專利名稱：能回火的日光控制層體系及用于制備該層體系的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在透明基底之上的、具有可調節(jié)的反射色及透射 率的、可回火的日光控制層體系。
背景技術：
這類借助于真空涂布而施加于玻璃上的層體系主要在建筑業(yè)中用 于窗和立面的構造和用于汽車業(yè)中。在該兩種應用領域中，該層體系 必須是化學穩(wěn)定的并且是機械堅固的，其中，存在著標準化的測試來
可類比地評價這些特性，例如在5%的鹽酸中煮沸以及各種摩擦測試。
同時，該層體系必須對于可見光具有很高程度透過性(透射率)，
透射率值優(yōu)選為約75%至80%，并且對于在幾(am的波長范圍輻射，即 在所謂的近紅外范圍內的輻射具有很高程度的反射能力。這種特殊的、 依賴于波長的透射率及反射特性是主要用于日光防護的層體系一即公 知的日光處理(亦即日光控制)體系的特征。但是，在特別的應用情 況中，也需要遠紅外區(qū)域內的高反射能力，該反射能力反映在層體系 的發(fā)射性能上。
所涉及的施加于玻璃上的日光防護層體系的另一重要特性是熱處 理的可行性，諸如該熱處理例如用于制備建筑和汽車工業(yè)用的安全玻 璃的回火過程中，或者用于擋風玻璃的玻璃成型過程中。因為在不同 的應用情況中需要的是為了成本低廉地制備和獲得均質的層，在熱 處理之前進行涂布，所以該層體系必須具有如下機械、化學和光學的 特性，所述特性在伴隨根據(jù)應用情況而不同的溫度模式和時間模式的 各種熱處理過程中不會或基本不會劣化。在US 6，159，607中描述了一種基本針對所述這些要求的層體系。 據(jù)此，用化學計量上的氮化硅層(Si3N4)覆蓋由鎳或鎳的合金構成的、 具有針對紅外線輻射所需的反射特性的金屬層，所述氮化硅層(Si3N4) 又使得層體系在機械上和在化學上穩(wěn)定。
由于熱處理，該含鎳的金屬層不會使發(fā)射能力的劣化。但是已發(fā) 現(xiàn)的是，在熱處理的歷程中，會發(fā)生特別是氮從氮化硅層到金屬層的 擴散過程以及鎳沿著相反方向的擴散過程。
由于所述過程，依賴于熱處理的溫度和持續(xù)時間地，使所述層體 系發(fā)生相對于未經(jīng)熱處理的層體系的色移，這特別是對于在建筑中的 應用而言是不期望的。因為在立面構造中出于成本原因，只能在真正 需要防止事故的地方使用經(jīng)熱處理的安全玻璃，從而使得總是要相毗 鄰地使用未經(jīng)熱處理的玻璃和經(jīng)熱處理的玻璃，并由此特別是表現(xiàn)出 可能出現(xiàn)的色差。
因為在波長為大約10Mm的另外的遠紅外區(qū)域內這種色差對于紅 外反射性層體系也是不期望的，所以在WO 02/092527中介紹了這樣的 層體系，所述層體系在反射層與設置于該反射層之上的、也可由氮化 硅組成的介電層之間插入優(yōu)選含有鎳鉻氧化物的、所謂的抗遷移層。 該抗遷移層應在熱處理期間及之后對導致色差的擴散過程進行補償。 但是，實踐中已經(jīng)證實這只對于確定的熱處理過程起效。
在EP 0646 551中介紹了避免相毗鄰地使用的經(jīng)熱處理的和未經(jīng) 熱處理的玻璃而引起的色差的另一種可能性。據(jù)此，利用位于紅外反 射性金屬層之下的另一氮化硅層以及一個或兩個氮化硅層的可變厚 度，除了機械和化學特性之外，特別是有針對性地對層體系的光學特 性進行調整，由此，能夠精確地生產(chǎn)出有針對性的、很小的色偏，從 而使得在熱處理之后不再存在可見的色差并且這些經(jīng)涂布的玻璃可用 在立面中。但是，為此必須制備兩個不同的、彼此之間以及與熱處理過程相互精確地協(xié)調的層體系。這種層體系的調諧對于每個要用的顏 色都是必需的并因此是非常高成本和不靈活的，并且只有在所需要的 每個層體系的機械和化學穩(wěn)定性容許的限度內才可行。
在應用情況中，各種不同的、彼此協(xié)調的層體系的使用只能通過 如下的層體系來阻止，即，所述的層體系即使在如下的熱處理中也基 本不改變其光學特性，在所述熱處理中，在持續(xù)時間和處理溫度方面， 在各種過程內常用的范圍是可以充分利用的并且同時這兩個參數(shù)是可
以靈活選擇的。為此目的，在US 6,524,714中介紹了一種層體系，該 層體系代替公知的含鎳的反射層而使用至少部分氮化的金屬層，優(yōu)選 是含鎳的或含鉻的金屬氮化物。在這里，金屬的氮化度通過在涂布步 驟的工作氣體中的氮份額來調整，在所述涂布步驟中施加金屬。
通過對反射性金屬層進行氮化，至少在所述的625'C下10分鐘的 熱處理范疇內降低了所描述的特別是氮在該層體系中的擴散過程并進 而降低了該層體系的色移。在此， 一種具有相同的、但不含氮化物的 金屬層并經(jīng)歷相同熱處理的層體系被用作對比。
但是，利用金屬的氮化，除了機械和化學穩(wěn)定性減小之外還會連 帶引起特別是紅外區(qū)域內反射特性的劣化。雖然減小的穩(wěn)定性可以通 過氮化硅層的改性來補償，但是在每種情況下與之相聯(lián)系的是光學特 性的變化，從而要在色移與穩(wěn)定性之間尋找一個讓步。
另外，還需要的是，使這種反射性層體系同樣歷經(jīng)靈活的熱處理 過程，并在此滿足對機械特性、化學特性和光學特性方面的要求。
因此，本發(fā)明的任務在于提供一種借助于真空涂布可施加于玻 璃上的日光防護層體系及用來制備該層體系的方法，該體系能可變地 進行熱處理并且在此在保持化學和機械穩(wěn)定性的情況下，不具有可見 的色移。該任務通過一種具有權利要求1的特征的層體系以及一種具有權 利要求23的特征的方法來解決。本發(fā)明的有利構造方案是從屬權利要 求的主題。
用于涂布介電基底so的、可回火的、對可見光進行反射和吸收的 層體系在該基底so上以如下順序包含有至少一個高折射透明介電層 S2、功能性的金屬反射和吸收層S4以及高折射透明介電層S6。
根據(jù)本發(fā)明的日光控制層體系使得對反射色及透射率的調整成為 可能。
在此，可以設置為，對于波長為550nm的光，層S2和S6中至少 一個折射率在2.0與2.5之間。
根據(jù)本發(fā)明的構造方案，層S2由金屬的、半導體的或半導體合金 的氧化物或氮化物組成。本發(fā)明的另一構造方案設置為，層S6含有硅。
根據(jù)本發(fā)明的層體系可以有利地以如下方式實施，使得層S2和 S6中的至少一個由不同材料的至少兩個分層組成。
在這里，可以設置為，層S2和S6中的至少一個含有金屬的、半 導體的或半導體合金的氧化物或氮化物。本發(fā)明的另一構造方案設置 為，層S6含有硅。
例如可以設置為，層S2和S6的至少一個含有Sn02和Si3N4。
根據(jù)本發(fā)明的又一構造方案，層S4由鉻或鉻化合物，例如CrNx 組成?？蛇x地可以設置為，層S4由鈦或鈦化合物，例如TiNx組成。
另外，可選地可以設置為，層S4由NiCr或NiCr-化合物組成。
根據(jù)本發(fā)明的改進方案，在基底S0與層S2之間布置一個中等折 射至低折射的透明介電阻隔層和/或粘附層Sl。
對于波長為550nm的光，層Sl的折射率有利地處于1.60與1.75 之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一改進方案，在層S6上設置有中等折射至低折射 的透明介電阻隔層和/或粘附層S7。
對于波長為550nm的光，層S7的折射率有利地處于1.60與1.85 之間。
根據(jù)本發(fā)明的構造方案，層Sl和S7中的至少一個含有金屬的、 半導體的或半導體合金的氧氮化物。
可以有利地設置為，在層S2與S4之間插入阻擋層S3。
另外還可以有利地設置為，在層S4與S6之間插入阻擋層S5。
在此，層S3和S5中的至少一個可以含有SiOxNy，亞化學計量上 的NiCrOx或NiCrNx。
根據(jù)本發(fā)明的另一構造方案，設置至少另一個金屬反射和吸收層。
有利的是，至少另一個金屬反射和吸收層含有鉻或鈦。此外還可以設置為，至少另一個金屬反射和吸收層含有氮。 在本發(fā)明的優(yōu)選改進方案中，至少另一個金屬反射和吸收層是含
氮的鉻-梯度化合物(Gradientenverbindung)，其中，在層的至少一個 邊緣區(qū)域內的氮含量是最大的并且向內減小。
用于制備這樣的層體系的根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，至少一 個層通過濺射，優(yōu)選是直流(DC)磁控濺射或中頻(MF)磁控濺射來 施加。
層Sl和S7中的至少一個有利地通過化學氣相沉積(CVD)工藝 或等離子體輔助的CVD工藝來施加。
優(yōu)選在含氧和/或含氮的氣氛中通過硅或硅鋁合金的反應性磁控 濺射來施加層Sl和S7中的至少一個。
特別優(yōu)選在含氧和/或含氮的氬氣氛中通過硅或硅鋁合金的反應 性磁控濺射來施加層Sl和S7中的至少一個。
此外，根據(jù)本發(fā)明地可以設置為，在含氧和/或含氮和/或含氬的氣 氛中通過硅或硅-鋁合金的反應性磁控濺射來施加層Sl和S7中的至少 一個，以作為具有不同化學計量的梯度層。
根據(jù)本發(fā)明的、可行的層體系的示例是 S0/S 1/Si3N4/CrNx/Si3N4/S7 S0/S 1/Sn02/Si3N4/CrNx/Si3N4/S7 S0/S 1/Sn02/NiCrNx/CrNx/Si3N4/S7 S0/S 1/Sn02/SiOxNy/CrNx/Si3N4/S7
通過吸收和反射層S4的厚度的變動，可以調整層體系的透射率。 通過使用不同厚度的CrNx-化合物來實現(xiàn)所期望的透射率以及實現(xiàn)完全確定的化學計量以獲得回火能力，可以將回火后的顏色遷移保持得
很小。CrNx是良好的吸收層。使用CrNx代替一般使用的NiCr或NiCr-化合物(NiCrOx)的另一優(yōu)點是，在回火之后只有很小的霧度擴大， 所述霧度擴大另外在其它情況下也會由于鎳擴散進入相鄰層中而引 起。
另外，位于吸收層之下的(基底側的)且根據(jù)所期望的反射色而 具有適宜厚度的高折射層可以不只是由Si3N4組成，而是同樣還附加 地由金屬氧化物層來構造。于是，在氧化物層與吸收層之間需要薄的 阻擋層。通過這些可能的附加材料的應用，在給定涂布機構型和目標 配置(Targetbestiickung)的情況下，能夠明顯減少周期時間。
選擇性層Sl是如下的阻隔層，該阻隔層會阻礙Na+從玻璃基底中 擴散到層體系中以及阻礙對層特性的玻璃影響，如腐蝕或吸管印痕。 此外，通過層S1的沉積，將由玻璃基底帶入到涂布設備中去的水從基 底去除掉。
同樣選擇性層S7以其涉及常用被覆層S6更低的折射率而表現(xiàn)為 去反光層(Entspiegelungsschicht)，該去反光層在期望高透射率的情 況下更明顯地提高所述層體系的透射率。
權利要求
1. 用以涂布介電基底S0的、能回火的、對可見光進行反射和吸收的層體系，所述層體系在所述基底S0上以如下順序包含有至少一個高折射的透明介電層S2、功能性的金屬反射和吸收層S4以及高折射的透明介電層S6。
2. 如權利要求1所述的層體系，其特征在于，對于波長為550nra 的光，所述層S2和S6中的至少一個的折射率在2.0與2.5之間。
3. 如權利要求1或2所述的層體系，其特征在于，所述層S2由 金屬的、半導體的或半導體合金的氧化物或氮化物組成。
4. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S6 含有硅。
5. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S2 和S6中的至少一個由不同材料的至少兩個分層組成。
6. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S2 和S6中的至少一個含有金屬的、半導體的或半導體合金的氧化物或氮 化物。
7. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S2 和S6中的至少一個含有Sn02或Si3N4。
8. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S4 由鉻或鉻化合物組成，例如由CrNx組成。
9. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S4由鈦或鈦化合物組成，例如由TiNx組成。
10. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S4 由NiCr或NiCr-化合物組成。
11. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，在所述基 底S0與所述層S2之間布置有中等折射至低折射的透明介電阻隔層和/ 或粘附層S1。
12. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，對于波長 為550nm的光，所述層Sl的折射率在1.60與1.75之間。
13. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，在所述層 S6上布置有中等折射至低折射的透明介電阻隔和/或粘附層S7。
14. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，對于波長 為550nm的光，所述層S7的折射率在1.60與1.85之間。
15. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層Sl 和S7中的至少一個含有金屬的、半導體的或半導體合金的氧氮化物。
16. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，在所述層 S2與S4之間插入阻擋層S3。
17. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，在所述層 S4與S6之間插入阻擋層S5。
18. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，所述層S3 和S5中的至少一個含有SiOxNy、亞化學計量的NiCrOx或NiCrNx。
19. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，設置至少 另一個金屬反射和吸收層。
20. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，至少另一個金屬反射和吸收層含有鉻或鈦。
21. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，至少另一 個金屬反射和吸收層含有氮。
22. 如前述權利要求之一所述的層體系，其特征在于，至少另一 個金屬反射和吸收層是含氮的鉻-梯度化合物，其中，在所述層的至少 一個邊緣區(qū)域內的氮含量是最大的并且向內減少。
23. 用于制備如權利要求l-22之一所述的層體系的方法，其特征 在于，將至少一個層通過濺射來施加。
24. 如權利要求23所述的方法，其特征在于，將至少一個層通過 DC磁控濺射或MF磁控濺射來施加。
25. 如權利要求23或24所述的方法，其特征在于，將所述層S1 和S7中的至少一個通過CVD工藝或等離子體輔助的CVD工藝來施 加。
26. 如權利要求23至25之一所述的方法，其特征在于，將所述 層Sl和S7中的至少一個在含氧和/或含氮的氣氛中通過硅或硅鋁合金 的反應性磁控濺射來施加。
27. 如權利要求23至26之一所述的方法，其特征在于，將所述 層Sl和S7中的至少一個在含氧和/或含氮的氬氣氛中通過硅或硅鋁合 金的反應性磁控濺射來施加。
28.如權利要求23-27之一所述的方法，其特征在于，將所述層 Sl和S7中的至少一個作為具有不同化學計量的梯度層而在含氧和/或 含氮和/或含氬的氣氛中通過硅或硅鋁合金的反應性磁控濺射來施加。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在透明基底之上的、具有可調整的反射色和透射率的、可回火的日光控制層體系及制備該層體系的方法。本發(fā)明基于如下任務，即，介紹一種借助真空涂布可施加于玻璃上的日光防護層體系，該層體系能可變地進行熱處理并且在此在保持化學和機械穩(wěn)定性的情況下，不具有可見的色移，該任務通過一種用以涂布介電基底S0的、對可見光進行反射和吸收的、可回火的層體系來解決，所述層體系在基底S0上以如下順序包含有至少一個高折射的透明介電層S2、功能性的金屬反射和吸收層S4以及高折射的透明介電層S6。根據(jù)本發(fā)明的日光控制層體系使得調整反射色和透射率成為可能。
文檔編號C03C17/34GK101535193SQ200780029570
公開日2009年9月16日 申請日期2007年8月10日 優(yōu)先權日2006年8月11日
發(fā)明者克里斯多佛·科克爾特, 霍爾格·普勒爾 申請人:馮·阿德納設備有限公司