DE69208721T2

DE69208721T2 - Glassubstrat beschichtet mit dünnen Merhschichten für Sonnenschütz

Info

Publication number: DE69208721T2
Application number: DE69208721T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Beaufays; Roland Devigne; Jean-Marc Halleux
Original assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2012-04-24
Also published as: DK0678483T3; US5573839A; SG54312A1; ATE174882T1; TW202420B; EP0511901A1; EP0511901B1; GR3020028T3; EP0678483A2; JPH05116993A; ATE134981T1; EP0678483B1; ES2127972T3; DK0511901T3; DE69228007D1; US5652046A; EP0678483A3; DE69228007T2; DE69208721D1; GR3029658T3

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Verglasungen für die Wärmedämmung und/oder den Sonnenschutz und insbesondere ein Glassubstrat, das mit unter Vakuum aufgebrachten funktionellen dünnen Schichten versehen ist.
Dieser Typ eines Substrates mit mehreren Schichten ist hier insbesondere zur Ausstattung von Gebäuden vorgesehen. Durch Einwirkung auf die Energiemenge der Sonneneinstrahlung wird es möglich, im Inneren von Räumen eine übermäßige Erwärmung zu vermeiden, die insbesondere im Sommer lästig wäre, und dadurch zur Begrenzung des Verbrauchs an Energie beizutragen, welche für die Klimatisierung dieser Räume notwendig ist. Dieser Punkt ist um so entscheidender, als die gegenwärtige Tendenz dahin geht, den Anteil der Gebäudefassaden an verglasten Flächen zu erhöhen.
Damit solche beschichteten Substrate für Gebäude eingesetzt werden können, bestehen jedoch noch weitere Anforderungen, vor allem die Forderung nach Beständigkeit der dünnen Schichten, insbesondere dann, wenn sie für eine Verwendung als Einscheibenverglasung vorgesehen sind.
Es ist in der Tat wichtig, daß das mit dünnen Schichten überzogene Substrat gegebenenfalls als Einscheibenverglasung verwendbar ist. Das bedeutet, daß sich die dünnen Schichten als dauerhaft beständig erweisen müssen, selbst ohne daß sie geschützt werden, wie das im Inneren einer Verbundverglasung oder einer Mehrfachverglasung vom Typ einer Doppelverglasung der Fall ist. Auf einer Einscheibenverglasung sind die dünnen Schichten jedoch sowohl mechanischen Angriffen, beispielsweise durch Reibung, die Kratzer verursacht, welche zu Aussehensfehlern führen, die im durchscheinenden wie im einfallenden Licht gleich gut zu sehen sind, als auch chemischen Angriffen direkt ausgesetzt, beispielsweise durch den Kontakt mit der Feuchtigkeit und/oder den Schadstoffen der umgebenden Atmosphäre oder durch die Reinigung der Verglasung mit chemischen Erzeugnissen.
Auch eine Forderung aus dem Bereich der Ästhetik darf nicht länger negiert werden, so ist es erwünscht, daß die Verglasung unter äußerem einfallendem Licht verschiedene Färbungen und insbesondere eher zarte und Pastelltöne aufweisen kann.
Üblicherweise ist es deshalb bei Gebäuden nicht notwendig, Verglasungen mit sehr hoher Lichttransmission einzusetzen, wie das bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise für Windschutzscheiben, der Fall sein kann, dennoch ist es interessant, Verglasungen mit unterschiedlichen Lichttransmissionsgraden vorschlagen zu können.
Was das Verfahren zur Herstellung der dünnen Schichten betrifft, so sind die Aufbringungsverfahren unter Vakuum, insbesondere diejenigen, welche die Kathodenzerstäubung nutzen, bekannt und erlauben eine gute Beherrschung der optischen Parameter der hergestellten Schichten. Insbesondere sind diejenigen bekannt, die in Gegenwart eines Magnetfeldes durchgeführt werden, das die lonentreffer auf das Target vervielfacht und die Abscheidung beschleunigt. Beispielhaft sind das Patent DE-2 463 431 C2, das ein solches Verfahren offenbart, in dem ein Planarmagnetron genutzt wird, und das Patent US-4 116 806 zu nennen, in welchem ein als "belt track" bezeichnetes Target in Form eines Endlosbandes genutzt wird.
Weiterhin sind die reaktiven Kathodenzerstäubungsverfahren bekannt, die es erlauben, eine dünne Schicht zu erhalten, indem das Material des Targets mit einem Plasmagas reagieren gelassen wird, so ist im Patent US-3 907 660 ein solches Verfahren zum Aufbringen eines Metalloxids auf Glas offenbart.
Von den dünnen metallischen und anderen Schichten, die auf die Sonneneinstrahlung einwirken, indem sie sowohl durch Absorption als auch Reflexion insbesondere den Energiedurchgangskoeffizienten TE verringern, sind Schichten auf der Grundlage von Chromnickel- oder Eisenchromnickel-Legierungen bekannt. So offenbart das amerikanische Patent US-4 022 947 insbesondere ein Glassubstrat, das mit einer ausgehend von einer dieser Legierungen hergestellten Schicht und mit einer Schicht aus dem dieser Legierung entsprechenden Oxid versehen ist. Diese Oxidschicht ist entweder auf der funktionellen Schicht, die ihrerseits auf dem Substrat angebracht ist, oder zwischen dem Substrat und dieser funktionellen Schicht angeordnet. Im ersten Fall hat sie im wesentlichen eine Schutzfunktion, ohne daß diese jedoch zahlenmäßig ausgedrückt worden wäre. Im zweiten Fall hat sie im wesentlichen eine Interferenzfunktion, um die Färbung der Glasseite zu verändern, ohne daß deren Stärke angegeben ist.
Aus der Patentanmeldung GB-A-2 138 026 ist eine Verglasung zur Steuerung der Sonneneinstrahlung mit einem Transmissionsgrad von 5 bis 40 % bekannt, die durch Aufbringen einer Oxidschicht mit einer optischen Dicke von 20 bis 280 nm und anschließend einer 10 bis 40 nm dicken Chromnitridschicht hergestellt ist.
Weiterhin ist aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 386 993 eine Verglasung bekannt, welche die thermischen Behandlungen ertragen kann und mit einem Schichtaufbau versehen ist, der im wesentlichen eine Schicht aus einer Nickellegierung umfaßt, die mit einer Zinnoxidschicht überzogen und wahlweise auf einer ebenfalls aus Zinnoxid bestehenden Unterschicht aufgebracht ist.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Substrat mit mehreren dünnen Schichten bereitzustellen, das die Aufgabe des Schutzes vor Sonneneinstrahlung wirkungsvoll erfüllt, auf der Seite dieser Schichten sowohl mechanisch als auch chemisch sehr beständig ist und auf der Glasseite unter einfallendem Licht ein Spektrum unterschiedlicher Färbungen und Farbreinheiten bietet.
Erfindungsgemäß umfaßt das Glassubstrat eine funktionelle Schicht aus einer Metallegierung, die im wesentlichen aus Ohrom und Nickel besteht. Diese Legierung ist nitridiert, was ihr eine größere mechanische Beständigkeit verleiht. Ihre Dicke ist variabel und beträgt 15 bis 45 nm, damit das Substrat einen Lichttransmissionsgrad TL von 35 bis 8 % aufweisen kann. Durch diese Schicht werden, indem sie den Wert von TE verringert, der fertigen Verglasung Sonnenschutzeigenschaften verliehen.
Es ist festzustellen, daß es bei diesem Schichttyp dann nicht möglich ist, auf den TE-Wert einzuwirken, ohne dasselbe mit dem Lichttransmissionsgrad TL zu tun, wenn sich mehr als 50 % der Sonnenenergie im Bereich von wellenlängen zwischen 0,38 und 0,78 nm, d.h. im sichtbaren Bereich, befinden. Das führt je nach Dicke der verwendeten Legierungsschicht zum Vorschlag von Verglasungen mit verschiedenen "Wertepaaren" für TL und TE, die jeweils einem durchdachten Kompromiß zwischen Durchsichtigkeit bei genügender Lichttransmission und vernünftigem Wärmekomfort entsprechen, und sei es nur in Abhängigkeit von der geographischen Breite des Landes, für welches die fertigen Verglasungen bestimmt sind. Die Schichtdicken bleiben jedoch im allgemeinen unter 100 nm.
Man wählt vorteilhafterweise eine Legierung, die im wesentlichen aus nitridiertem Ohromnickel besteht, da sie bei mäßigen Kosten leicht zu verwenden ist. Dieser Legierungstyp ist unter anderem deshalb leicht einzusetzen, da sich seine Aufbringung durch Kathodenzerstäubung mit hoher Geschwindigkeit durchführen läßt. Seine Eigenschaften sind ebenfalls vorteilhaft, da er günstige Parameter und insbesondere einen verbesserten Emissionskoeffizienten besitzt. Das gemeinsame Vorhandensein von Chrom und Nickel führt auch zu einem angenehmen Aussehen unter einfallendem Licht, wenn die Verglasung von der Seite des Schichtaufbaus betrachtet wird. Das Masseverhältnis zwischen Nickel und Chrom beträgt vorzugsweise etwa 55/45, wenn die Legierung im wesentlichen Nickel und Chrom enthält.
Diese erfindungsgemäße Schicht auf der Grundlage von Metallen und/oder Metallverbindungen ist auf einer Metalloxidschicht angeordnet, die im folgenden als "Unterschicht" bezeichnet wird und ihrerseits direkt auf dem Glassubstrat aufgebracht ist. Außerdem ist sie mit einer anderen Schicht aus einer Metallverbindung überzogen, die im folgenden als "Deckschicht" bezeichnet wird.
Die Unterschicht, deren Dicke 10 bis 220 nm beträgt, hat vorteilhafterweise Tantaloxid Ta&sub2;O&sub5; zur Grundlage. Sie erfüllt eine dreifache Aufgabe: Zusätzlich dazu, daß sie die Haftung der funktionellen Schicht am Substrat begünstigt, kann sie durch ihre nicht zu vernachlässigende Dicke nicht nur eine Interferenzfunktion, um auf das Aussehen der Verglasung unter einfallendem Licht einzuwirken, sondern auf Grund der physikalisch-chemischen Beständigkeit des Schichtaufbaus auch eine Basisfunktion übernehmen. Tatsächlich ist von den Erfindern in überraschender Weise festgestellt worden, daß, wie beispielhaft nachfolgend gezeigt werden wird, der Charakter der Unterschicht für das Verhalten des Schichtaufbaus gegenüber insbesondere chemischen Angriffen nicht gleichgültig ist.
So kann, wenn die Unterschicht nicht richtig gewählt worden ist, eine chemische Korrosion dieser Schicht und insbesondere an der Grenzfläche Glas/Unterschicht auftreten, wobei sich diese Korrosion durch die lokalisierte Zerstörung der Unterschicht ausdrückt und damit zur Ablösung der oberen Schichten führt. Sehr vorteilhafterweise sind die für die Unterschicht ausgewählten Oxide jedoch chemisch besonders beständig, sowohl gegen Feuchtigkeit als auch Schadstoffe, und daher vollkommen geeignet, diese Funktion zu erfüllen.
Die Deckschicht ist eine aus Titanoxid TiO&sub2;, Titannitrid TiN und Tantaloxid Ta&sub2;O&sub5; ausgewählte Metallverbindung. Diese Deckschicht hat für die funktionelle Schicht, die von ihr bedeckt wird, eine erstrangige mechanische und chemische Schutzfunktion. Entsprechend ihrer Dicke sowie der der funktionellen Schicht, kann sie ebenfalls eine Interferenzfunktion ausüben und so zum Aussehen der Verglasung unter einfallendem Licht beitragen. Ihre Dicke beträgt maximal 100 nm und vorzugsweise wenigstens 5 nm.
Das mit diesen dünnen Schichten versehene Substrat ist sowohl als Einscheibenverglasung als auch verbunden mit einem anderen Substrat verwendbar. Vorteilhafterweise wird es in Gebäuden und Kraftfahrzeugen eingesetzt, deren verglaste Flächen keine zu hohen TL-Werte erfordern.
Weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Einzelheiten und Merkmale werden an Hand der speziellen Beschreibung des erfindungsgemäßen Substrats mit dünnen Schichten unter Bezugnahme auf die im Anhang befindliche Zeichnung erläutert, wobei
- Figur 1 ein vereinfachtes Schema eines erfindungsgemäßen Glassubstrates mit dünnen Schichten
zeigt.
Dabei sind aus Gründen der Verdeutlichung die Dickenverhältnisse nicht maßstabgerecht.
Es ist festzustellen, daß sämtliche Aufbringungsvorgänge für diese dünnen Schichten auf dem Substrat nacheinander vorzugsweise durch das Verfahren der magnetrongestützten Kathodenzerstäubung in reaktiver Atmosphäre vor sich gehen, jedoch können sie auch mit einem beliebigen Aufbringungsverfahren unter Vakuum durchgeführt werden, das eine gute Beherrschung der Dicke der abgeschiedenen Schichten erlaubt.
Die Substrate 1 aus Kalk-Natron-Silicat-Glas, das insbesondere ein Floatglas ist, werden durch ein Schleusensystem in die Zerstäubungskammer der Aufbringungsanlage geschickt. Diese Zerstäubungskammer ist mit Kathoden mit Targets ausgerüstet, deren Materialien den auf zubringenden Schichten entsprechen.
Die Schichten 2, 3 und 4 werden mittels aufeinanderfolgender Durchläufe des Substrats unter dem Metalltarget in entsprechender Atmosphäre aufgebracht. Zur Bildung der Unterschicht 2 besteht das Target aus Tantal und ist die Atmosphäre kontrolliert und im wesentlichen aus Argon und Sauerstoff zusammengesetzt. Zur Bildung der funktionellen Schicht besteht das Target aus einer Chromnickellegierung und das Aufbringen erfolgt in einer Argon-Stickstoff-Atmoshäre, um die nitridierte Chromnickelschicht zu bilden. Zur Bildung der Deckschicht aus Oxid oder Nitrid (die gegebenen Beispiele betreffen insbesondere eine Oxiddeckschicht) wird ein Target aus Titan oder Tantal und eine Argon-Sauerstoff-Atmosphäre (oder, im Falle eines Nitrides, eine Argon-Stickstoff-Atmosphäre) eingesetzt.
Die an jede Kathode angelegte elektrische Spannung sowie die Durchlaufgeschwindigkeit des Substrates werden auf bekannte Weise derart eingestellt, daß man die gewünschten Schichtdikken erhält. Es wird jedoch nicht in jedem Beispiel die genaue Dicke der funktionellen Schicht 3 ausdrücklich angegeben, da es das dem Fachmann auf dem Gebiet der Anlagen für das Aufbringen von Schichten unter Vakuum bekannte Ziel ist, die Aufbringungsbedingungen vollkommen zu steuern, welche für jedem Anlagentyp variieren, um den gewünschten Lichttransmissionsgrad TL mit großer Genauigkeit zu erreichen, ohne deshalb systematisch die Schichtdicke, welche diesen TL-Wert zu erhalten erlaubt, sehr genau festlegen zu müssen.
Zunächst ist festzustellen, daß man das Aussehen unter äußerem einfallendem Licht des erfindungsgemäßen mit Schichten versehenen Subtrates durch drei Parameter bewertet: den äußeren Lichtreflexionsgrad R&sub1;L auf der Glasseite, der gegeben ist durch die Zusammensetzung des Spektrums des Substrates im sichtbaren Bereich unter einfallendem Licht unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit des Auges und einer als Beleuchtungskörper D&sub6;&sub5; bezeichneten standardisierten Lichtquelle, den Wert der dominierenden wellenlänge Lambdadom(R&sub1;L) in Nanometern, der die Farbe im einfallenden Licht anzeigt, und den spektralen Farbanteil pe(R&sub1;L), der die "Sättigung" dieser Farbe beschreibt.
Der Lichtreflexionsgrad auf der Innenseite, der Seite der dünnen Schichten, wird im folgenden mit R&sub2;L bezeichnet.
Weiterhin werden bereits jetzt die Prüfungen beschrieben, die zur Bewertung der mechanischen Beständigkeit des erfindungsgemäßen Aufbaus aus dünnen Schichten angewendet worden sind:
- Die Abrasionsprüfung erlaubt die Bewertung der mechanischen Beständigkeit einer Schicht, sie wird mittels Schleifkörper durchgeführt, die durch Einlagern von Schleifpulver in ein Elastomer hergestellt sind. Das Gerät wird von der Gesellschaft "Taber Instrument Corporation" aus den USA hergestellt. Dabei handelt es sich um das Modell 174 "Standard Abrasion Tester", die Schleifkörper sind vom Typ CS10F, belastet mit 500 Gramm. Jeder Probekörper wird 300 Umdrehungen ausgesetzt und sein Lichttransmissionsgrad bei einer Wellenlänge von 550 nm vor (τ&sub0;) und nach (τ&sub3;&sub0;&sub0;) dem Abrasionsvorgang gemessen. Der Abrasionsverschleiß wird gemessen durch die Größe U
U (%) = τ&sub3;&sub0;&sub0; - τ&sub0;.
Es wurden folgende standardisierte Prüfungen der chemischen Beständigkeit durchgeführt:
- Salzsprühtest mit neutralen und Kupferacetat-Salzaerosolen entsprechend der Norm DIN 50 021. Er besteht insbesondere im Messen des Zeitraums (in Tagen), der bis zu dem Zeitpunkt verstreicht, an welchem im Aufbau aus dünnen Schichten, der einer standardisierten Atmosphäre ausgesetzt ist, die einem der beiden Tests entspricht, der erste Schaden auftritt.
- Der Test SFW 2,0S der Beständigkeit gegen Schwefeldioxid SO&sub2; entsprechend der Norm DIN 50 018. Gemäß demselben Prinzip wie in den beiden vorhergehenden Prüfungen wird der Zeitraum (in Zyklen aus 8 Stunden Exposition und anschließenden 16 Stunden Lagerung) gemessen, der bis zum Auftreten einer Veränderung verstreicht, die weiter unten beschrieben wird.

Erfindungsgemäße Beispiele 1 bis 4

Die erste Reihe aus den Beispielen 1 bis 4 betrifft ein Substrat mit dünnen Schichten, das auf der Glasseite im sichtbaren Bereich eine blaugefärbte Reflexion aufweist und mit einer Unterschicht 2 aus Tantaloxid und einer Deckschicht 4 aus Titanoxid versehen ist.
Das zur Herstellung der funktionellen Schicht 3 eingesetzte Metalltarget besteht aus INCONEL 671 gemäß dem ASTM-Standard. Es wird hier vorzugsweise ein gesintertes Target gewählt, das ausgehend von Nickel- und Chrompulver in den entsprechenden Verhältnissen hergestellt worden ist. Auf diese Weise erhält man "Körner", deren Durchmesser genügend klein sind, um eine gleichmäßige Zerstäubung zu bekommen.
Außerdem muß, um ein unmagnetisches Target zu erhalten, zwischen den beiden Pulvern eine homogene Interdiffusion stattfinden.
Das Substrat 1 ist ein 6 mm dickes klares Floatglas aus Kalk- Natron-Silicat-Glas.
In jedem der Beispiele wird die Dicke der Schicht 3 eingestellt, damit man für den Lichttransmisionsgrad TL den gewünschten Wert erhält. Sie beträgt hier, wie auch in den folgenden Beispielen 6 und 7, zwischen 10 und 100 nm.
Nachfolgend sind die Dicken der Unterschicht 2 aus Ta&sub2;O&sub5;, der funktionellen Schicht 3 und der Deckschicht 4 aus TiO&sub2; in Nanometern sowie der Lichttransmissionsgrad TL des Aufbaus aus Substrat und mehreren Schichten angegeben. Beispiele
Es ist festzustellen, daß man durch Veränderung der Dicke der funktionellen Schicht 3 im Rahmen der obengenannten Werte eine große Schwankungsbreite für den Lichttransmissionsgrad TL erhalten kann. Jedoch ist auch festzustellen, daß in diesen Beispielen die Dickenwerte, um einen gegebenen TL-Wert zu erreichen, weitgehend von den Abscheidebedingungen, insbesondere vom Nitridierungsgrad der aufgebrachten Legierung, abhängig sind.
Zum Nachweis der günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäß beschichteten Substrate gegenüber mechanischen und chemischen Angriffen wurden diese vier Beispiele, insbesondere das Beispiel 2, mit einem Vergleichsbeispiel 5 verglichen, das auf einem gleichen Substrat aus einem ähnlichen Aufbau aus den drei Schichten Metalloxid-nitridierte Metallegierung-Metalloxid bestand, die folgende Eigenschaften besaßen:
Unterschicht (2): Gemisch aus Zinkoxid und Zinnoxid, 84 nm,
Schicht (3) : rostfreier Stahl 316, AISI-Norm, 22 nm,
Deckschicht (4) : Titanoxid, 10 nm.
Die photometrischen Parameter der Beispiele 2 und 5 sind ähnlich, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die letzte Spalte der folgenden Tabelle die Färbung unter einfallendem Licht auf der Substratseite wiedergibt: Färbung (R&sub1;L) blau
In beiden Fällen erhält man einen R&sub1;L mit pastellblauer Färbung. Demgegenüber liegt der R&sub2;L-Wert des Beispiels 2 unter dem des Beispiels 5, weshalb das Substrat des Beispiels 2, ist es als Einscheibenverglasung in einem Raum eingebaut, eine mäßige Reflexion auf der Seite der dünnen Schichten besitzt (d.h. im Rauminneren, wenn sich diese auf dessen Seite befinden, wodurch es möglich wird, bei einer schwachen Außen- und starken Innenbeleuchtung den "Spiegeleffekt" zu begrenzen).
Andererseits ergeben die Korrosionsprüfungen der beiden beschichteten Einscheibensubstrate ganz unterschiedliche Ergebnisse (diese Prüfungen drücken den Zeitraum bis zum Auftreten einer Veränderung des Aufbaus, die einer Abweichung von TL um 10 % entspricht, in Zahlen aus): Abrasion Salz-Aerosol Kupferacetat-Aerosol Schwefeldioxid
Die schlechten chemischen Prüfergebnisse für das Beispiel 5 scheinen seine Verwendung als Einscheibenverglasung unter extremen Feuchtigkeits- und/oder Schadstoffbedingungen auszuschließen.
Demgegenüber besitzt der erfindungsgemäße Aufbau des Beispiels 2 eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, die den überraschenden gemeinsamen Effekt einer Unterschicht aus Ta&sub2;O&sub5;, einer funktionellen nitridierten Schicht und einer Deckschicht aus TiO&sub2; widerspiegelt und die Verwendung eines Substrates mit diesem Aufbautyp auf der Innenseite als Einscheibenverglasung unabhängig von den Einsatz- und/oder klimatischen Bedingungen ermöglicht, denen die Verglasung normalerweise ausgesetzt ist.

Erfindungsgemäße Beisdiele 6 und 7

Diese zweite Beispielreihe betrifft ein Substrat, dessen drei dünne Schichten genau denselben Charakter wie in den vorhergehenden Beispielen 1 bis 4 besitzen, welches jedoch unter einfallendem Licht R&sub1;L bei einem TL-Wert von etwa 20 % eine Bronzefärbung aufweist.
Die erfindungsgemäßen dünnen Schichten 2 und 4 besitzen folgende Dicken: Färbung (R&sub1;L) dunkelbronze hellbronze

Vergleichsbeispiele 8 bis 10

Die Reihe folgender Beispiele betrifft ein Substrat mit dünnen Schichten, einer Deckschicht 4 auf der Grundlage von Titanoxid und einer Unterschicht 2, ebenfalls auf der Grundlage von Titanoxid TiO&sub2;, das auf der Glasseite im sichtbaren Bereich eine bronzefarbene Reflexion aufweist.
Das zur Herstellung der funktionellen Schicht 3 verwendete Metalltarget besteht im Beispiel 8 aus INCONEL 671, d.h., es hat im wesentlichen Ni und Or entsprechend dem Standard ASTM zur Grundlage; sie ist wie in den vorhergehenden Beispielen 1 bis 7 hergestellt.
Im Beispiel 9 enthält die Schicht (3) auch Eisen, und das Target besteht aus nitridiertem Stahl SST 316 entsprechend der Norm AISI.
Das Substrat 1 ist ein 6 mm dickes klares Floatglas aus Kalk- Natron-Silicat-Glas.
In jedem Beispiel wird die Dicke der Schicht 3 eingestellt, damit man für den Lichttransmisionsgrad TL den gewünschten Wert erhält. Sie beträgt hier zwischen 10 und 100 nm.
Nachfolgend sind die Dicken der Unterschicht 2 aus TiO&sub2;, der funktionellen Schicht 3 und der Deckschicht 4 aus TiO&sub2; in Nanometern sowie der Lichttransmissionsgrad TL des Aufbaus aus Substrat und mehreren Schichten angegeben. funktionelle Schicht
Diese drei Beispiele, insbesondere die Beispiele 8 und 9, wurden mit einem Beispiel 10 verglichen, das auf einem gleichen Substrat aus einem ähnlichen Aufbau aus den drei Schichten Metalloxid-nitridierte Metallegierung-Metalloxid bestand, die folgende Eigenschaften besaßen:
Unterschicht (2): Gemisch aus Zinkoxid und Zinnoxid, 10 nm,
Schicht (3) : rostfreier Stahl 316, AISI-Norm, 20 nm,
Deckschicht (4) : Titanoxid, 10 nm.
Die photometrischen Parameter der Beispiele 8 und 9 einerseits und 10 andererseits sind ähnlich, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die letzte Spalte der folgenden Tabelle die Färbung unter einfallendem Licht auf der Substratseite wiedergibt: Färbung (R&sub1;L) hellbronze
In diesen drei Fällen erhält man einen R&sub1;L mit einem sehr pastellenen Bronzefarbton. Die Korrosionsprüfungen der drei beschichteten Einscheibensubstrate ergaben jedoch ganz unterschiedliche Ergebnisse (diese Prüfungen drücken den Zeitraum bis zum Auftreten einer Veränderung des Aufbaus aus, die dem Erscheinen eines ersten sichtbaren Schadens entspricht): Abrasion Salz-Aerosol Kupferacetat-Aerosol Schwefeldioxid
Die schlechten chemischen Prüfergebnisse für das Beispiel 10 scheinen seine Verwendung als Einscheibenverglasung unter extremen Feuchtigkeits- und/oder Schadstoffbedingungen auszuschließen.
Demgegenüber besitzt der Aufbau der Beispiele 8 und 9 und insbesondere der des Beispiels 8 eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, die den überraschenden gemeinsamen Effekt einer Unterschicht aus TiO&sub2;, einer Metallschicht auf der Grundlage nitridierten Chroms und Nickels und einer Deckschicht aus TiO&sub2; widerspiegelt und ebenfalls die Verwendung eines Substrates mit diesem Aufbautyp als Einscheibenverglasung unabhängig von den Einsatz- und/oder klimatischen Bedingungen ermöglicht, denen die Verglasung normalerweise ausgesetzt ist.
In diesen Beispielen ist für die Unterschicht 2 aus TiO&sub2; eine niedrige Dicke gewählt worden, was es ermöglicht, eine Verglasung zu erhalten, deren Bronzefärbung unter einfallendem Licht R&sub1;L unter ästhetischem Gesichtspunkt für Gebäude sehr geschätzt ist. Es ist jedoch selbstverständlich, daß man durch Verändern dieser Schichtdicke und insbesondere durch deren beträchtliche Erhöhung, einen Interferenzeffekt erzielt, welcher eine Veränderung dieses Farbtons erlaubt. Dadurch wird es dann möglich, daß man Verglasungen anbieten kann, die unterschiedliche TL-Werte und für jeden dieser Werte unter einfallendem Licht R&sub1;L eine andere Färbung haben, wobei die Auswahl der Schichtdicke/n auch auf die erfindungsgemäßen Beispiele angewendet werden kann.

Vergleichsbeispiele 11 bis 14

Die Reihe der Beispiele 11 bis 14 betrifft ein Substrat mit dünnen Schichten, das auf der Glasseite im sichtbaren Bereich eine blaugefärbte Reflexion aufweist und mit einer Unterschicht 2 aus SnO&sub2; und einer Deckschicht 4 aus TiO&sub2; versehen ist.
Das zur Herstellung der funktionellen Schicht 3 eingesetzte Metalltarget besteht wie zuvor aus INCONEL 671 gemäß dem ASTM- Standard.
Das Substrat 1 ist ein 6 mm dickes klares Floatglas aus Kalk- Natron-Silicat-Glas.
In jedem der Beispiele wird die Dicke der Schicht 3 eingestellt, damit man für TL den gewünschten Wert erhält. Sie beträgt hier, wie auch in den folgenden Beispielen 15 und 16, zwischen 10 und 100 nm.
Nachfolgend sind die Dicken der Unterschicht 2 aus SnO&sub2;, der funktionellen Schicht 3 und der Deckschicht 4 aus TiO&sub2; in Nanometern sowie der Lichttransmissionsgrad TL des Aufbaus aus Substrat und mehreren Schichten angegeben. Beispiele
Diese vier Beispiele, insbesondere das Beispiel 13, wurden mit dem Beispiel 5 verglichen.
Die photometrischen Parameter der Beispiele 13 und 5 sind ähnlich, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die letzte Spalte der folgenden Tabelle die Färbung unter einfallendem Licht auf der Substratseite wiedergibt: Färbung (R&sub1;L) blau
In beiden Fällen erhält man einen R&sub1;L mit pastellblauer Färbung. Demgegenüber liegt der R&sub2;L-Wert des Beispiels 13 unter dem des Beispiels 5.
Andererseits ergeben die Korrosionsprüfungen der beiden beschichteten Einscheibensubstrate jedoch ganz unterschiedliche Ergebnisse (diese Prüfungen drücken den Zeitraum bis zum Auftreten einer Veränderung des Aufbaus aus, die dem Erscheinen eines ersten sichtbaren Schadens entspricht): Abrasion Salz-Aerosol Kupferacetat-Aerosol Schwefeldioxid
Die schlechten chemischen Prüfergebnisse für das Beispiel 5 sind deutlich.
Demgegenüber besitzt der Aufbau des Beispiels 12 eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit, die den überraschenden gemeinsamen Effekt einer widerstandsfähigen Unterschicht aus SnO&sub2;, einer funktionellen nitridierten Schicht und einer Deckschicht aus TiO&sub2; widerspiegelt und die Verwendung eines Substrates mit diesem Aufbautyp auf der Innenseite als Einscheibenverglasung unabhängig von den Einsatz- und/oder klimatischen Bedingungen ermöglicht, denen die Verglasung normalerweise ausgesetzt ist.

Vergleichsbeispiele 15 und 16

Diese Beispielreihe betrifft ein Substrat, dessen drei dünne Schichten genau denselben Charakter wie in den vorhergehenden Beispielen 11 bis 14 besitzen, das jedoch unter einfallendem Licht R&sub1;L bei einem TL-Wert von etwa 20 % eine Bronzefärbung aufweist.
Die dünnen Schichten 2 und 4 besitzen folgende Dicken: Färbung (R&sub1;L) dunkelbronze hellbronze
Demzufolge betreffen sämtliche erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 4 und 6 und 7 der Patentanmeldung Verglasungen, deren Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet ist. Außerdem ist es möglich, Verglasungen herzustellen, die einen großen Bereich spektralphotometrischer Eigenschaften besitzen.
So kann man durch Verändern der Dicke der funktionellen Schicht den gewünschten Lichttransmissionsgrad bestimmen. Darüber hinaus wird das Spektrum der Pastellfärbungen unter einfallendem Licht R&sub1;L erweitert, indem man lediglich die Dicke der Unterschicht verändert und dabei den TL-Wert fast konstanthält.
Es ist selbstverständlich, daß man bei gleichzeitiger Veränderung der Dicke von Unterschicht und funktioneller Schicht Substrate mit dünnen Schichten mit unter einfallendem Licht R&sub1;L verschiedenen Färbungen und für jede dieser Färbungen unterschiedliche Lichttransmissionsgrade TL und Energiedurchgangskoeffizienten TE erhält.
Auch kann man eine mehr oder weniger große Dicke der Deckschicht wählen, um sie entweder auf eine Schutzfunktion zu beschränken, oder um ihr gleichzeitig Interferenzeigenschaften zu verleihen.
Abschließend ist festzustellen, daß es durch eine entsprechende Auswahl der Dicke der Schichten auch möglich ist, die Reflexion R&sub2;L zu beeinflussen.

Claims

1. Glassubstrat (1), versehen mit einem Aufbau aus dünnen Schichten, der eine funktionelle Schicht (3) auf der Grundlage einer Metallegierung umfaßt, welche einerseits auf einer Unterschicht (2) aufgebracht, die ihrerseits auf dem Substrat (1) abgeschieden ist, und andererseits mit einer Deckschicht (4) überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die funktionelle Schicht (3) im wesentlichen aus einer nitridierten Chroinnickellegierung besteht und eine geometrische Dicke von 15 bis 45 nm besitzt, damit das Substrat (1), das mit diesen drei Schichten (2, 3, 4) versehen ist, einen Lichttransmissionsgrad TL von 35 bis 8 % aufweisen kann,

- die Unterschicht (2) aus Tantaloxid besteht und

- die Deckschicht (4) aus einer Metallverbindung besteht,die aus Titanoxid, Titannitrid und Tantaloxid ausgewählt ist.

2. Substrat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Tantaloxid-Unterschicht (2) 10 bis 220 run beträgt.

3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Deckschicht (4) aus einer Metailverbindung, mit welcher die funktionelle Schicht (3) überzogen ist, 5 bis 100 nm beträgt.

4. Substrat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (4) aus Titanoxid besteht.

5. Substrat (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (1) aus Klarglas jeweils eine 100 nm dicke Tantaloxid-Unterschicht (2), um unter einfallendem Licht eine blaue Färbung zu erhalten, anschließend eine funktionelle Schicht (3) aus nitridiertem CrNi und danach eine 10 nm dicke Titanoxid-Deckschicht (4) aufgebracht ist.

6. Substrat (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (1) aus Klarglas jeweils eine 37,5 bis 12,5 nm dicke Tantaloxid-Unterschicht (2), um unter einfallendem Licht eine Bronzefärbung zu erhalten, anschließend eine funktionelle Schicht (3) aus nitridiertem CrNi, deren Dicke derart gewählt ist, daß ein Lichttransmissionsgrad TL von 19 % erhalten wird, und danach eine 10 nm dicke Titanoxid-Deckschicht (4) aufgebracht ist.

7. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (2, 3, 4) durch magnetfeldgestützte reaktive Kathodenzerstäubung unter Vakumm - dabei die Metalloxide in Gegenwart von Sauerstoff und die nitridierten Legierungen oder die Nitride in Gegenwart von Stickstoff - hergestellt sind.

8. Verwendung des Substrats nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine für Gebäude oder Kraftfahrzeuge vorgesehene Sonnenschutzverglasung.