PL198005B1 - Powlekany wyrób szklany i sposób wytwarzania powlekanego wyrobu szklanego - Google Patents

Abstract

1. Powlekany wyrób szklany zawieraj acy rozstawione dwa pod loza szklane, przy czym co najmniej jedno z tych pod lozy zawiera na lozony uk lad pow lok, który zawiera warstw e spodni a zawieraj ac a azotek krzemu o grubo sci od 31 do 35 nm, pierwsz a warstw e po sredni a zawieraj ac a NiCr o grubo sci od 1 do 2 nm, warstw e laczn a zawieraj ac a Ag o grubo sci od 5,2 do 6,2 nm, drug a warstw e po sredni a zawieraj ac a NiCr o grubo sci od 1 do 2 nm oraz warstw e wierzchni a zawieraj ac a azotek krzemu o grubo sci od 39 do 44 nm, znamienny tym, ze pod loze szklane (1) z na lozo- nym uk ladem pow lok po obróbce cieplnej ma w widoku od strony pod loza szklanego (1) warto sc wspó lczynnika zmia- ny barwy ?E* ab wynosz ac a najwy zej 2,5 i wartosc zmiany wspó lrz ednej barwy ?a* w uk ladzie barw CIELab mniejsz a ni z 0,5. 8. Sposób wytwarzania powlekanego wyrobu szklane- go, zawieraj acego rozstawione dwa pod loza szklane, pole- gaj acy na nak ladaniu na co najmniej jednym szklanym pod lozu uk ladu pow lok, który zawiera warstw e spodni a zawieraj ac a azotek krzemu o grubo sci od 31 do 35 nm, pierwsz a warstw e po sredni a zawieraj ac a NiCr o grubo sci od 1 do 2 nm, warstw e laczn a zawieraj ac a Ag o grubo sci od 5,2 do 6,2 nm, drug a warstw e po sredni a zawieraj ac a NiCr o grubo sci od 1 do 2 nm oraz warstw e wierzchni a zawieraj ac a azotek krzemu o grubo sci od 39 do 44 nm, znamienny tym, ze pod loze szklane z na lozonym............. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest powlekany wyrób szklany i sposób wytwarzania powlekanego wyrobu szklanego.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,688,585 jest znany powlekany arkusz szkła, stosowany do celów regulacji natężenia światła słonecznego, które muszą mieć możliwość połączenia po obróbce cieplnej z ich nie obrabianymi cieplnie przeciwnymi częściami. W tym dokumencie stwierdzono, że dla opisanego układu powłok nie zawierających srebra, przy zachowaniu ΔΕ poniżej pewnej minimalnej wartości, nie większej niż 2.0, otrzymano układ powłok, który po obróbce cieplnej umożliwia dalsze ich połączenie.

Potrzeba zdolności połączenia jest dobrze znana w dziedzinie wytwarzania okien szklanych, drzwi i szyb samochodowych, jak też znana jest potrzeba obróbki cieplnej. Podłoża szklane, zazwyczaj arkusze szkła stosowane w oknach, drzwiach i tym podobnych są często wytwarzane w dużych ilościach i przycinane do poszczególnych potrzeb, jak na przykład nowoczesne wieloszybowe okna i drzwi budynków biurowych. W takich budynkach nie jest to tylko pożądane, ale często jest koniecznością w celu spełnienia różnych norm, aby okna lub drzwi były obrabiane cieplnie (to jest hartowane, utwardzane cieplnie lub gięte) podczas gdy inne, zazwyczaj z oszczędności, nie muszą być i nie są obrabiane cieplnie. Poza tym tego typu budynki zazwyczaj wykorzystują izolujące zespoły szybowe i/lub szkło wielowarstwowe dla celów bezpieczeństwa i regulacji ciepła.

Oczywiście stosowane w takich budynkach zespoły szybowe i/lub szkło wielowarstwowe, które są obrabiane termicznie, muszą być odpowiednie (to jest zgodne co do koloru i najlepiej co do przenikalności oraz załamywania) w stosunku do nie obrabianych cieplnie zespołów szybowych i/lub szkła wielowarstwowego, dla celów architektonicznych i estetycznych. W dodatku obecnie używane do zastosowania w oknach, drzwiach i tym podobnych powinny mieć neutralny kolor, najlepiej zmierzający do niebiesko-zielonej strony spektrum.

Dzięki wielokrotnym próbom i błędom było możliwe w przeszłości osiągnięcie możliwości połączenia w systemach innych niż te ze wspomnianego dokumentu ‘585, lecz tylko pomiędzy dwoma różnymi systemami powłok, z których jeden był obrabiany cieplnie, a drugi nie. Potrzeba wynalezienia i stosowania połączenia dwóch rożnych systemów powłok powodowała dodatkowy, niepożądany wzrost kosztów produkcji oraz nakładów wynalazczych. Wynalazek opisany we wspomnianym dokumencie ‘585 spełnił potrzebę przezwyciężenia tego problemu. Jakkolwiek w systemie stosowanym we wspomnianym patencie niemożliwe jest wykorzystanie zalet srebra w zakresie jego właściwości odbijania promieniowania podczerwonego, a co za tym idzie osiągnięcie pożądanych rezultatów.

Układ powłok zawierający srebro jest użyteczny w wyrobach szklanych, które ogólnie mogą być opisane jako wyroby o strukturze, zawierającej co najmniej dwa podłoża szklane pomiędzy którymi zachodzi zależność w stosunku do przepuszczalności światła. Preferowane wyroby to: okna i drzwi jak na przykład zespoły szybowe i/lub szkło wielowarstwowe, jak również szyby samochodowe.

Stosowany tutaj termin szkło izolujące odnosi się do jego zwyczajnego i znanego w tej dziedzinie znaczenia. Mówiąc ogólnie rozważane tutaj izolujące zespoły szybowe składają się z dwóch lub więcej równoległych, rozdzielonych arkuszy szkła utrzymywanych w rozdzieleniu dzięki odpowiedniej strukturze ramy. Przestrzeń (przestrzenie) pomiędzy dwoma lub więcej arkuszami szkła, zazwyczaj wynosząca 12,7 nm, zawiera powietrze lub wprowadzony gaz, jak na przykład argon, bądź też częściową próżnię. Większość zawiera środek osuszający wewnątrz przestrzeni zapobiegający zaparowywaniu.

Termin szkło wielowarstwowe jest również znany i stosowany w tej dziedzinie. Szkło wielowarstwowe zazwyczaj zawiera dwa lub więcej nie rozdzielonych arkuszy szkła (kształtowanych lub nie), które posiadają nałożony co najmniej jeden układ powłok, zazwyczaj, ale nie koniecznie umieszczony pomiędzy dwoma arkuszami szkła. Takie szkło wielowarstwowe może być płaskie (na przykład arkusze przycinane na wymiar) stosowane w oknach, drzwiach i szybach samochodowych, bądź też gięte dla specyficznych potrzeb zastosowań architektonicznych lub samochodowych. Na przykład, typowe dwuarkuszowe (taflowe) szkło wielowarstwowe stosowane jest jako zaokrąglone okno bądź przednia szyba samochodowa.

Należy również zwrócić uwagę na stan techniki w mniejszy sposób związany z przedmiotem wynalazku, niż wspomniany dokument '585. Grupa BOC (Wolf i inni) jak również dwaj inni wynalazcy (Panowie Larson i Lingle) z Guardian Industries. Ponadto ze stanu techniki są znane różne układy powłok (również przemysłowych) zawierających srebro umieszczone pomiędzy warstwami chromu

PL 198 005 B1 i niklu, po której następują warstwy S13N4, w celu uzyskania układu powłok, zarówno obrabianych, jak i nie obrabianych cieplnie, do regulowania natężenia promieniowania słonecznego. Przykłady takich wyrobów opisane są w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr-y 5,344,718; 5,376,455; 5,514,476; oraz 5,770,321. Bardzo znane powłoki Super E-III i Super E-IV, opracowane przez Grupę BOC są opisane w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr-y 5,377,045 i 5,563,734.

Wspomniany powyżej dokument ‘455 uzyskuje również pewien stopień możliwości połączenia i obróbki cieplnej w określonych okolicznościach. Jakkolwiek, mówiąc ogólnie, ta konstrukcja, uprzednio stosowana nie umożliwia w pełnym stopniu możliwości połączenia i obróbki cieplnej pożądanej w stopniu stabilnym wymaganym w produkcji, podczas gdy udaje mu się uzyskać pożądaną wytrzymałość oraz neutralny zielononiebieski kolor oraz niskie wartości U i/lub współczynników zacienienia wymagane w izolujących zespołach szybowych i szkle wielowarstwowym.

W związku z powyższym zauważalna jest w tej dziedzinie potrzeba opracowania nowego układu powłok, który zapewnia akceptowany na rynku kolor i który jest zarówno obrabialny cieplnie jak i umożliwia łączenie, kiedy stosowane jest wytwarzanie wyrobów zawierających dwa lub więcej przepuszczających światło podłoży szklanych, odpowiadających sobie pod względem przepuszczalności światła.

Celem wynalazku jest spełnienie tych i innych potrzeb istniejących w omawianej dziedzinie.

Powlekany wyrób szklany zawierający rozstawione dwa podłoża szklane, przy czym co najmniej jedno z tych podłoży zawiera nałożony układ powłok, który zawiera warstwę spodnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 31 do 35 nm, pierwszą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm, warstwę łączną zawierającą Ag o grubości od 5,2 do 6,2 nm, drugą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm oraz warstwę wierzchnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 39 do 44 nm, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podłoże szklane z nałożonym układem powłok po obróbce cieplnej ma w widoku od strony podłoża szklanego wartość współczynnika zmiany barwy AE*_ab wynoszącą najwyżej 2,5 i wartość zmiany współrzędnej barwy Aa* w układzie barw CIELab mniejszą niż 0,5.

Układ powłok ma warstwę łączną zawierającą Ag, stykającą się z pierwszą i drugą warstwą pośrednią zawierającą NiCr.

Układ powłok ma warstwę spodnią zawierającą azotek krzemu, stykającą się z co najmniej jednym podłożem szklanym, zaś pierwsza warstwa pośrednia zawierająca NiCr znajduje się bezpośrednio pomiędzy warstwą spodnią zawierającą azotek krzemu a warstwą łączną zawierającą Ag.

Obydwa podłoża szklane zawierają szkło, zaś w układach powłok obydwie warstwy spodnie zawierające azotek krzemu zawierają Si3N4.

Układ powłok ma nie utlenioną i nie azotowaną pierwszą i drugą warstwę pośrednią zawierającą NiCr.

Podłoże szklane z układem powłok jest obrabiane cieplnie i posiada przed obróbką cieplną barwę o współczynnikach:

a* od -2.6 do -6.0 b* od -3.5 do -9.5

Układ powłok posiada przepuszczalność światła widzialnego po obróbce cieplnej o co najmniej 4% większą, niż przed obróbką cieplną.

Sposób wytwarzania powlekanego wyrobu szklanego, zawierającego rozstawione dwa podłoża szklane, polegający na nakładaniu na co najmniej jednym szklanym podłożu układu powłok, który zawiera warstwę spodnia zawierającą azotek krzemu o grubości od 31 do 35 nm, pierwszą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm, warstwę łączną zawierającą Ag o grubości od 5,2 do 6,2 nm, drugą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm oraz warstwę wierzchnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 39 do 44 nm, według wynalazku charakteryzuje się tym, że podłoże szklane z nałożonym układem powłok poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze od 593 do 788°C, po której układ powłok posiada wartość współczynnika zmiany barwy AE*_ab wynoszącą najwyżej 2,5 i wartość zmiany współrzędnej barwy Aa* w układzie barw CIELab mniejszą niż 0,5, w widoku od strony podłoża.

Podłoże szklane z nałożonym układem powłok poddaje się obróbce cieplnej przez okres czasu powodujący zwiększenie przepuszczalności światła widzialnego układu powłok o co najmniej 4%.

Korzystnie stosuje się warstwy izolujące zawierające Si3N4, a warstwę łączną zawierającą Ag umieszcza się pomiędzy parą warstw pośrednich zawierających NiCr.

PL 198 005 B1

Wyrób według wynalazku zawiera układ powłok zawierający srebro, który umożliwia wykorzystanie zalet właściwości srebra związanych z regulacją natężenia promieniowania słonecznego. Według wynalazku stwierdzono, iż przy zachowaniu określonych parametrów w dodatku do ΔΕ poniżej pewnego limitu, powłoka srebrna małej grubości wciąż posiada zdolność obróbki cieplnej i umożliwia połączenie, jeżeli stosowany jest układ powłok, zarówno w izolujących zespołach szybowych lub w szkle wielowarstwowym (bądź też innych wyrobach szklanych posiadających dwa lub więcej podłoży szklanych przepuszczających światło). Zrozumiałe jest oczywiście, że rozważanym tutaj nie powleczonym podłożem może być szkło lub jego odpowiednik, jak na przykład przezroczyste tworzywo sztuczne.

Wyroby według wynalazku są możliwe do łączenia nawet jeżeli zastosowane powlekane lite podłoże szklane poddane obróbce cieplnej nie jest samo w sobie zdolne do łączenia.

W niektórych przykładach wykonania pożądany kolor jest neutralny, lecz preferuje się, aby znajdował się w ćwiartce niebieskozielonej, określanej przez ujemne zarówno a*, jak i b*. W preferowanych przykładach wykonania przedmiotu wynalazku wyrób szklany jest oknem lub drzwiami utworzonymi z co najmniej dwóch arkuszy szkła i wytwarzany jest zarówno jako izolujący zespół szybowy, jak i szkło wielowarstwowe. Obróbka cieplna zastosowana w preferowanych przykładach wykonania wyrobu według wynalazku jest wybierana spośród: gięcia, hartowania lub utwardzania termicznego, preferowane jest jednak hartowanie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowy przekrój przykładu wykonania wyrobu szklanego z układem powłok według wynalazku, fig. 2 - częściowy przekrój poprzeczny izolującego zespołu szybowego rozważanego w kontekście przedmiotu wynalazku, fig. 3 - częściowy, schematyczny widok w perspektywie budynku, w którym zastosowano okna, drzwi i ścianę, wykonane z izolujących zespołów szybowych i wielowarstwowego wyrobu szklanego stanowiącego przedmiot wynalazku, fig. 4 - częściowy, schematyczny przekrój poprzeczny przykładu wykonania izolującego zespołu szybowego w fazie prefabrykacji, a fig. 5 częściowy, schematyczny przekrój poprzeczny giętego wielowarstwowego wyrobu szklanego według wynalazku.

W dziedzinie powlekania szkła, w szczególności w stosunku do określania właściwości i regulowania przepuszczalności promieniowania słonecznego charakterystycznych dla powlekanego szkła, przyjęto stosować określenia jak podano poniżej. Na przykład:

Intensywność długości fali odbitego światła widzialnego, to jest współczynnik odbicia jest określany w procentach i oznaczany jako RxY (wartość Y według normy ASTM (Amerykańskiego Stowarzyszenia Testowania Materiałów) Ε-308-85), gdzie X jest zarówno G od strony szkła, jak i F od strony powłoki. Strona szkła (na przykład G) oznacza, patrząc od strony podłoża szklanego przeciwnej do tej, która jest pokryta powłoką, podczas gdy strona powłoki (to jest F) oznacza, patrząc od strony podłoża szklanego, która jest pokryta powłoką.

Właściwości koloru są mierzone i opisywane przy zastosowaniu współrzędnych a* i b* oraz skali, według układu barw CIE LAB 1976 (to jest wykres CIE 1976 a*b*). Inne podobne współrzędne mogą być równoważnie stosowane, na przykład indeks dolny h określający zwyczajne zastosowanie sposobu Huntera (lub jednostek) I11. C, 10° obserwatora lub współrzędnych u*v* według CIE LUV. Skale te są określane według normy ASTM D-2244-93 Standardowy sposób testowania do obliczania różnic kolorów od zmierzonych współrzędnych koloru 9/15/93 zawartych w normie ASTM E-308-85, Rocznik Norm ASTM, 06.01 Standardowy sposób obliczania kolorów przedmiotów przy użyciu systemu CIE i/lub opisanych w IES LIGHTING HANDBOOK (Podręcznik oświetlenia IES) 1981 rok Tom Przeliczeń.

Określenia emisyjność i przepuszczalność są dobrze zrozumiałe w tej dziedzinie i użyte tutaj zgodnie z ich znanym znaczeniem. Dlatego też na przykład określenie przepuszczalność oznacza przepuszczalność promieniowania słonecznego, które składa się z przepuszczalności światła widzialnego (TY), przepuszczalności energii promieniowania podczerwonego i przepuszczalności światła ultrafioletowego. Całkowita przepuszczalność promieniowania słonecznego (TS) jest zazwyczaj określana średnią ważoną tych pozostałych wartości. W stosunku do tych przepuszczalności przepuszczalność światła widzialnego jest określana standardową techniką Oświetlacza C przy 380 - 720 nm; podczerwień 800 - 2100 nm; ultrafiolet 300 - 400 nm; całkowite promieniowanie słoneczne 300 - 2100 nm. Dla celów emisyjności ważny jest zwłaszcza zakres promieniowania podczerwonego (to jest 2,500 40,000 nm).

PL 198 005 B1

Przepuszczalność światła widzialnego może być mierzona znanymi, stosowanymi sposobami. Na przykład przy użyciu spektrofotometru, na przykład Beckman 5240 (Beckman Sci. Inst. Corp.), mierzona jest krzywa rozkładu widmowego. Przepuszczalność światła widzialnego jest następnie obliczana przy użyciu wspomnianej metodologii normy ASTM 308/224-93. Można, jeżeli jest to pożądane, zastosować mniejszą ilość punktów długości fali, niż to opisano. Inną techniką pomiaru przepuszczalności światła widzialnego jest zastosowanie powszechnie dostępnego spektrometru, jak na przykład spektrofotometr Spectrogard produkowany przez Pacific Scientific Corporation. Urządzenie to mierzy i określa bezpośrednio przepuszczalność światła widzialnego. Zastosowano i opisano pomiary przepuszczalności światła widzialnego (to jest wartość Y według normy ASTM E-308-85), przy zastosowaniu I11. C, 10° obserwatora.

Emisyjność (E) jest miarą lub właściwością zarówno pochłaniania jak i odbicia światła przy określonej długości fali. Zazwyczaj jest określana wzorem:

E = 1 - odbicie powłoki

Dla celów architektonicznych, wartości emisyjności są bardzo istotne w tak zwanym średnim zakresie, czasami zwanym również dalekim zakresem spektrum promieniowania podczerwonego, to jest około 2,500 - 40,000 nm, na przykład według programu WINDOW 4.1, LBL-35298 (1994) przez Laboratoria Lawrence Berkeley, do których odniesienia znajdą się poniżej. Stosowane tutaj określenie emisyjność jest określane w stosunku do wartości zmierzonych w zakresie promieniowania podczerwonego określonych przez Standard ASTM z 1991 roku do celów mierzenia energii promieniowania podczerwonego do obliczania emisyjności, proponowanych przez Radę Wiodących Wytwórców Szkła i zatytułowanych sposób testowania dla celów pomiaru i obliczania emisyjności architektonicznych, płaskich wyrobów szklanych przy użyciu pomiarów radiometrycznych. Standard ten i jego rozpowszechnienie przytoczono tutaj jako odniesienie. W standardzie tym emisyjność jest określana jako emisyjność półkolista (Eh) i emisyjność normalna (En).

Dane do pomiaru takich wartości emisyjności są konwencjonalne i mogą być uzyskane przy użyciu na przykład spektrofotometru Beckman model 4260 z układem VW (Beckman Scientific Inst. Corp.). Spektrofotometr ten mierzy odbicie w zależności od długości fali, z tych wartości obliczana jest emisyjność przy użyciu wspomnianej normy ASTM, przytoczonej dla odniesienia.

Jeszcze innym określeniem jest oporność arkusza. Oporność arkusza (Rs) jest dobrze znanym określeniem w tej dziedzinie i stosowane jest tutaj zgodnie ze swoim powszechnie znanym znaczeniem. Jest wyrażane w omach na jednostkę powierzchni. Mówiąc ogólnie określenie to odnosi się do oporu wyrażonego w omach na dowolną powierzchnię systemu powłok, na podłożu szklanym, poddanego działaniu prądu elektrycznego przechodzącego przez system powłok. Oporność arkusza jest odzwierciedleniem tego, jak dobrze powłoka odbija energię promieniowania podczerwonego, i dlatego też jest często używana wraz z emisyjnością jako miara tej właściwości. Oporność arkusza jest zazwyczaj mierzona przy użyciu 4 punktowego omomierza, jak na przykład 4 punktowy próbnik oporności umożliwiający dozowanie prądu wyprodukowany przez Magnetron Instruments Corp., z głowicą Model M-800 wyprodukowaną przez Signatore Corp. Z Santa Clara w stanie Kalifornia.

Określenia chemiczna trwałość lub chemicznie trwały używane są tutaj wymiennie wraz z określeniami stosowanymi w tej dziedzinie, jak chemicznie odporny lub chemiczna stabilność. Chemiczna trwałość jest określana przez podgrzewanie próbki powlekanego podłoża szklanego o wymiarach 50,8 na 127 mm w około 500 cm³ 5% roztworu HCl przez jedną godzinę (w temperaturze około 104°C). Próbka jest wyróżniana po przejściu testu (i w ten sposób układ powłok jest chemicznie odporny lub wyróżniony jako chemicznie trwały lub posiada chemiczną trwałość), jeżeli system powłok próbki nie wykaże widocznych odbarwień lub ubytków większych niż 0,076 mm średnicy, po godzinnym podgrzewaniu.

Mechaniczna trwałość to określenie jest definiowane przez test, w którym stosuje się ścieralnościomierz Pacific Scientific (lub równoważny), zawierający nylonową szczotkę o wymiarach 50,8 mm na 101,6 mm na 25,4 mm, która jest cyklicznie przesuwana nad próbką układu powłok o wymiarach 152,4 na 432 mm, w 500 cyklach przy obciążeniu 150 gram. Wynik testu jest pozytywny, a wyrób określany jako mechanicznie trwały lub posiadający trwałość mechaniczną jeżeli nie są widoczne, w widzialnym świetle gołym okiem, żadne zarysowania.

Grubość różnych powłok w systemie jest określana jako grubość, które to określenie wyznacza się alternatywnymi technikami. W jednej z technik stosowana jest profilometria igłowa wykorzystująca krzywe optyczne, lub w alternatywnej technice konwencjonalna profilometria igłowa. W jeszcze

PL 198 005 B1 innej, szczególnie odpowiedniej technice stosowany jest spektrfotometr-elipsometr o wielu zakresach długości fali i zmiennym kącie, produkowany przez J.A.Woollam Co., Lincoln, w stanie Nebraska.

Określenie wartość U (wymiennym z przewodnością termiczną) jest znane i stosowane w tej dziedzinie i używane zgodnie ze swym znanym znaczeniem. Wartość U wyrażana jest w kJ i może być określana sposobem osłoniętej gorącej rdzennicy, według normy ASTM C236-89 (ulepszonej w 1993 roku).

Określenie współczynnik zacienienia jest znane i stosowane w tej dziedzinie i używane zgodnie z powszechnym znaczeniem. Określa się je według normy ASHRAE (Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ciepłownictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji) 142 Norma określania i wyrażania przewodności cieplnej oraz ogólnych właściwości optycznych produktów okiennych opublikowanym przez Komitet Projektów Norm ASHRAE, SPC 142, wrzesień 1995 roku.

W celu właściwego użycia określenia zdolny do poddawania obróbce cieplnejj' (lub wymiennie obrabialny cieplnie), kiedy używane jest ono do określania właściwości przedmiotu wynalazku, musi ono zostać zdefiniowane w węższym znaczeniu, niż stosowane uprzednio w tej dziedzinie, jak na przykład w kontekście wspomnianego patentu '585. W tym opisie, jak i uprzednio w tej dziedzinie określenie to odnosi się do oznaczania zdolności systemu powłok do przejścia przez pewnego typu obróbkę cieplną, której jest on poddany, bez wystąpienia niepomyślnego wpływu na jego wymagane właściwości. Jakkolwiek bycie zdolnym do obróbki cieplnej (lub posiadanie obrabialności cieplnej) dla celów przedmiotu wynalazku musi brać pod uwagę obróbkę cieplną, podczas której poddany jej system powłok musi również zwiększyć przepuszczalność światła widzialnego o co najmniej 4%, a najlepiej około 5 do 7%. Według wynalazku stwierdzono, że wspomniane zwiększenie ma również na celu osiągnięcie możliwości łączenia lub bycia umożliwiającym łączenie określanych jako dwa stosowane tutaj terminy dla opisania większości rozważanych systemów powłok.

Obróbka cieplna skutkująca poprawą przepuszczalności światła widzialnego w tym i każdym innym aspekcie definicji obróbki cieplnej i obrabialnego cieplnie pozostają zgodne ze wspomnianymi wcześniej i stosowanymi w tej dziedzinie (na przykład jak w odniesieniu do wspomnianego patentu ‘585). Na przykład taką obróbką cieplną, jaka jest tutaj rozważana, może być dowolny proces wykorzystujący relatywnie wysokie temperatury, oraz który w normalnych warunkach, w rozwiązaniach stosowanych uprzednio w tej dziedzinie, spowodowałby niepożądane uszkodzenie powłok. Taka obróbka cieplna może być hartowaniem, gięciem, utwardzaniem cieplnym i innymi procesami stosowanymi do wytwarzania izolujących zespołów szybowych i szkła wielowarstwowego, który wykorzystuje wysokie temperatury podczas uszczelniania czy wytwarzania. Taka obróbka cieplna, na przykład hartowanie czy gięcie często wymaga rozgrzania podłoża powlekanego do temperatur powyżej 593°C, aż do 788°C przez znaczny czas w celu zapewnienia pożądanego rezultatu.

Dopuszczalne do włączenia w zakres definicji obrabialne cieplnie są również powstałe na skutek obróbki cieplnej zmiany w systemie powłok. W dodatku do zwiększonej przepuszczalności światła widzialnego taka obróbka cieplna może skutkować niższymi wartościami emisyjności i oporności arkusza. Takie zmiany, przynoszące korzyść, nie powtarzają się w przypadku systemu powłok, stanowiącemu przedmiot wynalazku, nie poddanemu obróbce cieplnej. Dla wielu celów komercyjnych, na przykład zmianie emisyjności na większą (to znaczy zmniejszeniu wartości E) powodowanemu obróbką cieplną jest to nie tylko dopuszczalna, ale i pożądana zmiana, ponieważ nie narusza widzialnego wyglądu i zarazem możliwości połączenia, jakkolwiek jest zazwyczaj istotne, że zmiana zachodzi jednorodnie w stosunku do podłoża i jest niezależna od właściwości przeprowadzanej obróbki cieplnej.

Określenie umożliwiające połączenie i jego stosowana tutaj definicja jest następstwem określenia (i definicji przedstawionej powyżej) obrabialne cieplnie. Określenie umożliwiające połączenie rozważane w kontekście przedmiotu wynalazku oznacza po prostu, że wyrób szklany posiada co najmniej dwa szklane podłoża odpowiadające sobie pod względem przepuszczalności światła, a co najmniej jedno z podłoży posiada jonowo rozpylany system powłok stanowiący przedmiot wynalazku. Widoczne gołym okiem jest, że wyrób poddany obróbce cieplnej wygląda tak samo jak wyrób nie poddany obróbce cieplnej, przynajmniej kiedy patrzymy od tak zwanej strony szkła (to jest patrząc przez co najmniej jedno podłoże szklane przed powłoką).

Wyrobem szklanym rozważanym w kontekście przedmiotu wynalazku nie są jednolite arkusze szkła. Raczej, jak opisano powyżej są to wyroby zawierające co najmniej dwa podłoża szklane (na przykład arkusze), odpowiadające sobie pod względem przepuszczalności światła (a zarazem odbijania). Zazwyczaj spotykaną formą takiego wyrobu jest izolujący zespół szybowy lub szkło wielowarstwowe.

PL 198 005 B1

Podczas gdy układy powłok w wyrobach według wynalazku są jednolicie obrabialne cieplnie, nie muszą one i często nie są, jednolicie umożliwiające połączenie. W zasadzie wiele układów rozważanych tutaj wyłącznie osiąga zdolność do łączenia kiedy jest stosowana w opisanym podwójnym lub wielo podłożowym układzie. Podczas gdy dokładne tego powody mogą nie być w pełni zrozumiałe uważa się, że używając dwóch lub więcej podłoży szklanych usytuowanych tak, aby odpowiadały sobie pod względem przepuszczalności światła (a zarazem odbiciu), odbicie światła widzialnego od powierzchni podłoża szklanego po przeciwnej stronie od widzianego podłoża ma tendencje do maskowania lub likwidowania jakichkolwiek różnic w wyglądzie pomiędzy widzianym obrabianym cieplnie powlekanym podłożem szklanym, w porównaniu do jego nie obrabianej cieplnie przeciwnej części. Uważa się ponadto, że kiedy przepuszczalność światła powłok stanowiących przedmiot wynalazku zwiększa się podczas obróbki cieplnej, wzmacnia to efekt maskowania, dzięki któremu zanikają wszelkie różnice.

Dzięki efektowi maskowania zaletą przedmiotu wynalazku staje się fakt, że jak wspomniano obrabiane cieplnie powlekane podłoże jeżeli stosowane jest jednolicie (to znaczy porównane z samym sobą bez obróbki cieplnej), nie musi umożliwiać łączenia w celu osiągania właściwości umożliwiających połączenie w wyrobie stanowiącym przedmiot wynalazku. To z kolei stanowi zaletę ze względu na fakt, że konieczne jest ograniczenie wymagające od poddawanego obróbce cieplnej podłoża ΔΕ mniejszej niż 2. Raczej jak to zostanie opisane poniżej, ΔE jednolitego (pojedynczego) podłoża może być wyższa niż 2.0, a możliwość łączenia przy wytwarzaniu podwójnych lub wieloszybowych wyrobów, stanowiących przedmiot wynalazku będzie w dalszym ciągu osiągana.

Dla rozważanych wyrobów i systemów zdolność łączenia jest najlepiej określana w odniesieniu do pewnych charakterystyk w stosunku do ΔΕ. Stwierdzono również, że zdolność łączenia niniejszych systemów wymaga wprowadzenia ograniczenia Δa*. Preferowane i najbardziej optymalne jest określenie koloru w celu określenia stopnia osiąganej zdolności łączenia. Kolor ten oczywiście może być odpowiednio opisany w stosunku do wspomnianych wartości a* i b*, które dla celów przedmiotu wynalazku, aby zachować kolor w pożądanym neutralnym zakresie z tendencją do ćwiartki niebieskozielonej, powinny być obie ujemne. Jeżeli pożądany jest inny kolor wartości a* i b* powinny zmieniać się odpowiednio do wymagań i potrzeb klienta, wciąż utrzymując zdolność łączenia poprzez odpowiedni dobór ΔE i Δa*.

Ponadto według wynalazku stwierdzono, że osiągnięcie zdolności łączenia dla dowolnego rozpatrywanego tutaj układu powłok, w szczególności przy zastosowaniu innego niż neutralny niebieskozielony, wymaga spełnienia poniższych wytycznych:

a) zakres ΔΕ wymagany do zapewnienia zdolności łączenia zmienia się w zależności od ćwiartki koloru, w której znajduje się kolor; oraz

b) tak zwany składnik b* definiując kolor poprzez jego współrzędne a* i b* jest mniej ważny dla kontrolowania, niż składnik a*, a zarazem Δa*.

Określenie delta Ε (ΔΕ) jest dobrze zrozumiałe w tej dziedzinie i określane różnymi technikami, wspomnianą normą ASTM-2244-93, opisanej przez Hunter i inni w Miary pojawiania się, Drugie Wydanie (John Wiley & Sons), Rozdział Dziewiąty, strona 162 od akapitu.

Stosowana w tej dziedzinie ΔΕ jest sposobem wyrażania zmiany (lub jej braku) w odbiciu i/lub przepuszczalności (a zarazem pojawiania się koloru) wyrobu. Wartość ΔΕ może być obliczana techniką Huntera z wykorzystaniem _ab (określana poprzez użycie indeksu dolnego H) i/lub techniką Friele-MacAdam-Chickering (FMC-2). Wszystkie są użyteczne i równorzędne dla celów przedmiotu wynalazku. Na przykład można zastosować technikę, jaką opisują, wspomniani wcześniej, Hunter i inni, technikę współrzędnych prostokątnych (CIE LAB 1976), znaną jako skala L*, a*, b*, gdzie:

L* (CIE 1976) jednostki jasności a* (CIE 1976) jednostki czerwony-zielony b* (CIE 1976) jednostki żóty-niebieski oraz odległość ΔE pomiędzy L*o, a*o, b*o i L*1, a*1 i b*1 jest współrzędnymi prostokątnymi:

ΔE*_ab = [(AL*)² +(Aa*)² + (Ab*)²]^1/2, gdzie:

ΔL* = L*1 - L*o

Δa* = a* - a*o

Ab* = b*1 - b*o

PL 198 005 B1

W tej technice, stosowanej do przedmiotu wynalazku, indeks dolny ₀ oznacza powłokę (wyrób powlekany) przed obróbką cieplną, a indeks dolny 1 oznacza powłokę (wyrób powlekany) po obróbce cieplnej.

Kiedy w niniejszym opisie lub zastrzeżeniach patentowych podawane są wielkości ΔΕ, są one obliczane przy pomocy techniki wspomnianych (CIE LAB 1976) współrzędnych L*, a*, b* i stąd ΔE jest oznaczana jako ΔE_ab. Jakkolwiek w zakresie przedmiotu wynalazku i obliczania ΔE znajdują się również równorzędne liczby przeliczalne na liczby opisane przy pomocy dowolnej techniki z wykorzystaniem tej samej koncepcji ΔΕ, zdefiniowanej powyżej.

Generalną zatem wytyczną dla układu powłok stanowiącego przedmiot wynalazku jest zasada, mówiąca, że jeżeli powlekane jednolite podłoże szklane posiada, przed obróbką cieplną, kolor znajdujący się w następujących zakresach:

Zwykły (około) Preferowany (około) a* -2.6 do -6.0

-3.6 do -5.0 b* -3.5 do -9.5

-5.5 do -7.5 to zdolność łączenia (to znaczy możliwość bycia połączonym) jest zazwyczaj osiągana, w wyrobach stanowiących przedmiot wynalazku, kiedy patrzymy od strony szkła, jeżeli obróbka cieplna powoduje zwiększenie przepuszczalności światła widzialnego o co najmniej 4%, a najlepiej 5-7% i jeżeli uzyskane jest jednorodnie:

Zwykły (około) Preferowany ookoto)

ΔΕ*_3[) =< 5.0 < 4.0

Δa* < 0.8 < 0.5

ΔΕ^ i Δa* równe zero, to sytuacja idealna, do której dąży się w tej dziedzinie.

Określenie około jest użyte w powyższych zakresach i ogólnie, biorąc pod uwagę drobne wahania mogące występować ze względu na dokładność systemu powłok, subiektywną naturę ludzkiego oka oraz z faktu, że definicja umożliwiającego łączenia jest podobieństwem dla ludzkiego oka, jak również, że ΔΕ i Δa* są naukowymi technikami określającymi koncepcję w stosunku do ludzkiego oka.

Dalszą wytyczną, za sprawą efektu maskowania, jest właściwe ustawienie rozważanych podłoży szklanych, jednolity arkusz posiadający powłoki stanowiące przedmiot wynalazku i zastosowany jako jedno lub dwa podłoża w rozważanych wyrobach może mieć teraz większe ΔΕ niż poprzednio, za sprawą tolerancji w określaniu zdolności łączenia. W zasadzie stwierdzono, że jednorodny, obrabialny cieplnie, pokryty arkusz szkła musi mieć tylko ΛΕ*_;::. mniejsze niż 5.0, a najlepiej 4.0, w celu uzyskania możliwości łączenia w produkcie końcowym. Ponadto, dalszą główną wytyczną jest to, że odpowiadająca Δa* w tym arkuszu musi tylko być niższa niż 0.8, a najlepiej mniejsza niż 0.5.

Figura 1 ukazuje częściowy przekrój poprzeczny typowego przykładu wykonania obrabialnego cieplnie podłoża szklanego 1 posiadającego rozpylany jonowo układ powłok wyrobu stanowiącego przedmiot wynalazku. Podłoże szklane 1 posiada w warstwie spodniej 3 z Si3N4 pierwszą warstwę pośrednią 5 nie azotowanego i nie utlenianego niklu lub aluminium z niklem (najlepiej niklu z chromem, o zawartości 80% niklu), warstwę łączną 7 zawierającą Ag, odbijającą energię promieniowania podczerwonego, drugą warstwę pośrednią 9 nie azotowanego i nie utlenianego niklu lub aluminium z niklem (najlepiej niklu z chromem, o zawartości 80% niklu) oraz warstwę wierzchnią 11 Si3N4.

Grubość tych warstw może zmieniać się w odpowiednim użytecznym zakresie w podanych poniżej przykładach wykonania. Zrozumiałe jest, że mówiąc ogólnie jest to relatywna grubość układu powłok, dobrana w celu osiągnięcia pożądanych rezultatów.

Pomimo, iż układ powłok stanowiący przedmiot wynalazku znajduje zastosowanie w dziedzinie szyb samochodowych, są one szczególnie użyteczne jako powłoki regulujące promieniowanie słoneczne w dziedzinie architektury (to jest drzwiach i oknach budynków, jak na przykład budynki biurowe i mieszkaniowe). Kiedy system stosowany jest w architekturze, zazwyczaj ze względu na możliwość łączenia jest stosowany w wieloszybowych izolujących zespołach szybowych, jak te ukazane przez fig. 3 lub jako szkło wielowarstwowe ukazane przez fig. 5.

Figura 3 jest schematycznym widokiem typowego domku jednorodzinnego 28 posiadającego różne zastosowania dla przedmiotu wynalazku. Na przykład nie obrabiane cieplnie okno 50 może być na przykład oknem zimowym lub wyposażonym w system zmniejszania hałasu izolującym zespołem szybowym, stanowiącym przedmiot wynalazku i ukazanym przez fig. 2. Przesuwne drzwi 52 lub nie przesuwny szklany panel drzwiowy 52, jak również panel drzwi frontowych 54 może być również skonstruowany w ten sposób z wykorzystaniem izolującego zespołu szybowego, stanowiącego przedmiot wynalazku. To zastosowanie wymaga możliwości łączenia pomiędzy obrabianymi cieplnie i nie obraPL 198 005 B1 bianymi cieplnie oknami/drzwiami z oczywistych estetycznych powodów. Możliwość łączenia oczywiście jest tutaj osiągnięta dzięki układowi powłok 24, w sposobie stanowiącym przedmiot wynalazku.

Figura 2 ukazuje schematycznie typowy izolujący zespól szybowy, stanowiący przedmiot wynalazku. W celu odróżnienia wewnętrznej strony izolującego zespołu szybowego (oznaczonej jako wewnątrz) od zewnętrznej strony (oznaczonej jako na zewnątrz), schematycznie przedstawiono także słońce 19. Jak widać tego typu izolujący zespół szybowy składa się z zewnętrznej tafli szkła (arkusza) 21 i z wewnętrznej tafli szkła (arkusza) 23. Dwie tafle szkła (na przykład „płynącego” szkła o grubości od 2 do 8 mm) są uszczelnione na krawędziach swych obrzeży przez zwykły uszczelniacz 25 i wyposażone w zwykły plaster osuszający 27. Tafle są następnie umieszczane w zwyczajnej ramie 29 utrzymującej okno lub drzwi (ukazanej w schematycznej i częściowej formie). Poprzez uszczelnienie krawędzi obrzeży arkusza szkła i zastąpieniu powietrza w komorze 30 gazem, na przykład argonem, otrzymano typowy izolujący zespół szybowy o wysokiej wartości izolacyjności. Komora 30 ma zazwyczaj 12,7 mm szerokości. Zarówno wewnętrzna ściana 24 lub 26 (bądź obie) mogą posiadać układ powłok, stanowiący przedmiot wynalazku. Jak widać wewnętrzna ściana 24 zewnętrznego arkusza szkła 21 w tym przykładzie wykonania posiada rozpylany jonowo system powłok 22 nałożonych przy zastosowaniu konwencjonalnych technik rozpylania jonowego. Jak widać taki system wykorzystuje w sposób efektywny maskowanie, ponieważ obserwator patrząc na domek z zewnątrz patrzy przez tafle 21, powłokę 22, komorę 30 i taflę 23. Jakkolwiek patrząc, ze względu na światło słoneczne przechodzące przez taflę 21 i padające na taflę 23, odbite od niej i docierające do oka obserwatora, efekt maskujący pomaga znieść każdą małą różnicę, która inaczej byłaby widoczna (na przykład jeżeli okna/drzwi są jednolitymi arkuszami) i w ten sposób osiągnąć pożądaną możliwość łączenia.

Figura 4 ukazuje schematycznie typowy dwu taflowy izolacyjny zespół szybowy przed uszczelnieniem. W izolującym zespole szybowym z fig. 4 na tym etapie zastosowano dwa typowe arkusze przezroczystego szkła 31 i 33 rozdzielone na określoną odległość (na przykład 0,1 mm) perełkami szklanymi 35. Dolny arkusz 33 o nieco większym rozmiarze niż górny arkusz 31 posiada układ powłok 37, stanowiący przedmiot wynalazku rozpylany jonowo zwyczajnymi technikami na jego wewnętrznej płaskiej powierzchni 34. Opcjonalnie do wykonania powłoki można użyć płaskiej powierzchni 32 arkusza 31, bądź też obu powierzchni 32 i 34. Zwyczajny uszczelniacz 39 (na przykład względnie nisko topliwy materiał ceramiczny) umieszczony jest na obszarze obrzeży 41, tworzonym przez ułożenie i wypośrodkowanie mniejszego arkusza 31 na większym arkuszu 33.

W zwykły sposób, odpowiednia porcja ciepła jest dostarczana, aby upłynnić uszczelniacz 39 i uszczelnić dwa arkusze między sobą tworząc izolującą komorę 43. Następnie po schłodzeniu poddaje się komorę działaniu próżni w celu usunięcia jak największej ilości powietrza i pary wodnej, odpowiednio do potrzeb ekonomicznych i opcjonalnie zostawia się bądź próżnię, bądź zastępuje się powietrze i parę wodną gazem, na przykład argonem. W przypadku alternatywnej techniki krawędzie szkła są uszczelniane płomieniowo, a nie przy pomocy uszczelniacza. W każdym wypadku trzeba dostarczyć ciepło w celu wykonania uszczelnienia i odprowadzenia pary wodnej. Dlatego też obrabialne cieplnie przykłady wykonania przedmiotu wynalazku posiadają unikalną stosowalność w izolujących zespołach szybowych w typie ukazanym przez fig. 4, gdzie system powłok musi wytrzymać ciepło dostarczone podczas uszczelniania bez utraty swoich pożądanych właściwości.

W jeszcze innym alternatywnym przykładzie nie występuje proces próżniowy, a rozsunięta na odległość 12,7 mm komora powstaje przy użyciu znanych technik. W takim procesie izolująca komora jest zazwyczaj wypełniona argonem w celu zastąpienia powietrza i pary wodnej (to jest wilgotności lub wilgoci). W obu sytuacjach zastosowanie dwóch (lub więcej, jeżeli wytwarzane są trójszybowe izolujące zespoły) arkuszy ułożonych tak, aby odpowiadały sobie pod względem przepuszczalności światła, wywołuje efekt maskowania tak, że zespół szybowy umożliwia łączenie, nawet jeżeli jednolita tafla 21 nie umożliwia go, ze względu na zbyt wysokie ΔΕ.

W związku z tym określenie obrabialne cieplnie umożliwia włączenie tych technik uszczelniania izolujących zespołów szybowych, które wymagają wysokiej temperatury, która normalnie spowodowałaby efekt zniszczenia konwencjonalnego systemu powłok, nie umożliwia zaś włączenia tych technik uszczelniania, które wymagają niskiej temperatury tak, aby nie spowodować widocznych uszkodzeń powłok.

Podczas wytwarzania większości izolujących zespołów szybowych wymagane są często wielokrotne kroki przenoszenia, które powodują zwiększenie wymagań co do mechanicznej trwałości systemu powłok. Ponadto ze względu na naturę procesu i stosowane materiały wymagana jest także chemiczna trwałość. Preferowane przykłady wykonania systemu powłok, stanowiącego przedmiot

PL 198 005 B1 wynalazku osiągają zarówno chemiczną jak i mechaniczną trwałość, co sprawia, że są szczególnie użyteczne przy tworzeniu izolujących zespołów szybowych o doskonałych wartościach U i innych właściwościach regulacji promieniowania słonecznego, umożliwiając jednocześnie łączenie.

Preferowany proces i aparat, stosowane do tworzenia systemów powłok, stanowiących przedmiot wynalazku, mogą być dowolnym systemem rozpylania jonowego. Przykładem takiego systemu jest wielokomorowy system produkowany przez Airoco, Inc., jak na przykład rozpylacz jonowy do dużych powierzchni szklanych G-49. Trzeba w tym miejscu odnotować, że aspektem przedmiotu wynalazku są unikalne rezultaty osiągane przy zastosowaniu konwencjonalnych technik rozpylania jonowego, bez konieczności stosowania specjalnych procesów w celu uwolnienia samoistnych naprężeń, opisanych w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,377,045.

Figura 5 ukazuje częściowy przekrój poprzeczny przez typowe gięte szkło wielowarstwowe 60, stanowiące przedmiot wynalazku. Zrozumiałe jest oczywiście, że szkło wielowarstwowe 60 nie musi być gięte, a może być płaskie. Kiedy szkło wielowarstwowe 60 jest już wygięte często wymagane jest łączenie go z nie giętą przeciwną częścią, na przykład jeżeli jest ono używane jako gięty świetlik w domku 28 (nie pokazany), który musi umożliwiać połączenie z oknami i drzwiami 50, 52 i tym podobnymi, które mogą być gięte lub płaskie (jak te ukazane).

Szkło wielowarstwowe 60 zawiera dwie tafle przezroczystego szkła 62, 64 odpowiednio, które są połączone ze sobą w zwykły sposób. Jedna lub obie z wewnętrznych powierzchni tafli 62, 64 mają rozpylony jonowo system powłok 66, stanowiący przedmiot wynalazku, jeszcze przed wytworzeniem i gięciem. Szkło wielowarstwowe jest następnie konstruowane i gięte, na przykład przez opadnięcie pod wpływem ciepła w temperaturze opadania w formie w kształcie sanek lub kołyski (czasami określanej jako trumna) w zazwyczaj stosowany sposób, tworząc zakrzywiony wyrób ze szkła wielowarstwowego, który następnie może być wyposażony w zwykłą ramę (nie pokazaną). Podczas gięcia przepuszczalność powlekanej tafli wzrasta co najmniej około 4% poprawiając możliwość łączenia.

Jak widać tafla 62 i 64 odpowiadają sobie pod względem przepuszczalności światła. Dlatego też nie ważne jest z której strony (A czy B z fig 5) wielowarstwowego szkła patrzymy, struktura dzięki efektowi maskowania powodowanemu odbiciem od tafli przeciwnej do patrzącego (na przykład tafli 62 jeżeli patrzący jest po stronie B) wspomaga możliwość łączenia wyrobu pomimo, iż tafla z nałożoną powłoką sama w sobie może, choć nie koniecznie musi umożliwiać łączenie. Preferuje się aby jedna w szkle wielowarstwowym mogą występować więcej niż dwa podłoża, z których co najmniej jedno może być hartowane, utwardzane cieplnie lub gięte.

Jak ukazuje fig. 1 podłoże 1 powinno być szklane lub równoważne, a preferowany system powłok stanowiący przedmiot wynalazku powinien składać się z pięciu (5) powłok. Dopuszcza się stosowanie innych powłok, lecz nie mogą one w sposób znaczący odbiegać od właściwości co najmniej możliwości łączenia” osiąganej przez te pięć powłok. W odniesieniu do fig. 1, następujący zakres grubości powłok jest pożądany dla uzyskania możliwości łączenia i obróbki cieplnej oraz większości innych właściwości, opisanych poniżej.

Figura 1 Powłoka nr	„Około” Grubość (nm)	Preferowana Grubość (nm)
3	31-35	33
5	1-2	1,3
7	5,2-6,2	5,7
9	1-2	1,2
11	39-44	41

W stosunku do warstw 3 i 11, składających się głównie z Si3N4, zastosowany przy tworzeniu układu powłok Si (w znanym w tej dziedzinie środowisku azotu) może mieć domieszkę do 6% wagi aluminium lub stali nierdzewnej (na przykład #316) i podobną ilość występującą w wytworzonej warstwie. Warstwy 5 i 9 mogą być niklowe lub chromoniklowe, najlepiej jeżeli zawierają 80 - 90% wagi Ni i 10 - 20% wagi Cr. Ponadto możliwe jest zastosowanie innych metali odbijających promieniowanie podczerwone jako warstwy łącznej 7, takich jak na przykład złoto lub platyna, preferowane jest zastosowanie srebra jako warstwy łącznej 7, traktując pozostałe jako mniej pożądany równoważnik, dopóki przynoszą one pożądany rezultat.

PL 198 005 B1

Warstwy pośrednie 5 i 9 mogą na przykład zawierać nie tylko stal nierdzewną - 316, która zawiera 10% Ni i 90% innych składników, głównie Fe i Cr, ale na przykład aluminium Haynes 214, które zawiera następujące składniki, w procentach wagi (jako skład nominalny):

'ierwiastek	% Wagi
Ni	75.45
Fe	4.00
Cr	16.00
C	0.04
Al	4.50
Y	0.01

Uważa się, że ważne dla osiągnięcia zmaksymalizowanej chemicznej trwałości warstw pośrednich 5 i 9 powinny zawierać co najmniej 10% wagi niklu oraz aby warstwy te występowały w nie utlenionej formie (lub osiągały tylko niewielki stopień utlenienia), a najlepiej, aby od azotku niklu lub chromu, bądź któregokolwiek z zastosowanych metali.

W większości przykładów wykonania przedmiotu wynalazku następujące właściwości będą występować w jednolitym arkuszu szkła zastosowanym w izolującym zespole wieloszybowym, w celu uzyskania możliwości łączenia przy użyciu opisanego systemu powłok rozpylonego jonowo na jednej z jego płaskich powierzchni w zakresie grubości przedstawionym powyżej. Właściwości są oparte na podstawie podłoża z przezroczystego, konwencjonalnego, „płynącego szkła” (to znaczy wytwarzanego w zwykłym procesie płynięcia) posiadającym grubość 6 mm. Dla szkła o innej grubości lub jeżeli jest kolorowe, określone właściwości będą zmienne zależnie od grubości, co jest wiadome w tej dziedzinie.

JEDNOLITY ARKUSZ (6 mm grubości)

Właściwość	Zakres	Preferowany zakres	Konkretny przykład
TY (%)	przed o.c.	63-73	67-72	70
	po o.c.	68-78	72-77	75
RgY (%)	przed o.c.	7-13	8-12	10
	po o.c.	7-13	8-12	8
a*	przed o.c.	-2.6 do -6.0	-3.6 do -5.0	-4.3
	po o.c.	-2.3 do -6.3	-3.3 do -5.3	-4.3
b*	przed o.c.	-3.5 do -9.5	-5.5 do -7.5	-6.5
	po o.c.	-4.5 do -10.5	-6.4 do -9.0	-7.5
RfY (5)	przed o.c.	3-7	4-6	5.0
	po o.c.	2-6.4	3-5.4	4.2
a*	przed o.c.	+ 1.4 do -3.4	+0.4 do -2.4	-1.0
	po o.c.	-0.6 do -6.0	-1.6 do -5.0	-3.3
b*	przed o.c.	+2.5 do -6.5	+0.5 do -4.5	-2.0
	po o.c.	-3 do -12	-5.0 do -10.0	-7.5
En	przed o.c.	0.16-0.25	0.18-0.22	0.20
	po o.c.	0.18-0.23	0.16-0.20	0.18
Eh	przed o.c.	0.17-0.26	0.19-0.23	0.21
	po o.c.	0.15-0.24	0.17-0.21	0.19
Rs (omów/powierzch.) przed o.c.	15-20	15.5-18.5	17.0
	po o.c.	10-20	11.5-14.6	13.0
AE*ab		< 5.0	< 4.0	3.6
Aa*		< 0.8	< 0.5	0.0

W powyższej tabeli, TY oznacza przepuszczalność światła widzialnego, o.c. oznacza obróbkę cieplną (w tym wypadku hartowanie), RY oznacza odbicie, indeks dolny F oznacza stronę powlekaną,

PL 198 005 B1 indeks dolny G oznacza stronę szklą. Wartości a* i b* są współrzędnymi koloru mierzonymi według opisanej techniki CIE LAB 1976, I11.C.10°C obserwatora, En jest emisyjnością normalną, Eh emisyjnością półkolistą, a R_s opornością arkusza wyrażoną w omach na jednostkę powierzchni, AE*_ab i Aa* są użyte zgodnie z tym jak zostały zdefiniowane powyżej.

Jak widać na konkretnym przykładzie w powyższej tabeli AE*_ab wynosi 3.6. Nawet pomimo Aa* o niezwykle akceptowalnej wartości 0.0, wartość AE jest zbyt duża dla jednolitego arkusza do osiągnięcia możliwości łączenia (to znaczy porównania jego formy po obróbce cieplnej i bez obróbki cieplnej). Jakkolwiek jeżeli ten przykład zostanie wykorzystany w izolującym zespole szybowym lub szkle wielowarstwowym, różnice pomiędzy formą po obróbce cieplnej i bez obróbki cieplnej zostaną zamaskowane i te dwa produkty będą mogły być łączone.

P r z y k ł a d nr 2

Jako inny przykład obrabialności cieplnej i możliwości łączenia wyrobu według wynalazku, zastosowano inny arkusz 6 mm przezroczystego płynącego szkła pokrytego układem powłok według wynalazku i przycięto, aby utworzyć dwie tafle szkła do zastosowania w dwóch oddzielnych izolujących zespołach szybowych o 12,7 mm szczelinie powietrznej, posiadających inne odprężone przezroczyste „płynące” szkło w arkuszach o 6 mm grubości. Jeden z powleczonych przyciętych arkuszy jest następnie hartowany w zwykłym piecu hartowniczym w temperaturze 685°C w cyklach trzy minutowych i schładzany do temperatury pokojowej.

Pomiary grubości powłok wykonano przy pomocy techniki elipsometru (J.A. Woollam Co.), opisanej powyżej. Powłoka zawiera pięć rozdzielonych stref powlekania, zazwyczaj stosowane są tylko trzy. Warunki przygotowania każdej z nich wyglądają następująco:

PRZYGOTOWANIE OGÓLNE

Strefa powlekania	CZ-1	CZ-2	CZ-3	CZ-4	CZ-5
Materiał	Ti	Ti	Si*	NiCr	Ag	NiCr	Si*
Moc, kW	Wył.	Wył.	Wł.	Wł.	Wł.	Wł.	Wł.
Gazy	Wył.	Wył.	Wł.	Wł.	Wł.	Wł.	Wł.
Prędkość liniowa	5,1 m/min	-	-	-	-	-	-

• Jak wspomniano powyżej mogą występować domieszki około 5 do 11% Al. W celu ułatwienia rozpylania jonowego, które w środowisku azotu skutkuje powstawaniem składnika AlN posiadającego bardzo podobne właściwości optyczne do Si3N₄. Występowanie lub nie występowanie AlN w powłokach zostało uznane za nieznaczące i dlatego też jest w pełni opcjonalne, wyłącznie dla ułatwienia rozpylania jonowego.

Strefa powłoki nr 1, parametry procesu:

Katoda	1	2	3	4	5	6
Materiał	Ti	Ti	Ti	Ti	Ti	Ti
Typ	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag
Gaz	Argon	Tlen	Azot	-	-	-
Przepływ cm3	0	0	2000	-	-	-
Ciśnienie	0,33 Pa	-	-	-	-	-
Moc, kW	Wył.	Wył.	Wył.	Wył.	Wył.	Wył.
Prędkość liniowa	5,1 m/min	-	-	-	-	-

PL 198 005 B1

Strefa powłoki nr 2, parametry procesu:

Katoda	7	8	9	10	11	12
Materiał	Ti	Ti	Ti	Ti	Ti	Ti
Typ	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag
Gaz	Argon	Tlen	Azot	-	-	-
Przepływ cm3	0	0	1700	-	-	-
Ciśnienie	0,33 Pa	-	-	-	-	-
Moc, kW	Wył.	Wył.	Wył.	Wył.	Wył.	Wył.
Prędkość liniowa	5,1 m/min	-	-	-	-	-

Strefa powłoki nr 3, parametry procesu:

Katoda	13	14	15	16	17	18
Materiał	Si	Si	Si	Si	Si	Si
Typ	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag
Gaz	Argon	Azot	-	-	-	-
Przepływ cmP	950	1150	-	-	-	-
Ciśnienie	0,33 Pa	-	-	-	-	-
Moc, kW	24.2	24.2	24.2	24.2	24.2	24.2
Prędkość liniowa	5,1 m/min	-	-	-	-	-

Strefa powłoki nr 4, parametry procesu:

Katoda	31		32		33
Materiał	NiCr		Ag		NiCr
Typ	płaski		płaski		płaski
Gaz	Argon		Razem		-
Przepływ cmP	1814		1814		-
Nastawa	100		-		-
Ciśnienie	0,33 Pa		-		-
Moc, kW	4.6		4.0		4.25
Prędkość liniowa	5,1 m/min		-		-

PL 198 005 B1

Strefa powłoki nr 5, parametry procesu:

Katoda	25	26	27	28	29	30
Materiał	Si	Si	Si	Si	Si	Si
Typ	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag	C-Mag
Gaz	Argon	Azot	-	-	-	-
Przepływ cm3	900	1502	-	-	-	-
Nastawa	18	-	-	-	-	-
Ciśnienie	0,33 Pa	-	-	-	-	-
Moc, kW	30.0	30.0	30.0	30.0	30.0	30.0
Prędkość liniowa	5,1 m/min	-	-	-	-	-

W odniesieniu do fig. 1, wspomniany wyżej proces skutkuje systemem pięcio-warstwowej powłoki o następujących grubościach warstw:

Nr warstwy na Rysunku Grubość nm (około) (SisN₄) 31 (80/20, Ni/Cr) 13 (srebro) 5,7 (80/20, Ni/Cr) 12 (Si3N₄) 41 warstwy pośrednie 5 i 9 nie zawierają tlenków i azotków Ni i Cr. System warstw jest chemicznie i mechanicznie trwały zgodnie z powyższą definicją tych określeń, zarówno przed jak i po obróbce cieplnej.

Jak wspomniano tak pokryty arkusz jest przycinany do odpowiedniego rozmiaru. Jedna z odciętych części jest następnie umieszczana w izolującym zespole szybowym, jak ukazany przez fig. 2, przy użyciu zwykłych technik i znanych, organicznych uszczelniaczy. Komora 30 ma nominalnie 12,7 mm, a powłoka znajduje się po wewnętrznej stronie arkusza 21 tworząc nie obrabiany cieplnie, izolujący zespół szybowy. Druga odcięta część jest hartowana, jak opisano to powyżej i podobnie umieszczana w izolującym zespole szybowym, w tym jednak przypadku tworząc obrabiany cieplnie izolujący zespół szybowy. Jednorodny arkusz szklany posiadał następujące właściwości optyczne.

Jednorodny arkusz

Właściwość	Przed obróbką cieplną	Po obróbce cieplnej	AE*ab	Aa*
TY	69.83	74.81	2.6	-
a*	-1.73	-1.98	-	-
b*	-2.10	-0.95	-	-
RgY	9.91	8.20	3.95	-
a*	-4.58	-4.55	-	-.03
b*	-6.21	-8.04	-	-
RfY	4.67	4.03	5.50	-
a*	-1.16	-3.10	-	-
b*	-2.87	-7.65	-	-
Rs	16.3	12.9	-	-
En	0.197	0.172	-	-
Eh	0.214	0.187	-	-

PL 198 005 B1

Jak widać jednorodny arkusz osiągnął obrabialność i niskie wartości E, jak również akceptowalny niebieskozielony kolor. AE*_at, od strony powłoki jest całkiem wysokie, lecz nie jest to strona istotna. Istotna jest raczej AE*_at, dla strony szkła, która jest ważna z punktu widzenia możliwości łączenia. AE*_ab patrząc od strony szkła wynosi 3.95, zaś Aa* -.03 i dlatego pojedynczy arkusz nie umożliwia łączenia. Jakkolwiek należy zauważyć zwiększenie przepuszczalności światła widzialnego TY. Izolujące zespoły szybowe umożliwiają łączenie, co widać z następującej tabeli:

Izolujący zespół szybowy Jednorodny arkusz

Właściwość	Przed obróbką cieplną	Po obróbce cieplnej	AE*ab	Aa*
Tvis	61.68	65.96	2.47	-
a*	-3.22	-3.52	-	-
b*	-2.12	-1.11	-	-
Rg (vis)	13.93	12.63	1.76	-
a*	-4.27	-4.31	-	-.04
b*	-6.93	-8.13	-	-
Rf (vis)	11.65	11.62	2.11	-
a*	-1.62	-1.97	-	-
b*	-2.5	-4.58	-	-
T uv	39	42	-	-
T słoneczne	42	44	-	-
R słoneczne	14	15	-	-
Wartość U (zima)	0.37 kJ	0.36 kJ	-	-
Wartość U (lato)	0.4 kJ	0.39 kJ	-	-
Współczyn. zacienienia	0.59	0.60	-	-
S.h.g.C	0.503	0.519	-	-
r.h.g	122	126	-	-

Porównanie to obrazuje efektywność przedmiotu wynalazku. Nie tylko osiągnięto możliwość łączenia, lecz również kolor o komercyjnym zastosowaniu i bardzo akceptowalne wartości U i współczynników zacienienia, co będzie zrozumiałe dla osoby biegłej w tej dziedzinie, w porównaniu do znanych wymagań na rynku.

Jak widać dalej dzięki utrzymaniu AE*_at) i Aa* w podanych wyżej zakresach, nawet przy dość dużym Ab*, szkło wielowarstwowe i izolujące zespoły szybowe są tworzone z powlekanych jednorodnych arkuszy, które same w sobie, po obróbce cieplnej mogą nie mieć możliwości łączenia, a nawet pomimo to szkło wielowarstwowe i izolujące zespoły szybowe taką zdolność posiadają. Ponadto w otrzymanym produkcie można w pełni wykorzystać zalety srebra, powodujące bardzo niskie współczynniki U i zacienienia. Osiągnięto ponadto neutralny niebieskozielony kolor pożądany w wielu zastosowaniach architektonicznych, ponieważ współczynniki a* i b* są ujemne.

Poza podanym opisem wiele innych cech i ulepszeń stanie się widocznych dla osoby biegłej w tej dziedzinie. Te inne cechy i modyfikacje oraz ulepszenia są również rozważane jako część przedmiotu wynalazku, którego zakres jest określony przez następujące zastrzeżenia patentowe.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Powlekany wyrób szklany zawierający rozstawione dwa podłoża szklane, przy czym co najmniej jedno z tych podłoży zawiera nałożony układ powłok, który zawiera warstwę spodnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 31 do 35 nm, pierwszą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm, warstwę łączną zawierającą Ag o grubości od 5,2 do 6,2 nm, drugą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm oraz warstwę wierzchnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 39 do 44 nm, znamienny tym, że podłoże szklane (1) z nałożonym układem powłok po obróbce cieplnej ma w widoku od strony podłoża szklanego (1) wartość współczynnika zmiany barwy AE*_at, wynoszącą najwyżej 2,5 i wartość zmiany współrzędnej barwy Aa* w układzie barw CIELab mniejszą niż 0,5.
2. 2. Powlekany wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że układ powłok ma warstwę łączną zawierającą Ag, stykającą się z pierwszą (5) i drugą warstwą pośrednią (9) zawierającą NiCr.
3. 3. Powlekany wyrób szklany według zastrz. 2, znamienny tym, że układ powłok ma warstwę spodnią (3) zawierającą azotek krzemu, stykającą się z co najmniej jednym podłożem szklanym (1), zaś pierwsza warstwa pośrednia (5) zawierająca NiCr znajduje się bezpośrednio pomiędzy warstwą spodnią (3) zawierającą azotek krzemu a warstwą łączną (7) zawierającą Ag.
4. 4. Powlekany wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że obydwa podłoża szklane (1) zawierają szkło, zaś w układach powłok obydwie warstwy spodnie (3) zawierające azotek krzemu zawierają Si3N4.
5. 5. Powlekany wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że układ powłok ma nie utlenioną i nie azotowaną pierwszą (5) i drugą warstwę pośrednią (9) zawierającą NiCr.
6. 6. Powlekany wyrób szklany według zastrz. 1, znamienny tym, że podłoże szklane (1) z układem powłok jest obrabiane cieplnie i posiada przed obróbką cieplną barwę o współczynnikach:

   a* od -2.6 do -6.0 b* od -3.5 do -9.5
7. 7. Powlekany wyrób szklany według zastrz. 6, znamienny tym, że układ powłok posiada przepuszczalność światła widzialnego po obróbce cieplnej o co najmniej 4% większą, niż przed obróbką cieplną.
8. 8. Sposób wytwarzania powlekanego wyrobu szklanego, zawierającego rozstawione dwa podłoża szklane, polegający na nakładaniu na co najmniej jednym szklanym podłożu układu powłok, który zawiera warstwę spodnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 31 do 35 nm, pierwszą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm, warstwę łączną zawierającą Ag o grubości od 5,2 do 6,2 nm, drugą warstwę pośrednią zawierającą NiCr o grubości od 1 do 2 nm oraz warstwę wierzchnią zawierającą azotek krzemu o grubości od 39 do 44 nm, znamienny tym, że podłoże szklane z nałożonym układem powłok poddaje się obróbce cieplnej w temperaturze od 593 do 788°C, po której układ powłok posiada wartość współczynnika zmiany barwy AE*_at) wynoszącą najwyżej 2,5 i wartość zmiany współrzędnej barwy Aa* w układzie barw CIELab mniejszą niż 0,5, w widoku od strony podłoża.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że podłoże szklane z nałożonym układem powłok poddaje się obróbce cieplnej przez okres czasu powodujący zwiększenie przepuszczalności światła widzialnego układu powłok o co najmniej 4%.
10. 10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym. że stosuje się warstwy izolujące zawierające Si3N4, a warstwę łączną zawierającą Ag umieszcza się pomiędzy parą warstw pośrednich zawierają-