Термообрабатываемое изделие с покрытием с брекерным слоем с расширенными возможностями окрашивания - RU2579049C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к изделиям с покрытием, которые включают слой, отражающий инфракрасное (ИК) излучение (например, состоящий из или содержащий NiCr, NiCrN_x, NbCr, NbCrN_x, NbZr, NbZrN_x, Nb и/или NbN_x), проложенный между по меньшей мере одной парой диэлектрических слоев, и/или к способу их получения. Изделия с покрытием включают, кроме того, второй металлический или по существу металлический слой, иногда называемый брекерным слоем, который может состоять по существу из того же материала, что и ИК-отражающий слой. Брекерный слой может состоять или содержать NiCr, NiCrN_x, NbCr, NbCrN_x, NbZr, NbZrN_x, Nb и/или NbN_x в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения, и один или более диэлектрических слоев может состоять или содержать нитрид кремния, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения ИК-отражающий слой существенно толще, чем брекерный слой. Такие изделия с покрытием могут использоваться в контексте монолитных окон, теплоизоляционных оконных блоков (IG), многослойных стекол и/или в других подходящих приложениях, и в некоторых случаях могут факультативно подвергаться тепловой обработке (например, отпуску).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В уровне техники известны солнцезащитные покрытия, содержащие систему слоев стекло/Si₃N₄/NiCr/Si₃N₄, где металлический слой NiCr является единственным отражающим инфракрасное (ИК) излучение слоем покрытия. В некоторых случаях слой NiCr может быть азотированным. Например, см. патент US 6926967, который настоящим введен здесь ссылкой. См. также патент US 5688585.

К сожалению, хотя такая система слоев с ИК-отражающими слоями из NiCr обеспечивает эффективную защиту от солнца и дает в целом хорошие покрытия, они имеют недостатки в том отношении, что не позволяют достичь более широкой палитры доступных цветов, когда это желательно. Например, с такой кроющей системой, если желателен голубовато-зеленый цвет, решение задачи состоит в значительном увеличении толщины нижнего диэлектрика, что, к сожалению, приводит к нежелательным интерференционным эффектам в этом конкретном покрытии.

Таким образом, в некоторых иллюстративных неограничивающих вариантах осуществления настоящего изобретения желательно предоставить слоистую систему для покрытия, с которой при желании можно достичь более широкого диапазона возможностей окраски по сравнению с вышеупомянутой слоистой системой стекло/Si₃N₄/NiCr/Si₃N₄.

В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения неожиданно было обнаружено, что этих улучшений можно достичь, вводя брекерный слой в нижний диэлектрик вышеуказанной слоистой системы. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения было найдено, что введение тонкого металлического, по существу металлического или состоящего из нитрида металла брекерного слоя в нижний диэлектрик вышеуказанного покрытия обеспечивает улучшенное регулирование цвета и/или диапазон цветов, если это желательно, а также, если желательно, обеспечивает хорошую термостойкость (низкие значения ΔE*).

В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения термообработанные изделия с покрытием имеют вследствие термообработки величину ΔE* со стороны стекла в отражении не более 4,5, более предпочтительно не более 4,0, еще более предпочтительно не более 3,5 и наиболее предпочтительно не более 3,0. В качестве примера: термообработка (HT) может представлять собой пребывание по меньшей мере примерно 5 минут при температуре по меньшей мере примерно 580°C и достаточна для отпуска. Термин «ΔE*» в данной области техники известен и служит показателем термостойкости после термообработки, этот термин определяется и поясняется, например, в патенте US 6926967, который введен здесь ссылкой.

Изделия с покрытием могут быть разработаны для достижения, в различных иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения, различной желаемой окраски со стороны стекла в отражении, в том числе, но без ограничений, зеленой, бронзовой, серой и/или синей окраски со стороны стекла в отражении по желанию.

Вообще говоря, некоторые иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают одну или более из вышеперечисленных потребностей, давая изделие с покрытием, содержащее слоистую систему, нанесенную на стеклянную основу, причем слоистая система содержит: первый диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния; первый слой, содержащий NiCr, на стеклянной основе поверх по меньшей мере первого слоя, содержащего нитрид кремния; второй диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, на стеклянной основе поверх по меньшей мере первого слоя, содержащего нитрид кремния, и первого слоя, содержащего NiCr; второй слой, содержащий NiCr, на стеклянной основе поверх по меньшей мере второго диэлектрического слоя; третий диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, на стеклянной основе поверх по меньшей мере второго слоя, содержащего NiCr; причем второй слой, содержащий NiCr, по меньшей мере в два раза толще, чем первый слой, содержащий NiCr.

В некоторых других иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения предоставляется изделие с покрытием, содержащее слоистую систему, нанесенную на стеклянную основу, причем слоистая система содержит: первый диэлектрический слой; первый слой, содержащий NiCr и/или Nb, на стеклянной основе поверх по меньшей мере первого диэлектрического слоя; второй диэлектрический слой на стеклянной основе поверх по меньшей мере первого диэлектрического слоя и первого слоя, содержащего NiCr и/или Nb; второй слой, содержащий NiCr и/или Nb, на стеклянной основе поверх по меньшей мере второго диэлектрического слоя; третий диэлектрический слой на стеклянной основе поверх по меньшей мере второго слоя, содержащего NiCr и/или Nb; причем второй диэлектрический слой находится непосредственно между и в контакте с первым и вторым слоями, содержащими NiCr и/или Nb. Один или более из диэлектрических слоев может состоять из или содержать нитрид кремния, в иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения. Один или оба слоя, содержащих NiCr и/или Nb, могут состоять из или содержать одно или более из NiCr, NiCrN_x, NbCr, NbCrN_x, NbZr, NbZrN_x, Nb и/или NbN_x, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 является частичным видом в разрезе одного варианта монолитного изделия с покрытием (термообработанного или не подвергавшегося термообработке), согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 является частичным видом в разрезе одного варианта монолитного изделия с покрытием (термообработанного или не подвергавшегося термообработке), согласно другому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения дают покрытие или слоистую систему, которые могут применяться в окнах, таких, как монолитные окна (например, окна в автомобилях, жилых зданиях и/или архитектурные окна), теплоизоляционных оконных блоках и/или в любых других подходящих приложениях. Некоторые иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения дают слоистую систему, которая отличается регулированием цвета, хорошим диапазоном возможных цветов и/или стойкостью окраски после термообработки. Что касается стабильности после термообработки (HT), это означает низкое значение ΔE*; где Δ указывает изменение a*, b* и L* ввиду такой термообработки, как отпуск, моллирование или закалка, монолитного стекла и/или в контексте стеклопакетов, как теплоизоляционные оконные блоки или слоистые стекла. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления стабильность окраски после термообработки может примести к возможности достичь по существу совпадения между термообработанной и не обработанной версиями покрытия или слоистой системы. Другими словами, в приложениях с монолитными окнами и/или теплоизоляционными оконными блоками, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения две стеклянные основы, имеющие на себе одну и ту же кроющую систему (одна термообработана после осаждения, а другая нет), кажутся невооруженному глазу по существу одинаковыми.

Термины "термообработка" и "тепловая обработка", как они используются здесь, означают нагревание изделия до достаточной температуры, чтобы достичь отпуска, моллирования и/или закалки содержащего стекло изделия. Это определение включает, например, нагревание изделия с покрытием в печи или шкафу до температуры по меньшей мере примерно 580°C, более предпочтительно по меньшей мере примерно 600°C, в течение достаточного периода, чтобы позволить отпуск, моллирование и/или закалку. В некоторых случаях термообработка может длиться по меньшей мере примерно 4 или 5 минут. В разных вариантах осуществления настоящего изобретения изделие с покрытием может быть или не быть термообработанным.

Фиг.1-2 показывают вид сбоку в разрезе изделия с покрытием согласно иллюстративным вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг.1-2 показаны разные примеры материалов. Согласно фиг.1-2, изделие с покрытием содержит по меньшей мере подложку 1 (например, прозрачную, зеленую, бронзовую, серую, голубую или сине-зеленую стеклянную основу толщиной примерно от 1,0 до 12,0 мм), первый диэлектрический слой 2 (например, состоящий из или включающий нитрид кремния (например, Si₃N₄), оксид олова или какой-нибудь другой подходящий диэлектрик) и брекерный слой 3, состоящий из или включающий по существу металлический или металлический материал, как NiCr, NiCrN_x, NbCr, NbCrN_x, NbZr, NbZrN_x, Nb и/или NbN_x. Следует понимать, что брекерный слой 3 является поглощающим слоем, и в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения он может быть факультативно азотирован. Хотя брекерный слой 3 в некоторых случаях может включать немного кислорода, предпочтительно, чтобы брекерный слой 3 по существу не содержал кислорода, например, содержал не более 5% кислорода, более предпочтительно не более примерно 3% или 2% кислорода, в некоторых вариантах осуществления. Изделие с покрытием содержит, кроме того, диэлектрический слой 4 (например, состоящий из или включающий нитрид кремния (например, Si₃N₄), оксид олова или какой-нибудь другой подходящий диэлектрик) и отражающий инфракрасное (ИК) излучение слой 5, состоящий из или включающий по существу металлический или металлический ИК-отражающий материал, такой как NiCr, NiCrN_x, NbCr, NbCrN_x, NbZr, NbZrN_x, Nb и/или NbN_x. Следует понимать, что ИК-отражающий слой 5 может дополнительно быть азотирован в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения. Хотя в некоторых случаях ИК-отражающий слой 5 может содержать немного кислорода, предпочтительно, чтобы слой 5 был по существу свободен от кислорода, например, содержал не более 5% кислорода, более предпочтительно не более примерно 3% или 2% кислорода в некоторых вариантах осуществления. Изделие с покрытием содержит дополнительно диэлектрический верхний слой 6 из подходящего диэлектрического материала, такого, как одно или более из нитрида кремния (например, Si₃N₄), оксида олова, оксида циркония или какого-либо другого подходящего диэлектрика). В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения покрытие 7 не содержит блокирующего или отражающего ИК металлического слоя, состоящего или имеющего в основе Ag или Au. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения ИК-отражающий слой 5 отражает по меньшей мере некоторую долю ИК-излучения и не контактирует ни с каким другим металлическим ИК-отражающим слоем. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления можно, чтобы каждый из слоев 2, 3, 4, 5 и 6 включал другие материалы в качестве легирующих добавок. Конечно, следует понимать, что в некоторых альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения можно также предусмотреть другие слои, или некоторые слои могут быть пропущены, и могут использоваться другие материалы.

В некоторых иллюстративных вариантах осуществления ИК-отражающий слой 5 и брекерный слой 3 могут состоять из одних и тех же или по существу одних и тех же материалов, какие указаны выше. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления ИК-отражающий слой 5 существенно толще, чем брекерный слой 3, и поэтому называется ИК-отражающим слоем, тогда как более тонкий слой 3 называется брекерным слоем, так как он обеспечивает возможность тонкой подстройки и/или подгонки цвета, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления. Наличие брекерного слоя 3 приводит к улучшенному и более широкому диапазону возможностей окрашивания, и при добавлении этого слоя обнаружилась термостойкость. Например, если обычно желателен зеленый цвет, то когда используется брекерный слой 3, достигается желательная голубовато-зеленая окраска со стороны стекла в отражении, что дает возможность заменить объемно тонированное зеленое стекло этой слоистой системой. С другой стороны, когда брекерный слой 3 отсутствовал, цвет системы со стороны стекла в отражении оказался желто-зеленым, а не желаемым голубовато-зеленым. Это всего один пример того, как добавление брекерного слоя 3 может улучшить выбор, подстройку и/или контроль цвета. Аналогичные эффекты можно обнаружить для других цветов, таких как бронзовый или серый в некоторых случаях. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления поглощающий/брекерный слой 3 является металлическим или по существу металлическим и предусмотрен между первым и вторым нитридными слоями 2 и 4 (например, слоями на основе нитрида кремния), чтобы уменьшить или предотвратить окисление слоя 3 во время возможной термообработки (например, отпуск, моллирование и/или закалка), тем самым позволяя иметь предсказуемую окраску после термообработки при обзоре с разных углов наблюдения.

Покрытие 7 с фиг.1-2 как целое включает по меньшей мере слои 2-6. Следует отметить, что термины "оксид" и "нитрид", как они используются здесь, включают различные стехиометрии. Например, термин "нитрид кремния" включает стехиометрический Si₃N₄, а также нестехиометрический нитрид кремния. Слои 2-6 могут быть осаждены на основу 1 магнетронным напылением, любым другим типом напыления или любым другим подходящим методом, в других вариантах осуществления настоящего изобретения. Хотя фиг.1-2 показывают покрытие 7 таким образом, что ИК-отражающий слой 5 находится в прямом контакте с диэлектрическими слоями 4 и 6, настоящее изобретение этим не ограничено. В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения можно предусмотреть другой слой или слои между слоями 4 и 5 (и/или между слоями 5 и 6). Более того, другой слой или слои могут быть предусмотрены между основой 1 и слоем 2 или, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, в других местах покрытия; и/или другой слой или слои могут быть предусмотрены на основе 1 выше слоя 4, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Таким образом, хотя покрытие 7 или его слои находятся "на" или "опираются на" основу 1 (напрямую или опосредованно), между ними могут иметься другой слой или слои. Так, например, слоистая система 7 и ее слои, показанные на фиг.1-2, считаются находящимися "на" основе 1, даже если между ними могут быть предусмотрены другие слои (т.е. термины "на" и "опирающийся на", как они используется здесь, не ограничены прямым контактом).

В некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения диэлектрические слои 2, 4 и 6 могут иметь каждый показатель преломления "n" от 1,7 до 2,7, более предпочтительно от 1,9 до 2,5, в некоторых вариантах осуществления, и наиболее предпочтительно примерно от 2,0 до 2,06 в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения. Один, два или все три слоя 2, 4, 6 могут состоять из или содержать нитрид кремния и/или оксинитрид кремния, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения. В таких вариантах осуществления настоящего изобретения, где слои 2, 4 и/или 6 содержат нитрид кремния (например, Si₃N₄), в распыляемые мишени, содержащие Si, применяющиеся для получения этих слоев, может быть добавлено или нет до 1-20 вес.% (например, 8%) алюминия или нержавеющей стали (например, SS#316), причем примерно это же количество затем появляется в образованных так слоях. Даже при этом количестве алюминия и/или нержавеющей стали такие слои 2 и 4 все еще считаются диэлектрическими слоями.

Хотя фиг.1-2 иллюстрируют изделие с покрытием согласно варианту осуществления настоящего изобретения в монолитной форме, в соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения изделия с покрытием могут содержать теплоизоляционные оконные блоки (IG-блоки). В вариантах осуществления с IG-блоками покрытие 7 с фиг.1-2 может быть предусмотрено на внутренней стороне наружной основы IG-блока, и/или на внутренней поверхности внутренней основы, или в любом другом подходящем месте, в других вариантах осуществления настоящего изобретения. Пример IG-блока может содержать пару пространственно разделенных прозрачных стеклянных основ, каждая толщиной примерно 3-6 мм, на одну из которых нанесено покрытие 7, причем в некоторых иллюстративных случаях зазор между основами может составлять примерно от 5 до 30 мм, более предпочтительно примерно от 10 до 20 мм и наиболее предпочтительно примерно 16 мм. В некоторых типичных случаях покрытие 7 может наноситься на внутреннюю поверхность любой из основ, обращенную к зазору. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления стеклянная основа 1, показанная на фиг.1, может быть наружной стеклянной основы IG-блока, и покрытие 7 может быть нанесено на внутреннюю поверхность наружной стеклянной основы 1. Зазор между основами в IG-блоке может быть заполнен воздухом и/или газообразным аргоном, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления.

Возвращаясь к фиг.1-2, можно использовать разные толщины в соответствии с одной или более обсужденных здесь потребностей. Согласно некоторым неограничивающим иллюстративным вариантам осуществления настоящего изобретения, примерные толщины и материалы для соответствующих слоев 2-6 на стеклянной основе 1 в некоторых иллюстративных вариантах осуществления являются следующими для разных желаемых цветов.

Таблица 1 выше относится, например, к вариантам осуществления, где обычно желательна зеленая окраска со стороны стекла в отражении. В таких вариантах осуществления, когда используется брекерный слой 3, достигается желательный голубовато-зеленый цвет со стороны стекла в отражении. С другой стороны, когда брекерный слой 3 отсутствовал, цвет слоистой системы со стороны стекла в отражении был желто-зеленым вместо желаемого голубовато-зеленого. Таким образом, было показано, что наличие брекерного слоя неожиданно приводит в этом отношении к улучшенной окраске. В каждом варианте осуществления толщина среднего диэлектрического слоя 4 позволяет регулировать цвет и степень интерференции между слоями 3 и 5. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления средний диэлектрический слой 4 по меньшей мере в два раза толще, чем нижний диэлектрический слой 2, более предпочтительно по меньшей мере примерно в три раза толще и более предпочтительно по меньшей мере примерно в четыре или пять раз толще, чем нижний диэлектрический слой 2; это позволяет регулировать цвет желаемым образом, одновременно позволяя уменьшить интерференцию между слоями 3 и 5. Примеры диапазонов толщины для других иллюстративных вариантов осуществления приведены ниже.

В некоторых типичных вариантах осуществления стабильность цвета после термообработки может привести по существу к совпадению между термообработанной и необработанной версиями покрытия или слоистой системы. Другими словами, в приложениях с монолитными окнами и/или IG-блоками, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения две стеклянные основы, имеющие на себе одну и ту же кроющую систему (одна термообработана после осаждения, а другая нет), кажутся невооруженному глазу по существу одинаковыми.

До любой дополнительной термообработки (HT), например, отпуска, в некоторых иллюстративных вариантах осуществления настоящего изобретения изделия с покрытием имеют цветовые характеристики, указанные в таблицах 4 и 6 (монолит и/или IG-блок). Следует отметить, что нижний индекс "G" относится к цвету со стороны стекла в отражении, нижний индекс "T" относится к цвету в пропускании, и нижний индекс "F" относится к цвету со стороны пленки. Как известно в данной области, сторона стекла (G) означает цвет в отражении, когда на изделие с покрытием смотрят со стороны стекла (противоположно стороне слоя/пленки). Сторона пленки (F) означает цвет в отражении, если смотреть со стороны изделия, на которое нанесено покрытие 7. Таблица 5 ниже иллюстрирует некоторые характеристики изделий с покрытием согласно некоторым иллюстративным вариантам осуществления настоящего изобретения после такой термообработки, как отпуск (монолит и/или IG-блоки), для всех цветов; характеристики ниже в таблице 4 (без термообработки) применимы также к изделиям с покрытием на нем, подвергнутым термообработке, за исключением дополнений, указанных в таблице 5. Таблица 4 относится к вариантам осуществлениям зеленого цвета (см. также таблицу 1 выше), а таблица 6 относится к вариантам осуществлениям бронзового цвета. Использовался наблюдатель III.C, 2°. Ниже в таблицах 4 и 6 приведено также удельное поверхностное сопротивление слоя, в единицах Ом/квадрат.

Оптические параметры после термообработки (например, a*, b*, пропускание) близки к приведенным выше, ввиду низких значений ΔE* со стороны стекла в отражении (ΔE*_G), достигаемых в некоторыми иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения.

Исключительно в качестве иллюстрации ниже приводится несколько примеров, представляющих различные иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения.

Примеры 1-5 были монолитными изделиями с покрытием, со слоистой системой, показанной на фиг.1. Слои нитрида кремния 2, 4 и 6 в каждом примере осаждались распылением кремниевой мишени (легированной примерно 8% Al) в атмосфере, содержащей газообразный азот. Слои NiCrN_x 3 и 5 в каждом примере осаждались распылением приблизительно 80/20 Ni/Cr в атмосфере, содержащей газы аргон и азот (например, расход азота примерно 10 мл/кВт). Примеры 1-3 были модельными, тогда как примеры 4-5 были реальными продуктами, имеющими толщины слоев, близкие к модельным примерам 1-2, соответственно. Толщина слоев указана в ангстремах. Примеры 1 и 4 были зелеными продуктами со стороны стекла в отражении, примеры 2 и 5 со стороны стекла в отражении выглядели продуктами бронзового цвета, и пример 3 выглядел со стороны стекла в отражении серым.

ПРИМЕРЫ

Примеры 1 и 4-5 имели следующие, измеренные на монолитах, характеристики (отжиг, без термообработки, монолит) (наблюдатель III.C,2°).

В каждом примере стеклянная основа была прозрачной и имела толщину примерно 4 или 6 мм. Сравнительный пример (Ср. пр.) использовался в целях сравнения. Сравнительный пример (Ср. пр.) был таким же, как примеры 1 и 4, за исключением того, что брекерный слой 3 отсутствовал. Сравнительный пример имел следующие характеристики.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Сопоставляя сравнительный пример (Ср. пр.) с примерами 1 и 4, можно видеть, что отсутствие брекерного слоя 3 приводит к тому, что цвет со стороны стекла в отражении превратился в желто-зеленый вместо желаемого голубовато-зеленого (отметим высокую положительную величину b* со стороны стекла в отражении 8,75 для Ср. пр.). Очевидно, что добавление брекерного слоя 3 неожиданно улучшает желаемые цветовые характеристики, как показано и объяснено выше.

Имея приведенное выше описание, специалисту может получить много других особенностей, модификаций и улучшений. Таким образом, эти другие особенности, модификации и улучшения считаются частью настоящего изобретения, объем которого определен следующей формулой.

Реферат

Изобретение относится к солнцезащитному покрытию на стекле. Технический результат изобретения заключается в улучшении регулирования цвета и повышении термостойкости. На стекло наносят слои в следующей последовательности, начиная от стекла: первый диэлектрический слой на основе нитрида кремния, слой NiCr, второй диэлектрический слой на основе нитрида кремния, слой NiCr, третий диэлектрический слой на основе нитрида кремния. Второй слой на основе NiCr имеет толщину 140-220 Å и по меньшей мере в два раза толще, чем первый слой, содержащий NiCr. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 табл.

Формула