np. poniżej niepożądanego 20% poziomu) i trwałe zarówno (chemicznie i mechanicznie). Tym niemniej obecnie nieoczekiwanie stwierdzono i jest to częścią wynalazku, że: (1) przez zastosowanie układu podwójnej warstwy srebra o nawet bardziej połączonej grubości niż w tym znanym równoległym wynalazku, (2) przez zastosowanie odpowiednio grubej środkowej warstwy Si₃N₄, poza warstwą podkładową i wierzchnią z Si₃N₄, i (3) przez oddzielenie każdej warstwy, tworzącą zarodki warstwą niklu lub nichromu, osiąga się dalszą redukcję współczynnika odbicia, bez nadmiernego wpływu na inne pożądane charakterystyki podane wyżej.

Streszczenie wynalazku

Ogólnie mówiąc, wynalazek uzyskuje swoje unikalne wyniki poprzez otrzymanie wyrobu szklanego powlekanego przez rozpylanie katodowe, zawierającego podłoże szklane z nałożonym na nie układem warstw kolejno od podłoża szklanego ku zewnątrz:

a) warstwy Si₃N₄ o grubości około 300 A - 550 A;

b) warstwy niklu lub nichromu o grubości około 7A lub mniej;

c) warstwy srebra o grubości około 70 A - 130 A;

d) warstwy niklu lub nichromu o grubości około 7A lub mniej; i

e) warstwy Si₃N₄ o grubości około 700 A -1100 A;

f) warstwy niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej;

g) warstwy srebra o grubości około 70 A - 190 A;

h) warstwy niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej; i

i) warstwy Si₃N₄ o grubości około 350 A - 700 A.

W niektórych korzystnych wykonaniach, grubości powyższych warstw są następujące: warstwa grubość (A) a około 350-450 b około <7 c około 100 -125 d około <7 e około 900 -1 000 f około <7 g około 140 -170 h około <7 i około 400 -500

179 946

W niektórych szczególnie korzystnych wykonaniach, grubości poszczególnych warstw są następujące:

warstwa grubość (A) a około400 b około7 c około110 d około7 e około950 f około7 g około155 h około7 i około450

W takich wyrobach, jak rozważane w niniejszym wynalazku, gdy wymienione podłoże szklane ma grubość około 2 mm - 6 mm, powleczone podłoże szklane ma przepuszczalność widzialną co najmniej około 70%, korzystnie około 72% - 76%; emisyjność normalną (E_n) około 0,02 - 0,09, korzystnie około 0,03 - 0,06; emisyjność hemisferyczną(E_h)) około 0,03 - 0,12, korzystnie około 0,04 do 0,07; oporność arkusza (RJ około 2-10, korzystnie 3 - 5 i ma następujący współczynnik odbicia i współrzędne koloru o charakterystyce od strony szkła:

RgY, mniej niż około 10, korzystnie około 4-7;

a_h około -3 do +5, korzystnie około +2,5 do +4,5; i b_h około 0 do -10, korzystnie około -4,0 do -8,0;

i w którym charakterystyka od strony filmu jest następująca

R_fY, mniej niż około 10, korzystnie około 3-7;

a_h około -3 do +5, korzystnie około 0,0 do 2,0; i b_h około 0 do -10, korzystnie około 0,0 do -2,0;

w którym RY oznacza współczynnik odbicia zaś a_h, b_h oznaczają współrzędne koloru według pomiaru w jednostkach Huntera, IIL,C., 10° obserwator.

W niektórych wykonaniach niniejszego wynalazku, tafla szklana zaopatrzona na jednej swojej stronie w układ warstw jak opisany powyżej, stosowanajest z co najmniej jedną inną taflą szklaną tak, że każda jest zasadniczo równoległa do drugiej, ale w pewnym oddaleniu od niej i uszczelniona z nią na skrajnych brzegach tak, że tworzą pomiędzy sobą komorę izolacyjną tworząc tym sposobem szklanąjednostkę izolującąprzydatnąjako okno, drzwi lub ściana, w której układ warstwowy zlokalizowany jest na powierzchni 24 jak przedstawiono na fig. 2 w których współczynnik odbicia i współrzędne koloru mają następującą charakterystykę:

gdy patrzy się z zewnątrz

R^Y jest mniejsze od około 16 i korzystnie wynosi 9-12;

a wynosi około -3,0 do +3,0, a korzystnie około 0,0 do +2,0;

b* wynosi około 0,0 do -8,0 a korzystnie około -4,5 do -6,5 gdy patrzy się z wewnątrz

R_fY jest mniejsze od około 15 i korzystnie wynosi około 9-12;

a* wynosi około -3,0 do +3,0 a korzystnie około 0,0 do +2,0;

b* wynosi około 0,0 do -8,0, a korzystnie około 0,0 do -2,0;

i przepuszczalność widzialna wynosi co najmniej około 63% a korzystnie około 65% 68%. Gdy układ powlekający usytuowany jest na powierzchni 26 (fig. 2) współczynnik odbicia i współrzędne koloru stanowią odwrotność powyższych, ale przepuszczalność pozostaje taka sama. Jak podano powyżej i opisano poniżej, gwiazdka (*) wskazuje III.C, 2° obserwator.

Wynalazek zostanie obecnie opisany z uwzględnieniem jego niektórych wykonań, wraz z nawiązaniem do towarzyszących rysunków, na których:

Figura 1 przedstawia częściowy przekrój boczny układu warstw według wynalazku.

Figura 2 przedstawia częściowy widok przekroju j ednostki IG rozważanej w tym wynalazku; i

Figura 3 przedstawia częściowy schematyczny widok perspektywiczny domu, w którym zastosowano okno, drzwi i ściany z jednostek IG przedstawionych na fig. 2.

179 946

Szczegółowy opis wykonań wynalazku

Niektóre określenia są powszechnie stosowane w dziedzinie powlekania szkła, zwłaszcza przy określaniu własności i charakterystyki regulacji doprowadzania energii słonecznej przez powlekane szkło, w dziedzinie architektonicznej. Określenia te są stosowane tutaj zgodnie z ich dobrze znanym znaczeniem. Na przykład stosowane są tutaj:

Intensywność światła widzialnej długości fali „reflektancja” (współczynnik odbicia) definiowana jest jej procentowością i jest podawana jako ItyY, gdzie X oznacza bądź „G” od strony szkła, bądź „F” od strony filmu. Przez stronę szkła (tj. „G”) należy rozumieć, że patrzy się na taflę szklaną od strony szklanego podłoża, po przeciwnej stronie tej, na której znajduje się powłoka podczas, gdy strona filmu (tj. „F”) oznacza, że patrzy się na taflę szklanąod strony na której znajduje się naniesiona powłoka na podłoże szklane. Alternatywnie, określane jest to jako „R^dziane z zewnątrz” lub „R^idziane z wewną&z ” P¹^ ^czy^m „G” jest równoważne „zewnątrz” a ,,F” jest równoważne „wewnątrz”.

Charakterystyka koloru mierzona jest na współrzędnych „a” i „b”. Niekiedy tutaj współrzędne te oznaczane są indeksem „h” dla zaznaczenia stosowania tradycyjnej metody Huntera (lub jednostek) III.C,10° obserwator, według ASTM E 308 - 85, Annual Book ASTM Standards, tom 06.01 „Standard Method for Computing the Colors of Objects by Using the CIE Systems”. Kiedy indziej oznaczane są one gwiazdką (*) dla wskazania alternatywnej tradycyjnej normy, tj. III. C, 2° obserwator również opublikowanej w wyżej wymienionej ASTM E 308 - 85.

Określenia „emisyjność” i „transmitancja” są dobrze znane w tej dziedzinie i stosowane tutaj w ich dobrze znanym znaczeniu. Tak więc, określenie „przepuszczalność” oznacza tutaj przepuszczalność energii słonecznej, która obejmuje przepuszczalność światła widzialnego, przepuszczalność energii podczerwonej i przepuszczalność światła ultrafioletowego. Całkowita przepuszczalność energii słonecznej jest zwykle charakteryzowana jako średnia ważona tych innych wartości. W odniesieniu do tych przepuszczalności, przepuszczalność widzialna, jak podano tutaj, charakteryzowana jest standardową techniką Illuminant C przy 380 -720 nm; podczerwień 800 - 2100 nm; ultrafiolet 300 - 400 nm; a całkowita energia słoneczna 300 - 2100 nm. Jednak dla celów emisyjności, zastosowano szczególny zakres podczerwieni (tj. 2500 - 40.000 nm) jak omówiono poniżej.

Przepuszczalność widzialna może być mierzona za pomocą znanych metod tradycyjnych. Na przykład, przez zastosowanie spektrofotometru takiego, jak Beckmana 5240 (Beckman Sci.Inst. Corp.) otrzymuje się spektralne krzywe przepuszczalności. Przepuszczalność widzialną oblicza się następnie stosując wyżej wymienioną normę ASTM-308 „Method for Computing the Colors of Objects by Using the CIE Systems” (Annual Book of ASTM Standards tom 14.02). Można ewentualnie stosować mniejszą liczbę punktów długości fali niż przepisana. W innej technice pomiaru przepuszczalności widzialnej stosuje się spektrometr taki jak dostępny w sprzedaży spektrofotometr Spectragard produkcji Pacific Scientific Corporation. Urządzenie to mierzy i bezpośrednio podaje przepuszczalność widzialną. Jak tutaj podano i zmierzono, przepuszczalność widzialna mierzona jest techniką Huntera III.C.,10° obserwator (o ile nie zaznaczono inaczej).

„Emisyjność” (E) jest miarą lub charakterystyką zarówno absorpcji jak i współczynnika odbicia światła przy danej długości fali. Zwykle przedstawiana jest wzorem:

E = 1 - współczynnik odbiciaf_llm

Dla celów architektonicznych, wartości emisyjności stają się całkiem ważne w tak zwanym „średnim zakresie”, czasami także zwanym „dalekim zakresem” widma podczerwieni, tj. około 2.500 - 40.000 nm, na przykład, jak wyszczególniono zapomocąprogramu WINDOW 4.1, LBL-35298 (1994) przez Lawrence Berkley Laboratories, jak opisano poniżej. Podane tu określenie „emisyjność”, jest zatem stosowane dla podania wartości emisyjności mierzonej w tym zakresie podczerwieni j ak wyspecyfikowana przez 1991 Proposed ASTM Standard w celu pomiaru energii podczerwonej dla obliczenia emitancji według propozycji przez Primary Glass Manufacturersf Council i zatytułowanej „Test Method for Measuring and Calculating Emittance of Architectural Fiat Glass Products Using Radiometrie Measurements”. Tę normę i jej klauzule

179 946 przytoczono tu jako odnośnik literaturowy. W tej normie emisyjność jest podawana jako emisyjność hemisferyczna (E_h) i emisyjność normalna (E_n).

Aktualne zebranie danych do pomiaru takich wartości emisyjności jest znane i może być przeprowadzone przez zastosowanie, na przykład, spektrofotometru Beckmana Model 4260 z przystawką „VW” (Beckman Scientific Inst. Corp.). Spektrofotometr ten mierzy współczynnik odbicia w funkcji długości fali i z tego oblicza się emisyjność stosując wyżej wymieniony 1991 Proposed ASTM Standard, który przytoczono tu jako odnośnik literaturowy.

Innym stosowanym tu określeniem jest „oporność tafli”. Oporność tafli (R_s) jest dobrze znanym określeniem w tej dziedzinie i stosowane jest tutaj zgodnie ze swym znanym znaczeniem. Ogólnie mówiąc, określenie to odnosi się do oporności w omach dowolnego kwadratu (kw) układu warstw na podłożu szklanym dla prądu elektrycznego przechodzącego przez układ warstw. Oporność tafli jest wskazaniem czy warstwa dobrze odbija energię podczerwoną i jest zatem często stosowana wraz z emisyjnością jako miara tej własności, tak ważnej w wielu szkłach architektonicznych. „Oporność tafli” dogodnie mierzy się przy użyciu 4 punktowej sondy omometru, takiej jak 4 punktowa sonda zbędnej rezystywności z Magnetron Instruments Corp. głowica, Model M-800 produkcji Signatone Corp., Z Santa Clara, Kalifornia.

Określenie „trwałość chemiczna” stosowane jest tutaj synonimowo ze znanymi w przeszłości w tej dziedzinie określeniami „oporność chemiczna” lub „stabilność chemiczna”. Trwałość chemiczna jest oznaczana przez gotowanie 2” x 5” próbki powleczonego podłoża szklanego w około 500 cm³ 5% HCI przez 1 godzinę (tj. w temperaturze około 100°C). Uważa się, że próbka przeszła ten test (i zatem uważa się, że układ warstw ma „trwałość chemiczną”), jeśli układ warstw próbki nie wykazuje wżerek o średnicy większej niż około 0,0762 mm po jednej godzinie gotowania.

Stosowane tu określenie „trwałość mechaniczna” definiowane jest jednym z dwóch testów. W pierwszym teście stosuje się Pacific Scientific Abrasion Tester (lubjego ekwiwalent), w którym nylonową szczotkę 2” x 4” χ 1 ” (5 cm χ 10 cm x 2,5 cm) cyklicznie przesuwa się nad układem warstwowym przez 500 cykli przy obciążeniu 150 g, stosowanym na 6” x 17” (15 cm x 42 cm) próbkę. W drugim alternatywnym teście, stosuje się tradycyjną szlifierkę Taber (lub ekwiwalent) poddaj ąc 4” x 4” (10 cm χ 10 cm) próbkę 300 obrotom dwóch kół szlifierskich C. S. 10F, z których każde jest obciążone ciężarem 500 g. Uważa się, że próbka przeszła test i wyrób jest mechanicznie trwały, jeśli w każdym z dwóch testów, nie pojawią się istotne, zauważalne rysy podczas patrzenia nieuzbrojonym okiem w świetle widzialnym.

Grubość różnych warstw w podanych układach mierzy się przez, a zatem stosowane tu określenie „grubość” definiowane jest przez zastosowanie znanych krzywych optycznych lub alternatywnie zastosowanie tradycyjnego elipsometru igłowego. Takie postępowanie i techniki są dobrze znane fachowcom a zatem nie ma potrzeby dalszego wyjaśniania, z wyjątkiem uwagi, że grubości optyczne podawane są w angstremach.

Wracając obecnie do fig. 1 pokazano na nim częściowy szkic przekroju typowego wykonania wynalazku. Jak widać, stosowane jest typowe podłoże szklane 1 tradycyjnie stosowane w architekturze. Szkło takie korzystnie wytwarzane jest w tradycyjnym procesie „floaf ’ a zatem określane jest jako „szkło flotacyjne”. Zwykłajego grubość wynosi od około 2 mm - 6 mm. Skład szkła nie jest istotny i może zmieniać się w szerokim zakresie. Zwykle stosowane szkło jest szkłem z rodziny dobrze znanych szkieł sodowo-wapniowo-krzemionkowych.

Sposób i urządzenie stosowane do formowania warstw 2a - e, 3a - d i 4a, b na podłożu szklanym 1 może być tradycyjnym wielokomorowym (wielo docelowym) układem przez rozpylanie katodowe, może być takie jak produkowane przez Airco, Inc. Pod tym względem, korzystny proces powlekania przez rozpylanie katodowe jest tu taki sam jak ujawniony w amerykańskim opisie patentowym nr 5.344.718, którego całe ujawnienie omówiono powyżej.

Warstwy 2a, 2b i 2c są warstwami składającymi się z Si₃N₄, ewentualnie z małąilościąmateriału domieszki i/lub innego materiału tarczowego rozpylanego katodowo z Si i stosowanego z nim na przykład w antykatodzie, na przykład, w celu utrzymania anody w układzie przewodzącym. Ta koncepcja zawarta jest w równoległym zgłoszeniu patentowym w Stanach Zjednoczonych nr seryjny 08/102.585 z dnia 15 sierpnia 1993, obecnie patent nr 5.403.458. Taki

179 946 dobór tarczowej domieszki i/lub materiałów przewodzących zwykle utrzymuje się na minimalnym poziomie tak, by osiągnąć ich cel a nie zakłócić celu stosowania Si₃N₄ w układzie.

Grubość warstwy podkładowej 2a wynosi około 300 A - 550 A. Stwierdzono, że taka grubość jest ważna do osiągnięcia celów tego wynalazku.

Korzystnie, grubość warstwy 2a wynosi powyżej 350A-450Ai najbardziej korzystna jest około 400 A. Grubość warstwy wierzchniej 2c wynosi około 350 A - 700 A. Korzystnie, grubość warstwy 2c wynosi około 400 A - 500 A i najbardziej korzystna grubość wynosi około 450 A. Stwierdzono, że taka grubość jest ważna, ażeby osiągnąć cel wynalazku.

Cztery warstwy 3a, b, c i d są warstwami przekładkowymi, zarodkowania dla dwóch warstw srebra 4a i 4b. Te zarodkowe warstwy 3a, 3b, 3c i 3d składająsię w zasadzie z metalicznego niklu lub metalicznego nichromu (np. 80/20 Ni:Cr wagowo). Jeśli stosuje się nichrom, korzystnie jest, żeby co najmniej część chromu była przekształcona w procesie rozpylania katodowego do azotku jak podano i z powodów podanych w amerykańskim opisie patentowym 5.344.718. Grubość stosowana dla tych czterech zarodkowych warstw korzystnie jest taka sama jak w opisie 5,344.718 tj. poniżej 7 A a korzystnie około óA lub mniejsza.

Znaczącą właściwością tego wynalazku, jest jego wyjątkowość w odniesieniu do wyżej opisanego stanu techniki, która polega na zastosowaniu podwójnych, odpowiednio grubych metalicznych warstw srebra 4a, 4b w połączeniu ze środkową warstwą 2b, która jest znacząco grubą warstwą z Si₃N₄. Warstwa 2b jest połączona z warstwami 4a i 4b, które są dwiema z czterech zarodkowych warstw 3b i 3c opisanych powyżej.

Warstwa 4a z metalicznego srebra jest spodniąwarstwą srebra i jej grubość powinna wynosić około 70 A -130 A, korzystnie około 100 A -125 A a najkorzystniej około 110 A. Warstwa 4b z metalicznego srebra j est wierzchnią warstwą srebra i powinna mieć grubość około 70 A -190 A, korzystnie 140 A-170 A a najkorzystniej około 155 A. Razem, te dwie warstwy są zasadniczymi powodami, dla których wynalazek osiąga jego niską emisyjność omówioną po wyżej. W tym odniesieniu korzystnie jest, aby wierzchnia warstwa srebra 4b była grubsza niż spodnia warstwa srebra 4a. Emisyjność jest zatem zasadniczo regulowana różną grubością wierzchniej warstwy srebra, podczas gdy spodnia warstwa srebra ma mały wpływ na emisyjność. Jednakowoż, obie warstwy mają duży wpływ na osiągnięcie pożądanych charakterystyk przepuszczalności widzialnej, odbicia i koloru. W tym odniesieniu, do osiągnięcia poziomu emisyjności jak wyżej wymieniono, bez niekorzystnego wpływu na inne pożądane charakterystyki całkowita grubość warstw 4a, 4b, powinna wynosić około 200 A - 300 A, korzystnie około 225 A - 275 A a najkorzystniej 265 A.

Środkowa warstwa z Si₃N₄ oznaczona jako 2b ma ważne znaczenie dla tego wynalazku. Jest skonstruowana jako zasadniczo grubsza od dwóch innych warstw Si₃N₄,2a i 2 c i w jej korzystnym wykonaniu jest zasadniczo grubsza niż warstwy 2a i 2c. Podczas gdy powody dlaczego tak się dzieje nie są do końca zrozumiane, to wierzy się, że tak gruba warstwa 2b umożliwia użycie raczej grubszej połączonej warstwy srebra dającej niską wartość emisyjności jednocześnie zapewniając pożądane poziomy odporności (chemicznej i mechanicznej), niską nielustrzanąreflaktancję (np. R_G Y i RfY mniej niż około 10 dla monolitu i mniej niż około 16 w jednostkach IG), przepuszczalność widzialną i znacząco neutralne i nie purpurowe charakterystyki koloru, obie dla monolitowej tafli szkła i jednostek IG. Tak więc, w celu osiągnięcia tych celów, środkowa warstwa Si₃N₄,2b powinna mieć grubość około 700 A -1.1000 A, korzystnie 900 A-l .000 A a najkorzystniej około 950 A.

Układ warstwowy według wynalazku opisany w odniesieniu do fig. 1 osiąga unikalną kombinację uregulowanego rozporządzania energią słoneczną co staje się, szczególnie pożądane, gdy powleczone szkło stosuje się w jednostce IG jak schematycznie zilustrowano na fig. 2 (omówione poniżej). Ogólnie mówiąc, gdy podłoże szklane ma grubość około 2 mm - 6 mm; monolitowa tafla powlekanego szkła (stosując oczywiście szkło jasne) ma przepuszczalność widzialną co najmniej około 70% a korzystnie około 72% - 76%. Ten ostani zakres daje oczywiście doskonałą widzialność, ale dany charakter stosu warstw według wynalazku, dalej osiąga również doskonałe własności zacieniania. Ponadto, powleczona tafla szklana ma normalną emisyjność (E_n)

179 946 mniejszą niż około 0,02 - 0,09, korzystnie około 0,03 - 0,06; emisyjność hemisferyczną (E_h) mniejsza niż około 0,03 - 0,12, korzystnie około 0,03 - 0,08 i odporność tafli (RJ mniej niż około 2-10 omów/_kw. dalej jeszcze taka monolityczna powlekana tafla szklana będzie miała następujące współczynniki odbicia i współrzędne koloru:

Zakres szeroki	korzystny	naj korzystniej szy
RqY mniej niż około 10	około 4-7	około 5
ah około -3 do +5	około +2,5 do 4,5	około +4
bh około 0 do -10	około -4,0 do -8,0	około -7 do -8
RfY mniej niż około 10	około 3 do 7	około 3 do 4
ah około -3 do +5	około 0,0 do +2,0	około +1 do +2
bh około 0 do -10	około 0,0 do -2,0	około -1

Jak widać, charakterystyki współczynnika odbicia wyrobu według wynalazku odróżniają go od znacznie różnych charakterystyk współczynnika odbicia, w wykonaniach przedłożonego równoległego wynalazku, w którym nie stosuje się środkowej warstwy z Si₃N₄ i pojedynczej warstwy srebra. W odniesieniu do tego należy rozumieć, że w naszym równoległym wynalazku, charakterystyki współczynnika odbicia osiągnęły zadowalające wyniki, w pewnej ważnej części odbiorców poprzez osiągnięcie wyższych współczynników odbicia, np. R^Y około 12 -19 i R_fY około 8-12 dla form monolitycznych. Podczas, gdy „nielustrzany”, ostateczny produkt osiągnął podstawowe wartości estetyczne, który w pewnej ważnej części rynku dla określonej populacji domagającej się okien z architektonicznego szkła. W przedmiocie wynalazku, z drugiej strony inne, ważne części rynku zostały usatysfakcjonowane, przez osiągnięcie zasadniczo niskich współczynników odbicia, mniej niż około 10 dla R^Y i R_fY, korzystnie około 4-7 i 3-7 dla R^Y i R_fY odpowiednio, dla monolitycznych form. W tym samym czasie, jak widać ze współrzędnych koloru, zasadniczo neutralne wartości koloru sąosiągalne bez efektu maskowania, które było potrzebne do osiągnięcia neutralnego koloru w wykonaniu powyższego równoległego wynalazku. Ponadto, zostały osiągnięte wspaniałe wartości nisko-E, wytrzymałości (chemicznej i mechanicznej) i przepuszczalności; zarówno dla pojedynczej tafli szkła jak w jednostkach IG (omówionych dalej).

Jak podano powyżej, figura 2 ilustruje zaledwie schematycznie, typową jednostkę IG według niniejszego wynalazku. W celu rozróżnienia „wewnątrz” jednostki IG oznakowano „wew” a z „zewnątrz” oznakowano „zew”, schematycznie przedstawiono słońce 9. Jak widać, taka jednostka IG wykonana jest z „zewnętrznej” tafli szklanej 11 i „wewnętrznej” tafli szklanej 13. Te dwie tafle szklane (np. o grubości 2 mm - 6 mm) są uszczelniane na ich skrajnych brzegach za pomocą tradycyjnego środka uszczelniającego 15 i paska suszącego 17. Tafle następnie osadzane sąw ramach 19 tradycyjnego okna lub drzwi (pokazane częściowo w postaci schematycznej). Przez uszczelnienie brzegów tafli szklanych i zastąpienie powietrza w komorze 20 gazem takim jak argon, tworzy się typowe, o wysokiej wartości izolującej jednostki IG. Komora 20 zazwyczaj ma szerokość około 1/2” (1,27 cm).

Przez stosowanie stosu warstw opisanych powyżej jako układ warstwowy 22 na ściance 24 zewnętrznej tafli szklanej 11 w komorze 20, jak zilustrowano, lub alternatywnie na ściance 26 wewnętrznej tafli szklanej 13 w komorze 20 (nie pokazany) tworzy się szczególnie unikalną, nielustrzaną, niepurpurowąani czerowno/niebieskąjednostkę IG. W odniesieniu do tego, należy rozumieć, że fig. 2 ilustruje jedynie jedno wykonaniejednostki IG, wktórym zastosowano unikalne układy warstwowe według wynalazku. W rzeczywistości, układy warstwowe według wynalazku, na ogół sądostępne do stosowania w szerokim zakresie jednostek IG, łącznie z zawierającymi więcej niż dwie tafle. Ogólnie mówiąc, jednak, jednostki IG według wynalazku, gdy mająukład warstwowy umiejscowiony na ściance jednej z dwóch tafli szklanych w komorze izolującej jednostki IG, zazwyczaj będą miały następującą charakterystykę:

179 946

Tabela 1

Charakterystyka działania	Ścianka 24	Ścianka 26
Zakres	Zalecane	Zakres	Zalecane
Dostrzegalna przepuszczalność (%)	>63	65-68	tak samo	tak samo
Odbicie (%, widzialne z zewnątrz)	>16	9- 12	<15	8- 11
Odbicia (% widzialne, wewnątrz)	<15	8-11	<16	9- 12
Współczynnik zacienienia (S.C.)	<15	8-11	<16	9-12
Współczynnik zysku ciepła słonecznego (S.C. x 0,87)
U (Zima) [BTU/ft2/hr/°F]	0,20 - 0,30	0,25	tak samo	tak samo
U (Lato) [BTU/ft2/hr/°F]	0,24 - 0,26	0,24	tak samo	tak samo
Względny zysk ciepła [BTU/ft /hr°F]	90 - 100	92 - 102	100 - 140	120-130
Charakterystyka Koloru
Ty	63-70	65-68
a	-5 do +5	Odo -4	tak samo	tak samo
b’	-10 do+10	0 do +4	tak samo	tak samo
Ry na zewnątrz (w przybliżeniu R, zakres widzialny na zewnątrz, powyższa)
a’	+3 do -3	0 do -2,0	+3 do -3	0 do +2
b’	Odo-8	-4,5 do -6,5	Odo-8	Odo-2
Ry wewnątrz (w przybliżeniu R, zakres widzialny wewnątrz, powyższa)
a	+3 do -3	0 do +2	+3 do -3	0 do -2,0
b’	Odo -8	0 do -2,0	Odo-8	-4,5 do -6,5

Gwiazdka ( ) wskazuje na pomiar za pomocą wspomnianej techniki ΙΠ. C. 2° obserwatora ASTM.

W dodatku do powyższej charakterystyki, w pewnych zalecanych zastosowaniach, uzyskano następującą charakterystykę działania, gdy taki układ jest użyty do jednostki IG z komorą o szerokości 1/2” wypełnionej argonem, kiedy ta charakterystyka została przetworzona za pomocąprogramu komputerowego znanego jako „Window 4.1 ” z Lawrence Berkeley Laboratories w Berkeley, Kalifornia, i dodatkowo przy użyciu spektrofotometru Hitachi, otrzymano następujące dane wejściowe odnoszące się do: (1) dostrzegalnej i widzialnej przepuszczalności; (2) odbicia słonecznego po stronie warstwy i szkła; oraz (3) pomiaru emitancji za pomocą spektrofotometru podczerwieni Beckmana.

Program WINDOW 4.1, 1988-1994, jest przedmiotem praw autorskich Władz Uniwersytetu Kalifornijskiego, i ma tytuł „Fenestration Production Thermal Analysis Program”.

179 946

Tabela 2

Charakterystyka działania	Ścianka 24	Ścianka 26	Tafla Monolityczna
Twidzialne	66	66
R-widzialne, z zewnątrz	9	11
^widzialne, wewnątrz	11	9
Tsłoneczne	36	36
^-słoneczne	32	36
Współczynnik zacienienia	0,46	0,61
Współczynnik zysku ciepła	0,392	0,522
słonecznego	0,25	0,25
Uzima	0,24	0,24
Ubato	0,054	0,054
En	0,060	0,060
Eh	94	125
Względny zysk ciepła Rs(omów/kw.)	3,39	3,39
Kolor (obserwator ULC.2°)			(h) Kutner, obserwator III.
			C. 10°
Ty	65,7	65,7	72,4
a	-3,2	-3,2	-2,59 ah
b*	2,76	2,76	-2,57 bh
RgY (z zewnątrz)	8,8	10,8	4,91
a	+1,81	+0,46	+4,13 ah
b*	-6,4	-1,1	-7,62 bh
RfY	10,8	8,8	3,48
a	+0,46	+1,81	+1,64 3,,
b‘	-1,1	-6,4	-0,69 bh

W tym zastosowaniu monolityczna tafla została poddana zarówno testowi gotowania, aby określić chemiczną wytrzymałość oraz wspomnianemu testowi na ścieranie (tester Pacific Scientific Abrasion), aby określić wytrzymałość mechaniczną. Tafla przeszła pomyślnie oba testy.

Do ukształtowania układu warstw w tym zastosowaniu wykorzystano laboratoryjną maszynę do powlekania Airco ILS-1600. Zawiera ona 3 katody zawierające: katoda #1 - krzem z 5% domieszką glinu; katoda #2 - srebro; katoda #3 - Ni:Cr, nichrom, w stosunku wagowym 80/20. Układ warstw pokazano na fig. 1 jest następujący:

Materiał	Powłoka nr	Grubość (w przybliżeniu)
Si3N4*	2a	450 A
Ni:Cr	3a	7 A
Ag	4a	155 A
Ni:Cr	3b	7 A
Si3N4*	2b	950 A
Ni:Cr	3c	7 A
Ag	4b	lio A
Ni:Cr	3d	7 A
Si3N4*	2c	400 A

* W tych warstwach znajduje się mniejsza ilość domieszki Al o około 5%.

Zastosowano taflę monolityczną z bezbarwnego, sodowo-wapniowo-krzemionkowego gładkiego szkła o grubości 0,087 cala. Zastosowano następujące parametry maszyny do powlekania:

179 946

Tabela 6

Warstwa	Materiał	* n2%	Ar%	Ciśnienie (Torr)	Moc katody	Napięcie katody	Natężenie katody	Szybkość % linii	Liczba suwów
1	Krzem	50	50	4,0 χ 104	4,9 kW	483 V	10,5 A	42,5	8
2	Nichrom	50	50	3,1 x 10“	0,7 kW	387 V	2A	100	1
3	Srebro	0	100	5,7 χ 10-4	2,8 kW	454 V	6,4 A	100	1
4	Nichrom	50	50	3,1 χ 10·4	0,3 kW	344 V	1 A	100	1
1	Krzem	50	50	4,0 χ 10	4,9 kW	483 V	10,5 A	42,5	19
2	Nichrom	50	50	3,1 χ 10·4	0,7 kW	387 V	2A	100	1
3	Srebro	0	100	5,7 x W4	5,0 kW	498 V	10,5 A	100	1
4	Nichrom	50	50	3,1 χ 10-4	0,3 kW	344 V	1	100	1
1	Krzem	50	50	4,0 x W4	4,9 kW	483 V	10,5 A	42,5	8

Ewentualnie warstwy nichromowe mogą być rozpylane katodowo w atmosferze z zawartością 100% Ar, dzięki czemu zapobiega się powstaniu azotku chromu. Dodatkowo warstwy srebra można rozpylać katodowo w atmosferze zawierającej częściowo Nj ponieważ srebro nie łączy się w azotki.

W przeciwieństwie do, lub w porównaniu z charakterystyką powyższego wykonania tego wynalazku można przywołać następującą charakterystykę otrzymaną w wyniku zastosowania wyżej opisanej techniki programu WINDO W 4.1(1/2 calowa komora Argonowa) do wspomnianego wcześniej znanego handlowego produktu typu IG „Cardinal -171”.

Tabela 4

Charakterystyka działania	Ścianka 24	Ścianka 26	Tafla monolityczna
Twidzialne	73	73
^widzialne, z zewnątrz	11	12
^-widzialne, wewnątrz	12	11
^słoneczne	41	41
R-słoneczne	33	36
Współczynnik zacienienia	0,52	0,62
Współczynnik zysku ciepła słonecznego	0,443	0,531
Uzima	0,25	0,25
ULato	0,24	0,24
En	0,051	0,051
Eh	0,060	0,060
Względny zysk ciepła	106	127
Rs (om/kw.)	3,27	3,27
Kolor ( Obserwator ΙΠ. C. 2°)	(h) Hunter, obserwator III. C. 10°
Ty	73,5	73,5	80,7
a	-1,8	-1,8	-1,26 ah
b*	+2,74	+2,74	+2,62 bh
RgY (na zewnątrz)	11,1	12,0	+5,98
a	+2,14	-3,4	+2,37 a,,
b	-5,5	+0,49	-5,68 bh
RpY (wewnątrz)	12,0	11,1	4,90
a	-3,4	+2,14	-2,01 ah
b’	+0,4	-5,5	+0,60 bh

179 946

Należy podkreślić w związku z powyższym, że produkt IG „Cardinal-171” uzyskał znaczną akceptację na rynku. Jego jedyną prawdziwą wadą jest brak czystości chemicznej. Dokładny układ warstw tego produktu nie jest znany. Jednakże należy uważać, że jest zgodny z układem ujawnionym we wspomnianym patencie amerykańskim nr 5.302.449.

Jak widać z porównania wyników tego wynalazku z produktem zaakceptowanym na rynku, niniejszy wynalazek osiągnął wysoki poziom konkurencyjności przy wykorzystaniu znacznie różniącego się układu warstw, na przykład, podczas gdy wyrób Cardinal osiąga trochę lepszą od zastosowania niniejszego wynalazku przepuszczalność (73% vs. 66%), niemniej jednak osiągnięte 66% mieści się nie tylko w akceptowalnych granicach, ale z drugiej strony jeżeli niższy współczynnik zacienienia, jak to już zostało wyjaśnione, jest bardzo pożądany (np. ze względu na niższe koszty klimatyzacji w czasie gorącej pogody), to osiągnięte 66% jest jeszcze ważniejsze z handlowego punktu widzenia. Szczególne znaczenie ma jednak znacznie większa chemiczna czystość osiągnięta w ramach niniejszego wynalazku. Oba produkty mająbardzo niskie, w rzeczywistości równe wydzielanie oraz równie znakomite wartości U.

W związku z wcześniej wspomnianymi charakterystykami działania IG, nie zdefiniowane wcześniej terminy takie jak U_zima, U_lato, itd., znane sąw tej dziedzinie i tu są stosowane zgodnie z ich zaakceptowanym znaczeniem. Na przykład wartość „U” jest miarą własności izolujących systemu IG. U_zima i U_lat0 sąokreślane zgodnie z NFRC100-91 (1991), standardem ustalonym w programie WINDO W 4.1. „Współczynnik zacienienia” (”S.C”) został wyznaczony za pomocą procedury NFRC 200-93 (1993), przez wcześniejsze określenie „współczynnika zysku ciepła słonecznego” i podzielenie go przez liczbę 0,87. „Względny zysk ciepła” (r.h.g) wyznaczono za pomocątej samej procedury NFRC 200-93. „T_słoneczne” oznacza całkowitąprzepuszczalność energii słonecznej, znane połączenie przepuszczalności UV, widzialnej i IR. „R_Słoneczne” podobnie oznacza całkowite odbicie energii słonecznej, znanego jako połączenie odbicia UV, widzialnej i IR.

Figura 3 jest częściowym, schematycznym obrazem typowego domu rodzinnego 28 mającego różne otwory, w których można wykorzystać obecny wynalazek. Na przykład w oknie 30 można zastosować taflę monolityczną ze szkła na które rozpylono katodowo układ warstw według niniejszego wynalazku, lub jako „okno sztormowe” jednostkę IG według wynalazku, jak pokazano na fig. 2. Podobnie przesuwna tafla ścienna 32, nieprzesuwana tafla ścienna 34, jak również tafla drzwi frontowych 36 mogąbyć także wyprodukowane przy zastosowaniu wynalazku, zarówno jako monolityczna tafla szklana jak również jako jednostka IG.

Po przedstawieniu niniej szego uj awnienia wiele innych cech, modyfikacj i i ulepszeń stanie się jasne dla fachowca. Takie cechy, zmiany i ulepszenia są zatem uważane za część tego wynalazku, którego zakres zostanie określony następującymi zastrzeżeniami patentowymi.

179 946

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wyrób szklany powlekany przez rozpylanie katodowe zawierający podłoże szklane z nałożonym na nie układem warstw kolejno od podłoża szklanego ku zewnątrz, znamienny tym, że zawiera:

   a) warstwę Si₃N₄ o grubości około 300 A - 550 A;

   b) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7A lub mniej;

   c) warstwę srebra o grubości około 70A -130 A;

   d) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7A lub mniej; i

   e) warstwę Si₃N₄ o grubości około 700 A - 1100 A;

   f) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej;

   g) warstwę srebra o grubości około 70 A -190 A;

   h) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7A lub mniej; i

   i) warstwę Si₃N₄ o grubości około 350 A - 700 A.
2. 2. Wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że podłoże szklane ma grubość około 2 mm - 6 mm, a powleczone podłoże szklane ma przepuszczalność widzialną co najmniej około 70%, emisyjność normalną (EJ około 0,02 - 0,09, emisyjność hemisferyczną (E J około 0,03 0,12, opór arkusza (¾) około 2-10 omów/^ i ma następujący współczynnik odbicia i współrzędne koloru o charakterystyce od strony szkła:

   RgY, mniej niż około 10 a_h około -3 do +5 b_h około 0 do -10 i o charakterystyce od strony filmu:

   R_fY, mniej niż około 10 a_h około -3 do + 5 b_h około 0 do -10 w którym RY oznacza współczynnik odbicia zaś a_h, b_h oznaczają współrzędne koloru według pomiaru wjednostkach Huntera, III.,C., 10° obserwator.
3. 3. Wyrób szklany według zastrz. 2, znamienny tym, że grubość warstwy (a) wynosi około 350A-450-A, grubość warstwy (c) wynosi około 100 A -125 A, grubość warstwy (e) jest większa niż około 900 A - 1000 A, grubość warstwy (g) wynosi około 140 A-170 A i grubość warstwy (i) wynosi około 400 A - 500 A.
4. 4. Wyrób szklany według zastrz. 3, znamienny tym, że grubość każdej warstw (b), (d), (f) i (h) jest mniejsza od około 7 A.
5. 5. Wyrób szklany według zastrz. 4, znamienny tym, że ma przepuszczalność widzialną 72% - 76%, emisyjność normalną (EJ około 0,03 -0,06, emisyjność hemisferyczną (EJ około 0,03 - 0,08, opór arkusza około 3 -5 omów/^ i mający następujący współczynnik odbicia i współrzędne koloru:

   Strona Szkła:

   R_gY, około 4-7 a_h około +2,5 do + 4,5 b_h około -4 do -8

   Strona Filmu:

   RfY, około 3 - 7 a_h około 0,0 do +2,0 b_h około 0,0 do -2,0

   179 946
6. 6. Wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że ma przepuszczalność widzialną około 72% - 73%, emisyjność normalną E_n około 0,05 - 0,06, emisyjność hemisferycznąE_h około 0,060, a wymieniony wynosi około 3,0 - 4,0 omów/_kw
7. 7. Wyrób szklany według zastrz. 6, znamienny tym, że wymienione warstwy mają następujące grubości:

   warstwa grubość (A) a około 400 b około 7 c około 110 d około 7 e około 950 f około 7 g około 155 h około 7 i około 450
8. 8. Wyrób szklany według zastrz. 6, znamienny tym, że posiada następujące własności: Ty około 72,4 a_h około -2,59 a_b około -2,57

   R_gY około 4,91 a_h około+4,13 a_b około -7,62

   RgY około 3,43 a_h około +1,64 a_b około -0,69
9. 9. Wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że wymieniony układ warstwowy jest chemicznie i mechanicznie trwały.
10. 10. Wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że powleczone podłoże, gdy patrzy się od strony szkła, ma wygląd w kolorze o zakresie od neutralnego do lekko niebieskiego.
11. 11. Szklana jednostka izolująca, znamienna tym, że składa się z co najmniej dwóch zasadniczo równoległych, znajdujących się w pewnej odległości od siebie tafli szklanych, z których co najmniej jedna tafla szklana stanowi wyrób szklany powlekany przez rozpylanie katodowe zawierający podłoże szklane z nałożonym na nie układem warstw kolejno od podłoża szklanego ku zewnątrz:

    a) warstwę Si₃N₄ o grubości około 300 A - 550 A;

    b) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej;

    c) warstwę srebra o grubości około 70 A -130 A;

    d) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej; i

    e) warstwę Si₃N₄ o grubości około 700 A -1100 A;

    f) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej;

    g) warstwę srebra o grubości około 70 A - 190 A;

    h) warstwę niklu lub nichromu o grubości około 7 A lub mniej; i

    i) warstwę Si₃N₄ o grubości około 350 A - 700 A.
12. 12. Szklana jednostka izolująca według zastrz. 11, znamienna tym, że wymienione dwie tafle szklane są uszczelnione razem na ich skrajnych brzegach z utworzeniem między nimi izolującej komory i w której wymieniony układ warstw na powierzchni jednej z tych tafli szklanych usytuowany jest wewnątrz wymienionej komory izolacyjnej.
13. 13. Szklana jednostka izolująca według zastrz. 12, znamienna tym, że jednostka szklana stanowi izolujące szklane okno, drzwi lub ścianę.
14. 14. Szklana jednostka izolująca, znamienna tym, że składa się z co najmniej dwóch zasadniczo równoległych, w pewnym oddaleniu od siebie, tafli szklanych, z których co najmniej jedna tafla szklana stanowi wyrób według zastrz. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 lub 10.

    179 946
15. 15. Szklana jednostka izolująca według zastrz. 11, znamienna tym, że układ warstw ma następujące grubości:

    warstwa a b c d e f g h i grubość (A) około 350 - 450 mniej niż około 7 około 110-125 mniej niż około 7 około 900 - 1.000 mniej niż około 7 około 140 - 170 mniej niż około 7 około 400-500
16. 16. Szklana jednostka izolująca według zastrz. 11, znamienna tym, że układ warstw ma następujące grubości:

    warstwa grubość (Aj a około400 b około7 c około110 d około7 e około950 f około7 g około155 h około7 i około450 w której układ warstw usytuowany jest na powierzchni tafli szklanej zewnętrznej, od strony wymienionej komory izolującej, i ma w przybliżeniu następujące własności:

    T ^x widzialne •^widzialne z zewnątrz ^widzialne z wewnątrz T ^x słoneczne ^słoneczne 66 9 11 36 32

    Współczynnik zacienienia 0,46

    S.H.G.C 0,392

    Uzima U|ato E_n ^Eh . Względny przyrost ciepła Rs Ty ♦ a b* R V ¹ (zewnątrz) a b* R V ^Ivf¹ (wewnątrz) a* b* 0,25 0,24 0,054 0,060 94 3,39 65,7 -3,2 +2,76 8,8 +1,81 -6,4 10,8 +0,46 -1,1
17. 17. Szklana jednostka izolująca według zastrz. 15, znamienna tym, że warstwy mają następujące grubości:

    warstwa grubość (A) około 400

    179 946

    b c d e f g h i około 7 około 110 około 7 około 950 około 7 około 155 około 7 około 450

    w której układ warstw zlokalizowany jest na powierzchni tafli szklanej wewnętrznej, od strony komory izolującej, i ma w przybliżeniu następujące własności:

    T ¹ widzialne ^widzialne z zewnątrz ^widzialne z wewnątrz T ^x słoneczne R-słoneczne 66 11 9 36 36

    Współczynnik zacienienia 0,61

    S.H.G.C U_Zima U lato E_n E_h 0,522 0,25 0,24 0,054 0,060

    Względny przyrost ciepła 125

    Rs Ty ♦ a b* R Y ¹ (zewnątrz) a b* R Y ^lvf¹ (wewnątrz) a* b* 3,39 65,7 -3,2 +2,76 10,8 +0,46 -1,1 8,8 +1,81 -6,4
18. 18. Szklana jednostka izolująca według zastrz. 16 lub 17, znamienna tym, że układ warstwowy jest chemicznie i mechanicznie trwały.

    * * *