PL226180B1

PL226180B1 - Wyrob powlekany obejmujacy uklad warstwowy

Info

Publication number: PL226180B1
Application number: PL378873A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Stachowiak
Original assignee: Guardian Industries
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2017-06-30
Also published as: EP1639221B1; EP1639221A2; WO2004103923A2; US6974630B1; CA2525749C; CA2525749A1; WO2004103923A3; ES2621831T3; PL378873A1; EP1639221A4

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy wyrobu powlekanego do zastosowania w oknie albo temu podobnym, w którym wyrób powlekany obejmuje warstwę zawierającą (warstwy zawierające) niob i chrom (np. NbCrNx). W pewnych przykładowych przypadkach, warstwę zawierającą (warstwy zawierające) niob i chrom można stosować, jako warstwę zaporową albo warstwę kontaktową, umieszczoną w bezpośrednim sąsiedztwie i stykającą się z warstwą odbijającą promieniowanie podczerwone, taką jak warstwa zawierająca srebro.

Znane są okna obejmujące podłoża szklane z umieszczonymi na nich powłokami kontrolującymi promieniowanie słoneczne. Takie okna można zastosować w kontekście okien budowlanych, jednostek okiennych ze szkła zespolonego (IG), okien pojazdów i/albo temu podobnych.

Patent amerykański nr US 5,514,476 ujawnia wyrób powlekany mający stos warstw: szkło/SiN/NiCr/Ag/NiCr/SiN, gdzie SiN oznacza azotek krzemu. Podczas, gdy takie powłoki są zapewne dobrymi powłokami całkowitymi, które można wykorzystać w zastosowaniach takich jak szyby przednie pojazdów i okna budowlane, wykazują one tendencję do bycia problematycznymi pod pewnymi względami. Na przykład, podczas gdy takie stosy warstw z warstwami kontaktowymi wykonanymi z NiCr („warstwa kontaktowa” stanowi warstwę, która styka się z warstwą odbijającą promieniowanie podczerwone, taką jak srebro) zapewniają skuteczną kontrolę promieniowania słonecznego i stanowią ogólnie dobre powłoki, warstwy NiCr (albo NiCrNx) są niewystarczające pod względem trwałości chemicznej. Na przykład, NiCr jest podatne na znaczne uszkodzenia, gdy jest wystawione na działanie kwasu takiego jak HCl.

Znane jest także zastosowanie niobu (Nb), jako substancji warstw kontaktowych. Na przykład, patent amerykański nr US 6,355,334 ujawnia zastosowanie Nb, jako warstwy kontaktowej przeznaczonej do dostarczenia bezpośrednio ponad warstwą srebra. Patent amerykański nr US 6,045,896 także ujawnia zastosowanie Nb, jako warstwy kontaktowej, umieszczonej bezpośrednio ponad warstwą srebra. Niestety, warstwy Nb są także niewystarczające pod względem trwałości chemicznej. W szczególności Nb ulega uszkodzeniu, gdy jest wystawiony na działanie pewnych odczynników chemicznych, takich jak roztwory zasadowe, np. po poddaniu, w celu pomiaru trwałości, jednogodzinnemu testowi we wrzącym roztworze NaOH. W zastosowaniu handlowym, w warstwie dielektrycznej (warstwach dielektrycznych) mogą tworzyć się otwory, odsłaniając w ten sposób warstwę kontaktową (warstwy kontaktowe) w pewnych obszarach; i jeśli uszkodzenie to zostało spowodowane przez roztwory zasadowe, to może to prowadzić do problemów związanych z trwałością oraz uszkodzenia powłoki. Na przykład, pewne fotografie w amerykańskim zgłoszeniu patentowym nr US 10/370,060, zgłoszonym 21 lutego, 2003 (włączonym tutaj na zasadzie odniesienia) pokazują, że warstwy Nb ulegają często uszkodzeniu wskutek jednogodzinnego testu we wrzącym roztworze NaOH (jedna godzina gotowania w roztworze zawierającym około 0,1 normalny roztwór NaOH - 0,4% NaOH zmieszane z wodą - w około 195 stopniach F). Szczegóły testu wrzenia można znaleźć w normie ASTM D 1308-87, załączonej tutaj na zasadzie odniesienia.

Patent amerykański nr US 5,837,361 ujawnia zastosowanie stopu „protektorowego” NbCr, bezpośrednio ponad warstwą srebra; gdzie celem warstwy protektorowej jest zabezpieczenie srebra przed utlenieniem podczas osadzania kolejnej warstwy tlenku metalu (patrz trzecia kolumna, linijka pięćdziesiąta do sześćdziesiątej pierwszej). NbCr stanowi substancję trwałą. Jednak, jak wyjaśniono w patencie '361, ta warstwa jest albo częściowo albo całkowicie utleniana po osadzeniu warstwy tlenku metalu bezpośrednio nad nią. Niestety, to utlenianie warstwy stopu NbCr może powodować, że wartość ΔΕ* wyrobu powlekanego będzie nadmiernie wysoka, jeśli i kiedy przebiega obróbka cieplna. Dla opisu ogólnego co należy rozumieć przez wartości ΔΕ*, patrz patent amerykański nr US 6,472,626, którego ujawnienie włączono tutaj na zasadzie odniesienia.

Zgodnie z tym, istnieje zapotrzebowanie na wyrób powlekany, który ma ulepszoną trwałość i/albo dobre wartości ΔE* po obróbce cieplnej. Nieograniczający przykład ulepszonej trwałości można osiągnąć za pomocą warstwy kontaktowej albo zaporowej, która urzeczywistnia ulepszoną odporność względem roztworów zasadowych (np. w porównaniu z Nb) i/albo kwasu takiego jak HCl (np. w porównaniu z NiCr) wskazując w ten sposób ulepszoną trwałość chemiczną. Przykładowym celem pewnych postaci wykonania niniejszego wynalazku jest spełnienie tego zapotrzebowania, i/albo innych zapotrzebowań, które staną się oczywiste dla specjalisty po zapoznaniu się z niniejszym ujawnieniem.

Niniejszy wynalazek zapewnia wyrób powlekany obejmujący układ warstwowy osadzony na podłożu. Układ warstwowy zawiera co najmniej pierwszą i drugą warstwę dielektryczną, co najmniej

PL 226 180 B1 jedną warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone zawierającą srebro, umieszczoną pomiędzy co najmniej pierwszą i drugą warstwą dielektryczną, warstwę zawierającą azotek niobu i chromu. Warstwa zawierająca azotek niobu i chromu jest umieszczona w sąsiedztwie i styka się z warstwą odbijającą promieniowanie podczerwone. Wyrób powlekany charakteryzuje się tym, że układ warstwowy zawiera ponadto dodatkową warstwę zawierającą azotek niobu i chromu. Warstwa odbijająca promieniowanie podczerwone zawierająca srebro jest umieszczona pomiędzy i styka się z każdą z odpowiednich warstw zawierających azotki niobu i chromu, przy czym warstwa zawierająca azotek niobu i chromu zawiera od 1-30% Cr.

Korzystnie warstwa zawierająca azotek niobu i chromu zasadniczo jest równomiernie azotowana w całej swej grubości.

Korzystnie warstwa zawierająca azotek niobu i chromu jest azotowana w tym samym stopniu wzdłuż swojej grubości, tak że zawartość azotu zmienia się nie więcej niż ± 20% wzdłuż warstwy.

Korzystnie każda z warstw dielektrycznych zawiera co najmniej jeden materiał spośród azotku i tlenku metalu, przy czym warstwa zawierająca azotek niobu i chromu jest umieszczona w bezp ośrednim sąsiedztwie i styka się z jedną z warstw dielektrycznych, która zawiera tlenek metalu.

Korzystnie, co najmniej jedna warstwa spośród pierwszej i drugiej warstwy dielektrycznej zawiera azotek krzemu.

Korzystnie każda warstwa spośród pierwszej i drugiej warstwy dielektrycznej zawiera azotek krzemu domieszkowany glinem i/albo stalą nierdzewną.

Wyrób powlekany korzystnie stanowi jednostkę okienną IG.

Korzystnie wyrób powlekany jest poddany obróbce cieplnej.

Korzystnie warstwa zawierająca azotek niobu i chromu zawiera od 3-20% Cr.

Korzystnie wyrób powlekany ma przepuszczalność w zakresie widzialnym równą co najmniej 10%.

Korzystnie wyrób powlekany ma przepuszczalność w zakresie widzialnym równą co najmniej 70%.

₂

Korzystnie układ warstwowy ma rezystancję właściwą mniejszą niż albo równą 20 om/², przed i/albo po obróbce cieplnej.

Zaskakująco, stwierdzono, że dodatek Cr do Nb powoduje, że uzyskana warstwa, a zatem uzyskany wyrób powlekany, realizuje doskonałą trwałość chemiczną, i również doskonałą charakterystykę termiczną. Na przykład, zastosowanie NbCrNx może umożliwić uzyskanemu wyrobowi powlekanemu (wyrobom powlekanym) osiągnięcie co najmniej jednego z: (a) ulepszonej trwałości chemicznej, takiej jak odporność na korozję powodowaną przez roztwory zasadowe (np., NaOH) i/albo kwas, taki jak

HCl; (b) dobrej charakterystyki termicznej; (c) dobrej charakterystyki mechanicznej, takiej jak odporność na zarysowanie wskutek, co najmniej częściowo, dobrego powinowactwa substancji do zarówno substancji odbijających promieniowanie podczerwone, takich jak srebro, jak i dielektryków, takich jak azotek krzemu; i/albo (d) niskich wartości ΔΕ* po obróbce cieplnej.

Fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny wyrobu powlekanego według przykładowej postaci wykonania niniejszego wynalazku, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny wyrobu powlekanego z fig. 1 (albo jakiejkolwiek innej fig. w niniejszym dokumencie) zastosowanego w jednostce okiennej IG według przykładowej postaci wykonania niniejszego wynalazku, fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny wyrobu powlekanego według innej przykładowej postaci wykonania niniejszego wynalazku.

W pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku można dostarczyć wyroby powlekane tak, aby miały co najmniej jedną warstwę kontaktową albo zaporową, zawierającą azotek niobu i chromu (NbCrNx). Warstwę zawierającą (warstwy zawierające) NbCrNx można stosować jako warstwę kontaktową (warstwy kontaktowe) znajdującą się w bezpośrednim sąsiedztwie warstwy odbijającej promieniowanie podczerwone, takiej jak srebro w pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku. Pewne przykładowe postacie wykonania niniejszego wynalazku dotyczą podwójnych stosów srebra, podczas gdy inne dotyczą pojedynczych stosów srebra, albo innych typów stosów warstw.

Wyroby powlekane według niniejszego wynalazku można stosować w kontekście jednostek okiennych ze szkła zespolonego (IG), okien budowlanych, mieszkalnych jednostek okiennych (np., IG i/albo monolitycznych), samochodowych jednostek okiennych takich jak warstwowe szyby przednie, szyby tylne, albo szyby boczne, i/albo innych odpowiednich zastosowaniach.

Fig. 1 przedstawia boczny przekrój poprzeczny wyrobu powlekanego według przykładowej, nieograniczającej postaci wykonania niniejszego wynalazku. Wyrób powlekany obejmuje podłoże 1 (np., podłoże szklane ze szkła przezroczystego, zielonego, brązowego albo niebiesko-zielonego o grubości od około 1,0 do 10,0 mm, bardziej korzystnie od około 2 mm do 6 mm), oraz powłokę

PL 226 180 B1 (albo układ warstwowy) 27 dostarczoną na podłożu 1 zarówno bezpośrednio jak i niebezpośrednio. Powłoka (albo układ warstwowy) 27 może obejmować: opcjonalną warstwę tlenku tytanu 3 (warstwa dielektryczna), warstwę azotku krzemu 4, który może stanowić Si₃N₄, albo typu wzbogaconego w Si (inna warstwa dielektryczna), pierwszą, dolną warstwę kontaktową 7, która styka się i zabezpiecza warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone 9, pierwszą przewodzącą i potencjalnie metaliczną warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone 9, pierwszą górną warstwę kontaktową 11, która styka się i zabezpiecza warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone 9, warstwę dielektryczną 13, inną warstwę zawierającą azotek krzemu 14 (inna warstwa dielektryczna), drugą, dolną warstwę kontaktową 17, która styka się i zabezpiecza warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone 19, drugą, górną warstwę kontaktową 21, która styka się i zabezpiecza górną warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone 19, warstwę dielektryczną 23, i wreszcie zabezpieczającą warstwę dielektryczną 25. Każda z warstw „kontaktowych” 7, 11, 17 i 21 styka się z co najmniej jedną warstwą odbijającą promieniowanie podczerwone (np. warstwą zawierającą Ag, wykonaną z Ag, stopu Ag, albo temu podobną). Wymienione powyżej warstwy 3-25 tworzą powlokę niskoemisyjną 27, którą dostarczono na podłożu szklanym albo z tworzywa sztucznego 1.

Warstwy odbijające promieniowanie podczerwone 9 i 19 są korzystnie metaliczne i/albo przewodzące, i mogą zawierać albo składać się zasadniczo ze srebra (Ag), złota, albo jakiejkolwiek innej odpowiedniej substancji odbijającej promieniowanie podczerwone. Te warstwy odbijające promieniowanie podczerwone 9, 19 pomagają powłoce 27 uzyskać niskoemisyjność i/albo dobre charakterystyki kontroli promieniowania podczerwonego. W pewnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku warstwa odbijająca (warstwy odbijające) promieniowanie podczerwone może być w niewielkim stopniu utleniona.

Jedna albo obie z górnych warstw kontaktowych 11 i 21 może być wykonana z/albo może zawierać NbCrN_x. Zaskakująco, stwierdzono, że dodatek Cr do Nb powoduje, że otrzymana warstwa zawierająca NbCrNx (a zatem uzyskany wyrób powlekany) realizuje doskonałą trwałość chemiczną i mechaniczną, jak również doskonałą charakterystykę termiczną. Ponadto, uważa się, że azotowanie warstwy może poprawić wartości ΔΕ* po obróbce cieplnej, takiej jak ulepszanie cieplne, utwardzanie na gorąco albo temu podobne. Na przykład, zastosowanie NbCrNx w jednej albo więcej z warstw kontaktowych powłoki może umożliwić otrzymanemu wyrobowi powlekanemu (wyrobom powlekanym) uzyskanie co najmniej jednego z: (a) doskonałej odporności korozyjnej względem roztworów zasadowych, takich jak NaOH, i kwasu, takiego jak HCl; (b) dobrej charakterystyki termicznej; i (c) dobrej charakterystyki mechanicznej, takiej jak odporność na zarysowanie; i/albo (d) niskich wartości ΔE* (np. odblaskowych od strony szkła) po obróbce cieplnej. Stwierdzono, że NbCrNx jest zaskakująco bardziej trwałe od zarówno NiCr jak i Nb.

Jedna albo obie z dolnych warstw kontaktowych 7 i 17 może także być wykonana z/albo, w pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, może zawierać NbCrN_x. W innych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, jedna albo obie z dolnych warstw kontaktowych 7, 17 nie muszą zawierać NbCrN_x. W takich innych postaciach wykonania, jedna albo obie z dolnych warstw kontaktowych 7, 17 mogą być wykonane z/albo mogą zawierać NiCr, Nb, NiCrO_x, ZnO_x, ZnAlO_x, Ni, NbCr, Cr albo temu podobne. W pewnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, jest także możliwe, aby jedna z górnych warstw kontaktowych była wykonana z/albo zawierała jedną z tych innych substancji. Zatem, można zauważyć, że NbCr nie musi być azotowane we wszystkich postaciach wykonania niniejszego wynalazku.

W pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, stosunek Nb:Cr w warstwie (warstwach) zawierającej NbCrNx może wynosić od około 0,4 do 90, bardziej korzystnie od 0,75 do 50,0 (to jest, może być od około 0,75 do 50,0 razy tyle Nb w warstwie w porównaniu z Cr w warstwie, w odniesieniu do % atomowego). W pewnych przykładowych postaciach wykonania, warstwa zawierająca NbCr (która może, albo też nie, być azotowana) może zawierać od około 1-70% atomowych Cr, bardziej korzystnie od około 1-30% atomowych Cr, a najbardziej korzystnie od około

3-20% atomowych Cr. Stwierdzono zaskakująco, że najlepszą charakterystykę termiczną uzyskuje się dla niskich ilości Cr, ale Cr jest w szczególności potrzebne dla trwałości. Na przykład, trwałość jest doskonała dla około 20% Cr; podczas gdy dla 10% Cr, trwałość była wciąż dobra, ale poniżej 10% odporność względem roztworów zasadowych zmniejszała się wraz z % Cr, lecz wciąż była widocznie lepsza niż Nb albo NbN, aż do około 1-2% zawartości Cr. Jednak, trwałość po obróbce cieplnej może wzrastać wraz ze wzrostem zawartości Cr. Zatem, można zauważyć, że stopy NbCr, które, w niniejszym wynalazku mogą być azotowane, są korzystne z wielu punktów widzenia. W postaciach wykonania,

PL 226 180 B1 w których warstwa kontaktowa (warstwy kontaktowe) jest wykonana, albo zawiera NbCrNx (to jest, azotek NbCr), stosunek azotu w warstwie do całkowitej sumy Nb i Cr można przedstawić, w pewnych przykładowych postaciach wykonania, przez (Nb+Cr)xNy, gdzie stosunek y/x (to jest, stosunek N do Nb+Cr) wynosi od 0,05 do 0,9, jeszcze bardziej korzystnie od 0,3 do 0,8, jeszcze bardziej korzystnie od 0,4 do 0,7. Stwierdzono, że wymienione powyżej zakresy stosunku y/x dla azotków NbCr są szczególnie korzystne.

Pod względem trwałości mechanicznej, takiej jak odporność na zarysowanie, w pewnych sytuacjach, odporność na zarysowanie warstwy zaporowej/kontaktowej może nie być tak interesująca jak odporność na zarysowanie całkowitego układu warstwowego, mającego na szczycie warstwę dielektryczną albo podobną. W takich przypadkach, przykładowo i nieograniczająco, pożądane jest, aby co najmniej jedna warstwa zaporowa/kontaktowa była kompatybilna z leżącym powyżej dielektrykiem (np. stanowić dobrą warstwę nukleacyjną dla warstwy leżącej bezpośrednio powyżej, takiej jak tlenek cyny albo azotek krzemu) tak, żeby dielektryk leżący powyżej mógł narastać jako substancja zwarta i twarda. Podobnie, często pożądanym jest, aby warstwa zaporowa/kontaktowa była kompatybilna ze srebrem; i substancje takie jak NiCr są czasem kłopotliwe pod tym względem. Według pewnych przykładowych postaci wykonania niniejszego wynalazku, warstwa zaporowa/kontaktowa (warstwy zaporowe/kontaktowe), zawierająca NbCr (azotowana lub nie) jest kompatybilna zarówno ze srebrem jak i z substancjami dielektrycznymi, takimi jak tlenek cyny i azotek krzemu, umożliwiając w ten sposób dobrą trwałość mechaniczną, taką jak odporność na zarysowanie w pewnych przykładowych, nieograniczających postaciach wykonania.

Warstwę dielektryczną (warstwy dielektryczne) zawierającą azotek krzemu 4 i/albo 14 można dostarczyć tak, aby między innymi poprawiać możliwość obróbki cieplnej wyrobów powlekanych (opcjonalnej), np. takiej jak ulepszanie cieplne albo temu podobne. W pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku warstwy 4 i/albo 14 mogą stanowić stechiometryczny azotek krzemu (to jest, Si₃N₄). Jednak, w innych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, warstwy 4 i/albo 14 mogą stanowić niestechiometryczny azotek krzemu, taki jak wzbogacony w Si azotek krzemu. W postaciach wykonania ze wzbogaconym w Si, jedna albo obie z potencjalnie wzbogaconych w Si warstw azotku krzemu 4 i/albo 14 może być scharakteryzowana przez warstwy bogate w Si, opisane w US2002/0064662, którego ujawnienie włącza się tutaj na zasadzie odniesienia. Stwierdzono, że zastosowanie warstwy azotku krzemu wzbogaconego w Si w warstwie (warstwach) 4 i/albo 14 umożliwia w pewnych przypadkach zmniejszenie zamglenia.

Warstwa dielektryczna 13 działa, jako warstwa sprzęgająca pomiędzy dwiema połówkami powłoki 27, i, w pewnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, może być wykonana z/albo zawierać tlenek cyny. Jednak, można zamiast niego stosować inne substancje dielektryczne w warstwie 13. Warstwy dielektryczne 23 i 25 mogą umożliwić poprawienie odporności na czynniki środowiskowe powłoki 27, i mogą także być dostarczone dla celów związanych z kolorem. W pewnych przykładowych postaciach wykonania, warstwa dielektryczna 23 może być wykonana z/albo może zawierać tlenek cyny (np. SnO₂), chociaż można zamiast niego stosować inne substancje. W pewnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku dielektryczna warstwa wierzchnia 25 może być wykonana z/albo może zawierać azotek krzemu (np., Si₃N₄), chociaż można zamiast niego zastosować inne substancje. W pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku warstwę 23 (i/albo inne warstwy na fig. 1), jak również inne warstwy, można pominąć.

Zaznaczono, że warstwy zawierające azotek krzemu, według jakiejkolwiek postaci wykonania niniejszego wynalazku (np, 4, 14 i/albo 25) mogą być ewentualnie domieszkowane od około 0-20%, bardziej korzystnie od około 5-10%, w pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, substancji takiej jak glin albo stal nierdzewna. Nawet, jeśli w pewnych przypadkach takie substancje przewodzące można dostarczyć w warstwach 4, 14 i/albo 25 w małych ilościach, to warstwy wciąż uważa się za warstwy dielektryczne w niniejszym zgłoszeniu patentowym, skoro, pomiędzy innymi, są one oparte na tlenku/azotku i nie są bardzo przewodzące, jeśli w ogóle.

Można także dostarczyć inną warstwę (warstwy) poniżej albo powyżej przedstawionej powłoki 27. Zatem, chociaż układ warstwowy albo powłoka 27 znajduje się „na” albo jest „osadzona” na podłożu 1 (bezpośrednio albo nie bezpośrednio), to pomiędzy nimi można dostarczyć inną warstwę (warstwy). Zatem, na przykład, powłoka 27 z fig. 1 może być uważana za znajdującą się „na” i „osadzona” na podłożu 1 nawet jeśli inna warstwa (warstwy) są dostarczone pomiędzy warstwą 3 a podłożem 1. Ponadto, w pewnych postaciach wykonania można usunąć pewne warstwy powłoki 27, podczas gdy w innych postaciach wykonania niniejszego wynalazku można dodać inne pomiędzy różnymi

PL 226 180 B1 warstwami albo różne warstwy (warstwę) można rozdzielić innymi warstwami (warstwą), dodanymi pomiędzy częściami podziału, bez odchodzenia od całkowitego zamysłu pewnych postaci wykonania niniejszego wynalazku. Ponadto, substancje przedstawione na rysunkach dla różnych warstw i ilość warstw przedstawionych jest pokazana jedynie celem przykładu, i nie jest ograniczająca, o ile nie zostało to wyraźnie określone. Na przykład, chociaż warstwa dielektryczna 4 została pokazana, jako wykonana z azotku krzemu, to niniejszy wynalazek nie ogranicza się do tego, ponieważ ta warstwa dielektryczna może być wykonana z jakiejkolwiek innej substancji dielektrycznej, takiej jak tlenek tytanu, albo jakiegokolwiek innego, odpowiedniego tlenku metalu i/albo azotku. Ma to również zastosowanie w przypadku innych warstw dielektrycznych.

Fig. 2 przedstawia powłokę albo układ warstwowy 27 zastosowany na powierzchni #2 jednostki okiennej IG. Powłoki 27 według jakiejkolwiek postaci wykonania według niniejszego wynalazku można stosować w jednostkach IG, tak jak pokazano na fig. 2. W celu rozróżnienia wnętrza jednostki IG od jej „części zewnętrznej”, słońce 29 przedstawiono schematycznie na zewnątrz. Jednostka IG obejmuje zewnętrzną taflę albo szybę (to jest, podłoże 1) i wewnętrzną taflę albo szybę 31. Te dwa podłoża szklane (np., szkło typu float o grubości 1-10 mm) są uszczelnione na krawędziach obwodowych za pomocą typowego szczeliwa i/albo przekładki 33 i mogą być dostarczone z typową taśmą środka suszącego (nie pokazana). Tafle mogą być następnie utrzymywane w typowej ramie mocującej okno albo drzwi. Przez uszczelnienie krawędzi obwodowych arkuszy szklanych i opcjonalne zastąpienie powietrza w przestrzeni izolacyjnej (albo komorze) 30 gazem takim jak argon, zostaje wytworzona typowa, wysoce izolująca wartość jednostki IG. Ewentualnie, w przestrzeni izolacyjnej 30 można utrzymywać ciśnienie niższe od ciśnienia atmosferycznego, w pewnych innych postaciach wykonania (z/albo bez gazu w przestrzeni 30), jednak nie jest to oczywiście konieczne we wszystkich postaciach wykonania. Chociaż wewnętrzna warstwa podłoża 1 jest dostarczona z powłoką 27 na fig. 2, to niniejszy wynalazek nie ogranicza się do tego (np. w innych postaciach wykonania niniejszego wynalazku zamiast tego, powłoka 27 może być dostarczona na wewnętrznej powierzchni podłoża 31).

Wracając do fig. 1, chociaż w różnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku można stosować różne grubości, to przykładowe grubości i substancje dla odpowiednich warstw na podłożu szklanym 1 w postaci wykonania z fig. 1 są następujące, od podłoża szklanego na zewnątrz (grubości podano w angstremach):

T a b e l a 1

Przykładowe substancje/grubości (postać wykonania z fig. 1)

Warstwa	Zakres korzystny (A)	Bardziej korzystny (A)	Przykład (A)
TiOx (warstwa 3)	0-400 A	20-150 A	40 A
SixNy (warstwa 4)	0-450 A	90-200 A	113 A
ZnOx (warstwa 7)	10-300 A	40-150 A	100 A
Ag (warstwa 9)	50-250 A	80-120 A	95 A
NbCrNx (warstwa 11)	3-100 A	3-50 A	12 A
SnO2 (warstwa 13)	0-1000 A	350-800 A	483 A
SixNy (warstwa 14)	50-450 A	90-200 A	113 A
NbCrNx (warstwa 17)	3-100 A	3-50 A	15 A
Ag (warstwa 19)	50-250 A	80-220 A	131 A
NbCrNx (warstwa 21)	3-100 A	3-50 A	10 A
SnO2 (warstwa 23)	0-750 A	70-200 A	100 A
Si3N4 (warstwa 25)	0-750 A	120-320 A	226 A

W pewnych przykładowych postaciach wykonania niniejszego wynalazku, wyroby powlekane według niniejszego wynalazku mogą mieć następujące charakterystyki niskoemisyjne, zestawione w tabeli 2, gdy zostały zmierzone dla wyrobu monolitycznego (przed ewentualną obróbką cieplną). Rezystancja właściwa (Rs) w niniejszym zgłoszeniu patentowym uwzględnia wszystkie warstwy odbijaPL 226 180 B1 jące promieniowanie podczerwone (np. warstwy srebra 9, 19) w powłoce, o ile wyraźnie nie określono tego w sposób przeciwny.

T a b e l a 2

Charakterystyki niskoemisyjne/promieniowania słonecznego (wyrób jednolity; przed obróbką cieplną)

Charakterystyka	Ogólnie	Bardziej korzystnie
Rs (om/²):	<= 20,0	<= 5,0
En	<= 0,20	<= 0,07

W pewnych przykładowych postaciach wykonania, wyroby powlekane w niniejszym zgłoszeniu patentowym mogą mieć następujące charakterystyki, mierzone dla wyrobu monolitycznego, na przykład, po obróbce cieplnej:

T a b e l a 3

Charakterystyki niskoemisyjne/promieniowania słonecznego (wyrób jednolity; po obróbce cieplnej)

Charakterystyka	Ogólnie	Bardziej korzystnie
Rs (om/²):	<= 18	<= 4,5
En	<= 0,18	<= 0,06

W pewnych przykładowych postaciach wykonania, powłoka może mieć rezystancję właściwą ₂ (Rs) mniejszą od albo równą 3,0 om/², i/albo emisyjność normalną mniejszą niż albo równą 0,04 (przed i/albo po obróbce cieplnej).

Ponadto, wyroby powlekane obejmujące powłoki 27 według pewnych przykładowych postaci wykonania niniejszego wynalazku mogą mieć następujące charakterystyki optyczne (np. gdy powłoka (powłoki) jest dostarczona na przezroczystym, sodowo-wapniowo-krzemionkowym podłożu szklanym 1, o grubości od 1 do 10 mm) (poddane albo nie poddane obróbce cieplnej). W tabeli 4, wszystkie współczynniki podano jako zmierzone dla wyrobu monolitycznego, (nawet jeśli mogą one być ostatecznie stosowane w jednostkach IG, oknach warstwowych, albo temu podobnych), o ile nie zaznaczono inaczej. W poniższej tabeli 4, RgY oznacza odbicie w zakresie widzialnym od strony szkła (g) wyrobu monolitycznego, podczas gdy RfY oznacza odbicie w zakresie widzialnym od tej strony wyrobu monolitycznego, na której umieszczono powłokę/film (f) (to jest, powłokę 27). Zaznaczono, że charakterystyki SHGC, SC, TS i przepuszczalności promieniowania nadfioletowego przedstawiono w kontekście jednostki IG (nie monolitycznej, tak jak resztę danych w tabeli 4).

T a b e l a 4

Przykładowe charakterystyki optyczne

Charakterystyka	Ogólnie	Bardziej korzystnie
Tvis (albo TY) (I11. C, 2 stopn.):	>= 10%	>= 70%
RgY (I11. C, 2 stopn.):	<= 20%	<= 15%
RfY (I11. C, 2 stopn.):	<= 20%	<= 15%
^Tnadfiolet ^(IG) :	<= 50%	<= 45%
SHGC (powierzchnia #2) (IG):	<= 0,55	<= 0,50
SC(#2) (IG):	<= 0,60	<= 0,55
TS% (IG):	<= 45%	<= 43%

Fig. 3 przedstawia wyrób powlekany według innej przykładowej postaci wykonania niniejszego wynalazku. Wyrób powlekany z fig. 3 przedstawia pojedynczy stos warstw srebra, podczas gdy wyrób powlekany z fig. 1 przedstawia podwójny stos warstw srebra. Powłoka z fig. 3 jest podobna do tej z fig. 1 pod tym względem, że zawiera ona warstwę dielektryczną 4 (np. azotek krzemu albo pewną inną substancję dielektryczną, taką jak tlenek metalu i/albo azotek metalu), dolną warstwę kontaktową 7 (np.

PL 226 180 B1 wykonaną z/albo zawierającą NbCr, NbCrOx, NbCrNx, NiCr, Nb, NiCrOx, ZnOx, ZnAlOx, Ni, Cr i/albo temu podobne), warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone 9 (np. wykonaną z/albo zawierającą Ag, Au albo temu podobne), górną warstwę kontaktową 11, zawierającą NbCrN_x, i górną warstwę dielektryczną (np. azotek krzemu albo pewną inną substancję dielektryczną, taką jak tlenek metalu i/albo azotek metalu) opisaną powyżej. Inne warstwy z postaci wykonania przedstawionej na fig. 1 nie muszą być zastosowane w postaci wykonania z fig. 3. Podobnie jak wszystkie inne postacie wykonania niniejszego wynalazku, wyrób powlekany pokazany na fig. 3 można stosować w jakimkolwiek odpowiednim kontekście, obejmującym, lecz bez ograniczania się do tego, jednostki okienne IG, warstwowe jednostki okienne, monolityczne jednostki okienne albo temu podobne.

Postać wykonania z fig. 3 jest dostarczona w celu zilustrowania zastosowania warstwy (warstw) zawierającej NbCr, która w pewnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku może być azotowana, w jednowarstwowej powłoce odbijającej promieniowanie podczerwone. Substancje i liczba warstw na fig. 3 nie są pomyślane jako ograniczające, ale przeciwnie są dostarczone jedynie w celach przykładowych. W postaci wykonania z fig. 3 można dostarczyć i/albo pominąć inne warstwy i/albo substancje.

P r z y k ł a d y

Następujące przykłady zostały przeznaczone do przygotowania za pomocą napylania katodowego i są dostarczone jedynie w celach przykładowych, i nie są pomyślane, jako ograniczające.

P r z yk ł a d 1

W przykładzie 1, azotowana warstwa NbCr (to jest, NbCrNx) została osadzona za pomocą napylania katodowego, przy użyciu mocy 1,0 kW, napięcia 465 V, szybkości liniowej 33 cali na minutę (dwa przebiegi), przepływu gazowego argonu (Ar) równego 30 sccm (normalnych centymetrów sześciennych), i przepływu gazowego azotu (N) równego 15 sccm (stosując laboratoryjne urządzenia do powlekania ILS). Po dwóch przebiegach, zaowocowało to warstwą NbCrN_x o grubości około 230 A. Może ona być zbyt gruba, jako warstwa kontaktowa, ale można ją z powodzeniem zastosować jako warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone w powłoce kontrolującej promieniowanie słoneczne. Ten przykład służy jedynie do dostarczenia przykładu jak osadzić i wytworzyć azotowaną warstwę NbCr, a cieńsze warstwy można osadzić przez jedynie zwiększenie szybkości liniowej, zmniejszenie ilości przejść, i/albo temu podobne. Dalsze szczegóły dotyczące takich azotowanych warstw zawierających NbCr według takich postaci wykonania opisano w patencie amerykańskim US 10/370,060, zgłoszonym 21 lutego 2003, którego ujawnienie włączono tutaj na zasadzie odniesienia.

P r z yk ł a d 2

W przykładzie 2, azotowaną warstwę NbCr (to jest, NbCrNx) osadzono za pomocą napylania katodowego, stosując moc 1,0 kW, napięcie 444 V, szybkość liniową 30 cali na minutę (dwa przebiegi), przepływ gazowego argonu (Ar) równy 30 sccm, oraz przepływ gazowego azotu (N) równy 12 sccm (stosując laboratoryjne urządzenia do powlekania ILS). Po dwóch przebiegach, zaowocowało to warstwą NbCrNx o grubości około 240 A. Ponownie, może ona być zbyt gruba, jako warstwa kontaktowa, ale można ją z powodzeniem stosować, jako warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone w powłoce kontrolującej promieniowanie słoneczne. Ten przykład służy jedynie do dostarczenia innego przykładu jak osadzić i wytworzyć azotowaną warstwę NbCr, a cieńsze warstwy można osadzić przez jedynie zwiększenie szybkości liniowej, zmniejszenie ilości przejść, i/albo temu podobne, jak będzie to zauważone przez specjalistę.

P r z yk ł a d 3

W hipotetycznym przykładzie 3, przedstawiono poniżej stos warstw z warstwami w stosie wymienionymi od podłoża szklanego na zewnątrz.

T a b e l a 5

Stos warstw dla przykładu 3

Warstwa	Grubość
1	2
Podłoże szklane	około 3 do 3,4 mm
TiOx	40 A
Si_XNy	113 A
ΖηΑΙΟχ	100 A

PL 226 180 B1 cd. tabeli 5

1	2
Ag	95 A
NbCrNx	15 A
SnO2	483 A
Si_XNy	113 A
NbCrNx	15 A
Ag	131 A
NbCrNx	15 A
SnO2	100 A
Si₃N4	226 A

Poniżej przedstawiono przykładowy sposób, który można stosować do wytwarzania wyrobu powlekanego z przykładu 3. W tym hipotetycznym sposobie, przepływy gazów (argon (Ar), tlen (O), i azot (N)) w tabeli poniżej przedstawiono w jednostkach ml/minutę, i zawierają one zarówno gaz strojeniowy jak i gaz wprowadzany przewodem głównym. Ustawienie λ w urządzeniu do powlekania przez rozpylanie katodowe wyrażono w jednostkach mV, i jak zostanie to zauważone przez specjalistę, jest ono wskaźnikiem cząstkowego ciśnienia gazu, stosowanego w komorze napylania (to jest, niższe ustawienie λ wskazuje wyższe ciśnienie cząstkowe gazowego tlenu). Zatem, na przykład, niższe ustawienie λ w przypadku osadzania warstwy ZnAlO oznaczałoby wyższe ciśnienie cząstkowe gazowego tlenu, co z kolei oznaczałoby mniej metaliczną (bardziej utlenioną) warstwę ZnAlO. Szybkość liniowa mogłaby wynosić około 5 m/min. Ciśnienia wyrażono w jednostkach mbar x 10^-3. Tarcze krzemowe (Si), i zatem warstwy azotku krzemu, domieszkowano około 10% glinu (Al), tak jak wskazano przez tarcze SiAl. Tarcze Zn są także domieszkowane Al w podobny sposób, tak jak wskazano przez tarcze ZnAl. W tabeli 6 można zauważyć, że tarcze stosowane w napylaniu warstw zawierających azotki niobu i chromu są wykonane z/albo zawierają Nb i Cr.

T a b e l a 6

Przykładowy sposób napylania dla przykładu 3

Katoda	Tarcza	Moc (kW)	Ar	O	N	Ustaw. λ	Ciśn.
1	2	3	4	5	6	7	8
C11	Ti	34,6	350	21,6	0	n/a	3,65
C12	Ti	35,4	350	4,56	0	n/a	4,56
C15	SiAl	52,2	250	0	305	n/a	4,38
C24	ZnAl	43	250	556	0	175	5,07
C32-a	Ag	3,1	250	0	0	0	3,69
C32-b	Ag	3,2	n/a	0	0	0	n/a
C33	NbCr	10,0	250	0	200	0	3,07
C41	Sn	46,8	200	651	75	171,4	5, 30
C42	Sn	44,2	200	651	75	171,4	6,68
C43	Sn	45,2	200	651	75	171,4	6,40
C44	Sn	49,9	200	651	75	171,4	6,69
C45	Sn	39,8	200	651	75	171,4	5,17
C52	SiAl	51,5	250	0	322	n/a	4,11
C55	NbCr	10,0	250	0	200	n/a	4,37
C62-a	Ag	4,5	250	0	0	n/a	3,43

PL 226 180 B1 cd. tabeli 6

1	2	3	4	5	6	7	8
C62-b	Ag	4,6	n/a	0	0	n/a	n/a
C64	NbCr	10,0	250	0	200	n/a	4,23
C71	Sn	41,9	200	765	75	172	5,29
C73	SiAl	54,6	225	0	430	n/a	3,93
C74	SiAl	53,3	225	0	430	n/a	5,86
C75	SiAl	54,4	225	0	430	n/a	2,52

Na podstawie powyższych przykładów można zauważyć, że warstwy zawierające azotki NbCr są osadzone w postaci azotku, za pomocą gazowego azotu, podczas ich odpowiednich procesów osadzania przez napylanie katodowe. Zatem, według pewnych przykładowych postaci wykonania niniejszego wynalazku, takie warstwy kontaktowe zawierające NbCrNx są zasadniczo równomiernie azotowane w całej swej grubości, przed i/albo po jakiejkolwiek opcjonalnej obróbce cieplnej. Innymi słowy, jedna albo więcej warstw kontaktowych zawierających NbCrNx jest azotowana w tym samym stopniu w całej swej odpowiedniej grubości, ± około 20%, bardziej korzystnie ± 10%.

W różnych postaciach wykonania niniejszego wynalazku wyroby powlekane według niniejszego wynalazku mogą, albo też nie, być poddane obróbce cieplnej (np. utwardzaniu na gorąco, wyginaniu na gorąco i/albo ulepszaniu cieplnemu).

Pewne określenia są powszechnie stosowane w powlekaniu szkła, zwłaszcza przy określaniu właściwości i charakterystyk kontroli promieniowania słonecznego szkła powleczonego. Takie określenia są tutaj stosowane zgodnie z ich dobrze znanym znaczeniem. W celu szczegółowej dyskusji przykładowych znaczeń, patrz patent amerykański nr US 10/400,080, zgłoszony 27 marca 2003, którego ujawnienie włączono tutaj na zasadzie odniesienia.

Chociaż wynalazek opisano w połączeniu z tym, co obecnie uważa się za najbardziej praktyczną i korzystną postać wykonania, to należy rozumieć, że wynalazek nie ogranicza się do ujawnionej postaci wykonania, lecz przeciwnie, obejmuje różnorodne zmiany i równoważne rozmieszczenia mieszczące się w idei i w zakresie załączonych zastrzeżeń. Na przykład, i nieogran iczająco, w pewnych przykładowych wypadkach warstwy zawierające NbCr według niniejszego wynalazku mogą być tlenowane.

Claims

1. Wyrób powlekany obejmujący układ warstwowy osadzony na podłożu, zawierający co najmniej pierwszą i drugą warstwę dielektryczną, co najmniej jedną warstwę odbijającą promieniowanie podczerwone zawierającą srebro, umieszczoną pomiędzy co najmniej pierwszą i drugą warstwą dielektryczną, warstwę zawierającą azotek niobu i chromu, przy czym warstwa zawierająca azotek niobu i chromu jest umieszczona w sąsiedztwie i styka się z warstwą odbijającą promieniowanie podczerwone, znamienny tym, że zawiera ponadto dodatkową warstwę zawierającą azotek niobu i chromu, przy czym warstwa odbijająca promieniowanie podczerwone zawierająca srebro jest umieszczona pomiędzy i styka się z każdą z odpowiednich warstw zawierających azotki niobu i chromu, przy czym warstwa zawierająca azotek niobu i chromu zawiera od 1-30% Cr.

2. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa zawierająca azotek niobu i chromu zasadniczo jest równomiernie azotowana w całej swej grubości.

3. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa zawierająca azotek niobu i chromu jest azotowana w tym samym stopniu wzdłuż swojej grubości, tak że zawartość azotu zmienia się nie więcej niż ± 20% wzdłuż warstwy.

4. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że każda z warstw dielektrycznych zawiera co najmniej jeden materiał spośród azotku i tlenku metalu, przy czym warstwa zawierająca azotek niobu i chromu jest umieszczona w bezpośrednim sąsiedztwie i styka się z jedną z warstw dielektrycznych, która zawiera tlenek metalu.

5. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna warstwa spośród pierwszej i drugiej warstwy dielektrycznej zawiera azotek krzemu.

PL 226 180 B1

6. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że każda warstwa spośród pierwszej i drugiej warstwy dielektrycznej zawiera azotek krzemu domieszkowany glinem i/albo stalą nierdzewną.

7. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że stanowi jednostkę okienną IG.

8. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że jest poddany obróbce cieplnej.

9. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa zawierająca azotek niobu i chromu zawiera od 3-20% Cr.

10. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że ma przepuszczalność w zakresie widzialnym równą co najmniej 10%.

11. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że ma przepuszczalność w zakresie widzialnym równą co najmniej 70%.

12. Wyrób powlekany według zastrz. 1, znamienny tym, że układ warstwowy ma rezystancję ₂ właściwą mniejszą niż albo równą 20 om/², przed i/albo po obróbce cieplnej.