Гибридное многослойное покрытие - RU2329979C1
Код документа: RU2329979C1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к покрытиям и изделиям с покрытием и более конкретно, к покрытиям, имеющим покрытие, регулирующее инсоляцию, с повышающим долговечность верхним слоем покрытия, а также к изделиям с нанесенным на них покрытием.
Уровень техники
Покрытия, регулирующие инсоляцию, известны и применяются для регулирования количества солнечного излучения, проходящего внутрь зданий, автомобилей и других структур. Такие покрытия, регулирующие инсоляцию, могут блокировать или отражать электромагнитные излучения и помогают снизить затраты на обогрев и/или охлаждение.
Обычные покрытия, регулирующие инсоляцию, обычно включают в себя металлический слой, отражающий инфракрасное излучение, расположенный между двумя слоями диэлектрика. Обычные слои диэлектрика, как правило, включают в себя окислы металлов. Тонкий защитный внешний слой покрытия, например из двуокиси титана, наносят поверх самого верхнего диэлектрического слоя, что позволяет защитить расположенные под ним слои от химического и механического повреждения. Примеры известных покрытий, регулирующих инсоляцию, раскрыты в патентах US №№4610771; 4716086 и 4898789.
Подложки с покрытием, такие как стеклянные подложки, на которые нанесены покрытия для регулирования инсоляции, можно использовать в ламинированных или неламинированных изделиях. Пример ламинированного изделия представляет собой обычное ветровое стекло автомобиля. Пример неламинированного изделия представляет обычное архитектурное окно. Известные покрытия, регулирующие инсоляцию, хорошо выполняют свое предназначение, состоящее в модификации свойств регулирования инсоляции изделием с нанесенным покрытием.
Однако обычные покрытия, регулирующие инсоляцию, могут быть подвержены механическим или химическим повреждениям во время работы с ними, даже при нанесении обычного защитного внешнего покрытия. Хотя возможно повысить механическую и/или химическую прочность обычного многослойного покрытия, регулирующего инсоляцию, путем увеличения толщины внешнего защитного слоя покрытия, такое увеличение толщины также повлияло бы на другие параметры изделия с покрытием, такие как отражающая способность, пропускная способность или излучательная способность изделия, и могло бы привести к существенным изменениям характеристик пропускной способности, свойств инсоляции и эстетических параметров изделия с покрытием. Такой подход не желателен, в частности, для стеклянных изделий с покрытием, предназначенных для использования в области автомобилестроения, в которой свойствами регулирования инсоляции, такими как пропускная способность и/или отражающая способность, управляют так, чтобы они удовлетворяли требованиям правительственного регулирования. Кроме того, увеличение толщины защитного внешнего слоя покрытия также могло бы отрицательно повлиять на параметры обработки изделия с покрытием, например отрицательно повлиять на способность процессов изгиба, отжига, закаливания или ламинирования.
Известны многослойные покрытия, не предназначенные для регулирования инсоляции. Например, обычные объективы камер, как правило, включают в себя антирефлективное покрытие, изготовленное из последовательности слоев материалов с высоким и низким коэффициентами преломления. Эти слои уменьшают отражение видимого света при съемке фотографий. Хотя такие антирефлективные покрытия объективов выполняют свое предназначение, состоящее в снижении отражения видимого света, они не содержат слои металла, отражающие инфракрасные лучи, и таким образом обеспечивают незначительные или не обеспечивают свойство регулирования инсоляции. Хотя можно было рассмотреть возможность добавления к обычным покрытиям объективов обычного многослойного покрытия для регулирования инсоляции, такая комбинация была не осуществимой на практике, поскольку полученное в результате многослойное покрытие не удовлетворяло бы оптическим характеристикам и/или характеристикам отражения солнечного света, обычно требуемым для изделий, регулирующих инсоляцию, таких как прозрачные изделия для автомобилей и прозрачные изделия архитектурного назначения.
Таким образом, было бы предпочтительно создать многослойное покрытие, обладающее свойствами регулирования инсоляции, а также имеющее повышенную долговечность, без отрицательного влияния на свойства регулирования инсоляции и/или эстетические характеристики многослойного покрытия.
Сущность изобретения
Покрытие включает функциональное покрытие, такое как покрытие, регулирующее инсоляцию, содержащее, по меньшей мере, один слой металла. Слой верхнего покрытия сформирован поверх, по меньшей мере, участка функционального покрытия. Слой верхнего покрытия содержит первый слой верхнего покрытия, имеющий оптическую толщину в диапазоне от 0,5 оптической толщины в четверть длины волны света (ОТЧВ) до 1,5 ОТЧВ относительно эталонной длины волны 550 нм и первый коэффициент преломления, а также второй слой верхнего покрытия, имеющий толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ относительно эталонной длины волны 550 нм и второй коэффициент преломления, отличающийся от первого коэффициента преломления. В одном неограничивающем варианте выполнения, один из первого слоя верхнего покрытия или второго слоя верхнего покрытия содержит, по меньшей мере, один окисел металла, выбранный из окислов алюминия, кремния, иттрия, олова и их смесей, и другой из первого слоя верхнего покрытия или второго верхнего покрытия содержит, по меньшей мере, один из окислов металла, выбранного из окислов титана, циркония, ниобия, висмута, вольфрама, цинка, олова и их смеси. Слой верхнего покрытия может дополнительно включать в себя третий слой верхнего покрытия, имеющий толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ. В одном неограничивающем варианте выполнения третий слой верхнего покрытия содержит двуокись кремния.
Другое покрытие содержит функциональное покрытие, такое как покрытие, регулирующее инсоляцию, содержащее, по меньшей мере, один металлический слой, отражающий инфракрасное излучение. Слой верхнего покрытия сформирован, по меньшей мере, поверх части функционального покрытия. Слой верхнего покрытия содержит первый слой верхнего покрытия, нанесенный, по меньшей мере, на участок функционального покрытия, и второй слой верхнего покрытия, нанесенный на, по меньшей мере, участок первого слоя верхнего покрытия. Коэффициент преломления первого слоя верхнего покрытия может отличаться от коэффициента преломления второго верхнего покрытия на величину в диапазоне от 0,2 до 1.
Изделие с покрытием содержит подложку и покрытие, как определено выше, нанесенное на, по меньшей мере, участок подложки.
Другое изделие с покрытием содержит подложку и покрытие, нанесенное поверх, по меньшей мере, участка подложки. Покрытие содержит: (а) функциональное покрытие, содержащее первый слой окисла металла, второй слой окисла металла и слой металла, отражающий инфракрасное излучение, расположенный между первым и вторым слоями окисла металла, и (b) слой верхнего покрытия, сформированный вдоль функционального покрытия и содержащий первый слой верхнего покрытия и второй слой верхнего покрытия, в котором первый слой верхнего покрытия имеет толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ относительно эталонной длины волны 550 нм и первый коэффициент преломления, который либо (i) меньше или равен 2, или (ii) больше чем 2, и второй слой верхнего покрытия имеет толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ по отношению к длине волны 550 нм и второй коэффициент преломления, который (i) больше чем 2, когда первый коэффициент преломления меньше или равен 2 или (ii) меньше или равен 2, когда первый коэффициент преломления больше 2.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид в разрезе (без соблюдения масштаба) монолитного изделия, имеющего гибридное покрытие, соответствующее изобретению.
На фиг.2 показан вид в разрезе (без соблюдения масштаба) ламинированного изделия, имеющего гибридное покрытие, соответствующее изобретению.
На фиг.3 показан график процентного значения коэффициента отражения от длины волны (в нанометрах) по сравнению с однослойным покрытием из серебра, имеющим слой верхнего покрытия, в соответствии с настоящим изобретением, с аналогичным однослойным покрытием из серебра, без верхнего покрытия в соответствии с изобретением.
На фиг.4 показан график процентного значения коэффициента отражения в зависимости от длины волны (в нанометрах) по сравнению с двухслойным покрытием из серебра, имеющим слой верхнего покрытия в соответствии с настоящим изобретением, с аналогичным двухслойным покрытием из серебра без верхнего покрытия в соответствии с изобретением.
Подробное описание изобретения
Используемые здесь термины пространства или термины направления, такие как "внутренний", "внешний", "выше", "ниже" и т.п., относятся к изобретению в том виде, как оно представлено на чертежах. Однако следует понимать, что изобретение может допускать различные альтернативные ориентации и соответственно такие термины не следует рассматривать как ограничительные. Кроме того, все числа, выражающие размеры, физические характеристики, и т.д., используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицируемые во всех случаях термином "приблизительно". В соответствии с этим, если только не будет указано противоположное, числовые значения, представленные в следующем описании и формуле изобретения, могут изменяться в зависимости от требуемых свойств, которые должны быть получены в соответствии с настоящим изобретением. Каждый численный параметр следует, по меньшей мере, рассматривать в свете представленных значащих цифр и с применением обычных правил округления, а не как попытку ограничить объем прав формулы в соответствии с доктриной эквивалентов, Кроме того, все диапазоны, раскрытые здесь, следует рассматривать как охватывающие любой и все поддиапазоны, находящиеся в их пределах. Например, указанный диапазон "1-10" следует рассматривать как включающий в себя любой или все поддиапазоны между (и включительно) минимальным значением 1 и максимальным значением 10, то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или больше и заканчивающиеся максимальным значением 10 или меньше, например от 1 до 3,7, от 5,5 до 10 или от 6,5 до 9,5 и прочие помимо названных. Используемые здесь термины "осажденный на", "нанесенный на" или "сформированный поверх" означают осажденный, нанесенный или сформированный на, но не обязательно в контакте с поверхностью. Например, материал "осажденный поверх" подложки не исключает присутствие одного или больше других материалов того же или другого состава, расположенных между нанесенным материалом и подложкой. Кроме того, все ссылочные позиции, представленные здесь, следует понимать как представленные полностью в качестве ссылки. Термины "видимая область" или "видимый свет" относятся к электромагнитному излучению, имеющему длину волны в диапазоне от 400 нм до 700 нм. Термины "инфракрасная область" или "инфракрасное излучение" относятся к электромагнитному излучению, имеющему длину волны в диапазоне от больше чем 700 нм до 100000 нм. Термины "ультрафиолетовая область" или "ультрафиолетовое излучение" означают электромагнитную энергию, имеющую длину волны в диапазоне от 300 нм до менее чем 400 нм. Термин "пленка" относится к области покрытия, имеющего требуемый или выбранный состав. "Слой" содержит одну или больше "пленок". "Покрытие" или "многослойное покрытие" состоит из одного или больше "слоев". Все представленные здесь значения оптической толщины в четверть длины волны света определены относительно эталонной длины волны 550 нм.
Пример изделия 10 с покрытием, которое включает в себя признаки изобретения, показан на фиг.1. Изделие 10 включает подложку 12, которая может иметь, по меньшей мере, одну основную поверхность. Гибридное покрытие 14 в соответствии с изобретением может быть сформировано поверх, по меньшей мере, части подложки 12. В представленном на фиг.1 варианте гибридное покрытие 14 содержит, по меньшей мере, одно функциональное покрытие 16, сформированное поверх, по меньшей мере, участка подложки 12, например поверх, по меньшей мере, участка основной поверхности, и противоотражающее покрытие 18 в соответствии с изобретением сформировано поверх, по меньшей мере, участка функционального покрытия 16. Изделие 10 может представлять собой монолитное изделие, как показано на фиг.1. Под "монолитностью" подразумевают одну структурную подложку или первичный слой. Под "первичным слоем" подразумевают элемент первичной поддержки или структурный элемент. Или, как будет описано со ссылкой на фиг.2, изобретение может быть выполнено на практике с формированием ламинированного изделия.
В широком применении на практике настоящего изобретения подложка 12 может иметь любые требуемые размеры, например длину, ширину, форму или толщину, и может быть выполнена из любого требуемого материала, имеющего любые требуемые характеристики, такие как светонепроницаемость, полупрозрачность или прозрачность для видимого света. Под "прозрачностью" подразумевают, что покрытие имеет пропускную способность для видимого света через подложку больше чем 0% и до 100%. Под "полупрозрачностью" подразумевают возможность пропускания электромагнитной энергии (например, видимого света) через подложку, но с рассеянием этой энергии так, что объекты на стороне подложки, противоположной зрителю, не могут быть четко видимыми. Под "светонепроницаемостью" подразумевают то, что пропускная способность для видимого света меньше, чем 0,001%. Примеры соответствующих подложек включают в себя, без ограничений, пластиковые подложки (такие как акриловые полимеры, такие как полиакрилаты; полиалкилметакрилаты, такие как полиметилметакрилаты, полиэтиметакрилаты, полипропилметакрилаты и т.п.; полиуретаны; поликарбонаты; полиалкилтерефталаты, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ), полипропилентерефталаты, полибутилентерефталаты и т.п; полимеры, содержащие полисилоксан; или сополимеры и любые полимеры для их приготовления, или любые их смеси), металлические подложки, такие как, без ограничений, гальванизированная сталь, нержавеющая сталь и алюминий; керамические подложки, подложки в виде керамических плиток; стеклянные подложки; подложки из стеклопластика, или смеси или комбинации любых из приведенных выше материалов. Например, подложка может представлять собой обычное неокрашенное натриево-кальциево-кремниевое стекло, то есть "прозрачное стекло", или может представлять собой слегка окрашенное стекло или стекло, которому другим способом придан цвет, боросиликатное стекло свинцовое стекло, закаленное, незакаленное, отпущенное стекло или стекло, упрочненное путем тепловой обработки. Стекло может быть любого типа, такое как обычное флоат-стекло или плоское стекло, и может иметь любой состав, с любыми оптическими свойствами, например с любым значением пропускной способности видимого света, пропускной способности для ультрафиолетового излучения, пропускной способности для инфракрасного излучения и/или суммарной пропускной способности солнечной энергии. Типичные стекла, применяемые для автомобилей, могут иметь такие цвета, как синий, зеленый, бронзовый, серый, и неисключительные примеры таких стекол включают в себя стекла, коммерчески поставляемые компанией PPG Industries, Inc., город Питсбург, штат Пенсильвания, под названиями стекло Solex®, стекло Solargreen®, стекло Solextra® и стекло VistaGray™. Стекло может быть незакаленным, обработанным теплом или может представлять собой стекло, упрочненное путем тепловой обработки. Используемый здесь термин "тепловая обработка" означает нагрев до температуры, достаточной для изгиба или отжига, или закаливания стекла. Термин "упрочненное" путем тепловой обработки означает отожженное, закаленное, или, по меньшей мере, частично закаленное. Хотя это не ограничивает изобретение, примеры стекла, пригодного для выполнения на практике изобретения, описаны в патентах US №№4746347; 4792536; 5240886; 5385872 и 5393593.
В одном конкретном варианте применения изобретения подложка 12 является стеклянной или содержит стекло, такое как без ограничения, стеклянный лист, такой как листовое плоское стекло или оконное стекло. Для обычных прозрачных изделий, применяемых в автомобилях, стеклянная подложка обычно может иметь толщину 10 мм, например, в диапазоне от 1 мм до 10 мм, толщину, например, меньше чем 10 мм, толщину, например, от 1 мм до 5 мм, толщину, например, от 1,5 до 2,5 мм, например, 1,6 мм до 2,3 мм. Подложка 12 может представлять собой плоскую подложку или может быть формованной; изогнутой или криволинейной. Термин "плоская подложка" подразумевает подложку, располагающуюся в основном в одной геометрической плоскости, например лист плоского стекла, произведенный с использованием обычного флоат-процесса изготовления стекла. Под термином "формованный" или "изогнутый" подразумевают подложку, которая не является плоской.
Как описано выше, функциональное покрытие 16 может быть сформировано поверх, по меньшей мере, участка подложки 12. Под "функциональным покрытием" подразумевают покрытие, которое модифицирует одно или больше физических или оптических свойств подложки, на которую его наносят, например, оптические, тепловые, химические или механические свойства, и не предназначено для полного удаления с подложки в ходе последующей обработки. Функциональное покрытие 16 может иметь одну или больше пленок или слоев функционального покрытия одного или разного состава или функций.
Функциональное покрытие 16 может представлять собой, например, электропроводное покрытие, используемое для изготовления окон с подогревом, таких как раскрыты в патентах US №№5,653,903 и 5,028,759, или однопленочное или многопленочное покрытие, используемое как антенна. Аналогично функциональное покрытие 16 может представлять собой покрытие, регулирующее инсоляцию. Используемые здесь термины "покрытие, регулирующее инсоляцию" и/или "покрытие с низкой излучающей способностью" относятся к покрытию, содержащему один или больше слоев или пленок, которые влияют на свойства изделия с покрытием, такие как коэффициент затенения и/или степень солнечного излучения, например, видимого, инфракрасного (ИК) излучения или ультрафиолетового (УФ) излучения, отражаемого от и/или проходящего через изделие 10 с покрытием, но не ограничиваются этим. Покрытие, регулирующее инсоляцию, может блокировать, поглощать или фильтровать выбранные участки солнечного спектра, такие как ИК, УФ, и/или видимые части спектра, но не ограничиваются этим. Примеры покрытий, регулирующих инсоляцию, которые можно использовать на практике изобретения, можно найти, но без ограничений, в патентах US №№4898789; 5821001; 4716086; 4610771; 4902580; 4716086; 4806220; 4898790; 4834857; 4948677; 5059295 и 5028759, а также в заявках на патент US регистрационные №№09/058440 и 60/355912.
Как будет понятно для специалистов в данной области техники, функциональное покрытие 16 может влиять на излучающую способность изделия с покрытием, то есть может представлять собой покрытие с низкой излучающей способностью. Покрытие с низкой излучающей способностью позволяет пропускать через покрытие коротковолновую энергию, например энергию видимого света или ультрафиолетового света, но отражает энергию с большей длиной волны, такую как инфракрасная энергия. Под "низкой излучающей способностью" подразумевают излучающую способность менее 0,4, такую как меньше чем 0,3, например меньше чем 0,2, такую как меньше чем 0,1, такую как меньше чем или равную 0,05. Чем ниже излучающая способность, тем большее количество энергии с инфракрасной длиной волны отражается. Неограничивающие примеры покрытий с низкой излучающей способностью можно найти в патентах US №№4952423 и 4504109 и в заявке GB 2302102.
Функциональное покрытие 16 может включать в себя одну или больше пленок противоотражающего покрытия, содержащих диэлектрические или противоотражающие материалы, такие как окислы металла, окислы сплавов металла или окислы металлов с легирующими присадками и/или сплавы металлов с легирующими присадками, которые являются прозрачными для видимого света. Функциональное покрытие 16 также может включать в себя одну или больше инфракрасных отражающих пленок, содержащих отражающий металл, например благородный металл, такой как золото, медь или серебро, или их комбинации, или сплавы, и может дополнительно содержать одну или больше пленок грунтовки или барьерных пленок, например, из титана, никеля, хрома, никель-хромового сплава, ниобия, циркония или других материалов грунтовки, известных в данной области техники, расположенных над и/или под металлическим отражающим слоем (слоями). Примеры соответствующих функциональных покрытий 16, предназначенных для использования с изобретением, поставляются коммерчески компанией PPG Industries, Inc. г.Питсбург, штат Пенсильвания под названиями семейств покрытий SUNGATE® и SOLARBAN®.
В одном из вариантов функциональное покрытие 16 может включать в себя один или больше модулей 26 покрытия, как показано на фиг.1. Модуль (модули) 26 покрытия может содержать первый диэлектрический слой 28, отражающий инфракрасное излучение металлический слой 30, слой 32 грунтовки и второй диэлектрический слой 34. Первый и/или второй диэлектрические слои 28, 34 и отражающий металлический слой 30 могут быть выполнены из любого из обычных материалов, описанных выше, и могут иметь любую требуемую толщину. Функциональное покрытие 16 может включать в себя один модуль 26 покрытия или может включать в себя множество модулей 26 покрытия, сформированных поверх подложки 12.
Функциональное покрытие 16 может быть нанесено поверх подложки 12 любым обычным способом, таким как обычные процессы физического осаждения из паровой фазы (PVD) или химического осаждения паровой фазы (CVD). Соответствующие процессы осаждения включают в себя, без ограничений, пиролиз распыляемого вещества, золь-гель процесс, испарение электронным лучом или вакуумное распыление, такое как вакуумное осаждение с распылением магнетроном (MSVD). В одном варианте выполнения функциональное покрытие 16 может быть нанесено с использованием способа MSVD. Примеры устройств и способов MSVD для нанесения покрытия понятны для специалиста и описаны, например, в патентах US №№4379040; 4861669; 4898789; 4898790; 4900633; 4920006; 4938857; 5328768 и 5492750.
В одном конкретном варианте выполнения один или оба диэлектрических слоя 28 и/или 34 могут содержать одну или больше пленок противоотражающих материалов и/или диэлектрических материалов, таких как, без ограничений, окислы металла, окислы сплавов металлов, нитриды, оксинитриды или их смеси. Диэлектрические слои могут быть прозрачными для видимого света. Примеры соответствующих окислов металла включают в себя, без ограничений, окислы титана, гафния, циркония, ниобия, цинка, висмута, свинца, индия, олова и их смесей. Эти окислы металлов могут содержать небольшие количества других материалов (например, легирующих присадок), таких как марганец в окисле висмута, окисел индия-олова и т.д. Кроме того, можно использовать окислы сплавов металлов или смесей металлов, такие как окислы, содержащие цинк и олово (например, станнат цинка), окислы сплавов индия-олова, нитриды кремния, нитриды кремния-алюминия, оксинитриды или нитриды алюминия. Кроме того, можно использовать легированные окислы металлов или легированные окислы сплавов металлов, такие как, без ограничений, окислы олова, легированные сурьмой или индием, или окислы кремния, легированные никелем или бором, или окислы цинка, легированные оловом. Диэлектрические слои 28, 34 могут представлять собой, по существу, однофазные пленки, такие как пленки окислов сплавов металлов, например станната цинка, или могут представлять собой смеси фаз, состоящие из окислов цинка и олова, или могут состоять из множества пленок окисла металла, таких как, без ограничений, описаны в патентах US №№5,821,001; 4,898,789 и 4,898,790, или могут представлять собой пленки легированных окислов металлов или пленки легированных окислов сплавов металлов.
В одном варианте выполнения первый диэлектрический слой 28 может иметь общую толщину меньше чем или равную 500 Å, например, меньше чем или равную 400 Å, например, меньше чем или равную 280 Å. Например, пленка 28 окисла сплава металла может иметь толщину в диапазоне от 100 Å до 500 Å, например от 150 Å до 400 Å, например, от 200 Å до 400 Å . Отражающий слой 30 может представлять собой металл, отражающий ИК излучение, такой как, без ограничений золото, медь, серебро или их смеси, сплавы или их комбинации, и может иметь толщину в диапазоне от 50 Å до 200 Å, такую как от 75 Å до 150 Å, например, 100 Å. В одном конкретном варианте выполнения изобретения слой 30, отражающий ИК, содержит серебро. Пленки 28, 34 из окисла сплава металла, каждая, могут включать в себя окисел сплава цинка/олова. Сплав цинка/олова может содержать цинк и олово в соотношениях от 10 мас.% до 90 мас.% цинка и от 90 мас.% до 10 мас.% олова. Один соответствующий окисел сплава металла для использования в изобретении представляет собой станнат цинка. Под термином "станнат цинка" подразумевают состав Zn2 Sn1-xO2-x (Формула 1), где х изменяется в диапазоне от больше 0 до меньше 1. Например, число х может быть больше 0 и может представлять собой любую часть или десятичную дробь от больше чем 0 и до цифры 1. Например, в случае, когда х=2/3, Формула 1 может быть представлена как Zn2/3Sn1/3O4/3, которую более часто записывают как "Zn2 SnO4". Пленка, содержащая станнат цинка, имеет одну или больше форм по Формуле 1, находящихся в преобладающем количестве в пленке. Пленка окисла металла может включать в себя пленку, содержащую цинк, такую как окисел цинка. Пленка, содержащая окисел цинка, может включать в себя другие материалы для улучшения характеристик распыления ассоциированного катода, например, окисел цинка может содержать от 0 до 20 мас.% олова, например, от 0 до 15 мас.% олова, например, от 0 до 10 мас.% олова.
Пленка 32 грунтовки может представлять собой материал, захватывающий кислород, такой как титан, который может быть расходуемым во время процесса нанесения покрытия, для исключения деградации или окисления отражающего слоя 30 во время процесса распыления. Материал, захватывающий кислород, можно выбрать так, чтобы он окислялся раньше, чем материал отражающего слоя 30.
Гибридное покрытие 14 дополнительно включает в себя защитное покрытие или верхний слой 18 покрытия, который способствует обеспечению защиты от механических и химических воздействий. Для монолитного изделия 10, показанного на фиг.1, верхний слой 18 покрытия включает в себя первый слой 40 верхнего покрытия, второй слой 42 верхнего покрытия и третий слой 44 верхнего покрытия. Таким образом, в отличие от обычных защитных внешних покрытий, которые обычно выполняют тонкими, в виде тонкой однокомпонентной пленки, верхний слой 16 покрытия в соответствии с изобретением представляет собой многослойную структуру. Однако в отличие от обычных покрытий объективов верхний слой 18 покрытия имеет намного меньше слоев.
В одном варианте выполнения первый слой 40 верхнего покрытия может иметь низкий коэффициент преломления, второй слой 42 верхнего покрытия может иметь высокий коэффициент преломления, и третий слой 44 верхнего покрытия может иметь низкий коэффициент преломления. Под "низким коэффициентом преломления" понимают материал, имеющий коэффициент преломления меньше, чем у материала с "высоким коэффициентом преломления". Таким образом, термины "низкий" и "высокий" могут представлять собой относительные термины в отношении материалов, выбранных для слоев верхнего покрытия. Например, но не рассматривая как ограничение, материал с "низким коэффициентом преломления" может иметь коэффициент преломления равный 2 или меньше. Примеры некоторых подходящих материалов включают в себя, но без ограничений, окислы, содержащие алюминий, кремний, иттрий, олово или их смеси, или комбинации. Материал с "высоким коэффициентом преломления" имеет коэффициент преломления больший, чем у материала с низким коэффициентом преломления. Например, материал с высоким коэффициентом преломления может иметь коэффициент преломления больший 2. Примеры некоторых соответствующих материалов включают в себя, но без ограничений, окислы, содержащие титан, цирконий, ниобий, висмут, вольфрам, цинк, олово или их смеси, или комбинации. В одном неограничивающем варианте выполнения первый слой 40 верхнего покрытия содержит двуокись кремния, второй слой 42 верхнего покрытия содержит окись цинка и третий слой 44 верхнего покрытия содержит слой двуокиси кремния. Как описано выше, некоторые из слоев верхнего покрытия могут включать в себя небольшие количества других материалов, например присадок, предусмотренных для повышения электропроводности катода, с которого их осаждали. Эти другие материалы могут включать в себя один или больше из ряда алюминий, кремний и/или олово, и прочие помимо названных. Расположенные рядом материалы с низким и высоким коэффициентами преломления могут иметь разность коэффициента преломления, равную, по меньшей мере, 0,2. Под "разностью коэффициента преломления" подразумевают разность между значениями коэффициента преломления двух соседних слоев верхнего покрытия. Например, разность коэффициента преломления может находиться в диапазоне от 0,2 до 1, например от 0,2 до 0,6, например 0,4. В качестве альтернативы первый слой 40 верхнего покрытия может содержать материал с высоким коэффициентом преломления, второй верхний слой 42 верхнего покрытия может содержать материал с низким коэффициентом преломления, и необязательный третий слой 44 верхнего покрытия может содержать материал с высоким коэффициентом преломления.
Один или больше слоев верхнего покрытия может включать в себя присадку, предназначенную для повышения электропроводности катода, с которого их осаждают. Например, один или больше слоев верхнего покрытия может содержать двуокись кремния, легированную алюминием, например от 0,1 мас.% до 25 мас.% алюминия, например от 5 мас.% до 20 мас.% алюминия, например от 10 мас.% до 20 мас.% алюминия, например 10 мас.% алюминия. В качестве другого неограничивающего примера один или больше слоев верхнего покрытия может содержать окись цинка, легированную оловом, например от 1 мас.% до 15 мас.% олова, например от 2 мас.% до 10 мас.% олова, например 5 мас.% олова.
Слои 40, 42 и 44 верхнего покрытия могут иметь любую требуемую толщину. Однако в одном конкретном варианте выполнения первый слой 40 верхнего покрытия и второй слой 42 верхнего покрытия могут иметь толщину, равную приблизительно 1 оптической толщине в четверть длины волны света (то есть 1 ОТЧВ) относительно эталонной длины волны 550 нанометров, и третий слой 44 верхнего покрытия может иметь ОТЧВ меньше 1. Как будет понятно для специалистов в данной области техники и как используется здесь, "оптическая толщина" материала определена как толщина материала, разделенная на коэффициент преломления материала. Таким образом, 1 оптическая толщина в четверть длины волны света (ОТЧВ) материала, имеющего коэффициент преломления 2, относительно эталонной длины волны 550 нм будет составлять 0,25 × (550 нм ÷ 2), что равно 68,75 нм. В качестве другого примера 0,33 ОТЧВ материала, имеющего коэффициент преломления 1,75 относительно эталонной длины волны 550 нм, будет равна 0,33 × [0,25 × (550 нм ÷ 1,75)] или 25,93 нм. И, наоборот, материал с коэффициентом преломления 2,2 и толщиной 50 нм будет иметь значение [(50 нм ÷ 550 нм) × 2,2] ÷ 0,25 или 0,8 ОТЧВ на основе длины волны 550 нм. Как будет понятно, хотя оптическая толщина в четверть длины волны света двух материалов может быть одинаковой, действительная физическая толщина слоев может быть разной из-за различий в коэффициентах преломления материалов. В следующем описании значения ОТЧВ представляют собой значения, раскрытые в отношении эталонной длины волны 550 нм.
В другом варианте выполнения первый слой 40 верхнего покрытия может иметь значение ОТЧВ в диапазоне от 0,1 до 1, такое как, например, от 0,5 до 0, 6. Второй слой 42 верхнего покрытия может иметь значение ОТЧВ в диапазоне от 0,5 до 1,5, такое как от 1 до 1,5, такое как от 1,2 до 1,4. Третий слой 44 верхнего покрытия может иметь значение ОТЧВ в диапазоне от 0,5 до 1, такое как, например, от 0,6 до 0,8.
В одном конкретном варианте выполнения гибридное покрытие 14 может включать в себя функциональное покрытие 16, имеющее первый диэлектрический слой 28, содержащий первую пленку, содержащую сплав цинка и олова, например станнат цинка, имеющий значение ОТЧВ в диапазоне от 0,1 до 1, такое как, например, от 0,2 до 0,7. Первый диэлектрический слой 28 также может включать в себя вторую пленку, сформированную поверх первой пленки. В одном варианте выполнения вторая пленка содержит окись цинка. Хотя это и не требуется, вторая пленка из окиси цинка может быть легирована другим материалом, таким как от 1 мас.% до 10 мас.% олова, например от 2 мас.% до 7 мас.% олова, например 5 мас.% олова. Вторая пленка может иметь значение ОТЧВ в диапазоне от 0,01 до 1, такое как 0,05 до 0,5, такое как 0,1 до 0,15. Слой 30, отражающий ИК излучение, содержит серебро и может иметь толщину в диапазоне от 0,005 ОТЧВ до 0,1 ОТЧВ, такую как, например, от 0,007 ОТЧВ до 0,03 ОТЧВ, такую как от 0,01 ОТЧВ до 0,015 ОТЧВ, такую как 0,0125 ОТЧВ. Грунтовка 32 может быть выполнена из двуокиси титана и может иметь толщину в диапазоне от 0,01 ОТЧВ до 0,06 ОТЧВ, такую как, например, от 0,02 ОТЧВ до 0,04 ОТЧВ, такую как, например, 0,03 ОТЧВ. Второй диэлектрический слой 34 может включать в себя первую пленку, содержащую окись цинка, легированную оловом, такую как от 1 мас.% до 10 мас.% олова, например от 2 мас.% до 7 мас.% олова, например 5 мас.% олова. Первая пленка может иметь толщину в диапазоне от 0,05 ОТЧВ до 0,5 ОТЧВ, например от 0,1 ОТЧВ до 0,15 ОТЧВ. Вторая диэлектрическая пленка может быть сформирована поверх первой пленки. Вторая пленка может содержать сплав цинка и олова, такой как станнат цинка, и может иметь толщину в диапазоне от 0,1 до 1,5 ОТЧВ, например от 0,2 до 1 ОТЧВ.
Примерное гибридное покрытие 14 дополнительно включает в себя верхнее покрытие 18, имеющее первый слой верхнего покрытия, содержащий двуокись кремния, имеющий толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ, такую как от 0,8 ОТЧВ до 1,3 ОТЧВ, такую как от 0,9 ОТЧВ до 1,2 ОТЧВ, такую как 1 ОТЧВ. Второй слой 42 верхнего покрытия может содержать окись олова и может иметь толщину в диапазоне от 0,05 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ, например от 0,08 ОТЧВ до 1,3 ОТЧВ, например от 0,09 ОТЧВ до 1,2 ОТЧВ, например 1 ОТЧВ. Третий слой 44 верхнего покрытия может содержать двуокись кремния и может иметь толщину в диапазоне от 0,1 ОТЧВ до 1 ОТЧВ, например от 0,2 ОТЧВ до 0,9 ОТЧВ, например от 0,3 ОТЧВ до 0,8 ОТЧВ, например от 0,4 ОТЧВ до 0,8 ОТЧВ, например от 0,5 ОТЧВ до 0,8 ОТЧВ, например от 0,6 ОТЧВ до 0,8 ОТЧВ, например 0,7 ОТЧВ.
Ламинированное изделие 50 показано на фиг.2. В ламинированном изделии 50 подложка 12 с покрытием может быть ламинирована на другую подложку 52 с помощью обычного клеящего слоя 54. Подложка 52 может быть изготовлена из любого из материалов, описанных выше в отношении подложки 12, и может быть такой же, как подложка 12, или может отличаться от нее. Клеящий слой 54 может включать в себя один или больше пластиковых или полимерных материалов, таких как поливинилбутирал, пластифицированный поливинилхлорид или многослойные термопластичные материалы, включающие полиэтилентерефталат. Соответствующие клеящие материалы описаны в патентах US №№4,287,107 и 3,762,988. Для автомобилей клеящий слой 54 обычно представляет собой поливинилбутирал, имеющий толщину в диапазоне от 0,5 мм до 1 мм. Функциональное покрытие 16 может быть таким, как описано выше. Однако самый внешний слой 44 верхнего покрытия (показанный на фиг.1) может быть удален из ламинированного изделия 50.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Для иллюстрации изобретения приведены следующие примеры, которые не следует рассматривать как ограничение изобретения конкретно описанными деталями.
Пример 1
Пример 1 иллюстрирует отражающую способность солнечного излучения покрытием, регулирующим инсоляцию, с одним слоем серебра, с верхним покрытием в соответствии с изобретением и без верхнего покрытия в соответствии с изобретением.
В таблице 1 показана структура слоев покрытия, регулирующего инсоляцию, имеющего один слой, отражающий инфракрасное излучение, изготовленный из серебра. Первый диэлектрический слой содержит две диэлектрические пленки (1 и 2). Первая диэлектрическая пленка (пленка 1) содержит станнат цинка, в то время как вторая диэлектрическая пленка (пленка 2) содержит олово, легированное окисью цинка. Олово выбрано ввиду того, что распыляющий катод, из которого наносят слой, включает в себя некоторое количество олова для улучшения характеристик распыления цинкового катода. Таким образом, в то время как вторая диэлектрическая пленка в основном состоит из окисла цинка, также присутствует некоторое количество олова из катода, которое внедрено в структуру окисла цинка, или в виде окиси олова. Второй диэлектрический слой содержит две диэлектрические пленки (5 и 6). Первая диэлектрическая пленка (пленка 5) содержит окись цинка, легированную оловом, в то время как вторая диэлектрическая пленка (пленка 6) содержит станнат цинка.
В таблице 2 показана структура аналогичного покрытия, но в которую также внедрено верхнее покрытие (пленки 7, 8 и 9) в соответствии с изобретением. Верхнее покрытие содержит первый слой верхнего покрытия из двуокиси кремния, который также включает небольшое количество окиси алюминия. Окись алюминия присутствует в результате присутствия алюминия в мишени, распыляющей кремний. Второй слой верхнего покрытия содержит окисел цинка с небольшим количеством олова. Третий слой верхнего покрытия содержит двуокись кремния с небольшим количеством окиси алюминия.
На фиг.3 показана зависимость процентного значения отражающей способности от длины волны для покрытия, представленного в таблице 1 (кривая 80) и в таблице 2 (кривая 82). Значения отражающей способности, показанные на фиг.3, были рассчитаны с использованием программного средства FilmStar DESIGN, коммерчески поставляемого компанией FTG Software Associates, город Принстон, штат Нью-Джерси. Как показано на фиг.3, гибридное покрытие, соответствующее кривой 82, имеет существенно лучший уровень отражающей способности солнечного излучения в близкой инфракрасной области спектра, чем покрытие соответствующей кривой 80, не содержащее верхнее покрытие в соответствии с настоящим изобретением. Гибридное покрытие обеспечивает область улучшенной отражающей способности инфракрасного излучения солнца в близком инфракрасном диапазоне излучения солнца, расположенном рядом с видимой областью электромагнитного спектра. Такого расширения области отражающей способности в инфракрасном диапазоне нельзя было бы ожидать просто в результате добавления многослойного верхнего покрытия. Поэтому использование верхнего покрытия, имеющего материалы с низким и высоким значением коэффициента преломления, в соответствии с настоящим изобретением, вероятно, улучшает рабочие характеристики регулирования инсоляции по сравнению с аналогичным функциональным покрытием без верхнего покрытия. Кроме того, следует ожидать, что верхнее покрытие в соответствии с изобретением обеспечит улучшенную механическую и/или химическую долговечность по сравнению с обычными более тонкими покрытиями из двуокиси титана известного уровня техники.
Пример 2
Данный пример иллюстрирует воздействие верхнего покрытия в соответствии с изобретением на функциональное покрытие, имеющее два металлических слоя из серебра, отражающих инфракрасное излучение.
Многослойное покрытие, имеющее два слоя из серебра, отражающих инфракрасное излучение, представлено в таблице 3.
Аналогичное покрытие, имеющее верхнее покрытие в соответствии с настоящим изобретением, представлено в таблице 4.
В обоих покрытиях толщину диэлектрических слоев регулировали для получения пленки, имеющей цвет отражения L*=25,85, а*=-1,00 и b*=-2,00.
Отражающая способность солнечного излучения покрытий, показанных в таблицах 3 и 4, представлена на фиг.4. Как можно видеть на чертеже, покрытие с верхним покрытием в соответствии с настоящим изобретением (кривая 84) проявляет улучшенную отражающую способность солнечного света в близком инфракрасном диапазоне по сравнению с покрытием без верхнего покрытия в соответствии с изобретением (кривая 86).
Для специалистов в данной области техники будет понятно, что в отношении изобретения могут быть выполнены модификации без отхода от концепций, раскрытых в предыдущем описании. В соответствии с этим конкретные варианты выполнения, подробно описанные здесь, представлены только в качестве иллюстрации и не ограничивают объем изобретения, который полностью определяется приложенной формулой изобретения и любыми и всеми ее эквивалентами.
Реферат
Покрытие включает в себя функциональное покрытие, такое как покрытие, регулирующее инсоляцию, имеющее, по меньшей мере, один слой металла. Верхнее покрытие сформировано поверх, по меньшей мере, участка функционального покрытия. Верхнее покрытие включает в себя первый слой верхнего покрытия, имеющий толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ относительно эталонной длины волны 550 нм и первый коэффициент преломления, и второй слой верхнего покрытия, имеющий толщину в диапазоне от 0,5 ОТЧВ до 1,5 ОТЧВ относительно эталонной длины волны 550 нм и второй коэффициент преломления, отличающийся от первого коэффициента преломления. Техническая задача изобретения - повышение долговечности покрытия без отрицательного влияния на инсоляционные экологические свойства покрытия. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.
