Изделия с покрытиями с низкой эмиссионной способностью с системой (системами) барьерных слоев, включающей (включающими) множественные диэлектрические слои, и/или способы их изготовления - RU2609269C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Некоторые конкретные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к изделиям с покрытиями с низкой эмиссионной способностью и/или способам их изготовления. Конкретнее, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к изделиям с покрытиями с низкой эмиссионной способностью с одной и более системами барьерных слоев, включающими множественные слои диэлектрика, и/или способам их изготовления. В некоторых вариантах осуществления нанесение систем барьерных слоев, включающих множественные слои диэлектрика, предпочтительно повышает качество слоев, механическую стойкость, коррозионную стойкость и/или термическую стойкость. Изделия с покрытиями в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения можно использовать в оконных блоках с изолирующими стеклопакетами (IG), окнах транспортных средств, других типах окон или в любых других подходящих целях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данной области техники известно применение изделий с покрытиями в окнах, как, например, в оконных блоках с изолирующими стеклами (IG), окнах транспортных средств и др. Известно, что в некоторых случаях желательно провести термообработку (например, термический отжиг, температурный изгиб и/или термическую закалку) таких изделий с покрытиями с целью отжига, изгиба и т.д. в некоторых конкретных вариантах осуществления.

В некоторых случаях разработчики изделий с покрытиями часто ищут сочетание хорошей селективности, желательного пропускания в видимой области, низкой эмиссионной способности (или излучательной способности) и низкого сопротивления (Rs) листа. Такие характеристики, как низкая эмиссионная способность и низкое сопротивление листа позволяют таким изделиям с покрытиями блокировать значительные количества ИК-излучения для снижения, например, нежелательного нагрева транспортного средства или внутренности зданий.

Изделия с покрытием часто расположены в неблагоприятных условиях, таких, например, как сильный холод, сильная жара и/или влажность и т.д. Покрытия с низкой эмиссионной способностью часто включают слои на основе серебра, и эти слои на основе серебра подвержены коррозии или другим формам повреждения при нахождении в неблагоприятных условиях.

Известно, что диэлектрические тонкие пленочные слои, включающие такие материалы, как, например, оксид циркония, нитрид кремния и др. используют для защиты от окружающей среды. К сожалению, однако, часто необходимо обеспечить одновременно прочность и желательные оптические свойства (включая, например, пропускание в видимой области, отражение, цвет и т.д.)

Один из общих подходов заключается в использовании самого нижнего и верхнего слоев в тонкопленочной системе слоев для обеспечения прочности. Например, самый нижний слой, состоящий из нитрида кремния, может способствовать снижению миграции натрия из лежащей ниже него подложки в систему слоев, а верхний слой, состоящий из оксида циркония, может обеспечить стойкость к царапанию. Другие диэлектрические слои над и/или под слоем из серебра часто применяют, стараясь добиться желательных оптических свойств.

Хотя этот подход часто приемлем, эксперты в данной области техники постоянно ищут все более прочные покрытия для применения в более широком наборе сред, например, для обеспечения желательных оптических свойств.

Один аспект в некоторых вариантах осуществления изобретения относится к исследованию изобретателей, показавшему, что повышение числа фазовых границ в системе слоев повышает прочность и стойкость к коррозии. Например, повышение числа слоев в системе диэлектрических слоев с двух до трех и более с общей толщиной диэлектрических слоев, сохраняемой в основном неизменной, приводило к отличной прочности. В одном из примеров коррозионная стойкость повышалась вдвое.

Другой аспект некоторых вариантов осуществления связан с сочетанием трех и более диэлектриков, непосредственно прилегающих друг к другу, каждый из которых обычно был металлом, прореагировавшим с кислородом и/или азотом, в форме M_xR1_yR2_z, где M - это металл, a R1 и R2 - химически активные газы, и каждый слой включал, например: оксид олова (например, SnO₂ или другой подходящей стехиометрии), нитрид кремния (например, Si₃N₄ или другой подходящей стехиометрии), оксид титана (например, TiO₂ или другой подходящей стехиометрии), оксид циркония (например, ZrO₂ или другой подходящей стехиометрии), оксид цинка (например, ZnO₂ или другой подходящей стехиометрии), смешанный оксид цинка и алюминия (например, ZnAl_xO_y или другой подходящей стехиометрии), оксинитрид кремния (например, SiO_xN_y) и т.д. Такие системы слоев могут включать в порядке удаления от подложки, например: Si_xN_y/TiO₂/ZnO₂/TiO₂/ZnO₂; или SnO₂/ZnO₂/Si_xN_y/ZrO₂; или Si_xN_y/TiO₂/ZnO₂/SnO₂/ZnO₂. Одну и более из этих систем слоев можно встроить поверх и/или под отражающий ИК-излучение слой (например, на основе серебра в некоторых вариантах осуществления изобретения.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения представлено термически обрабатываемое изделие с покрытием, представляющим собой многослойное тонкопленочное покрытие, нанесенное на стеклянную подложку. Покрытие включает по мере удаления от подложки: первый слой на основе кремния; первый диэлектрический слой; второй диэлектрический слой, разделенный третьим диэлектрическим слоем с образованием первой и второй частей второго диэлектрического слоя; металлический или главным образом металлический отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой поверх и в непосредственном контакте со второй частью второго диэлектрического слоя; верхний контактный слой, состоящий из оксида Ni и/или Cr непосредственно поверх и в контакте с отражающим ИК-излучение слоем; четвертый диэлектрический слой; и второй слой на основе кремния. Третий диэлектрический слой представляет собой либо оксид титана, либо оксид олова.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения представлен способ изготовления термически обрабатываемого изделия с покрытием, представляющим собой многослойное тонкопленочное покрытие, нанесенное на стеклянную подложку. Первый слой на основе кремния нанесен на стеклянную подложку. Первый диэлектрический слой нанесен, прямо или косвенно, на первый слой на основе кремния. Данный способ также включает начало нанесения второго диэлектрического слоя, прямо или косвенно, на первый диэлектрический слой/ прекращение нанесения второго диэлектрического слоя и нанесение третьего диэлектрического слоя; и возобновление нанесения второго диэлектрического слоя на третий диэлектрический слой, так, чтобы прекращение и восстановление нанесения второго диэлектрического слоя приводило к формированию первой и второй части второго диэлектрического слоя, причем каждая из нанесенных частей в значительной мере однородна и аморфна. Металлический или главным образом металлический отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой наносят поверх и приводят в контакт со второй частью второго диэлектрического слоя. Верхний контактный слой, состоящий из оксида Ni и/или Cr, наносят непосредственно на слой, отражающий ИК-излучение и находится в контакте с ним. Четвертый диэлектрический слой наносят, прямо или косвенно, на верхний контактный слой. Второй кремниевый слой, прямо или косвенно, наносят на четвертый диэлектрический слой. Третий диэлектрический слой представляет собой либо оксид титана, либо оксид олова.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения первый и второй слои на основе кремния состоят из нитрида кремния, первый диэлектрический слой состоит из оксида титана, второй диэлектрический слой состоит из оксида цинка, третий и четвертый диэлектрические слои состоят из оксида олова, а отражающий ИК-излучение слой состоит из Ag. В некоторых из этих вариантов осуществления изобретения второй слой разделен так, что его части обладают толщинами, отличающимися друг от друга не более чем на 5%.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления пятый диэлектрический слой находится между четвертым диэлектрическим слоем и вторым слоем на основе кремния. Первый и третий диэлектрические слои состоят из оксида титана, а второй и пятый диэлектрические слои состоят из оксида цинка. Две части разделенного второго диэлектрического слоя и пятый диэлектрический слой оба обладают толщинами, которые отличаются не более чем на 5%, а первый и третий диэлектрические слои обладают толщинами, которые отличаются не более чем на 5%. Толщины здесь и в других местах могут меняться, однако связаны с условиями осаждения, желательными свойствами и т.д.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения можно нанести верхнее покрытие из оксида циркония, например, в качестве внешнего слоя изделия с покрытием.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изделие с покрытием можно подвергнуть термообработке.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения каждый слой можно сформировать путем напыления в реакционноспособной среде из кислорода и/или азота.

Описанные выше и/или другие изделия с покрытиями могут быть нанесены на блоки из изолирующего стекла (IG) в некоторых конкретных вариантах осуществления. Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к таким блокам IG и/или способам их изготовления.

Особенности, аспекты, преимущества и варианты осуществления изобретений, описанные здесь, можно сочетать и с реализацией прочих вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие особенности и преимущества могут быть поняты более полно при отсылке к следующему подробному рассмотрению описательных вариантов осуществления изобретения вкупе с чертежами, где:

Фиг. 1 - это сечение изделия с покрытием в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 - это сечение изделия с покрытием в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 3 - это сечение блока из IG в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Здесь изделия с покрытием можно использовать в качестве оконных блоков из IG, окон транспортных средств, монолитных архитектурных окон, окон жилых помещений и/или для любой другой подходящей цели с применением отдельных или множественных стеклянных подложек.

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения покрытие включает систему с одним слоем серебра, хотя настоящее изобретение во всех случаях этим не ограничено. Например, другие варианты осуществления изобретения могут включать системы двойных, тройных или четверных слоев серебра.

Термины "термообработка" и "термическая обработка", используемые здесь, означают обработку изделия при температуре, достаточной для достижения термической закалки, температурный изгиб и/или термическое упрочнение изделия, содержащего стекло. Данное определение включает, например, нагрев изделия с покрытием в печи или термокамере при температуре не менее чем примерно 580 градусов Цельсия, более предпочтительно при не менее чем примерно 600 градусов Цельсия, в течение достаточного периода для осуществления закалки, изгиба и/или термического упрочнения. В некоторых случаях термическая закалка протекает не менее чем примерно 4-5 мин. Изделие с покрытием может быть или не быть термически обработано в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.

Теперь, при более подробном рассмотрении чертежей, где аналогичные позиционные обозначения обозначают аналогичные части на нескольких чертежах, фиг. 1 - это сечение изделия с покрытием в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Изделие с покрытием включает подложку 1 (например, подложку из прозрачного, зеленого, бронзового или сине-зеленого стекла толщиной примерно от 1,0 до 10,0 мм, более предпочтительно примерно от 1,0 мм до 5,0 мм, с примерной толщиной около 3 мм) и покрытие с низкой эмиссионной способностью (или систему слоев) 10, нанесенное прямо или косвенно на подложку 1. Покрытие (или система слоев) 10 включает, например, нижний слой 3 на основе нитрида кремния и/или включающий диэлектрический нитрид кремния Si₃N₄ (который может быть или не быть легирован другим материалом (материалами), такими как алюминий в некоторых примерах) обогащенного Si типа, для снижения мутности или любой другой подходящей стехиометрии нитрида кремния в различных вариантах осуществления настоящего изобретения; диэлектрический слой 5 с высоким показателем преломления, который может включать оксид титана (например, TiO₂ или другой подходящей стехиометрии); и первый и второй диэлектрические затравочные слои 7а и 7b из оксида цинка, которые разделены диэлектрическим "склеивающим" слоем 9 из оксида олова; проводящий и предпочтительно металлический отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой 11, который может быть слоем на основе серебра; контактный слой 13, включающий Ni и/или Cr, который может быть окислен и/или азотирован, второй слой 15 из оксида олова и внешний защитный слой 17 из нитрида кремния. Диэлектрический слой 5 с высоким показателем преломления может быть полностью окислен или быть субстехиометрическим в различных вариантах осуществления изобретения. Второй затравочный слой из оксида цинка 7b и/или контактный слой, включающий Ni и/или Cr 13, может находиться в непосредственном контакте с отражающим ИК-излучение слоем 11.

В то время как в слоях в различных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть использованы различные толщины и материалы, примерные толщины и материалы соответствующих напыленных на стеклянную подложку 1 слоев в варианте осуществления на фиг. 1 являются следующими, в порядке удаления от подложки:

В некоторых вариантах осуществления изобретения разделенные слои могут обладать соответствующей или в основном соответствующей толщиной. Например, толщины разделенных слоев могут отличаться не более чем на 15% в конкретных примерах, не более чем на 10% в других примерах и не более чем на 3-5% в других вариантах осуществления изобретения. Это случай приведенного выше Примера 1, но не приведенного выше Примера 2.

Фиг. 2 - это сечение изделия с покрытием в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 аналогичен фиг. 1, поскольку он соответствует покрытию 20 с низкой эмиссионной способностью (или системе слоев), нанесенному прямо или косвенно на подложку 1. Как и в варианте осуществления на фиг. 1, на фиг. 2 показан, например, расположенный под всеми другими слоями диэлектрический слой 3 на основе нитрида кремния и/или содержащий нитрид кремния и диэлектрический слой 5а с высоким показателем преломления, который может включать оксид титана (например, TiO₂ или другой подходящей стехиометрии). Однако, как показано на фиг. 2, первый и второй диэлектрические затравочные слои 7а и 7b, содержащие оксид цинка, разделены слоем 5b из оксида титана (например, TiO₂ или другой подходящей стехиометрии). При этом другой способ представления заключается в том, что находящийся ниже диэлектрический слой 5 с высоким показателем преломления, состоящий из оксида титана, разделен на два подслоя (5а и 5b) первым слоем, содержащим оксид цинка 7а. Вне зависимости от способа представления отражающий ИК-излучение слой 11, который может быть на основе серебра; контактный слой 13 из Ni и/или Cr, который может быть окислен и/или азотирован; слой 15, содержащий оксид олова; и второй слой 17 на основе нитрида кремния могут быть нанесены на слой 11, отражающий ИК-излучение, как на фиг. 1. Однако третий слой 7с, содержащий оксид цинка, может быть нанесен между слоем 15, содержащим оксид олова, и слоем 17 на основе нитрида кремния. Дополнительный верхний слой 19 из оксида циркония показан как самый внешний слой (т.е. находящийся поверх слоя 17 на основе нитрида кремния) на фиг. 2. Это верхнее покрытие 19 из оксида циркония может обеспечить дальнейшее повышение прочности.

В то время как в слоях в различных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть использованы различные толщины и материалы, примерные толщины и материалы соответствующих напыленных на стеклянную подложку 1 слоев в варианте осуществления на фиг. 2 являются следующими, в порядке удаления от подложки:

В случае монолита изделие с покрытием включает только одну стеклянную подложку 1, как показано на фиг. 1 и 2. Однако монолитные изделия с покрытием могут быть использованы в устройствах, таких как ламинированные ветровые стекла транспортных средств, оконные блоки из IG и т.д. В качестве оконных блоков из IG окна из IG могут включать две находящиеся на некотором расстоянии стеклянные подложки. Пример оконного блока из IG показан и описан, например, в патентах США №№7189458, 6632491; 6014872; 5800933; 5784853; и 5514476, а также в публикации заявки на патент США №2007/0128449, которые включены в настоящий документ путем ссылки. Пример оконного блока из IG может включать, например, стеклянную подложку 1 с покрытием, показанную на фиг. 1 или на фиг. 2, соединенную с другой стеклянной подложкой через прокладку (прокладки), герметик (герметики) т.д., который заполняет щель между ними. Данная щель между подложками в вариантах осуществления блоков из IG может в некоторых случаях быть заполнена газом, таким, как аргон (Ar). Пример блока из IG может включать пару разнесенных на некоторое расстояние стеклянных подложек толщиной около 1-10 мм (например, 3 или 6 мм), одна из которых покрыта покрытием 10 или покрытием 20, описанным здесь в некоторых примерах, причем щель между подложками может составлять примерно от 5 до 30 мм, более предпочтительно примерно от 10 до 20 мм и наиболее предпочтительно примерно 14 мм. В некоторых примерах покрытие 10 или покрытие 2 0 может быть нанесено на внутреннюю поверхность любой из подложек, обращенную к щели, однако в предпочтительных вариантах осуществления покрытие 10 или покрытие 20 наносят на внутреннюю поверхность внешней стеклянной подложки 1, как показано на фиг. 3. Пример оконного блока из IG также показан на фиг. 3 и может включать, например, стеклянную подложку 1 с покрытием, приведенную на фиг. 1-2, в сочетании с другой стеклянной подложкой 2, отделенной уплотнителем (уплотнителями), герметиком (герметиками) и т.д. (4) с щелью 6 между ними. Данная щель 6 между подложками в вариантах осуществления блоков из IG может в некоторых случаях быть заполнена газом, таким, как аргон (Ar). Щель 6 может находиться или не находиться под давлением менее атмосферного в различных вариантах осуществления настоящего изобретения.

В некоторых случаях вариант системы слоев, показанный на Фиг. 1, может обладать следующими рабочими характеристиками при использовании в монолитных блоках и блоках из IG:

В некоторых случаях вариант системы слоев, показанный на Фиг. 2, может обладать следующими рабочими характеристиками при использовании в монолитных блоках и блоках из IG:

Термические характеристики в приведенных примерах представлены на основе стандарта NFRC 2001. В таблице 3 и примере 1 в таблице 4 конфигурация "Блок IG" включала первую подложку из прозрачного стекла толщиной 2,3 мм м вторую подложку из экстрапрозрачного стекла толщиной 4,0 мм, поставляемую заявителем настоящей заявки, с 12,0 мм-щелью, заполненной Ar. В примере 2 в таблице 4 конфигурация "Блок IG" включала первую и вторую подложки из экстрапрозрачного стекла, разделенные заполненной аргоном 16,0-мм щелью. Покрытия с низкой эмиссионной способностью в приведенных примерах нанесены на. поверхность 3 Блока IG (хотя другие конфигурации могут включать нанесение покрытия с низкой эмиссионной способностью на одну из других поверхностей, например, на поверхность 2). Также можно использовать другие газы в различных вариантах осуществления, включая благородные газы, такие как Kr, Хе и/или др. Эти газы могут полностью или частично заполнять щели между соседними подложками (например, 90% Ar, остаток 02 или атмосферных газов и т.д.)

Данные по рабочим характеристикам в примере выше могут быть теми же или в значительной мере теми же, что и непосредственно после осаждения и/или в термообработанных вариантах.

Слои из нитрида кремния 3 и/или 17 могут, помимо прочего, повышать способность к термообработке изделий с покрытиями, например, при закалке и т.д. Нитрид кремния в этих слоях может быть стехиометрическим (например, Si₃N₄) или, напротив, быть обогащенным Si в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Например, обогащенный Si нитрид кремния в сочетании с оксидом цинка и/или оксидом олова под отражающим ИК-излучение слоем из серебра может позволить осаждать серебро (например, путем напыления и т.д.) способом, вызывающим снижение его слоевого сопротивления по сравнению со случаем других материалов под серебром. Кроме того, присутствие свободного Si в обогащенном Si слое 3 из нитрида кремния может обеспечить миграцию некоторых атомов, таких как натрий (Na), наружу из стекла 1 во время термообработки до эффективной остановки обогащенным Si слоем из нитрида кремния до того, как он достигнет серебра и повредит его. Таким образом, считается, что Si_xN_y, обогащенный Si, способен снижать ущерб, наносимый слою (слоям) серебра термообработкой в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, уменьшая слоевое сопротивление (R_s) или оставляя его на том же удовлетворительном уровне. В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда обогащенный Si нитрид кремния применяют в слое 3 и/или 17, слой обогащенного Si нитрида после нанесения можно охарактеризовать как слой (слои) Si_xN_y, где х/у может составлять от 0,7 6 до 1,5, более предпочтительно от 0,8 до 1,4, еще более предпочтительно от 0,8 5 до 1,2. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления до и/или после термообработки обогащенный Si слой (слои) Si_xN_y могут обладать показателем преломления n не менее 2,05, более предпочтительно не менее 2,07 и иногда не менее 2,10 (например, 632 нм) (отметим, что стехиометрический Si₃N₄, который также можно использовать, обладает показателем преломления n 2,02-2,04). В некоторых вариантах осуществления изобретения было, как ни удивительно, обнаружено, что улучшенной термической стабильности можно в особенности добиться, когда обогащенный Si слой (слои) Si_xN_y после осаждения обладает показателем преломления n не менее 2,10, более предпочтительно не менее 2,20 и наиболее предпочтительно от 2,2 до 2,4.

Любой и/или все слои нитрида кремния, обсуждаемые здесь, можно легировать другими материалами, такими как нержавеющая сталь или алюминий в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Например, любой и/или все обсуждаемые здесь слои нитрида кремния могут дополнительно содержать примерно 0-15% алюминия, более предпочтительно примерно 1-10% алюминия в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения нитрид кремния можно осадить путем напыления на мишень Si или SiAl. Можно также в некоторых случаях ввести в один слой или более нитрида кремния кислород. В то время как нитрид кремния является предпочтительным материалом для слоев 3 и 17 в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, следует отметить, что вместо него ли в дополнение к нему можно использовать другие материалы для одного и более из этих слоев в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения.

Отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой 11 предпочтительно преимущественно или полностью металлический и/или проводящий и может состоять главным образом из серебра (Ag), золота или другого материала, отражающего ИК-излучение. Отражающий ИК-излучение слой 11 способствует низкой эмиссионной способности покрытия и/или хорошей регулировке инсоляции. Но в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отражающий ИК-излучение слой может быть слегка окислен.

Верхний контактный слой 13 может состоять из или может включать оксид никеля (Ni), оксид хрома (Cr) или окисленный никелевый сплав, как в случае хромоникелевого оксида (NiCrO_x), или другой подходящий материал (материалы) в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Применение, например, NiCrO_x в слое 13 позволяет повысить прочность. NiCrO_x в слое 13 может быть полностью (или существенно) окислен в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения (полностью стехиометрического) или может быть частично окислен. В некоторых случаях слой NiCrO_x 13 может быть окислен по меньшей мере примерно на 50%. Он также может иметь или не иметь установленную степень окисления в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Установленная степень окисления означает, что степень окисления в слое меняется с толщиной слоя так, чтобы, например, контактный слой был менее окислен у поверхности контакта с непосредственно прилегающим отражающим ИК-излучение слоем 11, чем в части контактного слоя далее или дальше/максимально далеко от непосредственно прилегающего отражающего ИК-излучение слоя 11. Контактный слой 13 (например, состоящий из или включающий оксид Ni и/или Cr) может быть или не быть непрерывным в различных вариантах осуществления настоящего изобретения вдоль фактически всего слоя 11, отражающего ИК-излучение.

Диэлектрические слои 9 и 15 могут состоять или включать оксид олова в определенных вариантах осуществления настоящего изобретения. Однако здесь, как и в случае других, более глубоких слоев, в различных случаях можно использовать различные материалы.

Оксид цинка слоев 7а, 7b и/или 7 с может содержать другие материалы, а также Al (например, с формированием ZnAlO_x) и/или олово. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения один и более слоев на основе оксида цинка 7а, 7b и/или 7с можно легировать примерно 1-10% Al, более предпочтительно примерно 1-5% Al и наиболее предпочтительно примерно 1-4% Al.

Диэлектрический слой 17 может быть верхним покрытием в некоторых примерах.

При желании на слой 17 можно нанести другие слои (например, слой из оксида циркония). Слой 17 наносят для обеспечения прочности и защиты более глубоких слоев во время термообработки и/или применения в заданной среде. В некоторых вариантах осуществления изобретения слой 17 может обладать показателем преломления (n).примерно от 1,9 до 2,2, более предпочтительно примерно от 1,95 до 2,05.

Также может иметься другой слой (слои) под или над описанным покрытием. Таким образом, в то время как можно сказать, что слой, система слоев, покрытие и др. находятся "на" или "нанесены на" подложку, слой, систему слоев, покрытие и т.д.; между ними может иметься другой слой (слои). Таким образом, например, покрытия на фиг. 1 и 2 можно рассматривать как "находящиеся на" и "нанесенные на" подложку 1, даже если имеется другой слой (слои) между слоем 3 и подложкой 1. Кроме того, определенные слои описанного покрытия можно в различных вариантах осуществления удалить, тогда как другие, неописанные слои можно добавить между различными слоями в различных вариантах осуществления, или же можно различные слои разделить другим слоем (слоями), добавленными между разделенными частями в других вариантах осуществления настоящего изобретения без отклонения от общего духа конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения.

Один аспект в некоторых вариантах осуществления изобретения относится к исследованиям изобретателей, показавшим, что повышение числа фазовых границ в системе слоев повышает прочность и стойкость к коррозии. Например, повышение числа слоев в системе диэлектрических слоев с двух до трех и более с общей толщиной диэлектрических слоев, сохраняемых в основном такой же, что и приводящая к отличной прочности.

Улучшения, связанные с раздвоением слоев и/или добавлением дополнительных фазовых границ можно продемонстрировать различными способами. Например, кислород склонен мигрировать сквозь покрытия на различных стадиях изготовления, как например, во время напыления в реакционноспособной среде, при применении высокотемпературных процессов, во время термообработки и т.д. Однако кислород может улавливаться поверхностью раздела фаз. Таким образом, наличие большего количества фазовых границ приводит к возрастанию вероятности улавливания кислорода. В результате серебро может быть лучше защищено от случайного окисления. Аналогичные комментарии также применимы к миграции натрия, которая также, как известно, постепенно происходит с натрием, часто присутствующим в подложках из натриево-кальциевого-силикатного стекла. Иначе говоря, натрий улавливается на границах раздела, и их повышенное количество фазовых границ повышает шанс улавливания мигрирующего натрия. Результирующее улавливание кислорода и/или других потенциальных загрязнителей также может помочь снизить матовость, в особенности в результате термообработки. В качестве другого примера было отмечено, что такие материалы, как, например, оксид титана или оксид олова, не всегда растут однородно. Таким образом, в то время как покрытия часто классифицируют либо как кристаллические, либо как аморфные, изобретатели данной заявки отметили, что эти материалы иногда растут гетерогенно, так, что единое покрытие может одновременно содержать кристаллические и аморфные области. Кроме того, даже при режиме общего кристаллического роста был отмечен рост отдельных кристаллов с различной скоростью. Эти особенности работают совместно и иногда приводят к довольно шероховатой поверхности. Однако изобретатели обнаружили, что при разделении слоев и/или введении дополнительных слоев начинается и быстро прекращается формирование кристаллов, что, как было обнаружено, обеспечивает рост более однородного, аморфного и очень гладкого слоя. Более гладкие внутренние слои, могут, в свою очередь, обеспечить лучший рост серебра. Более гладкие слои могут также снизить общие сжимающие силы в системе слоев, что повышает прочность.

Еще один пример преимуществ относится к изменению взаимодействий между материалами, вызванных растущим числом межфазных границ. Конкретнее, изменение взаимодействий между материалами приводит к некоторому "сползанию" между соседними слоями, например, при образовании покрытия при воздействии различных условий окружающей среды при изготовлении и возможной установке и т.д. Такая повышенная способность к расширению и сужению, таким образом, улучшает общую термическую стабильность системы слоев.

Отмечено, что примеры покрытий с низкой эмиссионной способностью, описанные здесь, можно использовать в сочетании с так называемыми тройными IGU. См., например, патентную заявку США, серийный номер 13/324267, поданную 13 декабря 2011 г, все содержимое которой включено в настоящий документ путем ссылки. Также отмечено, что варианты покрытий с низкой эмиссионной способностью, описанные здесь, можно использовать в сочетании с вакуумными устройствами из изолирующего стекла (VIG). Вакуумные устройства из IG известны в данной области техники. Например, см. патенты США №№5664395, 5657607 и 5902652, публикации которых целиком включены в настоящий документ путем ссылки.

U-фактор (или U-значение) отвечает мере притока тепла или потере тепла через стекло вследствие различий между температурой внутри помещения и снаружи. Зимние ночные U-значения в рамках NFRC относятся к температуре снаружи, равной 0 градусов по Фаренгейту (-17,8 градусов по Цельсию), температуре в помещении, равной 7 0 градусам в шкале Фаренгейта (21 градусов в шкале Цельсия) и 12,3 миль в час (19,8 км/ч) скорости воздуха снаружи. Летние дневные U-значения в рамках NFRC относятся к температуре снаружи, равной 8 9 градусам по Фаренгейту (32 градуса по Цельсию), температуре в помещении, равной 7 5 градусам в шкале Фаренгейта (24 градуса в шкале Цельсия), 6,2 миль в час (10,1 км/ч) скорости воздуха снаружи и интенсивности солнечного излучения 248 БТЕ/ч/фут²/градус Фаренгейта (782 Вт/м²).

Коэффициент затенения относится к соотношению притока солнечного тепла через конкретный тип стекла к притоку солнечного тепла через прозрачную стеклянную подложку толщиной 3 мм в идентичных условиях. По мере снижения коэффициента затенения снижается приток тепла, что, как правило, указывает на продукт с лучшими характеристиками.

Коэффициент солнечного теплопоступления (SHGC) соответствует доле непосредственно переданной и поглощенной солнечной энергии, поступающей внутрь здания. Чем выше SHGC, тем выше приток тепла.

Относительный приток тепла (RHG) соответствует количеству тепла, поступившего через стекло с учетом влияния величины U и коэффициента затенения. При использовании стандарта NFRC и в английской системе относительный приток тепла рассчитывают в соответствии со следующей формулой: RHG = (Летнее U-значение × 14°F) + (Коэффициент затенения × 200).

Оптические характеристики, приведенные здесь, относятся к измерениям с контролем I11. С/2°, если не указано иное.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения представлено термически обрабатываемое изделие с покрытием, представляющим собой многослойное тонкопленочное покрытие, нанесенное на стеклянную подложку. Покрытие включает по мере удаления от подложки: первый слой на основе кремния; первый диэлектрический слой; второй диэлектрический слой, разделенный третьим диэлектрическим слоем с образованием первой и второй частей второго диэлектрического слоя; металлический или главным образом металлический отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой поверх и в непосредственном контакте со второй частью второго диэлектрического слоя; верхний контактный слой, состоящий из оксида Ni и/или Cr непосредственно поверх и в контакте с отражающим ИК-излучение слоем; четвертый диэлектрический слой; и второй слой на основе кремния. Третий диэлектрический слой представляет собой либо оксид титана, либо оксид олова.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения первый диэлектрический слой может представлять собой слой с высоким коэффициентом преломления, состоящим из оксида или суб-оксида титана.

В дополнение к особенностям в любом из двух предыдущих абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения третий и четвертый диэлектрические слои могут содержать оксид олова.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения второй диэлектрический слой может состоять из оксида цинка.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения второй слой может быть разделен так, чтобы толщины частей отличались друг от друга не более чем на 5%.

В дополнение к особенностям в любом из предыдущих пяти абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения первый и второй слои на основе кремния могут состоять из нитрида кремния, первый диэлектрический слой может состоять из оксида титана, второй диэлектрический слой может состоять из оксида цинка, третий и четвертый диэлектрические слои могут состоять из оксида олова, а отражающий ИК-излучение слой может состоять из Ag.

В дополнение к особенностям любого из предыдущих шести абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения пятый диэлектрический слой может быть расположен между четвертым диэлектрическим слоем и вторым слоем на основе кремния.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения первый и третий диэлектрические слои могут состоять из оксида титана, а второй и пятый диэлектрические слои могут состоять из оксида цинка.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения две части разделенного второго диэлектрического слоя и пятый диэлектрический слой могут обладать толщинами, отличающимися друг от друга не более чем на 5%.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения первый и третий диэлектрические слои могут обладать толщинами, отличающимися друг от друга не более чем на 5%.

В дополнение к особенностям в каждом из предыдущих десяти абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения может присутствовать верхнее покрытие из оксида циркония.

В некоторых вариантах осуществления изобретения имеется блок из изолирующего стекла (IG). Может иметься изделие с покрытием согласно любому из предыдущих 11 абзацев. Вторая подложка может быть расположена в целом параллельно изделию с покрытием и быть отделенной от него системой прокладок.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения представлен способ изготовления термически обрабатываемого изделия с покрытием, представляющего собой многослойное тонкопленочное покрытие, нанесенное на стеклянную подложку. Первый слой на основе кремния нанесен на стеклянную подложку. Первый диэлектрический слой нанесен, прямо или косвенно, на первый слой на основе кремния. Данный способ также включает начало нанесения второго диэлектрического слоя, прямо или косвенно, на первый диэлектрический слой; прекращение нанесения второго диэлектрического слоя и нанесение третьего диэлектрического слоя; и возобновление нанесения второго диэлектрического слоя на третий диэлектрический слой, так, что прекращение и восстановление нанесения второго диэлектрического слоя приводит к формированию первой и второй части второго диэлектрического слоя, где каждая из нанесенных частей в значительной мере однородна и аморфна. Металлический или главным образом металлический отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой наносят поверх и приводят в контакт со второй частью второго диэлектрического слоя. Верхний контактный слой, состоящий из оксида Ni и/или Cr, наносят непосредственно на слой, отражающий ИК-излучение, и они находится в контакте. Четвертый диэлектрический слой наносят, прямо или косвенно, на верхний контактный слой. Второй кремниевый слой, прямо или косвенно, наносят на четвертый диэлектрический слой. Третий диэлектрический слой представляет собой либо оксид титана, либо оксид олова.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения первый диэлектрический слой может представлять собой слой с высоким коэффициентом преломления, состоящим из оксида или суб-оксида титана.

В дополнение к особенностям в любом из двух предыдущих абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения третий и четвертый диэлектрические слои могут содержать оксид олова.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения второй диэлектрический слой может состоять из оксида цинка.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения второй слой может быть разделен так, чтобы толщины частей отличались друг от друга не более чем на 5%.

В дополнение к особенностям в любом из предыдущих пяти абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения первый и второй слои на основе кремния могут состоять из нитрида кремния, первый диэлектрический слой может состоять из оксида титана, второй диэлектрический слой может состоять из оксида цинка, третий и четвертый диэлектрические слои могут состоять из оксида олова, а отражающий ИК-излучение слой может состоять из Ag.

В дополнение к особенностям любого из предыдущих шести абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения пятый диэлектрический слой может быть расположен между четвертым диэлектрическим слоем и вторым слоем на основе кремния.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения первый и третий диэлектрические слои могут состоять из оксида титана, а второй и пятый диэлектрические слои могут состоять из оксида цинка.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения две части разделенного второго диэлектрического слоя и пятый диэлектрический слой могут обладать толщинами, отличающимися друг от друга не более чем на 5%.

В дополнение к особенностям в предыдущем абзаце в некоторых вариантах осуществления изобретения первый и третий диэлектрические слои могут обладать толщинами, отличающимися друг от друга не более чем на 5%.

В дополнение к особенностям в каждом из предыдущих десяти абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения изделие с покрытием может быть подвергнуто термообработке. В дополнение к особенностям в каждом из предыдущих 11 абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения может присутствовать верхнее покрытие из оксида циркония в качестве внешнего слоя покрытия на изделии.

В дополнение к особенностям в любом из предыдущих 12 абзацев в некоторых вариантах осуществления изобретения каждый слой можно сформировать путем напыления в реакционноспособной среде из кислорода и/или азота.

В некоторых вариантах осуществления изобретения может иметься блок из изолирующего стекла (IG). Может быть представлен способ по любому из предыдущих 13 абзацев. При изготовлении блока IG вторая подложка может быть расположена в целом параллельно и на удалении от изделия с покрытием.

В то время как изобретение описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено описываемым вариантом осуществления, но, напротив, предполагается, что оно охватывает различные модификации и эквивалентные варианты расположения, отвечающие духу и охвату прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к изделиям с покрытиями с низкой эмисионной способностью. Технический результат – повышение механической стойкости, коррозионной стойкости и термической стойкости изделия с покрытием. Многослойное тонкопленочное покрытие, нанесенное на стеклянную подложку, содержит следующие слои по мере удаления от подложки: первый слой на основе кремния; первый диэлектрический слой; второй диэлектрический слой, разделенный третьим диэлектрическим слоем, так, что образуются первая и вторая части второго диэлектрического слоя; металлический слой; верхний контактный слой, состоящий из оксида Ni и/или Cr; четвертый диэлектрический слой; второй слой на основе кремния. Третий диэлектрический слой выполнен на основе оксида титана, либо оксида олова. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.

Формула