ES2333471T3 - Revestimiento de control solar de baja emisividad exento de plata. - Google Patents
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Abstract
Un revestimiento de control solar de baja emisividad para ser depositado sobre un sustrato dieléctrico, comprendiendo el revestimiento: una primera capa dieléctrica depositada sobre el sustrato dieléctrico; una primera capa altamente conductora, de óxido metálico exento de plata, depositada sobre la primera capa dieléctrica y dotada de una conductividad eléctrica superior a 10.000 ohmio -1 cm -1 ; una segunda capa dieléctrica depositada sobre la capa altamente conductora de óxido metálico exento de plata; y en el que cada capa dieléctrica está formada de un óxido metálico escogido del grupo constituido de óxidos de estaño, titanio, cinc, bismuto y aleaciones de los mismos, o de un nitruro de silicio.
Description
Revestimiento de control solar de baja
emisividad exento de plata.
Convencionalmente, las películas de control
solar de baja emisividad fabricadas mediante diversos procesos de
deposición, por ejemplo por pulverización, han consistido en una o
más capas de un metal conductor, como la plata, intercaladas entre
capas de materiales dieléctricos. Los materiales dieléctricos aíslan
la(s) capa(s) de metales conductores y evitan, o al
menos minimizan, la oxidación indeseable del metal conductor. Aunque
se ha hallado que tales apilamientos de películas, en diversas
configuraciones, proporcionan revestimientos que muestran buenas
propiedades de emisividad baja y de control solar, también se sabe
que tienen una resistencia química y mecánica deficiente, aumentando
así el riesgo de daños al revestimiento por la exposición a la
humedad atmosférica o a arañazos por las actividades normales de
manipulación.
Otros han intentado la mejora de la resistencia
física y química de las películas que contienen plata. Estos efectos
incluyen variar la composición de las capas dieléctricas, dividir
las capas dieléctricas individuales en subcapas de diferentes
materiales dieléctricos, alear la plata con otros metales y diversos
procedimientos para modificar lo que se denomina capas
"sacrificiales" entre la plata y las capas dieléctricas.
Así, las personas versadas en la técnica del
diseño de películas delgadas y de la fabricación de productos
revestidos han seguido buscando una estructura de película que tenga
buenas propiedades de emisividad y de control solar, pero que sea
superior en resistencia tanto química como mecánica.
La presente invención comprende un revestimiento
de baja emisividad de control solar depositado sobre un sustrato
dieléctrico, comprendiendo el revestimiento una primera capa
dieléctrica de óxido metálico depositada sobre el sustrato
dieléctrico; una primera capa altamente conductora, de óxido
metálico exento de plata, depositada sobre la primera capa
dieléctrica, teniendo el óxido metálico altamente conductor una
conductividad eléctrica superior a 10.000 ohmio^{-1} cm^{-1}; y
una segunda capa dieléctrica de óxido metálico depositada sobre la
primera capa altamente conductora de óxido metálico exento de
plata.
La presente invención utiliza el concepto bien
conocido de filtros de transmisión inducida para formar una
estructura de revestimiento de película delgada que comprende una o
dos capas de óxido metálico altamente conductor de la electricidad
en vez de capas metálicas conductoras. La presente estructura
comprende además una capa de óxido metálico dieléctrico en
cualquiera de los dos lados de una capa de óxido metálico altamente
conductora. Esta secuencia de capas puede repetirse según se
necesite para lograr las propiedades de emisividad y de control
solar desea-
das.
das.
La elección de los óxidos metálicos altamente
conductores y de los óxidos metálicos dieléctricos, así como del
grosor de las capas en las que los óxidos son depositados, es
importante para lograr la combinación buscada de emisividad baja,
transmisión visible elevada, reflexión/absorción elevada de IR,
resistencia mecánica, estabilidad química y, en particular, buen
control solar.
En este sentido, los óxidos metálicos
dieléctricos útiles para la presente invención incluyen óxidos de
estaño, de titanio, cinc, bismuto y aleaciones de tales óxidos. Los
nitruros de silicio también pueden ser útiles para la presente
invención. El grosor de capa de tales óxidos metálicos dieléctricos
adecuados para la invención está en el intervalo de 200 a 400
\ring{A}, preferentemente 250-350 \ring{A}.
Los óxidos metálicos altamente conductores
útiles para la presente invención incluyen óxidos simples, como los
óxidos de renio, rutenio, iridio, cromo y molibdeno, los óxidos
mixtos de tipo perovskita, incluidos CaRuO_{3}, SrRuO_{3},
SrVPO_{3}, SrCrO_{3}, SrFeO_{3}, SrTiO_{3}, SrMoO_{3},
CaVO_{3}, LaTiO_{3}, Sr_{2}VMoO_{6}; óxidos mixtos de tipo
espinela, tal como el NiCo_{2}O_{4}; bronces de óxidos de
tungsteno fuertemente dopadas, tal como Na_{x}WO_{3} (donde
x+>0,40). El grosor de capa de los óxidos metálicos altamente
conductores adecuados para la invención es de menos de 1000
\ring{A}, preferentemente menos de 500 \ring{A}.
La Tabla 1 muestra algunos valores ejemplares de
la resistividad eléctrica y de la conductividad eléctrica para
metales altamente conductores usados comúnmente, es decir, la Ag y
el Cu, al igual de que óxidos metálicos altamente conductores para
su uso en conexión con la presente invención, es decir, ReO_{3}.
Na_{0,8}WO_{3} y RuO_{2}. Aunque las conductividades de los
óxidos metálicos ejemplares altamente conductores son
sustancialmente inferiores a las conductividades de la Ag y el Cu,
se ha hallado que los óxidos metálicos mostrados en la Tabla 1 se
comportan de forma satisfactoria desde un punto de vista de
conductividad eléctrica y que presentan las otras propiedades
deseadas expuestas en el presente documento que hacen que tales
óxidos sean superior a la Ag y al Cu para las aplicaciones de la
presente invención.
Más específicamente, son adecuados para la
presente invención los óxidos metálicos altamente conductores
dotados de una conductividad >10,000 ohmio^{-1} cm^{-1}, y
preferentemente una conductividad >50,000 ohmio^{-1}
cm^{-1}.
Las conductividades de los óxidos metálicos
altamente conductores son claramente superiores a la de los óxidos
metálicos dopados convencionales, como el óxido de estaño dopado con
flúor y el óxido de indio dopado con estaño, como puede verse en la
Tabla 1.
Las películas formadas conforme a la presente
invención tendrán generalmente una estequiometría correspondiente al
óxido estequiométrico del metal correspondiente, por ejemplo
SnO_{2}, TiO_{2}, etc.; sin embargo, también pueden producirse,
y pueden ser útiles, películas que sean ligeramente deficientes en
oxígeno.
Se ha hallado que las estructuras de película
que utilizan una combinación de los óxidos metálicos dieléctricos y
altamente conductores anteriormente descritos en una secuencia de
tres capas exhiben una emisividad de < 0,3, preferentemente <
0,1, una transmitancia lumínica > 70%, y una transmitancia de la
energía solar total de < 60%. Preferentemente, la estructura de
película delgada tendrá una transmitancia de la energía solar total
< 45%.
La resistencia química de las estructuras de
película delgada anteriormente descritas está mejorada
significativamente con respecto a las estructuras convencionales,
dado que los inventores, sin desear estar atados por ninguna teoría,
creen que el óxido metálico altamente conductor que reemplaza la
plata reduce significativamente la reacción de la película con la
humedad del ambiente, con los contaminantes atmosféricos y
similares. Los inventores creen que la sustitución de la plata por
un óxido metálico menos reactivo mejora la estabilidad química del
apilamiento de películas.
De modo similar, los inventores creen que la
resistencia mecánica de la estructura de películas delgadas mejorará
con la sustitución de la capa de plata, dúctil y maleable, con una
capa de óxido metálico, rígido y firme.
La película o el revestimiento delgado de la
presente invención pueden ser depositados sobre cualquier material
de sustrato dieléctrico adecuado. Se ha hallado que es adecuado un
vidrio transparente, fabricado mediante el procedimiento de vidrio
flotante, particularmente un vidrio de
sosa-cal-sílice. También pueden ser
adecuados algunos vidrios tintados.
Las películas de la presente invención pueden
ser depositadas sobre los sustratos anteriormente mencionados
mediante cualquier procedimiento adecuado, incluidos diversos tipos
de pulverización o técnicas de DVQ. En particular, se considera
adecuado un proceso de deposición en cadena que se da durante el
procedimiento de fabricación de vidrio flotante. Un proceso de
deposición en cadena particularmente preferido para la presente
invención es la deposición de vapor químico a presión
atmosférica.
Un aparato, útil para la producción en cadena
del artículo de vidrio revestido de la presente invención, comprende
generalmente una sección de flotación, un túnel de recocido y una
sección de enfriamiento. La sección de flotación tiene una parte
inferior que contiene un baño de estaño fundido, una bóveda, paredes
laterales y paredes extremas, que forman conjuntamente un recinto
estanco, de modo que se proporciona una zona cerrada en la que se
mantiene una atmósfera no oxidante, tal como se describe con más
detalle con posterioridad en el presente documento, para evitar la
oxidación del baño de estaño. Durante el funcionamiento del aparato,
se vierte vidrio fundido sobre una solera, y fluye desde ella bajo
un tabique dosificador, descendiendo después a la superficie del
baño de estaño desde el que se retira mediante rodillos extractores
y se hace pasar por el túnel de recocido, y de ahí atraviesa la
sección de enfriamiento.
Se mantiene una atmósfera no oxidante en la
sección de flotación introduciendo un gas adecuado, como, por un
ejemplo, uno compuesto del 99 por ciento de nitrógeno en volumen y
del 1 por ciento de hidrógeno en volumen, en el lugar en el que
ocurre el revestimiento, por medio de conductos que están conectados
de forma operativas con un colector. El gas no oxidante es
introducido en la zona de revestimiento desde los conductos a una
tasa suficiente para compensar las pérdidas de gas (parte de la
atmósfera no oxidante deja la zona fluyendo bajo las paredes
extremas) y para mantener una ligera presión positiva,
convenientemente entre aproximadamente 101,33 y aproximadamente
1013,25 Pa por encima de la presión del ambiente. El baño de estaño
y la zona cerrada están calentados por calor radiante dirigido hacia
abajo desde radiadores. La zona de calor se mantiene generalmente a
una temperatura de aproximadamente 649ºC. En el túnel de recocido la
atmósfera es típicamente de aire, y la sección de enfriamiento no
está cerrada. El aire del ambiente es soplado por ventiladores sobre
el vidrio.
El aparato incluye también distribuidores de gas
ubicados en la zona de flotación. Las mezclas de precursores
deseados para los revestimientos individuales son suministradas a
los respectivos distribuidores de gas que, a su vez, dirigen las
mezclas de precursores a la superficie caliente de la cinta de
vidrio. Los precursores reaccionan en la superficie del vidrio para
formar los revestimientos deseados.
Opcionalmente, la película o el revestimiento
delgado de la presente invención incluye capas subyacentes
depositadas entre el sustrato de vidrio y la pila filtrante de
transmisión inducida. Los revestimientos son de tal naturaleza que
suponen una barrera contra la difusión del sodio del vidrio hacia el
revestimiento o proporcionan un color neutro en la transmitancia y
la reflexión cuando se aplican a un sustrato de vidrio
transparente.
La expresión "exento de vidrio", tal como
se usa en el presente documento, se utiliza para indicar que, como
mucho, están presentes cantidades traza de plata, es decir, menos
del 0,1% mol de plata.
La patente estadounidense 5.798.142 da a conocer
una capa barrera de sílice y un procedimiento de producción de
vidrio flotante que pueden ser usados en realizaciones de la
presente invención.
Las patentes estadounidenses 4.187.336,
4.419.386 y 4.206.252 dan a conocer capas de supresión del color que
pueden ser usadas en realizaciones de la presente invención.
Los siguientes ejemplos predictivos muestran la
transmisión esperada en el intervalo visible (T_{vis}) y la
transmisión en el intervalo solar (T_{sol}) conforme a la presente
invención. El espesor del vidrio se da en milímetros, y los
espesores de los revestimientos se dan en Angstrom.
Conforme a las disposiciones de las leyes de
patentes, la presente invención ha sido descrita en lo que se
considera que representa su realización preferida. Sin embargo,
debería hacerse notar que la invención puede ser puesta en práctica
de formas distintas a la ilustrada y descrita específicamente sin
apartarse de su espíritu ni de su alcance.
Claims (10)
1. Un revestimiento de control solar de baja
emisividad para ser depositado sobre un sustrato dieléctrico,
comprendiendo el revestimiento:
- una primera capa dieléctrica depositada sobre el sustrato dieléctrico;
- una primera capa altamente conductora, de óxido metálico exento de plata, depositada sobre la primera capa dieléctrica y dotada de una conductividad eléctrica superior a 10.000 ohmio^{-1} cm^{-1};
- una segunda capa dieléctrica depositada sobre la capa altamente conductora de óxido metálico exento de plata; y
- en el que cada capa dieléctrica está formada de un óxido metálico escogido del grupo constituido de óxidos de estaño, titanio, cinc, bismuto y aleaciones de los mismos, o de un nitruro de silicio.
2. El revestimiento de control solar definido en
la reivindicación 1 en el que el primer óxido metálico altamente
conductor tiene una conductividad eléctrica superior a 50.000
ohmio^{-1} cm^{-1}.
3. El revestimiento de control solar definido en
la reivindicación 1 en el que el material dieléctrico comprende
Si_{3}N_{4}.
4. El revestimiento de control solar definido en
la reivindicación 1 en el que el óxido metálico exento de plata
altamente conductor es escogido del grupo constituido por óxidos de
renio, rutenio, iridio, cromo, molibdeno y los óxidos mixtos
CaRuO_{3}, SrRuO_{3}, SrVO_{3}, SrCrO_{3}, SrFeO_{3},
SrTiO_{3}, SrMoO_{3}, LaTiO_{3}, Sr_{2}VMoO_{6},
NiCo_{2}O_{4}, y Na_{x}WO_{3}.
5. El revestimiento de control solar definido en
la reivindicación 1 en el que se deposita una segunda capa de óxido
metálico exento de plata altamente conductor sobre la segunda capa
dieléctrica de óxido metálico y se deposita una tercera capa
dieléctrica de óxido metálico sobre la segunda capa de óxido
metálico exento de plata altamente conductor.
6. Un artículo de vidrio revestido que
comprende:
- un sustrato dieléctrico;
- una primera capa dieléctrica de óxido metálico depositada sobre el sustrato dieléctrico;
- una primera capa altamente conductora, de óxido metálico exento de plata, depositada sobre el primer óxido metálico dieléctrico, teniendo el óxido metálico altamente conductor así depositado una conductividad eléctrica superior a 10.000 ohmio^{-1} cm^{-1}; y
- una segunda capa dieléctrica de óxido metálico depositada sobre la capa conductora de óxido metálico exento de plata;
- en el que el artículo de vidrio revestido tiene una emisividad de 0,3, una transmitancia de la luz visible >70%, y una transmitancia de la energía solar total de <60%.
7. El artículo de vidrio revestido definido en
la reivindicación 6 en el que la emisividad es <0,1.
8. El artículo de vidrio revestido definido en
la reivindicación 6 en el que:
- la primera capa dieléctrica de óxido metálico comprende TiO_{2};
- la primera capa altamente conductora, de óxido metálico exento de plata, comprende ReO_{3}; y
- la segunda capa dieléctrica de óxido metálico comprende TiO_{2}.
9. El artículo de vidrio revestido definido en
la reivindicación 6 en el que:
- la primera capa dieléctrica de óxido metálico comprende SnO_{2};
- la primera capa altamente conductora, de óxido metálico exento de plata, comprende RuO_{2}; y
- la segunda capa dieléctrica de óxido metálico comprende SnO_{2}.
\newpage
10. El artículo de vidrio revestido definido en
la reivindicación 6 en el que:
- la primera capa dieléctrica de óxido metálico comprende TiO_{2};
- la primera capa altamente conductora, de óxido metálico exento de plata, comprende RuO_{2}; y
- la segunda capa dieléctrica de óxido metálico comprende TiO_{2}.
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