SE469523B - Belagt foerglasningsmaterial och saett foer dess framstaellning - Google Patents

Description

469 523 2 egenskaper genom att använda en beläggning uppbyggd av flera tunna skikt av material, som komplementerar varandra för att uppnå det önskade resultatet.

.De flesta av de erforderliga optiska särdragen kan i princip åstadkommas av en enda beläggning av reflekterande metall, t ex silver, anbringat som ett skikt tillräckligt tunt för att medge genomsläpp av det mesta av strålningen i det synli- ga området av spektrum, under det att den större delen av infraröda delen reflekteras. Om ett sådant tunt metallskikt användes ensamt mattas det i atmosfären, ger missfärgning, minskning av ljusgenomsläpplighet och en tendens att fragmen- teras. Det har även begränsad mekanisk hållfasthet och är sålunda benäget för avsplittring, särskilt i förglasnings- panelens kanter och för avnötning.

Andra skikt anbringas därför i kombination med det reflekte- rande skiktet för att skydda det fysiskt mot avnötning och kemiskt mot korrosion. Dessa ytterligare skikt måste dessutom väljas från material, som ej i någon grad försvagar den belagda förglasningens optiska egenskaper. Skikten omedelbart intill det reflekterande skiktet är vanligast av metalloxi- der, ibland i kombination med andra material såsom fernissor, plastlaminat och ytterligare förglasningsskivor. Sådana intilliggande skikt användes i vissa fall för att förbättra de optiska kvaliteterna genom att verka som ett icke reflek- terande skikt för den synliga delen av spektrat.

Ett av de vanligast använda beläggningsmaterialen är tenn- oxid, representativt anbringad som ett skikt på båda sidor om det reflekterande metallskiktet. Detta ger många av de erfor- derliga kvaliteterna och är även allmänt billigt. Det har goda optiska egenskaper, särskilt som ett icke reflekterande skikt (om anbringat i tillräcklig tjocklek) och binder även väl till de intilliggande skikten. Det har använts både under den reflekterande metallen och ovanför densamma. Det har även funnits flera tidigare förslag att till tennoxiden tillsätta eller ersätta del av densamma med en ytterligare metall eller metalloxid för att upprätthålla särskilda kemiska, fysikalis- 469 523 3 ka eller optiska kvaliteter i belâggningen som helhet. Valet av tillsatta material och den följd i vilken de anbringas på förglasningen, är emellertid en komplex fråga eftersom det finns en tendens för ett material som är valt för att för- bättra en kvalitet att minska en eller flera av de andra kvaliteterna. Detta kan i sin tur kräva ett ytterligare skikt för att korrigera den ofördelaktiga inverkan på sådana andra kvaliteter.

Ett representativt exempel på en komplex skiktstruktur be- skrives i den europeiska patentbeskrivningen EP-A-226 993.

Där visas en beläggning med hög genomsläpplighet, låg emissi- vitet på ett glassubstrat, som inbegriper en oxidreaktions- produkt av en legering innehållande zink och tenn som en första genomskinlig antireflekterande film, koppar som en primerfilm avsatt på den första filmen, silver som en genom- skinlig infraröd reflekterande film avsatt på primern, en oxidreaktionsprodukt av en legering innehållande zink och tenn som en andra genomskinlig antireflekterande film avsatt på silvret och titandioxid som en skyddande övre beläggning.

Liknande beläggningar beskrives i europeiska patentet EP-A-104 870, som visar i exempel 1 en floatglasruta belagd i tur och ordning med ett tennoxidskikt, ett silverskikt, ett kopparskikt och ett ytterligare skikt av tennoxid. Var och en av tennoxidskikten är 30-50 nm tjocka, silverskiktet 8-12 nm och kopparskiktet blott 1-5 nm.

Europeiska patentbeskrivningen EP-A-275 474 beskriver ett uppvärmningsbart föremål med hög genomsläpplighet, låg emis- sivitet omfattande ett genomskinligt icke metalliskt sub- strat, en första genomskinlig antireflekterande metalloxid- film, omfattande zink avsatt på en yta av substratet, en genomskinlig infraröd reflekterande metallfilm avsatt på det antireflekterande metalloxidskiktet, ett metallhärdigt pri- merskikt avsatt på den infrarött reflekterande metallfilmen, där metallen väljes från gruppen bestående av titan, zirko- nium, krom, zink-tenn-legering och blandningar därav och en 469 523 4 andra genomskinlig antireflekterande metalloxidfilm omfattan- de zink avsatt på den metallhaltiga primerfilmen.

En beprövad teknik för att anbringa sådana skikt är katodför- stoftning. Detta utföres vid mycket låga tryck, representa- tivt i storleksordningen 0,3 Pa, för att ge skikt av belägg- ningsmaterialet tvärs över förglasningsytan. Den kan utföras under inerta förhållanden, t ex i närvaro av argon, men alternativt kan den utföras som reaktiv katodförstoftning i närvaro av en reaktiv gas såsom syre.

Europeiska patentbeskrivningen EP-A-183 052 beskriver an- vändningen av reaktiv katodförstoftning av ett katodmål av en legering av zink och tenn i en syreatmosfär för att så an- bringa en oxidreaktionsprodukt av legeringen på ett substrat av förglasningsmaterial.

Europeiska patentbeskrivningen EP-A-219 273, som i stor utsträckning befattar sig med en elektriskt ledande belägg- ning för motorfordonsrutor, beskriver ett beläggningsför- farande (och produkt därav) där ett ej reflekterande skikt såsom zinkoxid först avsättes, följt av ett genomskinligt silverskikt, ett offermetallskikt (t ex av titan), ett skikt av titandioxid och ett andra ej reflekterande skikt. Vid detta förfarande avsättes båda de ej reflekterande skikten genom reaktiv katodförstoftning.

Föreliggande uppfinning är riktad på problemet att åstadkomma en kombination av skyddande skikt för en förglasningsskiva med ett reflekterande skikt av silver, för att så ej endast skydda silvret mot korrosion men att göra så utan att medföra en ofördelaktig inverkan på förglasningens optiska egenskaper såsom bibríngas densamma genom egenskaperna hos förglasnings- materialet självt och silverskiktet.

Enligt uppfinningen avses ett substrat av förglasningsmate- rial, som uppbär en flerskiktsbeläggning, vilken omfattar ett reflekterande skikt av silver, lagt emellan en genomskinlig undre beläggning och en genomskinlig övre beläggning, känne- 469 523 5 tecknat av att den undre beläggningen för silverskiktet omfattar åtminstone ett skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminiumoxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav, över vilket ett skikt av zinkoxid är avsatt med en tjocklek ej större än 15 nm och av att den övre beläggningen för silverskiktet omfattar ett skikt av en oxid av en offermetall, vald ur gruppen bestående av titan, aluminium, rostfritt stål, vismut, tenn och bland- ningar av två eller flera därav och bildat genom initiell avsättning av offermetallen och dess omvandling till oxid.

Uppfinningen avser även ett sätt att avsätta en flerskiktsbe- läggning på ett substrat av förglasningsmaterial, vilken beläggning omfattar ett reflekterande skikt av silver lagt mellan en genomskinlig undre beläggning och en genomskinlig övre beläggning, och utmärkes av att den undre beläggningen för silverskiktet bildas genom att i följd avsätta åtminstone ett skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminiumoxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav och ett skikt av zinkoxid med en tjocklek ej större än . 15 nm och av att den övre beläggningen för silverskiktet bildas genom att avsätta ett skikt av en offermetall vald från gruppen bestående av titan, aluminium, rostfritt stål, vismut, tenn och blandningar av två eller flera därav och omvandla metallen till oxid.

Den specifika kombinationen av metalloxid och metallskikt såsom anges i föreliggande uppfinning erbjuder flera viktiga fördelar i förhållande till tidigare förslag. Sålunda ger den ett belagt substrat av förglasningsmaterial som uppvisar önskade optiska egenskaper, som kan lämnas i huvudsak opå- verkade på ett ofördelaktigt sätt genom anbringande av den undre beläggningen och den övre beläggningen med lämpliga tjocklekar, såsom kommer att beröras senare i denna beskriv- ning. Den ger vidare en betydelsefull förbättring i silver- skiktets motstånd mot korrosion ej endast under tillverk- ningen för det belagda substratet utan även under den belagda produktens hela livslängd. En enhetlig kvalitet för produkten erhålles, såväl uttryckt i beläggningens enhetlighet tvärs 469 523 6 över substratets hela yta, t o m för stora substrat (t ex mätande upp till 6 m i längd) och uttryckt i reproducerbar- heten för produktkvaliteten under en lång tillverkningsserie.

Sättet att anbringa beläggningen utföres lätt och kan pålit- ligt reproduceras igen under en lång produktionsserie om så önskas.

Skälen till förbättringarna förstås ej helt men det synes som om närvaron av ett enda tunt skikt av zinkoxid omedelbart under silverskiktet har särskild betydelse. Det är högst oväntat att skydd av det reflekterande metallskiktet kan åstadkommas av ett material placerat under detsamma, eftersom tidigare förväntning var att ett övre skikt erfordrades för att förbättra skyddet, varvid skyddet från undersidan säker- ställdes genom förglasningen. Dessutom undviker beläggningen användning av material såsom koppar som har dåliga ljusgenom- släppande egenskaper.

Fördelarna med uppfinningen är särskilt markerade när det gäller förglasningspaneler med låg emissivitet för byggnader, som ofta användes med en andra panel för att bilda en dubbel- förglasningsenhet. Uppfinningen kan emellertid även tillämpas på antisolpaneler, på bilrutor och på speglar. Huvudskillna- den i beläggningar för dessa olika användningar ligger i tjockleken på silverskiktet. Representativa tjocklekar för silver för antisolpaneler ligger i området 24 till 28 nm.

Speglar har representativt silverskikt med en tjocklek över- stigande 40 nm och för beläggningar med låg emissivitet är silverskiktets tjocklekar vanligen i området 8 till 12 nm.

När det gäller bilrutor hjälper användningen av en offerme- tall även till att skydda silverskiktet genom någon efter- följande värmebehandling, t ex ett härdnings- eller böjnings- steg som en glasartad förglasningsskiva kan utsättas för.

Det förutses att den bredaste användningen av föreliggande uppfinning kommer att vara i förening med transparenta sub- strat och glas är det föredragna förglasningsmaterialet. 469 523 7 Den föredragna avsättningstekniken för uppfinningens ändamål är magnetiskt förstärkt katodförstoftning. Denna är ej endast snabb och lämplig i användning utan ger även utomordentliga fysikaliska egenskaper på de avsatta skikten uttryckt i tjockleksjämnhet, vidhäftning inom skiktet och vidhäftning till angränsande skikt. En katod av var och en av de erfor- derliga metallerna som skall anbringas som sådana eller för att bilda en metalloxid aktiveras vid önskat steg i avsätt- ningen. En särskilt lämplig form på katod är en roterande enhet omfattande en roterande ihålig cylinder kyld internt av ett kylfluídum såsom vatten. En flerkatodförstoftningskammare föredrages allmänt för att underlätta anbringandet av olika kombinationer av metaller och metalloxider.

Ordningen i vilken de respektive metallerna och metalloxider- na avsättes kan regleras genom rörelse på förglasningsmate- rialsubstratet förbi katoderna då ett flertal katoder an- vändes.

Avsättning av flera skikt i en enda passage är fördelaktig genom att bereda full användning av katodförstoftningsanord- ningen och snabb uppbyggnad av erforderlig beläggning. Den samtidiga avsättningen av en blandning av metaller eller metalloxider kan samtidigt utföras i en enda passage, men i detta fall kan källan antingen vara två eller flera olika metallkatoder, som samtidigt aktiveras eller kan vara en enda katod omfattande en legering av de önskade metallerna.

Silver- och offermetallskikten bör vart och ett avsättas i en inert atmosfär, t ex av argon. De andra skikten kan antingen framställas genom att avsätta oxid som sådan eller mer att föredraga genom reaktiv katodförstoftning av respektive metall i en syrehaltig atmosfär. Arbetstrycket för katodför- stoftningen är företrädesvis inom området 0,15 till 0,70 Pa.

Vid katodförstoftning av metall i en syrehaltig atmosfär erhålles oxidprodukten ej nödvändigt i helt oxiderat till- stånd. Åtminstone del av produkten kan vara närvarande som underoxid eller även i metalliskt tillstånd. Efterföljande 469 525 8 avsättningar i en reaktiv atmosfär och varje efterföljande värmebehandling av den belagda panelen tenderar emellertid att fullständiga oxidationen av någon restmetall eller under- oxider bildade vid den tidigare avsättningen.

Vid de flesta utföringsformer av uppfinningen föredrages det att överdraget innefattar åtminstone ett ytterligare skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminiumoxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav, varvid det ytterligare skiktet eller skikten avsättes efter skiktet av en oxid av en offermetall. Detta ytterligare skikt är primärt till fördel för att förbättra optiska kvaliteter såsom reflekterad ton och sänkt ljusreflektion men hjälper även till att till barriären foga egenskaper hos offermetal- len för att förhindra syre från att nå silvret. Det ytterli- gare skiktet eller skikten väljes företrädesvis från tennoxid och titandioxid.

När det gäller offermetallen, som tjänar ändamålet att skydda silverskiktet mot oxidation omvandlas denna till oxid under någon efterföljande exponering för en oxiderande atmosfär.

Detta åstadkommes vanligen till största delen under efter- följande avsättning av metalloxid, men inträffar även under någon efterföljande värmebehandling eller under utsträckt lagring. Om silvret ej skyddas på detta sätt förlorar det belagda substratet av förglasningsmaterial sin låga emissivi- tet och dess ljusgenomsläpplighet sänkes dramatiskt. Den föredragna offermetallen är titan, som har fördelarna att lätt oxideras och att bilda en oxid med mycket låg absorbans.

Vi har upptäckt att användningen av titan som offermetall ger en mycket verksam barriär mot oxidationen av silvret.

I vissa föredragna utföringsformer av uppfinningen omfattar den undre beläggningen ett första skikt av titandioxid över- belagt av ett första skikt av tennoxid i sin tur övertäckt av ett lager zinkoxid med en tjocklek ej större än 15 nm, och övertäckningen omfattar ett skikt av titandioxid bildad genom ursprunglig avsättning av titanmetall och dess omvandling till oxid, ett ytterligare skikt av tennoxid och ett ytter- 469 525 9 ligare skikt av titandioxid. Denna föredragna konfiguration kan lämpligen uppnås i en flerkatodförstoftningskammare där en katod ger titandioxidkällan och en annan ger tennoxid- källan. Skiktföljden i denna föredragna utföringsform är med utgångspunkt från substratet: Undre skikt - ett första skikt av titandioxid - ett första skikt av tennoxid - ett skikt av zinkoxid (med en tjocklek ej större än 15 nm) Reflekterande skikt - ett skikt av silver Övre skikt (överdrad) - ett skikt av titandioxid, bildat genom ursprunglig avsättning av titanmetall och dess omvandling till oxid, - ett ytterligare skikt av tennoxid och - ett ytterligare skikt av titandioxid.

Var och en av materialen som används i beläggningen har optiska, kemiska och fysikaliska egenskaper som bidrar till beläggningens egenskaper som en helhet. Kollektivt kan egen- skaperna innefatta ej endast den låga emissiviteten och en hög ljusöverföring (när det gäller en genomskinlig panel med ett silverskikt 8-12 nm tjockt) men även kemisk resistens mot korrosion vid såväl omgivande som förhöjda temperaturer och under utsträckta perioder. De fysikaliska egenskaperna in- nefattar god vidhäftning till substratet och till varandra och god motståndsförmåga mot nötning, t ex mot avsplittring eller avflagning.

Optiskt medger var och en av metalloxidskikten god genom- släpplighet för ljus och värmestrålning och metallskikten reflekterar värmestrålning. 469 523 10 Kemiskt kräves det att skydda silvret mot oxidation. Detta uppnås delvis genom att innesluta silvret inom metall eller metalloxidskikt som minskar eller eliminerar syretillträde och delvis genom att inbegripa material som har större reak- tivitet än silver har för syre. Det förmodas vidare att vid föreliggande uppfinning zinkoxiden bibringar en grad av passivitet till silvret och därigenom gör det mindre känsligt för syreangrepp.

Vid sådan föredragen utföringsform kan de egenskaper som bibringas av varje efter varandra följande skikt inbegripa följande, beroende åtminstone delvis på tjocklekarna hos de enskilda beläggningsskikten: Det första titandioxidskiktet har goda ljusgenomsläppande egenskaper, är kemiskt inert och ger fysikaliskt en kraftig bindning mellan substratet och det första tennoxidskiktet.

Det första tennoxidskiktet ger god ljusgenomsläpplighet.

Zinkoxidskiktet har likaså goda egenskaper när det gäller ljusgenomsläpplighet men inbegripes primärt p g a dess gynn- samma effekter i att skydda silverskiktet mot korrosion.

Silverskiktet inbegripes p g a dess förmåga att reflektera värmestrålning under det att det medger genomsläppning av ljus.

Titanet som ursprungligen avsättes på silvret är en skyddande barriär för silvret och reagerar med allt syre som det kommer i kontakt med.

Det ytterligare skiktet av tennoxid har goda egenskaper i ljusgenomsläpplighet och tjänar även som en barriär mot syreinträde i skikten under detsamma.

Det ytterligare skiktet av titandioxid är i första hand närvarande som en nötningsmotstående beläggning.

I sin bredare synpunkt där ett enda metalloxidskikt användes mellan substratet och zinkoxiden och som beläggning på tita- 469 523 ll net, uppfyller de enskilda skikten de kombinerade uppgifterna av de första titandioxid- och tennoxidskikten och de ytterli- gare tenn- och titandioxidskikten.

Ehuru de gynnsamma verkningarna i förhållande till silvret gör närvaron av zinkoxidskiktet till ett väsentligt särdrag enligt uppfinningen gör andra egenskaper hos zinkoxiden det nödvändigt att dess totala mängd hålles så låg som möjligt.

Jämfört med tennoxid, är zinkoxid mindre kemiskt resistent och mera benägen för vittring. Det är sålunda känt att en beläggning som innefattar ett skikt av zinkoxid ej allmänt kan användas för den yttre ytan på ett substrat av förglas- ningsmaterial även om ett opaliserande skikt placeras ovanpå zinkoxiden, emedan dessa skikt ej är motståndskraftiga mot atmosfärförhållanden. Liknande problem uppstår med en bland- ning av zinkoxid och tennoxid. Sådana skikt har i allmänhet användning endast på den inre ytan hos en förseglad dubbel- förglasningspanel. Om en förglasningspanel skall lamineras med PVB (polyvinylbutyral) ger närvaron av zinkoxid problem med det klister som användes för att binda ihop laminatet, så att separation av de olika skikten kommer att inträffa om ej ett ytterligare och kompatibelt bindningsskikt, t ex av kromoxid inskjutes.

Zinkoxid är även olämpligt att användas vid kanterna på en fönsterruta till vilken klister kommer att anbringas: den tenderar att reagera med klistret och bör därför avlägsnas.

Det finns ett besläktat problem i att det reflekterande metallskiktet tenderar att ej Vidhäfta kraftigt till intill- liggande skikt och bör även avlägsnas före det att ett klis- ter anbringas. Sålunda utgör en utföringsform av uppfinningen ett belagt substrat av förglasningsmaterial där en remsa av klister anbringas omkring omkretsen på en yta av substratet och beläggningen enligt uppfinningen anbringas på återstoden av ytan, varigenom säkerställes att periferin icke har något zinkoxidskikt. Denna utformning av beläggning och vidhäftande remsa uppnås lämpligast genom att först avsätta beläggnings- skikten enligt uppfinningen tvärs över hela ena ytan på substratet, därefter avlägsna beläggningsskikten från en 469 523 12 kantdel på omkretsen av ytan och slutligen anbringa det vidhäftande bandet på kantdelen. Avlägsnande av beläggnings- skikten innebär vissa problem i att zinkoxiden, som är rela- tivt mjuk tenderar att verka som ett mjukt smörjmedel, att sträckas hellre än brytas bort och efter att ha brutits bort förorena avlägsningsanordningen. En robust fysikalisk metod att avlägsna omkretskanterna på beläggningarna erfordras därmed varvid användningen av en slipande fräs särskilt föredrages.

Sådana vidhäftnings-begränsade paneler kan användas i dubbel- förglasningsenheter. Anordnandet av ett verksamt vidhäftande medel är viktigt här för att säkerställa ett långvarigt hermetiskt förslutet utrymme mellan de två panelerna och återigen bör kantdelen avlägsnas före anbringandet av klis- terremsan.

När det gäller föreliggande uppfinning är det mycket viktigt att ehuru zinkoxiden avsättes i amorf form har den en tendens att genomgå kristallin tillväxt, t ex i en riktning vinkel- rätt mot förglasningen och därvid skapa ett relativt utrym- meskrävande skikt av en given materialvikt. Detta leder till en svagare fysikalisk hållfasthet inom skiktet och är möjli- gen ett skäl för den sänkta kemiska motståndsförmågan, som diskuterats ovan.

Ett möjligt skäl till effektiviteten hos det enkla avsatta skiktet zinkoxid enligt uppfinningen är att p g a dess skilda struktur zinkoxiden tenderar att migrera genom intilliggande skikt.

I enlighet därmed kräver uppfinningen att vid val av tjockle- ken på zinkoxidskiktet en jämvikt nås mellan minimimängden som erfordras för att ge gott skydd för silvret och den maximala mängden för att undvika införande av fysisk svaghet och kemisk reaktivitet i beläggningen. Som angetts ovan är den maximala tillåtna tjockleken 15 nm och i allmänhet ligg- ger den föredragna tjockleken i området 5 till 13 nm, mest att föredraga 10 till 13 nm. 469 523 13 I ändamål att ge en låg emissivitet, i en panel med hög ljusgenomsläpplighet, bör silverskiktets tjocklek även före- trädesvis ligga inom de snäva gränserna 8 nm till 12 nm.

Under detta område är graden av infraröd reflektion allmänt otillräcklig och över densamma ger silvret en alltför stor barriär mot ljusgenomsläpplighet. Inom angivna gränser medger uppfinningen pålitligt och reproducerbart uppnåendet av emissivitet under 0,1 såsom föredrages.

Vad avser tjockleken på de andra skikten måste dessa väljas i förhållande till silvertjockleken och zinkoxidskikten och i förhållande till varandra så att man bestämmer den kombinera- de optiska vägen (produkten av tjocklek och brytningsindex för varje skikt), som ger det önskade optiska utseendet på det belagda substratet. För en beläggning med låg emissivitet krävs en beläggning med så neutral reflekterande ton som möjligt, men med ett blåaktigt utseende framför någon annan färg. Dessutom eftersträvas en svag ljusreflektion för att erhålla en hög ljusgenomsläpplighet. I allmänhet kommer dessa erforderliga optiska egenskaper att erhållas inom en total tjocklek av 30 till 45 nm på någondera sidan av silverskik- tet, men det bör förstås att p g a skillnaden i brytningsin- dex hos vissa av de olika materialen, kan minskning av tjock- leken på ett skikt kräva justering av tjockleken på ett eller flera andra skikt för att återställa de optiska kraven.

Offermetallskiktet har företrädesvis en tjocklek i området 2 till 15 nm och vid vissa utföringsformer har det föredraget en tjocklek i området 2 till 4 nm. En jämvikt måste uppnås mellan att inbegripa tillräckligt material för att reagera med eventuellt syre som tränger in till kontakt med detsamma och att upprätthålla erforderliga ljusgenomsläppande egenska- per. I dess metalltillstånd representerar detta skikt en barriär för god ljusgenomsläppning och kräver sålunda en minimal tjocklek om ljusgenomsläppningen i den totala be- läggningen skall vara inom acceptabla gränser. Genomsläpp- ningsegenskaperna hos detta metallskikt förbättras emellertid då det oxideras. Detta sker under avsättning av efterföljande skikt och även under något värmebehandlingssteg, såsom en 469 523 14 böjningsbehandling och/eller en härdningsbehandling för substratet. Tjockare skikt, t ex 5 till 15 nm rekommenderas om en sådan senare värmebehandling skall utföras. Önskvärt är att all offermetall oxideras därvid framkallande ett skikt av icke reflekterande, ljusgenomsläppande metalloxid.

De relativa andelarna tennoxid och titandioxid i undre be- läggningen och övre beläggningen är i allmänhet ej kritiska.

Praktisk lämplighet vid användning av en flerkatodförstoft- ningsanordning kan kräva att de båda avsättes under en enda passage av substratet. Det är emellertid önskvärt i detta fall att hålla titandioxidskiktet relativt tunt. Vid en fördelaktig utformning av uppfinningen representerar tennoxi- den en större del av var och en av metalloxidskikten. Vid denna utföringsform då den användes för en beläggning med låg emissivitet är tennoxidens tjocklek företrädesvis i området 15 till 25 nm och titandioxidens tjocklek i området 2 till 14 nm.

För en antisolbeläggning är de första (dvs undre skikten) metalloxidskikten allmänt tunnare och de ytterligare (dvs övre skikten) skikten allmänt tjockare. En representativ antisolstrålningsbeläggning enligt uppfinningen bildas genom att avsätta följande skikt: Undre beläggning 2,5 nm titandioxid 15 nm tennoxid 12,5 nm zinkoxid Reflekterande skikt 26 nm silver Ovre beläggning 2,5 nm titanmetall för omvandling till titandioxid 45 nm tennoxid 10 nm titandioxid d! 469 523 15 Omvandlingen av titanet till dioxid äger rum under avsättning av de ytterligare skikten i de övre skikten.

Denna beläggning på ett 6 mm tjockt floatglassubstrat av förglasningsmaterial har en solstrålningsfaktor av 31% på den belagda sidan, en ljusgenomsläpplighet av 47% och en emissi- vitet av omkring 0,02.

Användning av en beläggning enligt uppfinningen för speglar erbjuder fördelen att silvret kan vara på spegelns främre yta och tjänar direkt som den reflekterande ytan. Till skillnad från traditionella speglar behöver den ej ytterligare skyddas genom förglasning och målarfärg. Sålunda kan ett opakt glas- kristallint substrat användas om så önskas.

P g a att titandioxiden har ett högre brytningsindex än tennoxid, bör vid ersättande av en del av den ena med den andra tjockleken på titandioxid vara omkring 75% av tennoxi- dens tjocklek för att ge lika optiska egenskaper.

Zinkoxid och tennoxid har i huvudsak samma brytningsindex och ur optisk synpunkt är de utbytbara med varandra utan någon justering av skikttjocklek.

Vid en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning avses ett belagt substrat av förglasningsmaterial med en emissivitet av mindre än 0,1 och en ljusgenomsläpplighet av 87% för beläggningar med en blåaktig ton i reflekterat ljus.

Med utgångspunkt från ett 4 mm floatglassubstrat av förglas- ningsmaterial med en emissivitet av 0,84 och ljusgenomsläpp- lighet på 89% gav t ex en beläggning enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen ett belagt substrat med en emissivitet av 0,08, och ljusgenomsläpplighet på 87%. Detta representerar ett betydelsefullt framsteg i förhållande till de optiska egenskaperna hos belagt substrat av förglasnings- material enligt tidigare känd teknik.

Uppfinningen beskrives nedan endast som illustration med hänvisning till de följande exemplen. 469 523 16 Exemgel 1 En fönsterförglasningspanel av 4 mm tjockt floatglas med en emissivitet av 0,84 och en ljusgenomsläpplighet av 89% inför- des i en behandlingskammare omfattande fem plana magnetronka- todförstoftningskällor, med mål av respektive titan, tenn, zink, titan och silver, ett inträdes- och ett utträdesgaslås, en transportör för förglasningen, kraftkällor, katodförstof- ningsgasinlopp och ett utsugningsutlopp.

Trycket i kammaren sänktes till 0,15 Pa. Panelen transporte- rades förbi katodförstoftningskällorna med de första titan, tenn och zinkkällorna aktiverade och kallkatodförstoftades med syrgas vid ett verksamt avsättningstryck av 0,2 Pa för att ge ett titandioxidskikt följt av ett tennoxidskikt och zinkoxidskikt på substratet. Syret evakuerades därefter och substratet rörde sig tillbaka förbi katodförstoftningskällor- na med silverkällan och den andra titankällan aktiverade men denna gång med argon som katodförstoftningsgas, för att tillföra ett silverskikt och ett titanskikt och tenn och första titankällan aktiverades med syre som katodförstoft- ningsgas för att ge ytterligare skikt av tennoxid och titan- dioxid. Den resulterande beläggningen hade följande samman- sättning räknat från förglasningsytan: Undre beläggning 3 nm titandioxid 20 nm tennoxid (Sn0Z) 13 nm zinkoxid Reflekterande skikt 10 nm silver Ovre beläggning 3,5 nm titan för omvandling till titandioxid 22 nm tennoxid 12 nm titandioxid 469 525 17 Den belagda förglasningen hade en emissivitet av 0,08, en neutral ton i reflekterat ljus tenderande mot blått och en ljusgenomsläpplighet av 87%.

Offerskiktet av titan blev omvandlat till titandioxid under avsättning av efterföljande skikt i den övre beläggningen.

Silverskiktet hade en resistivitet av omkring 8 ohm per kvadrat. Om man önskar sänka resistiviteten till omkring 4 ohm per kvadrat kan detta lätt göras genom att öka tjockleken på skiktet till 12 nm. Varje sådan panel kan formas till en motståndsuppvärmningspane1 genom att avsätta samlingsremsor, t ex av en ledande silverhaltig emalj ovanpå övre belägg- ningen. Även fastän tenn och titanoxidskikten i den övre beläggningen ej är högt ledande är de så tunna att de ej i någon större grad hindrar strömfördelningen till silverskik- tet.

Som jämförelse utsattes ett belagt prov enligt ovan och tre prov iordningställda på ett liknande sätt och med de struktu- rer som anges nedan men i alla tre fallen utan zinkoxidskik- tet för ett accelererat klimatprov. Detta innebar att man utsatte proven för en temperaturcykel varje timme från 45 till 55°C i en atmosfär med 99% relativ fuktighet under 3 dagar. De andra tre proven var de följande: (1) glas: 36 nm tennoxid; 10 nm silver; 3,5 nm aluminium för omvandling till oxid; 34 nm tennoxid. (2) glas: 3 nm titandioxid; 20 nm tennoxid; 10 nm titandioxid; 10 nm silver; 3,5 nm titan för omvandling till oxid; 22 nm tenn- oxid; 12 nm titandioxid. (3) glas: 3 nm titandioxid; 20 nm zinkoxid; 13 nm tennoxid; 10 nm silver; 3,5 nm titan för omvandling till oxid; 22 nm tenn- oxid; 12 nm titandioxid. 469 523 18 Provet enligt uppfinningen överlevde provet utan någon optisk förstöring av beläggningen. De andra proven hade följande defekter: Prov 1 - flera nålstick (1-2 mm) bildade över ytan, - en korrosionsgräns av omkring 5 mm omkring hela omkretsen, - 2 i längd utsträckta fläckar på ca 1 cm.

Prov 2 - flera små nålstick (mindre än 1 mm) spridda över ytan - 4 fläckar på omkring 2 till 8 mm, - 1 fingeravtryck (i form av korrosion av skiktet), - en korrosionsgräns av omkring 1 till 2 mm omkring hela omkretsen, Prov 3 - flera små nålstick på mindre än 1 mm och 1 till 21mm, - 2 stora fläckar på omkring 6-10 mm, - 1 fingeravtryck - en korrosionsgräns av omkring 5 mm omkring hela omkretsen.

Exempel 2 En förglasningspanel av 4 mm tjockt floatglas med en emissi- vitet av 0,84 och ljusgenomsläppning av 89% infördes i en behandlingskammare omfattande fem plana magnetronkatodför- stoftningskällor, med mål av respektive titan, tenn, zink, titan och silver, ett inträdes- och ett utträdesgaslâs, en transportör för förglasningen, kraftkällor, katodförstoft- ningsgasinlopp och ett evakueringsutlopp.

Trycket i kammaren sänktes till 0,15 Pa. Panelen transporte- rades förbi katodförstoftningskällorna med den första titan- källan, tenn och zinkkällorna aktiverade och kallkatodför- stoftades medelst syrgas vid ett verksamt avsättningstryck av 0,2 Pa för att ge ett titandioxidskikt följt av ett tennoxid- skikt och zinkoxidskikt på substratet. Syret evakuerades därefter och substratet fördes tillbaka förbi katodförstoft- n, 469 525 19 ningskällorna med silverkällan och andra titankällan aktive- rade men denna gång med argon som katodförstofningsgasen för att tillföra ett silverskikt och ett titanskikt och därefter aktiverades tenn- och första titankällan med syre som katod- förstoftningsgas för att ge ytterligare skikt av tennoxid och titandioxid.

Den resulterande beläggningen bildades genom att avsätta skikt av följande tjocklekar och sammansättning räknat från förglasningsytan: Undre beläggning 3 nm titandioxid 20 nm tennoxid (SnOZ) 13 nm zinkoxid Reflekterande skikt 12 nm silver Ovre beläggning 10 nm titan för omvandling till titandioxid 22 nm tennoxid 12 nm titandioxid.

Offerskiktet av titan blev delvis omvandlat till titandioxid under avsättning av det övre skiktet av tenn och titanoxider och oxidering av det offermetallskiktet fullbordades då den belagda förglasningen underkastades en böjningsbehandling efter vilken kylningsmönstret för förglasning reglerades så att den blev värmehärdad, för att tjänstgöra som en ruta för ett motorfordon. Silverskiktet hade en resistivitet av ca 4 ohm per kvadrat. Silverskiktet var i huvudsak opåverkat av böjningen och härdningsbehandlingen beroende på den ökade tjockleken av offermetallskiktet jämfört med förglasningen i exempel 1. Det delvis oxiderade offermetallskiktet tjänade även för att skydda silverskiktet under lagring och transport före böjningen och härdningsbehandlingen. Inställningarna som är nödvändiga för att erhålla dessa optiska egenskaper, sär- 469 523 20 skilt tjockleken på titanskiktet, erhölls lätt utan förlust av andra erforderliga egenskaper hos förglasningen.

Exempel 3 En glasskiva även avsedd att användas som en uppvärmningsbar ruta för ett fordon behandlades i samma katodförstoftnings- kammare i vilka fem plana magnetronkatodförstofningskällor, med mål av respektive tenn, zink, titan, 316 rostfritt stål och silver var placerade.

Trycket i kammaren sänktes till 0,15 Pa. Panelen transporte- rades förbi katodförstofningskällorna med källorna för tenn och zink aktiverade och kallkatodförstoftades medelst syrgas vid ett verksamt avsättningstryck av 0,2 Pa för att ge ett tennoxidskikt följt av ett zinkoxidskikt på substratet. Syret evakuerades därefter och substratet fördes tillbaka förbi katodförstofningskällorna med silverkällan och källan för det rostfria stålet aktiverade men denna gång med argon som katodförstofningsgas för att tillföra ett silverskikt och ett rostfritt stålskikt och därefter aktiverades tenn och titan- källorna med syre som katodförstoftningsgas för att ge ytter- ligare skikt av tennoxid och titandioxid.

Den resulterande beläggningen bildades genom att avsätta skikt av följande tjocklekar och sammansättningar räknat från förglasningsytan: Undre beläggning 15 nm tennoxid (SnOZ) 14 nm zinkoxid Reflekterande skikt 12 nm silver Ovre beläggning 10 nm rostfritt stål för omvandling till oxid 14 nm tennoxid 10 nm titandioxid 469 525 21 Offerskiktet av rostfritt stål blev oxiderat då den belagda förglasningen underkastades en böjningsbehandling varefter kylschemat för förglasningen reglerades så att den blev värmehärdad, för tjänst som ruta i ett motorfordon. Silver- skiktet hade en resistivitet av ca 4 ohm per kvadrat. Silver- skiktet var i huvudsak opåverkat av böjnings- och härdnings- behandlingen beroende på den ökade tjockleken hos offerme- tallskiktet jämfört med förglasningen i exempel 1. Det ooxiderade offermetallskiktet tjänade även till att skydda silverskiktet under lagring och transport före böjnings- och härdningsbehandlingen.

Värdena på tjocklekar hos de olika beläggningsskikten såsom de anges i denna beskrivning utgör värden mätta med en ellip- sometrisk metod såsom beskríves av K.L. Chopra i "Thin Film Phenomena" (McGraw-Hill) med användning av en AUTOEL I ellipsometer tillverkad av Rudolph Research of Flanders, New Jersey. Denna apparat använder en He-Ne-laserkälla (lambda=632,8 nm) och mätningarna tagna i reflekterat ljus med en infallsvinkel av 70°.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 469 523 22 Patentkrav

1. Ett substrat av förglasningsmaterial, som uppbär en fler- skiktsbeläggning, vilken omfattar ett reflekterande skikt av silver lagt emellan en genomskinlig undre beläggning och en genomskinlig övre beläggning, k ä n n e t e c k n a t av att den undre beläggningen för silverskiktet omfattar åt- minstone ett skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminiumoxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav, över vilket ett skikt av zinkoxid är avsatt med en tjocklek ej större än 15 nm och av att den övre beläggningen för silverskiktet omfattar ett skikt av en oxid av en offermetall vald ur gruppen bestående av titan, alumi- nium, rostfritt stål, vismut, tenn och blandningar av två eller flera därav och bildat genom initiell avsättning av offermetallen och dess omvandling till oxid.

2. Belagt substrat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att substratet är genomskinligt.

3. Belagt substrat enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att den övre beläggningen innefattar åt- minstone ett ytterligare skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminiumoxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav, varvid det ytterligare skiktet eller skikten är avsatta efter skiktet av en oxid av en offermetall.

4. Belagt substrat enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att offermetallen är titan.

5. Belagt substrat enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den undre beläggningen omfattar ett första skikt av titandioxid täckt av ett första skikt av tennoxid i sin tur täckt av ett skikt zinkoxid med en tjocklek ej större än 15 nm och av att den övre beläggningen omfattar ett skikt av titandioxid bildat genom initiell avsättning av titanmetall och dess omvandling till oxid, ett ytterligare skikt av 10 15 20 25 30 35 469 523 23 tennoxid och ett ytterligare skikt av titandioxid varvid varje tennoxidskikt har en tjocklek i området 15 till 25 nm och varje titandioxidskikt har en tjocklek i området 2 till 14 nm.

6. Belagt substrat, k ä n n e t e c k n a t av att det är försett med en remsa av vidhäftande material omkring om- kretskanten på en yta och en beläggning enligt något av föregående patentkrav på återstoden av ytan.

7. Belagt substrat enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att zinkoxidskiktet har en tjock- lek i området 5 till 13 nm, företrädesvis inom området 10 till 13 nm.

8. Belagt substrat enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att silverskiktet har en tjocklek i området 8 till 12 nm.

9. Belagt substrat enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att det uppvisar en emissivitet av mindre än 0,1 på den belagda ytan.

10. Belagt substrat enligt något av kraven 1-7, k ä n n e - t e c k n a t av att silverskiktet har en tjocklek i området 24 till 28 nm.

11. Belagt substrat enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att den totala tjockleken i vardera av den undre beläggningen och den övre beläggningen mellan vilka silverskiktet är beläget ligger i området 30 till 45 nm.

12. Belagt substrat enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att offermetallskiktet är avsatt i en tjocklek i området 2 till 15 nm. 10 15 20 25 30 35 469 525 24

13. Belagt substrat enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av att offermetallskiktet är avsatt till en tjocklek i om- rådet 2 till 4 nm.

14. Sätt att avsätta en flerskiktsbeläggning på ett substrat av förglasningsmaterial, vilken beläggning omfattar ett reflekterande skikt av silver lagt emellan en genomskinlig undre beläggning och en genomskinlig övre beläggning, k ä n n e t e c k n a t av att underbeläggningen för silver- skiktet bildas genom att avsätta i följd åtminstone ett skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminium- oxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav och ett skikt av zinkoxid med en tjocklek ej större än 15 nm och av att den övre beläggningen för silverskiktet bildas genom att avsätta ett skikt av en offermetall vald ur gruppen bestående av titan, aluminium, rostfritt stål, vismut, tenn och blandningar av två eller flera därav och omvandla metal- len till cxid.

15. Sätt enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av att på skiktet av offermetall man avsätter åtminstone ett ytterliga- re skikt av en metalloxid vald från tennoxid, titandioxid, aluminiumoxid, vismutoxid och en blandning av två eller flera därav.

16. Sätt enligt något av kraven 14-15, k ä n n e t e c k - n a t av att skikten avsättes medelst magnetiskt förstärkt katodförstoftning, varvid man vid katodförstoftningen an- vänder sig av multipla katoder.

17. Sätt enligt något av kraven 14-16, k ä n n e t e c k - n a t av att åtminstone ett oxidskikt framställes genom reaktiv katcdförstoftning av respektive metall i en syrehal- tig atmosfär.

18. Sätt enligt något av kraven 16-17, k ä n n e t e c k - n a t av att katodförstoftningen utföres vid ett tryck i området 0,15 till 0,070 Pa. 469 525, 25

19. Sätt enligt något av kraven 14-18, k ä n n e t e c k - n a t av att efter avsättning av beläggningsmaterialskikten, beläggningen avlägsnas från en omkretskantdel av den belagda ytan på substratet och en remsa av vidhäftande material därefter anbringas på kantdelen.