WO2023047069A1 - Vitrage de controle solaire comprenant une couche a base de nitrure de titane - Google Patents

Vitrage de controle solaire comprenant une couche a base de nitrure de titane Download PDF

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WO2023047069A1
WO2023047069A1 PCT/FR2022/051806 FR2022051806W WO2023047069A1 WO 2023047069 A1 WO2023047069 A1 WO 2023047069A1 FR 2022051806 W FR2022051806 W FR 2022051806W WO 2023047069 A1 WO2023047069 A1 WO 2023047069A1
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WO
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Prior art keywords
layer
silicon
dielectric
functional
nitride
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/051806
Other languages
English (en)
Inventor
Alexandre Dehaupas
Jean-Thomas FONNE
Denis Guimard
Lorenzo MANCINI
Corentin MONMEYRAN
Laura Jane Singh
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint-Gobain Glass France filed Critical Saint-Gobain Glass France
Publication of WO2023047069A1 publication Critical patent/WO2023047069A1/fr
Priority to CONC2024/0004803A priority Critical patent/CO2024004803A2/es

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
    • C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
    • C03C17/3435—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a nitride, oxynitride, boronitride or carbonitride

Definitions

  • TITLE SOLAR CONTROL GLAZING COMPRISING A TITANIUM NITRIDE-BASED LAYER
  • the invention relates to a material and a process for preparing a material, such as glazing, comprising a transparent substrate coated with a functional coating acting on infrared and/or thermal radiation.
  • the invention also relates to glazing comprising these materials as well as the use of such materials for manufacturing thermal insulation and/or solar protection glazing.
  • the invention relates in particular to so-called “low-e” low-emissivity insulating glazing.
  • a functional coating generally comprises at least one functional layer.
  • the term "functional" layer within the meaning of the present application, is understood to mean the layer(s) which gives the coating most of its thermal properties.
  • the functional layer acts on solar and/or thermal radiation essentially by reflection and/or absorption of near infrared (solar) or far (thermal) radiation.
  • a functional coating generally comprises a stack of one or more functional layers, each placed between two dielectric coatings generally comprising several dielectric layers (hereinafter dielectric coatings) which make it possible to adjust the optical properties of the stack.
  • Functional coatings act on the flow of solar radiation passing through said glazing, as opposed to other dielectric coatings which more often mainly have the function of chemical or mechanical protection of said functional layers.
  • Glazing provided with a functional coating is grouped under the designation of solar control glazing. They are mainly marketed and used:
  • thermal insulation is meant within the meaning of the present invention a glazing provided with at least one functional layer giving it reduced energy loss, said layer having properties of reflection of IR radiation of between 5 and 50 micrometers.
  • the functional layers used in this function have a high reflection coefficient of IR radiation and are called low-emissive (or more often low-e according to the English term).
  • a classic parameter for evaluating this capacity is the normal emissivity £ n of the glazing, as calculated in standard EN12898. The lower this value, the more the functional coating reflects thermal IR and the better the thermal insulation provided by the material.
  • one way to improve thermal performance is to develop functional coatings with lowered emissivity.
  • these materials must frequently undergo heat treatments at high temperature, intended to improve the properties of the substrate and/or of the functional coating.
  • heat treatments intended to improve the properties of the substrate and/or of the functional coating.
  • it may involve thermal toughening treatments intended to mechanically reinforce the substrate. These treatments can modify certain properties of the stack, in particular the energy and optical properties.
  • the materials must be capable of undergoing, once coated with the functional coating, a heat treatment of the quenching, annealing or even bending type, without significant variation, or at least without degradation, of their optical and/or energy properties.
  • the materials after the heat treatment, the materials must retain an acceptable light transmission and have an emissivity that is preferably substantially improved, or at least substantially unchanged.
  • these glazings may be in the form of monolithic glazing or single glazing, multiple glazing, laminated glazing or multiple and laminated glazing.
  • the faces of a glazing are designated starting from the outside of the building and by numbering the faces of the substrates from the outside towards the inside of the passenger compartment or the room it equips. This means that the incident sunlight passes through the faces in increasing order of their number.
  • the coatings comprising a functional layer based on titanium nitride are particularly interesting. Indeed, titanium nitride has a high hardness, a high chemical stability and confers a low emissivity.
  • layers based on titanium nitride are used as functional layers in high performance coatings intended for aggressive environments where more fragile functional layers such as layers based on silver would be degraded.
  • coatings based on titanium nitride are now used in laminated glazing and in single glazing because they are strong enough to be located on one side of a substrate directly in contact with the ambient air.
  • Obtaining a low emissivity is an important property, particularly for single glazing applications. The emissivity directly impacts the energy performance of the glazing, by reducing the heat transfer coefficient (“Ug”) as well as the solar factor (g).
  • Known functional coatings include a titanium nitride layer located between two dielectric layers which are conventionally silicon nitride layers.
  • the objective of the invention is to improve the energy performance conferred by coatings based on titanium nitride. These properties must advantageously be obtained with or without heat treatment of the quenching or bending type.
  • the invention therefore consists in the development of new materials, with a view to manufacturing improved solar protection glazing.
  • the targeted improvement is in particular a reduction in emissivity while maintaining the other properties, in particular high chemical and mechanical resistance.
  • Another object is to provide a material provided with a functional coating capable of withstanding heat treatments without damage. This results in an absence of variation, or even an improvement in its thermal and optical properties before and after heat treatment, in particular of the quenching type.
  • the applicant has surprisingly discovered that the choice of the nature of the layers constituting the dielectric coating located below the titanium nitride layer makes it possible to significantly improve the energy performance. This results in particular in an improvement in emissivity and/or conductivity.
  • the invention therefore relates to a material comprising a substrate coated with a functional coating comprising at least one functional layer based on titanium nitride and at least two dielectric coatings, each dielectric coating comprising at least one dielectric layer, so that each functional layer is placed between two dielectric coatings, characterized in that: the dielectric coating located directly below a functional layer comprises a dielectric layer located in contact with the functional layer chosen from:
  • the dielectric coating located directly below the functional layer comprises: - a first layer comprising silicon, preferably based on silicon nitride,
  • the functional layer is located in contact with the layer based on zinc oxide or the layer based on nitride aluminum.
  • the dielectric coating located directly below the functional layer does indeed include a dielectric layer located in contact with the functional layer chosen from:
  • the layer based on aluminum nitride is deposited by magnetron cathodic sputtering at a deposition pressure of less than 5.0 pbar.
  • the use of a layer based on zinc oxide in contact with the functional layer of titanium nitride is particularly advantageous when the material does not undergo heat treatment at high temperature.
  • the good energy performances are not preserved when the material undergoes a treatment at high temperature. This can be attributed to various phenomena including oxidation or diffusion reactions such as the oxidation of the functional layer by the zinc oxide layer.
  • the use of the sequence zinc oxide layer / layer based on aluminum nitride / functional layer of titanium nitride is particularly advantageous It does not matter whether the material undergoes high temperature heat treatment or not.
  • the presence of the zinc oxide layer below and in contact with the aluminum nitride layer promotes the crystallization of said layer.
  • the zinc oxide layer then seems to play the role of epitaxial growth layer for the aluminum nitride layer and for the titanium nitride layer.
  • Synergy is obtained for this embodiment.
  • the decrease in emissivity is greater than that obtained with a zinc oxide layer alone or with an aluminum nitride layer alone.
  • the advantageous effect linked to the presence of the zinc oxide layer, before or without heat treatment, is obtained.
  • the advantageous effect linked to the presence of the aluminum nitride layer after heat treatment is also obtained.
  • the aluminum nitride layer then also acts as a barrier layer preventing degradation of the titanium nitride layer by the zinc oxide layer.
  • - a light transmission in ascending order of preference, greater than or equal to 35%, greater than or equal to 40%, greater than or equal to 45%, greater than or equal to 50%, between 50 and 60%,
  • the invention also relates to:
  • - glazing comprising a material according to the invention mounted on a vehicle or on a building
  • a glazing according to the invention as solar control and/or low-emission glazing for the building or vehicles
  • the invention therefore relates to glazing comprising at least one material according to the invention in the form of monolithic, laminated and/or multiple glazing, in particular double glazing or triple glazing.
  • the application more particularly targeted by the invention is firstly monolithic glazing and laminated glazing.
  • the windows of the invention can be used in vehicles, such as side windows, car roofs, rear windows.
  • the glazings of the invention can be used in the building sector, as solar control glazing.
  • a glazing for the building generally delimits two spaces, a space qualified as “exterior” and a space qualified as “internal”. Sunlight entering a building is considered to flow from the exterior to the interior.
  • building applications also include glazing used as a constituent element of balustrades, balconies and/or railings.
  • the functional coating is deposited by sputtering assisted by a magnetic field (magnetron process). According to this advantageous embodiment, all the layers of the functional coating are deposited by sputtering assisted by a magnetic field.
  • the invention also relates to the process for obtaining a material and a glazing according to the invention, in which the layers of the coatings are deposited by magnetron cathode sputtering.
  • the substrate according to the invention is considered laid horizontally.
  • the stack of thin layers is deposited above the substrate.
  • the expressions “above” and “below” do not necessarily mean that two layers and/or coatings are arranged in contact with one another. When it is specified that a layer is deposited "in contact” with another layer or a coating, this means that there cannot be one (or more) interposed layer(s) between these two layers (or layer and coating).
  • refractive indices are measured at a wavelength of 550 nm.
  • the thicknesses referred to in this document without further details are physical, real or geometric thicknesses referred to as Ep and are expressed in nanometers (and not optical thicknesses).
  • the expression "based on”, used to qualify a material or a layer as to what it or it contains, means that the mass fraction of the constituent which he or she comprises is at least 50%, in particular at least 70%, preferably at least 90%.
  • the stacks according to the invention do not comprise a functional layer based on silver, or else of the gold or platinum or even copper type. More generally, the stacks according to the invention do not contain such precious metals, or else in very negligible quantities, in particular in the form of unavoidable impurities.
  • the titanium nitride layers are based on titanium nitride or more preferably consist of titanium nitride.
  • Layers based on titanium nitride according to the invention comprise for example more than 50% by weight of titanium nitride, preferably more than 80%, or even more than 90% by weight of titanium nitride.
  • the titanium nitride according to the invention is not necessarily stoichiometric (Ti/N atomic ratio of 1) but can be over- or under-stoichiometric. According to an advantageous mode, the N/Ti ratio is between 1 and 1.2. Also, the titanium nitride according to the invention can comprise a minor quantity of oxygen, for example between 1 and 10% molar of oxygen, in particular between 1 and 5% molar of oxygen.
  • the titanium nitride layers according to the invention correspond to the general formula TiN x O y , in which 1.00 ⁇ x ⁇ 1.20 and in which 0.01 ⁇ y ⁇ 0.10.
  • the functional coating comprises at least one functional layer and at least two dielectric coatings comprising at least one dielectric layer, such that each functional layer is disposed between two dielectric coatings.
  • the functional coating may comprise at least two functional layers based on titanium nitride and at least three dielectric coatings comprising at least one dielectric layer, so that each functional layer is placed between two dielectric coatings.
  • the functional coating may comprise at least three functional layers based on titanium nitride and at least four dielectric coatings comprising at least one dielectric layer, so that each functional layer is placed between two dielectric coatings.
  • a dielectric coating corresponds to a sequence of layers comprising at least one dielectric layer, located between the substrate and the first functional layer, between two functional layers or above the last functional layer. If a dielectric coating is composed of several dielectric layers, the physical thickness of the dielectric coating corresponds to the sum of the physical thicknesses of the various dielectric layers constituting the dielectric coating.
  • Dielectric coatings have a thickness between 2 and 200 nm.
  • dielectric layer within the meaning of the present invention, it should be understood that from the point of view of its nature, the material is “non-metallic", that is to say is not a metal. In the context of the invention, this term designates a material having an n/k ratio over the entire visible wavelength range (from 380 nm to 780 nm) equal to or greater than 5.
  • the dielectric materials have a resistivity initially greater than 10 10 ohms. meters (Qm) at 25°C.
  • the dielectric coating located directly below a functional layer comprises a dielectric layer located in contact with the functional layer chosen from:
  • the aluminum nitride-based layers may comprise at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or 100% by mass of aluminum relative to the total mass of all the elements constituting the layer based on aluminum nitride, excluding oxygen and nitrogen.
  • the layers based on aluminum nitride can comprise one or more elements chosen from silicon, boron, zirconium, etc.
  • the layer based on aluminum nitride is not oxidized, however traces may exist.
  • the layer based on aluminum nitride comprises, in increasing order of preference, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 100%, by mass of nitrogen with respect to the total mass of oxygen and nitrogen.
  • the aluminum nitride-based layer is deposited from a metal target in an atmosphere comprising nitrogen.
  • the applicant has demonstrated that during the deposition by magnetron sputtering of the layer based on aluminum nitride, the application of a particularly low pressure in the deposition chamber contributes to obtaining coatings having a lower emissivity compared to to the same coating comprising a layer of aluminum nitride deposited at higher pressure. This advantageous effect is obtained with or without heat treatment.
  • the layer based on aluminum nitride is deposited by magnetron cathode sputtering at a deposition pressure advantageously lower than 5.0 pbar, in particular 4.0 pbar, or even 3.0 pbar, and even 2.7 pbar.
  • deposition pressure is meant the pressure prevailing in the chamber where the deposition of this layer is carried out. Excessively low pressures, which are difficult to achieve on an industrial deposition machine, do not, however, provide any additional advantage in terms of resistance to aging.
  • the deposition pressure during the deposition of the oxygen barrier layer is preferably greater than 1.0 pbar, in particular 1.5 pbar.
  • the layers based on zinc oxide can comprise, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or 100% by mass of zinc relative to the total mass of all the elements constituting the layer based on zinc oxide excluding oxygen and 'nitrogen.
  • the layers based on zinc oxide advantageously comprise at least 80%, even at least 90% by mass of zinc relative to the total mass of all the elements constituting the layer based zinc oxide excluding oxygen and nitrogen.
  • the layers based on zinc oxide can comprise one or more elements chosen from among aluminum, titanium, niobium, zirconium, magnesium, copper, silver, gold, silicon, molybdenum, nickel, chromium, platinum, indium, tin and hafnium, preferably aluminum.
  • Layers based on zinc oxide can optionally be doped with at least one other element, such as aluminum.
  • the layer based on zinc oxide is not nitrided, however traces may exist.
  • the layer based on zinc oxide comprises, in increasing order of preference, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 100%, by mass of oxygen with respect to the total mass of oxygen and nitrogen.
  • the zinc oxide-based layer is deposited from a ceramic target, with or without oxygen or from a metal target.
  • the zinc oxide layers have, in increasing order of preference, a thickness:
  • the stack may comprise at least one layer comprising silicon.
  • Each dielectric coating may include at least one layer comprising silicon.
  • Layers comprising silicon are extremely stable to heat treatments. For example, no migration of the constituent elements is observed. Therefore, these elements are not likely to alter the functional layer.
  • the layers comprising silicon therefore also contribute to the non-alteration of the functional layers and therefore to obtaining a low emissivity after heat treatment.
  • the layers comprising silicon can be chosen from layers based on oxide, based on nitride or based on silicon oxynitride such as layers based on silicon oxide, layers based on silicon nitride and layers based on silicon oxynitride.
  • each coating comprises a layer comprising silicon
  • these layers are not necessarily of the same nature.
  • the layers comprising silicon can comprise or consist of elements other than silicon, oxygen and nitrogen. These elements can be chosen from among aluminum, boron, titanium, and zirconium.
  • the layers comprising silicon may comprise at least 50%, at least 60%, at least 65%, at least 70% at least 75.0%, at least 80% or at least 90% in mass of silicon relative to the mass of all the elements constituting the layer comprising silicon other than nitrogen and oxygen.
  • the layer comprising silicon comprises at most 35%, at most 20% or at most 10% by mass of elements other than silicon relative to the mass of all the elements constituting the layer comprising silicon other than oxygen and nitrogen.
  • the layers comprising silicon comprise less than 35%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5% or less than 1% by mass of zirconium with respect to the mass of all the elements constituting the layer based on silicon oxide other than oxygen and nitrogen.
  • the layers comprising silicon can comprise at least 2.0%, at least 5.0% or at least 8.0% by mass of aluminum with respect to the mass of all the elements constituting the layer based on silicon oxide. silicon other than oxygen and nitrogen.
  • the amounts of oxygen and nitrogen in a layer are determined in atomic percentages relative to the total amounts of oxygen and nitrogen in the layer under consideration.
  • - layers based on silicon oxynitride include a mixture of oxygen and nitrogen.
  • Silicon oxide based layers include at least 90% atomic percent oxygen relative to the oxygen and nitrogen in the silicon oxide based layer.
  • the silicon nitride based layers include at least 90% atomic percent nitrogen relative to the oxygen and nitrogen in the silicon nitride based layer.
  • Silicon oxynitride layers include 10 to 90% (limits excluded) atomic percent nitrogen to the oxygen and nitrogen in the silicon oxynitride layer.
  • the layers based on silicon oxide are characterized by a refractive index at 550 nm, less than or equal to 1.55.
  • the layers based on silicon nitride are characterized by a refractive index at 550 nm, greater than or equal to 1.95.
  • the layers based on silicon oxynitride are characterized by a refractive index at 550 nm intermediate between a layer of non-nitrided oxide and a layer of non-oxidized nitride.
  • the layers based on silicon oxynitride preferably have a refractive index at 550 nm greater than 1.55, 1.60 or 1.70 or between 1.55 and 1.95, 1.60 and 2.00 , 1.70 and 2.00 or 1.70 and 1.90.
  • refractive indices may vary to some extent depending on the deposition conditions. Indeed, by playing on certain parameters such as the pressure or the presence of dopants, it is possible to obtain more or less dense layers and therefore a variation in refractive index.
  • the layers comprising silicon can be layers of silicon and aluminum nitride and optionally of zirconium. These layers of silicon nitride and aluminum and/or zirconium may also comprise, by weight relative to the weight of silicon, aluminum and zirconium:
  • At least one dielectric coating comprises a layer comprising silicon chosen from layers based on silicon nitride and/or aluminum.
  • each dielectric coating comprises a layer comprising silicon chosen from layers based on silicon nitride.
  • the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon, preferably based on silicon nitride, in the dielectric coating located below the functional layer is greater than 35%, greater than 50%, greater than 60 % greater than 70%, greater than 75% of the total thickness of the dielectric coating.
  • the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon, preferably based on silicon nitride, in the dielectric coating located above the functional layer can be greater than 35%, greater than 50%, greater than 60% greater than 70%, greater than 75%, greater than 80%, greater than 90% of the total thickness of the dielectric coating.
  • the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon, preferably based on silicon nitride, in each dielectric coating located above the functional layer can be greater than 35%, greater than 50%, greater than 60% greater than 70% greater than 75% greater than 80% greater than 90% of the total thickness of the dielectric coating.
  • first layer based on silicon nitride and a second layer, located above the first layer, based on zinc oxide or based on aluminum nitride,
  • first layer comprising silicon, preferably based on silicon nitride
  • second layer located above the first layer, based on zinc oxide
  • third layer located above the second layer, based on aluminum nitride
  • first layer comprising silicon, preferably based on silicon nitride
  • second layer located above the first layer, based on zinc oxide
  • third layer located above above the second layer, based on aluminum nitride.
  • the titanium nitride layer has a thickness greater than or equal to 2 nm, greater than or equal to 5 nm, greater than or equal to 7 nm, greater than or equal to 10 nm or greater than or equal to 15 nm,
  • the titanium nitride layer has a thickness less than or equal to 40 nm, less than or equal to 35 nm, less than or equal to 30 nm or less than or equal to 25 nm,
  • the dielectric coatings have a thickness between 2 and 200 nm, from 5 to 100 nm,
  • the dielectric coating located directly below the functional layer has a thickness of between 2 and 100 nm, between 5 and 70 nm, between 10 and 50 nm; between 20 and 40 nm or between 25 and 35 nm.
  • the dielectric coating located directly above the functional layer has a thickness of between 2 and 100 nm, between 5 and 70 nm, between 10 and 50 nm; between 20 and 40 nm or between 25 and 35 nm, - the first layer has a thickness between 2 and 40 nm, between 10 and 30 nm or between 15 and 25 nm,
  • the first layer comprises silicon, preferably based on silicon nitride
  • the second layer based on zinc oxide has a thickness of between 2 and 15 nm, between 3 and 10 or between 3 and 8 nm
  • the second or the third layer based on aluminum nitride has its thickness between 2 and 30 nm, between 2 and 15 nm, between 3 and 10 nm or between 3 and 8 nm.
  • a dielectric layer comprising silicon, preferably a layer based on silicon nitride
  • the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon in the dielectric coating located above the functional layer is greater than 50% of the total thickness of the dielectric coating.
  • the stack of thin layers can optionally include a protective layer.
  • the protective layer is preferably the last layer of the coating, that is to say the layer farthest from the substrate coated with the coating (before heat treatment). These layers generally have a thickness of between 0.5 and 10 nm, between 1 and 5 nm, between 1 and 3 nm or between 1 and 2.5 nm.
  • This protective layer can be chosen from among a layer of titanium, zirconium, hafnium, silicon, zinc and/or tin, this or these metals being in metallic, oxidized or nitrided form.
  • the protective layer is a layer of titanium oxide, a layer of zinc and tin oxide or a layer based on titanium and zirconium oxide.
  • the invention relates to single glazing comprising a material according to the invention.
  • the coating is preferably placed on face 2 of the single glazing.
  • the invention relates to multiple glazing comprising a material according to the invention and at least one additional substrate, the material and the additional substrate are separated by at least one spacer layer of gas.
  • the invention relates to a laminated glazing comprising a material according to the invention and at least one additional substrate, the material and the additional substrate are separated by at least minus one lamination insert.
  • the coating can be deposited:
  • the invention also relates to automobile glazing, in particular a roof for an automobile, comprising a material as described above and comprising a single substrate, in which said substrate is preferentially tinted in its mass, and in which said stack is preferentially positioned towards the side of the glazing exposed towards the interior of the vehicle.
  • the invention also relates to an automobile glazing, in particular a roof for an automobile, comprising a first substrate, preferably colored, bonded by lamination insert, in particular PVB, to a material as described above, the substrate of which is preferably clear glass and wherein the coating is preferably disposed on the face exposed to the outside of said glazing.
  • the transparent substrates according to the invention are preferably made of a rigid mineral material, such as glass, or organic based on polymers (or polymer).
  • the organic transparent substrates according to the invention can also be made of polymer, rigid or flexible.
  • polymers suitable according to the invention include, in particular:
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • fluorinated polymers such as fluoroesters such as ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polychlorotrifluorethylene (PCTFE), ethylene chlorotrifluorethylene (ECTFE), fluorinated ethylene-propylene copolymers (FEP);
  • fluoroesters such as ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polychlorotrifluorethylene (PCTFE), ethylene chlorotrifluorethylene (ECTFE), fluorinated ethylene-propylene copolymers (FEP);
  • photocrosslinkable and/or photopolymerizable resins such as thiolene, polyurethane, urethane-acrylate, polyester-acrylate and
  • the substrate on which the coating is deposited is preferably transparent, colorless (it is then a clear or extra-clear glass) or colored, for example blue, gray or bronze.
  • the glass is preferably of the silico-sodo-lime type, but it can also be of borosilicate or alumino-borosilicate type glass.
  • Ordinary clear glass 2 to 6 mm thick has the following light characteristics:
  • colored substrate it is meant that the substrate includes in its glass composition elements aimed at giving it a coloring (i.e. different from that of a so-called “clear” glass), in particular elements such as cobalt, iron, selenium, or even chromium, which can also aim to reduce light transmission.
  • elements such as cobalt, iron, selenium, or even chromium, which can also aim to reduce light transmission.
  • the substrate is made of glass, in particular silico-sodo-lime or of polymeric organic material.
  • the substrate advantageously has at least one dimension greater than or equal to 1 m, or even 2 m and even 3 m.
  • the thickness of the substrate generally varies between 0.5 mm and 19 mm, preferably between 0.7 and 9 mm, in particular between 2 and 8 mm, or even between 4 and 6 mm.
  • the substrate can be flat or curved, even flexible.
  • the substrate coated with the coating or the coating only can be intended to undergo a heat treatment.
  • the present invention also relates to the unheat-treated coated substrate.
  • the material that is to say the transparent substrate coated with the stack, may be intended to undergo heat treatment at high temperature.
  • the stack and the substrate may have been subjected to a heat treatment at a high temperature such as quenching, annealing or bending.
  • the heat treatments are chosen from:
  • the materials of the invention can be used in both untempered and tempered versions.
  • the stack may not have undergone heat treatment at a temperature above 500°C, preferably 300°C.
  • the stack may have undergone a heat treatment at a temperature above 300°C, preferably 500°C.
  • the heat treatment temperature (at the level of the stack) is greater than 300°C, preferably greater than 400°C, and better still greater than 500°C.
  • the stack and the substrate may have been subjected to a heat treatment at a high temperature above 500° C. such as quenching, annealing or bending.
  • the substrate coated with the stack can be a curved and/or tempered glass.
  • Functional coatings defined below are deposited on clear silica-soda-lime glass substrates with a thickness of 4 mm.
  • All the layers are deposited in a known manner by sputtering assisted by magnetic field (often called magnetron).
  • the titanium nitride functional layer(s) are deposited from a target of pure metallic titanium in a reactive atmosphere containing nitrogen and argon.
  • the deposition conditions of the layers, which were deposited by sputtering (so-called “cathodic magnetron” sputtering), are summarized in Table 1
  • At. atomic; hp: high pressure; IP: low pressure.
  • Table 2 lists the materials and the physical thicknesses in nanometers (unless otherwise indicated) of each layer or coating which constitutes the coatings according to their position with respect to the carrier substrate of the stack (last line at the bottom of the table ).
  • the heat treatments are carried out in a Naber oven at a temperature of 650° C. for 10 minutes.
  • the gain is positive when the resistance per sheet is improved and negative when the resistance per sheet is deteriorated following the heat treatment.
  • the examples show that at a constant light transmission value, by replacing all or part of the silicon nitride layers in the lower dielectric coating, a gain in emissivity is obtained.
  • the optimal configuration depends on the presence or absence of heat treatment.
  • a dielectric coating comprising a layer of ZnO is advantageous (lnv-1 vs cp-1). This can be attributed to the crystalline state of ZnO which favors the crystallization of TiN. On the other hand, the emissivity and the resistivity are strongly degraded following a heat treatment. This effect can be attributed to the oxidation of TiN by the oxygen of ZnO.
  • the low-pressure deposition of the AIN layers makes it possible to obtain a significant improvement in emissivity and resistivity (lnv-5 and lnv-6 vs cp-1 and lnv.2). This results in a decrease of one emissivity point in all configurations, all other things being equal.
  • this layer of zinc oxide which crystallizes at room temperature acts as a growth layer.
  • the zinc oxide layer improves crystallization titanium nitride located above. However, better crystallization leads to an improvement in the emissivity.
  • this zinc oxide layer also acts as a growth layer for both the layer of aluminum nitride and for the layer of titanium nitride.
  • Figure 1.a represents the X-ray diffraction diagrams in Bragg-Brentano geometry of example cp-3 (lower curve) and lnv-7 (upper curve).
  • cp-3 lower curve
  • lnv-7 upper curve
  • Figure 1.b represents the X-ray diffraction diagrams in Bragg-Brentano geometry of example cp-4 (lower curve) and cp-5 (upper curve).
  • cp-4 lower curve
  • cp-5 upper curve
  • the aluminum nitride layer seems to contribute to a better stress distribution within the coating. This effect seems even more marked when the aluminum nitride layer is deposited at reduced pressure.

Abstract

L'invention concerne un matériau comprenant un substrat revêtu d'un revêtement fonctionnel comprenant au moins une couche fonctionnelle à base de nitrure de titane et au moins deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce que : le revêtement diélectrique situé directement en-dessous d'une couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi : - une couche à base de nitrure d'aluminium et/ou - une couche à base d'oxyde de zinc.

Description

TITRE : VITRAGE DE CONTROLE SOLAIRE COMPRENANT UNE COUCHE A BASE DE NITRURE DE TITANE
L’invention concerne un matériau et un procédé de préparation d’un matériau, tel qu’un vitrage, comprenant un substrat transparent revêtu d’un revêtement fonctionnel agissant sur le rayonnement infrarouge et/ou thermique. L'invention concerne également les vitrages comprenant ces matériaux ainsi que l'utilisation de tels matériaux pour fabriquer des vitrages d'isolation thermique et/ou de protection solaire. L'invention concerne en particulier des vitrages isolants bas émissifs dits « low-e ».
Dans la suite de la description, le terme « fonctionnel » qualifiant « revêtement fonctionnel » signifie « pouvant agir sur le rayonnement infrarouge et/ou thermique ».
Un revêtement fonctionnel comprend en général au moins une couche fonctionnelle. On entend par couche "fonctionnelle", au sens de la présente demande, la (ou les) couche(s) qui confère au revêtement l'essentiel de ses propriétés thermiques. La couche fonctionnelle agit sur le rayonnement solaire et/ou thermique essentiellement par réflexion et/ou absorption du rayonnement infrarouge proche (solaire) ou lointain (thermique).
Un revêtement fonctionnel comprend en général un empilement d’une ou plusieurs couches fonctionnelles, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques comprenant généralement plusieurs couches diélectriques (ci-après revêtements diélectriques) qui permettent d’ajuster les propriétés optiques de l’empilement. Les revêtements fonctionnels agissent sur le flux de rayonnement solaire traversant ledit vitrage, par opposition aux autres revêtements diélectriques ayant plus souvent principalement pour fonction une protection chimique ou mécanique desdites couches fonctionnelles.
Les vitrages munis de revêtement fonctionnel sont regroupés sous la désignation de vitrage de contrôle solaire. Ils sont commercialisés et utilisés essentiellement :
- soit pour assurer une protection de l’habitacle (automobile) ou de l’habitation du rayonnement solaire et en éviter une surchauffe, de tels vitrages étant qualifiés dans le métier d’antisolaire,
- soit pour assurer une isolation thermique de l’habitacle ou de l’habitation et éviter les déperditions de chaleur, ces vitrages étant qualifiés de vitrages isolants.
Par isolant thermique, on entend au sens de la présente invention un vitrage muni d’au moins une couche fonctionnelle lui conférant une déperdition énergétique diminuée, ladite couche présentant des propriétés de réflexion du rayonnement IR compris entre 5 et 50 micromètres. Les couches fonctionnelles utilisées dans cette fonction présentent un coefficient de réflexion du rayonnement IR élevé et sont dites bas-émissives (ou le plus souvent low-e selon le terme anglais).
Un paramètre classique pour évaluer cette capacité est l'émissivité normale £n du vitrage, telle que calculée dans la norme EN12898. Plus cette valeur est faible, plus le revêtement fonctionnel réfléchit l’IR thermique et meilleure est l’isolation thermique conférée par le matériau.
Par conséquent, une voie pour améliorer les performances thermiques consiste à développer des revêtements fonctionnels présentant une émissivité abaissée.
Par ailleurs, ces matériaux doivent fréquemment subir des traitements thermiques à température élevée, destinés à améliorer les propriétés du substrat et/ou du revêtement fonctionnel. Il peut par exemple s’agir, dans le cas de substrats de verre, de traitements de trempe thermique destinés à renforcer mécaniquement le substrat. Ces traitements peuvent modifier certaines propriétés de l’empilement, notamment les propriétés énergétiques et optiques.
Avantageusement, les matériaux doivent être capables de subir, une fois revêtu du revêtement fonctionnel, un traitement thermique du type trempe, recuit ou encore bombage, sans variation significative, ou au moins sans dégradation, de leurs propriétés optiques et/ou énergétiques. En particulier, après le traitement thermique, les matériaux doivent conserver une transmission lumineuse acceptable et présenter une émissivité de préférence sensiblement améliorée, ou tout au moins sensiblement inchangée.
Selon les applications visées et notamment selon les propriétés recherchées, ces vitrages peuvent être sous forme de vitrage monolithique ou simple vitrage, de vitrage multiple, de vitrage feuilleté ou de vitrage multiple et feuilleté.
De manière conventionnelle, les faces d'un vitrage sont désignées à partir de l'extérieur du bâtiment et en numérotant les faces des substrats de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du local qu'il équipe. Cela signifie que la lumière solaire incidente traverse les faces dans l’ordre croissant de leur numéro.
Parmi les revêtements fonctionnels traditionnellement utilisés, les revêtements comprenant une couche fonctionnelle à base de nitrure de titane sont particulièrement intéressants. En effet, le nitrure de titane présente une dureté élevée, une haute stabilité chimique et confère une basse émissivité.
Par conséquent, les couches à base de nitrure de titane sont utilisées comme couches fonctionnelles dans des revêtements haute performance destinés à des environnements agressifs où des couches fonctionnelles plus fragiles telles que des couches à base d’argent seraient dégradées. En particulier, des revêtements à base de nitrure de titane sont désormais utilisés en vitrage feuilleté et en simple vitrage car ils sont suffisamment résistants pour être situés sur une face d’un substrat directement au contact de l’air ambiant. L’obtention d’une basse émissivité est une propriété importante notamment pour des applications en simple vitrage. L’émissivité impacte directement les performances énergétiques du vitrage, en diminuant le coefficient de transfert thermique (« Ug ») ainsi que le facteur solaire (g).
Les revêtements fonctionnels connus comprennent une couche de nitrure de titane située entre deux couches diélectriques qui sont classiquement des couches de nitrure de silicium.
L’objectif de l’invention est d’améliorer les performances énergétiques conférées par les revêtements à base de nitrure de titane. Ces propriétés doivent avantageusement être obtenues avec ou sans traitement thermique de type trempe ou bombage.
L'invention consiste donc en la mise au point de nouveaux matériaux, en vue de fabriquer des vitrages de protection solaire améliorés. L'amélioration visée est notamment une diminution de l’émissivité tout en maintenant les autres propriétés notamment la résistance chimique et mécanique élevées.
Enfin, un autre but est de fournir un matériau muni d’un revêtement fonctionnel apte à supporter les traitements thermiques sans dommage. Cela se traduit par une absence de variation, voir une amélioration de ses propriétés thermiques et optiques avant et après traitement thermique, notamment du type trempe.
Le demandeur a découvert de manière surprenante que le choix de la nature des couches constituant le revêtement diélectrique situé au-dessous de la couche de nitrure de titane permet d’améliorer significativement les performances énergétiques. Cela se traduit notamment par une amélioration de l’émissivité et/ou de la conductivité.
L’invention concerne donc un matériau comprenant un substrat revêtu d’un revêtement fonctionnel comprenant au moins une couche fonctionnelle à base de nitrure de titane et au moins deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce que : le revêtement diélectrique situé directement en-dessous d’une couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :
- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou
- une couche à base d’oxyde de zinc.
Selon un mode de réalisation avantageux, le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend : - une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc,
- éventuellement une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium, la couche fonctionnelle est située au contact de la couche à base d’oxyde de zinc ou de la couche à base de nitrure d’aluminium.
Le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend bien une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :
- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou
- une couche à base d’oxyde de zinc.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, la couche à base de nitrure d’aluminium est déposée par pulvérisation cathodique magnétron a une pression de dépôt inférieure à 5,0 pbar.
L’utilisation d’une couche à base d’oxyde de zinc au contact de la couche fonctionnelle de nitrure de titane est particulièrement avantageuse lorsque le matériau ne subit pas de traitement thermique à température élevée.
L’oxyde de zinc cristallise à température ambiante lorsqu’il est déposé par dépôt magnétron. Sa présence en-dessous et au contact de la couche de nitrure de titane pourrait favoriser la cristallisation de ladite couche. La couche d’oxyde de zinc jouerait alors le rôle de couche de croissance épitaxiale. L’amélioration de la cristallisation du nitrure de titane peut contribuer à une diminution significative de l’émissivité et de la résistivité en l’absence de traitement thermique.
Toutefois, selon ce mode de réalisation, les bonnes performances énergétiques ne sont pas conservées lorsque le matériau subit un traitement à température élevée. Cela peut être attribué à des phénomènes variés notamment des réactions d'oxydation ou de diffusion tels que l’oxydation de la couche fonctionnelle par la couche d’oxyde de zinc.
L’utilisation d’une couche à base de nitrure d’aluminium au contact de la couche fonctionnelle de nitrure de titane est particulièrement avantageuse lorsque le matériau subit un traitement thermique à température élevée. Les phénomènes régissant cette amélioration ne sont pas bien connus. Plusieurs hypothèses ont été avancées :
- diminution des contraintes de l’empilement complet attribuable à la présence de nitrure d’aluminium, et/ou
- lissage de l’interface ou interdiffusion d’aluminium et de titane à l’interface AIN/TiN.
L’utilisation de la séquence couche d’oxyde de zinc / couche à base de nitrure d’aluminium / couche fonctionnelle de nitrure de titane, est particulièrement avantageuse peu importe que le matériau subisse ou non un traitement thermique à température élevée. La présence de la couche d’oxyde de zinc en-dessous et au contact de la couche de nitrure d’aluminium favorise la cristallisation de ladite couche. La couche d’oxyde de zinc semble alors jouer le rôle de couche de croissance épitaxiale pour la couche de nitrure d’aluminium et pour la couche de nitrure de titane.
Une synergie est obtenue pour ce mode de réalisation. La diminution de l’émissivité est supérieure à celle obtenue avec une couche d’oxyde de zinc seule ou avec une couche de nitrure d’aluminium seule.
L’effet avantageux lié à la présence de la couche d’oxyde de zinc, avant ou sans traitement thermique, est obtenu. L’effet avantageux lié à la présence de la couche de nitrure d’aluminium après traitement thermique est également obtenu. La couche de nitrure d’aluminium joue alors également le rôle de couche barrière prévenant la dégradation de la couche de nitrure de titane par la couche d’oxyde de zinc.
Selon l'invention, un matériau présentant les caractéristiques suivantes a pu être obtenu notamment lorsqu’il est utilisé en simple vitrage:
- une transmission lumineuse, par ordre de préférence croissant, supérieure ou égale à 35 %, supérieure ou égale à 40 %, supérieure ou égale à 45 %, supérieure ou égale à 50%, comprise entre 50 et 60 %,
- une émissivité inférieure ou égale à 50 %,
- une bonne durabilité chimique et mécanique.
L’invention concerne également :
- un vitrage comprenant un matériau selon l’invention,
- un vitrage comprenant un matériau selon l’invention monté sur un véhicule ou sur un bâtiment,
- le procédé de préparation d’un matériau ou d’un vitrage selon l’invention,
- l’utilisation d’un vitrage selon l’invention en tant que vitrage de contrôle solaire et/ou bas émissif pour le bâtiment ou les véhicules,
- un bâtiment, un véhicule ou un dispositif comprenant un vitrage selon l’invention.
L’invention concerne donc un vitrage comprenant au moins un matériau selon l’invention sous forme de vitrage monolithique, feuilleté et/ou multiple, en particulier double vitrage ou triple vitrage.
L'application plus particulièrement visée par l'invention est en premier lieu les vitrages monolithiques et les vitrages feuilletés.
Les vitrages de l’invention peuvent être utilisés dans des véhicules, comme les verres latéraux, les toits-autos, les lunettes arrières. Les vitrages de l’invention peuvent être utilisés dans le domaine du bâtiment, en tant que vitrage de contrôle solaire. Un vitrage pour le bâtiment délimite en général deux espaces, un espace qualifié d’« extérieur » et un espace qualifié d’« intérieur ». On considère que la lumière solaire entrant dans un bâtiment va de l’extérieur vers l’intérieur.
Selon l’invention, on inclut également dans les applications « bâtiment », les vitrages utilisés comme élément constitutif de balustrades, de balcons et/ou de rambardes.
Le revêtement fonctionnel est déposé par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique (procédé magnétron). Selon ce mode de réalisation avantageux, toutes les couches du revêtement fonctionnel sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique.
L’invention concerne également le procédé d’obtention d’un matériau et d’un vitrage selon l’invention, dans lequel on dépose les couches des revêtements par pulvérisation cathodique magnétron.
Les caractéristiques préférées qui figurent dans la suite de la description sont applicables aussi bien au matériau selon l’invention que, le cas échéant, au procédé selon l’invention.
Toutes les caractéristiques lumineuses et thermiques présentées dans la présente description sont obtenues selon les principes et méthodes décrits dans les normes européennes EN 410 et EN 673 se rapportant à la détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages utilisés dans le verre pour la construction.
Dans toute la description le substrat selon l'invention est considéré posé horizontalement. L’empilement de couches minces est déposé au-dessus du substrat.
Le sens des expressions « au-dessus » et « en-dessous » et « inférieur » et « supérieur » est à considérer par rapport à cette orientation.
A défaut de stipulation spécifique, les expressions « au-dessus » et « en-dessous » ne signifient pas nécessairement que deux couches et/ou revêtements sont disposés au contact l'un de l'autre. Lorsqu’il est précisé qu’une couche est déposée « au contact » d’une autre couche ou d’un revêtement, cela signifie qu’il ne peut y avoir une (ou plusieurs) couche(s) intercalée(s) entre ces deux couches (ou couche et revêtement).
De manière conventionnelle, les indices de réfraction sont mesurés à une longueur d’onde de 550 nm.
Sauf mention contraire, les épaisseurs évoquées dans le présent document sans autres précisions sont des épaisseurs physiques, réelles ou géométriques dénommées Ep et sont exprimées en nanomètres (et non pas des épaisseurs optiques).
Dans la présente description, sauf autre indication, l’expression « à base de », utilisée pour qualifier un matériau ou une couche quant à ce qu’il ou elle contient, signifie que la fraction massique du constituant qu’il ou elle comprend est d’au moins 50%, en particulier au moins 70%, de préférence au moins 90%.
Les empilements selon l’invention ne comprennent pas de couche fonctionnelle à base d’argent, ou encore du type or ou platine ou encore cuivre. D’une manière plus générale, les empilements selon l’invention ne contiennent pas de tels métaux précieux, ou alors en quantités très négligeables, notamment sous formes d’impuretés inévitables.
De préférence, les couches de nitrure de titane sont à base de nitrure de titane ou de préférence encore sont constituées de nitrure de titane.
Des couches à base de nitrure de titane selon l’invention comprennent par exemple plus de 50% en poids de nitrure de titane, de préférence plus de 80%, ou même plus de 90% en poids de nitrure de titane.
Le nitrure de titane selon l’invention n’est pas nécessairement stoechiométrique (ratio atomique Ti/N de 1 ) mais peut être sur- ou sous-stœchiométrique. Selon un mode avantageux, le ratio N/Ti est compris entre 1 et 1 ,2. Egalement, le nitrure de titane selon l’invention peut comprendre une quantité mineure d’oxygène, par exemple entre 1 et 10% molaire d’oxygène, notamment entre 1 et 5% molaire d’oxygène.
Selon un mode particulièrement préféré, les couches en nitrure de titane selon l’invention répondent à la formule générale TiNxOy, dans laquelle 1 ,00 < x < 1 ,20 et dans laquelle 0,01 < y < 0,10.
Le revêtement fonctionnel comprend au moins une couche fonctionnelle et au moins deux revêtements diélectriques comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques.
Le revêtement fonctionnel peut comprendre au moins deux couches fonctionnelles à base de nitrure de titane et au moins trois revêtements diélectriques comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques.
Le revêtement fonctionnel peut comprendre au moins trois couches fonctionnelles à base de nitrure de titane et au moins quatre revêtements diélectriques comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques.
Selon l’invention, un revêtement diélectrique correspond à une séquence de couches comprenant au moins une couche diélectrique, située entre le substrat et la première couche fonctionnelle, entre deux couches fonctionnelles ou au-dessus de la dernière couche fonctionnelle. Si un revêtement diélectrique est composé de plusieurs couches diélectriques, l'épaisseur physique du revêtement diélectrique correspond à la somme des épaisseurs physiques des différentes couches diélectriques constituant le revêtement diélectrique.
Les revêtements diélectriques ont une épaisseur comprise entre 2 et 200 nm.
Par « couche diélectrique » au sens de la présente invention, il faut comprendre que du point de vue de sa nature, le matériau est « non métallique », c’est-à-dire n’est pas un métal. Dans le contexte de l’invention, ce terme désigne un matériau présentant un rapport n/k sur toute la plage de longueur d’onde du visible (de 380 nm à 780 nm) égal ou supérieur à 5.
De préférence, les matériaux diélectriques présentent une résistivité initialement supérieure à 1010 ohms. mètres (Q.m) à 25°C.
Les couches diélectriques des revêtements présentent les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison :
- elles sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique, et/ou
- elles sont choisies parmi les oxydes ou nitrures d’un ou plusieurs éléments choisi(s) parmi le titane, le silicium, l’aluminium, le zirconium, l’étain et le zinc, et/ou
- elles sont choisies parmi : les couches d’oxyde d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le titane, le silicium, l’aluminium, le zirconium, le fer, le chrome, le cobalt, le manganèse, le tungstène, le niobium, le bismuth, le tantale, le zinc et/ou l’étain, les couches de nitrure d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le zirconium et l’aluminium, les couches d’oxynitrure d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le zirconium et l’aluminium, et/ou
- elles sont choisies parmi les couches comprenant du silicium,
- elles ont une épaisseur supérieure à 2 nm, de préférence comprise entre 4 et 100 nm.
Selon l’invention, le revêtement diélectrique situé directement en-dessous d’une couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :
- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou
- une couche à base d’oxyde de zinc.
Les couches à base de nitrure d’aluminium, peuvent comprendre, au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 70 %, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 96 %, au moins 97 %, au moins 98 %, au moins 99 % ou 100 % en masse d’aluminium par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base de nitrure d’aluminium à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote. Les couches à base de nitrure d’aluminium peuvent comprendre un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le bore, le zirconium, etc.
A priori, la couche à base de nitrure d’aluminium n’est pas oxydée, cependant des traces peuvent exister.
La couche à base de nitrure d’aluminium comprend, par ordre de préférence croissant, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 98 %, au moins 100 %, en masse d’azote par rapport à la masse totale de l’oxygène et de l’azote.
La couche à base de nitrure d’aluminium est déposée à partir d’une cible métallique dans une atmosphère comprenant de l’azote.
Le demandeur a mis en évidence que l’optimisation des paramètres de dépôt par pulvérisation cathodique magnétron de l’ensemble des couches du revêtement fonctionnel permet une amélioration significative de l’émissivité. Toutefois, cet effet est particulièrement marqué pour les couches de nitrure d’aluminium.
Le demandeur a mis en évidence que lors du dépôt par pulvérisation cathodique magnétron de la couche à base de nitrure d’aluminium, l'application d'une pression particulièrement faible dans la chambre de dépôt concourt à obtenir des revêtements présentant une émissivité abaissée par rapport à un même revêtement comprenant une couche de nitrure d’aluminium déposée à plus haute pression. Cet effet avantageux est obtenu avec ou sans traitement thermique.
La couche à base de nitrure d’aluminium est déposée par pulvérisation cathodique magnétron à une pression de dépôt avantageusement inférieure à 5,0 pbar, notamment 4,0 pbar, voire 3,0 pbar, et même 2,7 pbar. Par « pression de dépôt », on entend la pression régnant dans la chambre où est réalisé le dépôt de cette couche. Des pressions trop faibles, difficiles à atteindre sur une machine de dépôt industrielle, n'apportent toutefois pas d'avantage supplémentaire en termes de résistance au vieillissement. Ainsi, la pression de dépôt lors du dépôt de la couche barrière à l'oxygène est de préférence supérieure à 1 ,0 pbar, notamment 1 ,5 pbar.
Les couches à base d’oxyde de zinc, peuvent comprendre, au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 70 %, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 96 %, au moins 97 %, au moins 98 %, au moins 99 % ou 100 % en masse de zinc par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de zinc à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote.
Pour être correctement cristallisées par dépôt par pulvérisation cathodique, les couches à base d’oxyde de zinc comprennent avantageusement au moins 80 %, voire au moins 90 % en masse de zinc par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de zinc à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote. Les couches à base d’oxyde de zinc peuvent comprendre un ou plusieurs éléments choisis parmi l’aluminium, le titane, le niobium, le zirconium, le magnésium, le cuivre, l’argent, l’or, le silicium, le molybdène, le nickel, le chrome, le platine, l’indium, l’étain et l’hafnium, de préférence l’aluminium.
Les couches à base d’oxyde de zinc peuvent être éventuellement dopées à l’aide d’au moins un autre élément, comme l’aluminium.
A priori, la couche à base d’oxyde de zinc n’est pas nitrurée, cependant des traces peuvent exister.
La couche à base d’oxyde de zinc comprend, par ordre de préférence croissant, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 98 %, au moins 100 %, en masse d’oxygène par rapport à la masse totale de l’oxygène et de l’azote.
La couche à base d’oxyde de zinc est déposée à partir d’une cible céramique, avec ou sans oxygène ou à partir d’une cible métallique.
Les couches d’oxyde de zinc ont, par ordre de préférence croissant, une épaisseur :
- d'au moins 3,0 nm, d'au moins 4,0 nm, d'au moins 5,0 nm, et/ou
- d’au plus 25 nm, d’au plus 10 nm, d’au plus 8,0 nm.
L’empilement peut comprendre au moins une couche comprenant du silicium. Chaque revêtement diélectrique peut comprendre au moins une couche comprenant du silicium.
Les couches comprenant du silicium sont extrêmement stables aux traitements thermiques. Par exemple, on n’observe pas de migrations des éléments les constituant. Par conséquent, ces éléments ne sont pas susceptibles d’altérer la couche fonctionnelle. Les couches comprenant du silicium contribuent donc également à la non altération des couches fonctionnelles et donc à l’obtention d’une faible émissivité après traitement thermique.
Les couches comprenant du silicium peuvent être choisies parmi les couches à base d’oxyde, à base de nitrure ou à base d’oxynitrure de silicium telles que les couches à base d’oxyde de silicium, les couches à base de nitrure de silicium et les couches à base d’oxynitrure de silicium.
Lorsque chaque revêtement comprend une couche comprenant du silicium, ces couches ne sont pas nécessairement de même nature.
Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre ou être constituées d’éléments autres que le silicium, l’oxygène et l’azote. Ces éléments peuvent être choisis parmi l’aluminium, le bore, le titane, et le zirconium.
Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 65 %, au moins 70 % au moins 75,0 %, au moins 80 % ou au moins 90 % en masse de silicium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche comprenant du silicium autres que de l’azote et de l’oxygène.
De préférence, la couche comprenant du silicium comprend au plus 35 %, au plus 20 % ou au plus 10 % en masse d’éléments autres que du silicium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche comprenant du silicium autres que de l’oxygène et l’azote.
Selon un mode de réalisation, les couches comprenant du silicium comprennent moins de 35%, moins de 30 %, moins de 20 %, moins de 10 %, moins de 5 % ou moins de 1 % en masse de zirconium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de silicium autres que de l’oxygène et l’azote.
Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre au moins 2,0 %, au moins 5,0 % ou au moins 8,0 % en masse d’aluminium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de silicium autres que de l’oxygène et l’azote.
Les quantités d’oxygène et d’azote dans une couche sont déterminées en pourcentages atomiques par rapport aux quantités totales d’oxygène et d’azote dans la couche considérée.
Selon l’invention :
- les couches à base d’oxyde de silicium comprennent essentiellement de l’oxygène et très peu d’azote,
- les couches à base de nitrure de silicium comprennent essentiellement de l’azote et très peu d’oxygène,
- les couches à base d’oxynitrure de silicium comprennent un mélange d’oxygène et d’azote.
Les couches à base d’oxyde de silicium comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’oxygène par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxyde de silicium.
Les couches à base nitrure de silicium comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base de nitrure de silicium.
Les couches à base d’oxynitrure de silicium comprennent 10 à 90 % (bornes exclues) en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxynitrure de silicium.
De préférence, les couches à base d’oxyde de silicium se caractérisent par un indice de réfraction à 550 nm, inférieur ou égale à 1 ,55. De préférence, les couches à base de nitrure de silicium se caractérisent par un indice de réfraction à 550 nm, supérieur ou égale à 1 ,95.
De préférence, les couches à base d’oxynitrure de silicium se caractérisent par un indice de réfraction à 550 nm intermédiaire entre une couche d’oxyde non nitrurée et une couche de nitrure non oxydée. Les couches à base d’oxynitrure de silicium ont de préférence un indice de réfraction à 550 nm supérieur à 1 ,55, 1 ,60 ou 1 ,70 ou compris entre 1 ,55 et 1 ,95, 1 ,60 et 2,00, 1 ,70 et 2,00 ou 1 ,70 et 1 ,90.
Ces indices de réfraction peuvent varier dans une certaine mesure selon les conditions de dépôts. En effet, en jouant sur certains paramètres tels que la pression ou la présence de dopants, on peut obtenir des couches plus ou moins denses et donc une variation d’indice de réfraction.
Les couches comprenant du silicium peuvent être des couches de nitrure de silicium et d’aluminium et éventuellement de zirconium. Ces couches de nitrure de silicium et d’aluminium et/ou de zirconium peuvent également comporter, en poids par rapport au poids de silicium, aluminium et zirconium :
- 50 à 98 %, 60 à 90 %, 60 à 70 % en poids de silicium,
- 2 à 10 % en poids d’aluminium,
- 0 à 30 %, 10 à 30 % ou 15 à 27 % en poids de zirconium.
De préférence, au moins un revêtement diélectrique comprend une couche comprenant du silicium choisie parmi les couches à base de nitrure de silicium et/ou d’aluminium.
De préférence, chaque revêtement diélectrique comprend une couche comprenant du silicium choisie parmi les couches à base de nitrure de silicium.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, dans le revêtement diélectrique situé en-dessous de la couche fonctionnelle est supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, dans le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 %, supérieure à 80 %, supérieure à 90 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, dans chaque revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 %, supérieure à 80 %, supérieure à 90 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.
Le revêtement diélectrique situé directement en dessous de la couche fonctionnelle satisfait une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- il comprend une couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- il comprend une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- il comprend une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc ou à base de nitrure d’aluminium,
- il est constitué d’une première couche à base de nitrure de silicium et d’une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc ou à base de nitrure d’aluminium,
- il comprend une première couche comprenant du silicium de préférence à base de nitrure de silicium, une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc et une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium,
- il est constitué d’une première couche comprenant du silicium de préférence à base de nitrure de silicium, une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc, et une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium.
Selon des modes de réalisations préférés de la présente invention, qui peuvent bien évidemment être combinés le cas échéant entre eux :
- la couche de nitrure de titane a une épaisseur supérieure ou égale à 2 nm, supérieure ou égale à 5 nm, supérieure ou égale à 7 nm, supérieure ou égale à 10 nm ou supérieure ou égale à 15 nm,
- la couche de nitrure de titane a une épaisseur inférieure ou égale à 40 nm, inférieure ou égale à 35 nm, inférieure ou égale à 30 nm ou inférieure ou égale à 25 nm,
- les revêtements diélectriques ont une épaisseur comprise entre 2 et 200 nm, de 5 à 100 nm,
- le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle a une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm, entre 5 et 70 nm, entre 10 et 50 nm ; entre 20 et 40 nm ou entre 25 et 35 nm.
- le revêtement diélectrique situé directement au-dessus de la couche fonctionnelle a une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm, entre 5 et 70 nm, entre 10 et 50 nm ; entre 20 et 40 nm ou entre 25 et 35 nm, - la première couche a une épaisseur comprise entre 2 et 40 nm, entre 10 et 30 nm ou entre 15 et 25nm,
- la première couche comprend du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, - la deuxième couche à base d’oxyde de zinc a une épaisseur comprise entre 2 et 15 nm, entre 3 et 10 ou entre 3 et 8 nm,
- la deuxième ou la troisième couche à base de nitrure d’aluminium a son épaisseur comprise entre 2 et 30 nm, entre 2 et 15 nm, entre 3 et 10 nm ou entre 3 et 8 nm.
Le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle satisfait une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- il comprend une couche diélectrique comprenant du silicium, de préférence une couche à base de nitrure de silicium,
- il est constitué d’une couche diélectrique comprenant du silicium, de préférence une couche de nitrure de silicium.
Le revêtement diélectrique situé directement au-dessus de la couche fonctionnelle satisfait une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- il comprend une couche diélectrique comprenant du silicium,
- il comprend une couche diélectrique comprenant du silicium à base de nitrure de silicium,
- la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle est supérieure à 50 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.
L’empilement de couches minces peut éventuellement comprendre une couche de protection. La couche de protection est de préférence la dernière couche du revêtement, c’est-à-dire la couche la plus éloignée du substrat revêtu du revêtement (avant traitement thermique). Ces couches ont en général une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 nm, entre 1 et 5 nm, entre 1 et 3 nm ou entre 1 et 2,5 nm. Cette couche de protection peut être choisie parmi une couche de titane, de zirconium, d’hafnium, de silicium, de zinc et/ou d’étain, ce ou ces métaux étant sous forme métallique, oxydée ou nitrurée. Avantageusement, la couche de protection est une couche d’oxyde de titane, une couche d’oxyde de zinc et d’étain ou une couche à base d’oxyde de titane et de zirconium.
L’invention concerne un simple vitrage comprenant un matériau selon l’invention. Le revêtement est de préférence disposé en face 2 du simple vitrage.
L’invention concerne un vitrage multiple comprenant un matériau selon l’invention et au moins un substrat additionnel, le matériau et le substrat additionnel sont séparés par au moins une lame de gaz intercalaire.
L’invention concerne un vitrage feuilleté comprenant un matériau selon l’invention et au moins un substrat additionnel, le matériau et le substrat additionnel sont séparés par au moins un intercalaire de feuilletage. Le revêtement peut être déposé :
- sur la face du substrat tournée vers l’intérieur du bâtiment ou de l’habitacle qu’il équipe ou
- sur la face exposée vers l’extérieur dudit vitrage.
L’invention se rapporte également à un vitrage automobile, en particulier un toit pour automobile, comprenant un matériau tel que décrit précédemment et comprenant un seul substrat, dans lequel ledit substrat est préférentiellement teinté dans sa masse, et dans lequel ledit empilement est préférentiellement positionné vers la face du vitrage exposée vers l’intérieur du véhicule.
L’invention se rapporte également à un vitrage automobile, en particulier toit pour automobile, comprenant un premier substrat, de préférence coloré, lié par intercalaire de feuilletage, notamment en PVB, à un matériau tel que décrit précédemment, dont le substrat est de préférence en verre clair et dans lequel le revêtement est de préférence disposé sur la face exposée vers l’extérieur dudit vitrage.
Les substrats transparents selon l’invention sont de préférence en un matériau rigide minéral, comme en verre, ou organiques à base de polymères (ou en polymère).
Les substrats transparents organiques selon l’invention peuvent également être en polymère, rigides ou flexibles. Des exemples de polymères convenant selon l’invention comprennent, notamment :
- le polyéthylène,
- les polyesters tels que le polyéthylène téréphtalate (PET), le polybutylène téréphtalate (PBT), le polyéthylène naphtalate (PEN) ;
- les polyacrylates tels que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ;
- les polycarbonates ;
- les polyuréthanes ;
- les polyamides ;
- les polyimides ;
- les polymères fluorés comme les fluoroesters tels que l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), le polychlorotrifluorethylène (PCTFE), l’éthylène de chlorotrifluorethylène (ECTFE), les copolymères éthylène-propylène fluorés (FEP) ;
- les résines photoréticulables et/ou photopolymérisables, telles que les résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, polyester-acrylate et
- les polythiouréthanes.
Le substrat sur lequel est déposé le revêtement est de préférence transparent, incolore (il s’agit alors d’un verre clair ou extra-clair) ou coloré, par exemple en bleu, gris ou bronze. Le verre est de préférence de type silico-sodo-calcique, mais il peut également être en verre de type borosilicate ou alumino-borosilicate.
Un verre clair ordinaire de 2 à 6 mm d'épaisseur présente les caractéristiques lumineuses suivantes :
- une transmission lumineuse comprise entre 87,5 et 91 ,5 %,
- une réflexion lumineuse comprise entre 7 et 9,5 %,
- une absorption lumineuse comprise entre 0,3 et 5 %.
Par substrat coloré, on entend que le substrat comprend dans sa composition de verre des éléments visant à lui conférer une coloration (i.e. différente de celle d’un verre dit « clair »), notamment des éléments tels que le cobalt, le fer, le sélénium, voire le chrome, qui peuvent également viser à en diminuer la transmission lumineuse.
Selon un mode de réalisation préféré, le substrat est en verre, notamment silico-sodo- calcique ou en matière organique polymérique.
Le substrat possède avantageusement au moins une dimension supérieure ou égale à 1 m, voire 2 m et même 3 m. L’épaisseur du substrat varie généralement entre 0,5 mm et 19 mm, de préférence entre 0,7 et 9 mm, notamment entre 2 et 8 mm, voire entre 4 et 6 mm. Le substrat peut être plan ou bombé, voire flexible.
Le substrat revêtu du revêtement ou le revêtement seulement peut être destiné à subir un traitement thermique. Cependant, la présente invention concerne également le substrat revêtu non traité thermiquement.
Le matériau, c’est-à-dire le substrat transparent revêtu de l’empilement, peut être destiné à subir un traitement thermique à température élevée. L'empilement et le substrat peuvent avoir été soumis à un traitement thermique à une température élevée tel qu’une trempe, un recuit ou un bombage.
Les traitements thermiques sont choisis parmi :
- un recuit, par exemple un recuit rapide,
- une trempe et/ou un bombage.
Les matériaux de l’invention peuvent être utilisés à la fois en versions non-trempées et en versions trempées.
L’empilement peut ne pas avoir subi un traitement thermique à une température supérieure à 500 °C, de préférence 300 °C.
L’empilement peut avoir subi un traitement thermique à une température supérieure à 300 °C, de préférence 500 °C.
La température de traitement thermique (au niveau de l’empilement) est supérieure à 300 °C, de préférence supérieure à 400 °C, et mieux supérieure à 500 °C. L'empilement et le substrat peuvent avoir été soumis à un traitement thermique à une température élevée supérieure à 500 °C tel qu’une trempe, un recuit ou un bombage. Le substrat revêtu de l'empilement peut être est un verre bombé et/ou trempé.
L'invention et ses avantages sont décrits avec plus de détails, ci-après, au moyen des exemples non limitatifs ci-dessous, selon l’invention et comparatifs. Dans tous les exemples et la description, à moins qu’autrement spécifié, les épaisseurs données sont géométriques.
Exemples
I. Nature des couches et revêtements
Des revêtements fonctionnels définis ci-après sont déposés sur des substrats en verre silico-sodo-calcique clair d’une épaisseur de 4 mm.
Toutes les couches sont déposées de façon connue par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique (souvent appelée magnétron).
La ou les couches fonctionnelles de nitrure de titane sont déposées à partir d’une cible de titane pur métallique dans une atmosphère réactive contenant de l'azote et de l’argon. Les conditions de dépôt des couches, qui ont été déposées par pulvérisation (pulvérisation dite « cathodique magnétron »), sont résumées dans le tableau 1
[tableau 1]
Figure imgf000018_0001
At. = atomique ; hp : haute pression ; Ip : basse pression.
Les conditions de dépôt par magnétron de telles couches sont techniquement bien connues dans le domaine.
II. Revêtements fonctionnels
Le tableau 2 liste les matériaux et les épaisseurs physiques en nanomètres (sauf autre indication) de chaque couche ou revêtement qui constitue les revêtements en fonction de leur position vis-à-vis du substrat porteur de l’empilement (dernière ligne en bas du tableau).
[Tableau 2]
Figure imgf000019_0001
Dans ces exemples, les traitements thermiques sont réalisés au four Naber à une température de 650°C pendant 10 minutes.
III. Propriétés optiques et thermiques
Les caractéristiques thermiques, électriques et optiques des matériaux ont été mesurées selon les principes et normes suivants :
- Transmission lumineuse T :
- Emissivité à incidence normale £n mesurée sur la face intérieure du substrat revêtu de l’empilement de couches, selon les conditions décrites dans la norme EN12898,
- Résistance carré Rsq (Q.n), correspondant à la résistance rapportée à la surface, est mesurée par induction avec un Nagy SMR-12.
Pour illustrer les effets avantageux, la variation de résistivité a été déterminée de la façon suivante : ARsq= (Rsq_Cp-1-Rsq_lnv-n)) / Rsq_ Cp-1 X 100.
Le gain est positif lorsque la résistance par carré est améliorée et négatif lorsque la résistance par carré est détériorée suite au traitement thermique.
[Tableau 4]
Figure imgf000019_0002
Figure imgf000020_0001
BT : Avant traitement thermique ; AT : Après traitement thermique
Les exemples montrent qu’à valeur constante de transmission lumineuse, en remplaçant tout ou partie des couches de nitrure de silicium dans le revêtement diélectrique inférieur, on obtient un gain en émissivité. La configuration optimale dépend de la présence ou de l’absence d’un traitement thermique.
En l’absence de traitement thermique, un revêtement diélectrique comprenant une couche de ZnO est avantageux (lnv-1 vs cp-1 ). Ceci peut être attribué à l’état cristallin du ZnO qui favorise la cristallisation du TiN. En revanche, l’émissivité et la résistivité sont fortement dégradées suite à un traitement thermique. Cet effet peut être attribué à l’oxydation du TiN par l’oxygène du ZnO.
En présence d’un traitement thermique, l’utilisation de nitrure d’aluminium permet d’obtenir une amélioration après traitement thermique (lnv-2 et lnv-3 vs cp-1 ). Cet effet est observé en cas d’utilisation d’un revêtement diélectrique comprenant une couche unique de nitrure d’aluminium ou d’un revêtement diélectrique comprenant une couche de nitrure de silicium et une couche de nitrure d’aluminium.
La combinaison d’une couche de ZnO et d’une couche d’AIN permet d’obtenir à la fois des résultats avantageux avant et après traitement thermique (lnv-4 et lnv-6 vs cp-1 ).
En addition au choix et à l’ordre des couches composant le revêtement diélectrique inférieur, l’optimisation des paramètres de dépôt des matériaux est déterminant pour obtenir les meilleures performances. Le dépôt basse pression des couches d’AIN permet d’obtenir une amélioration significative de l’émissivité et de la résistivité (lnv-5 et lnv-6 vs cp-1 et lnv.2). On obtient ainsi une diminution d’un point d'émissivité dans toutes les configurations, tout autre choses égales.
Enfin, cet effet est attribuable uniquement au revêtement diélectrique situé en dessous de la couche fonctionnelle. Les effets avantageux ne sont pas obtenus pour le revêtement diélectrique supérieur (lnv-2 vs cp-2).
Les effets avantageux semblent pouvoir être attribués à la combinaison de plusieurs phénomènes.
Lorsque l’on utilise une couche à base d’oxyde de zinc en dessous d’une couche de nitrure de titane, cette couche d’oxyde de zinc qui cristallise à température ambiante joue le rôle de couche de croissance. La couche d’oxyde de zinc permet d’améliorer la cristallisation du nitrure de titane situé au-dessus. Or, une meilleure cristallisation conduit à une amélioration de l’émissivité.
De même, lorsque l’on utilise la séquence couche d’oxyde zinc / couche de nitrure d’aluminium / couche de nitrure de titane, cette couche d’oxyde de zinc joue également le rôle de couche de croissance à la fois pour la couche de nitrure d’aluminium et pour la couche de nitrure de titane.
La figure 1.a représente les diagrammes de diffraction des rayons X en géométrie Bragg-Brentano de l’exemple cp-3 (courbe du dessous) et de lnv-7 (courbe du dessus). On observe clairement dans le cas de la présence du ZnO deux pics significatifs de la cristallisation du TiN.
La figure 1.b représente les diagrammes de diffraction des rayons X en géométrie Bragg- Brentano de l’exemple cp-4 (courbe du dessous) et de cp-5 (courbe du dessus). On observe clairement dans le cas de la présence de ZnO, deux pics significatifs de la cristallisation de l’AIN.
La couche de nitrure d’aluminium semble contribuer à une meilleure distribution des contraintes au sein du revêtement. Cet effet semble encore plus marqué lorsque la couche de nitrure d’aluminium est déposée à pression réduite.
Enfin, en cas de traitement thermique la présence d’une couche d’oxyde de zinc au contact de la couche de nitrure de titane est fortement préjudiciable. L’émissivité après traitement thermique est fortement dégradée. Cela peut être attribué à l’oxydation du TiN par l’oxygène du ZnO.

Claims

Revendications
1. Matériau comprenant un substrat revêtu d’un revêtement fonctionnel comprenant au moins une couche fonctionnelle à base de nitrure de titane et au moins deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce que : le revêtement diélectrique situé directement en-dessous d’une couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :
- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou
- une couche à base d’oxyde de zinc.
2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche de nitrure de titane a une épaisseur supérieure ou égale à 5 nm et inférieure ou égale à 40 nm.
3. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche à base de nitrure d’aluminium comprend au moins 50 % en masse d’aluminium par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base de nitrure d’aluminium à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote.
4. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche à base de nitrure d’aluminium est déposée par pulvérisation cathodique magnétron a une pression de dépôt inférieure à 5,0 pbar.
5. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche à base d’oxyde de zinc comprend au moins 50 % en masse de zinc par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de zinc à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote.
6. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend :
- une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc ou à base de nitrure d’aluminium.
7. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend :
- une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc, - éventuellement une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium, la couche fonctionnelle est située au contact de la couche à base d’oxyde de zinc ou de la couche à base de nitrure d’aluminium.
8. Matériau selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que :
- la première couche a une épaisseur comprise entre 2 et 40 nm,
- lorsque la deuxième couche est une couche à base d’oxyde de zinc son épaisseur est comprise entre 2 et 15 nm et lorsque la deuxième couche est une couche à base de nitrure d’aluminium son épaisseur est comprise entre 2 et 30 nm.
9. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend :
- une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc,
- une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium.
10. Matériau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la troisième couche a une épaisseur comprise entre 2 et 30 nm.
11. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé directement au-dessus de la couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique comprenant du silicium.
12. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement diélectrique situé directement au-dessus de la couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique comprenant du silicium à base de nitrure de silicium.
13. Matériau selon la revendication précédente caractérisé en ce que la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle est supérieure à 50 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.
14. Matériau selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat revêtu du revêtement est bombé et/ou trempé.
15. Vitrage comprenant un matériau selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce qu'il est sous forme de vitrage monolithique, feuilleté et/ou multiple.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001226147A (ja) * 1998-12-28 2001-08-21 Nippon Electric Glass Co Ltd 導電性反射防止膜及びそれが被覆形成された陰極線管用ガラスパネル
EP0536607B2 (fr) * 1991-09-30 2007-05-30 PPG Industries Ohio, Inc. Revêtements d'aspects métalliques propres au traitement thermique
CN206109266U (zh) * 2016-09-30 2017-04-19 郑州航空工业管理学院 一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0536607B2 (fr) * 1991-09-30 2007-05-30 PPG Industries Ohio, Inc. Revêtements d'aspects métalliques propres au traitement thermique
JP2001226147A (ja) * 1998-12-28 2001-08-21 Nippon Electric Glass Co Ltd 導電性反射防止膜及びそれが被覆形成された陰極線管用ガラスパネル
CN206109266U (zh) * 2016-09-30 2017-04-19 郑州航空工业管理学院 一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SUZUKI K ET AL: "INFRARED-REFLECTIVE GLASS", CHEMICAL ABSTRACTS, CHEMICAL ABSTRACTS SERVICE (C A S), US, vol. 110, no. 10, 6 March 1989 (1989-03-06), pages 371, XP000019765, ISSN: 0009-2258 *

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