Низкоэмиссионное прозрачное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью и оконное стекло с этим покрытием

 

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных покрытий, в частности к вакуумному нанесению прозрачных низкоэмиссионных покрытий методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе на прозрачные материалы, такие как стекла или полимерные пленки. Покрытие содержит прозрачную подложку и по меньшей мере три слоя, расположенных в ней в следующем порядке: диэлектрик, мкталл, диэлектрик, полученное методом вакуумного магнетронного распыления мишеней, причем диэлектрик получен в атмосфере смеси аргона с азотом, при этом слой металла толщиной 7-20 нм выполнен из серебра или меди, а слой диэлектрика с толщиной каждого слоя 10-60 нм выполнен из нитрида алюминиевого сплава, полученного распылением на подложку мишеней из алюминиевого сплава с содержанием примесей 0,5-0,7% массы, в том числе содержанием желез 0,25-0,3 мас.% и содержанием кремния 0,25-0,3 мас.%, при плотности тока на мишени алюминиевого сплава не менее 20 мА/см², расстоянии подложки от мишени 70-90 мм и суммарном давлении смеси аргона и азота не более 510^-4 мм рт. ст. Полученное прозрачное покрытие наносят на стекло. Изобретение позволяет упростить процесс нанесения покрытия и повысить химическую стойкость к атмосферным воздействиям. 2 с.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных покрытий, в частности, к области вакуумного нанесения прозрачных низкоэмиссионных покрытий методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе на прозрачные материалы, такие как стекла или полимерные пленки.

Низкоэмиссионные прозрачные покрытия наносят на прозрачные материалы, такие как стекла или полимерные пленки, с целью придания этим материалам спектрально-селективных свойств, обеспечивающих высокое пропускание видимого света с одновременным высоким отражением теплового (инфракрасного) излучения.

Установка таких материалов в светопрозрачные ограждающие конструкции, такие как окна гражданских и промышленных зданий, окна различных транспортных средств и т. п., позволяет сохранить тепло в помещении в холодное время года и предотвратить перегрев помещения от солнечного излучения в жаркое время года, т.е. такие материалы позволяют создавать энергоэффективные светопрозрачные ограждения.

Известно низкоэмиссионное прозрачное покрытие, состоящее по меньшей мере из трех слоев: диэлектрик, металл, диэлектрик, в котором в качестве диэлектрика используют оксиды таких металлов как Zn, Sn, Ti, In, Cd, Nb и т.п., а в качестве металла - слой Ag или Cu, при этом толщины слоев диэлектриков составляют от 100 до 600 ангстрем (10-60 нм), а толщина металла - от 70 до 200 ангстрем (7-20 нм). Причем все слои наносят в вакууме методом магнетронного распыления на постоянном токе (1, 2).

Недостатком такой структуры является необходимость нанесения сверху слоя высоко электропроводного металла (Ag или Cu) барьерного слоя из другого металла (Ti, Fe, Ni, Al и т.п.) толщиной 15-30 ангстрем (1,5-3 нм). Без этого барьерного слоя тонкий слой Ag или Си коалесцирует в островки при нанесении верхнего оксидного диэлектрика из-за воздействия высокоэнергетичных отрицательных ионов кислорода на слой металла, что в итоге приводит к резкому уменьшению коэффициента пропускания видимого света и к уменьшению отражения теплового излучения (3).

Введение дополнительного слоя металла снижает прозрачность покрытия, усложняет процесс нанесения низкоэмиссионной прозрачной структуры и удорожает весь процесс. Кроме того, структура типа оксид мeтaллa-Ag-Ti-oкcид металла имеет невысокую стойкость к внешним атмосферным воздействиям, что затрудняет хранение, транспортировку и переработку материалов с такими покрытиями.

Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является низкоэмиссионное прозрачное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью, содержащее прозрачную подложку и по меньшей мере три слоя на ней, расположенных в порядке: диэлектрик, металл, диэлектрик. Толщина каждого слоя диэлектрика составляет 10-60 нм, а слоя металла - 7-20 нм. В качестве металла используют серебро, а в качестве диэлектрика - нитрид или оксинитрид эвтектического сплава AI-Si, полученного методом магнетронного распыления мишени из указанного выше сплава при постоянном токе в атмосфере смеси аргона с азотом в едином вакуумном цикле (4).

Там же описано оконное стекло, выполненное с известным покрытием.

Задачей изобретения является упрощение процесса нанесения низкоэмиссионного прозрачного покрытия и повышения производительности при обеспечении химической стойкости к атмосферным воздействиям.

Поставленная задача решается тем, что в низкоэмиссионном прозрачном покрытии с повышенной коррозионной стойкостью, содержащем подложку и по крайней мере три слоя, расположенных на ней в порядке: диэлектрик, металл, диэлектрик, полученное методом магнетронного распыления мишеней, причем диэлектрик получен в атмосфере смеси аргона с азотом. Слой металла толщиной 7-20 нм выполнен из серебра или меди, а слои диэлектрика с толщиной каждого слоя 10-60 нм выполнены из нитрида сплава алюминия распылением на подложку мишеней из алюминиевого сплава с содержанием примесей 0,5-0,7 мас.%, в том числе содержание железа составляет 0,25-0,3 мас.%, а содержание кремния составляет 0,25-0,3 мас.%, при плотности тока на мишени алюминиевого сплава не менее 20 мА/см² и расстоянии подложки от мишени - 70-90 мм и суммарном давлении рабочих газов - не более 510^-4 мм рт.ст.

Также поставленная задача решается тем, что в оконном стекле с нанесенным на него низкоэмиссионным прозрачным покрытием с повышенной коррозионной стойкостью в качестве покрытия используют низкоэмиссионные прозрачные покрытия по п.1.

Трехслойное покрытие наносят на вакуумно-напылительной установке, предназначенной для нанесения покрытий на рулонные материалы. Подложку, полиэтилентерефталатную (майларовую) пленку, свернутую в рулон, загружают в вакуумную камеру установки, где во время производственного цикла она с помощью системы перемотки проходит через несколько рабочих отсеков. В рабочих отсеках на расстоянии 80 мм от майларовой пленки-подложки установлены магнетронные источники распыления с мишенями из серебра (одна штука) и сплава алюминия (шесть штук). В рабочие отсеки магнетронов с мишенями из сплава алюминия подают аргон и азот, суммарное давление смеси не превышает 510^-4 мм рт. ст. (около 0,07 Па). Распыление мишеней производят при плотности тока разряда 25 мА/см².

Подложка последовательно проходит со скоростью 3 м/мин мимо магнетронов с мишенями из алюминиевого сплава с серебряной и снова - с мишенями из алюминиевого сплава. В результате на ней осаждается последовательно слой нитрида алюминиевого сплава (30 нм), Ag ( 10 нм), слой нитрида алюминиевого сплава (30 нм).

Применение деформируемого алюминиевого сплава в качестве мишени позволяет резко снизить стоимость ее изготовления, а высокая плотность тока на мишени и высокий рабочий вакуум обеспечивают высокую производительность нанесения покрытия и стойкость его к атмосферным воздействиям.

Описываемое покрытие использовали для изготовления оконного стекла.

Майларовая пленка тип D толщиной 23 мкм с нанесенным на нее покрытием по описываемому изобретению имеет название FQHC-73 или FQHC-80.

Известная пленка фирмы "Southwall" имеет название XIR-70.

Пленки защищали с непокрытой стороны акриловым защитным прозрачным слоем, а на низкоэмиссионное покрытие пленки через клеевой слой наносили защиту из чистой полиэтилентерефталатной пленки толщиной 23 мкм, поверх которой наносили слой постоянно липнущего клея.

Эти пленки приклеивали к стеклу стороной с постоянно липнущим клеем и после двухдневной выдержки подвергали коррозионным испытаниям на атмосферостойкость. Образцы стекол подвергали старению при 50^oC в течение недели. Затем кипятили в 1,5% растворе хлорноватокислого натрия.

Оконное стекло по изобретению обозначено VL-70-WXSP, а известное Southwall XIR-70 - XSR. Результаты испытаний представлены в таблице.

Из приведенных данных видно, что известное покрытие на пленке после испытаний деградировано, а описываемое осталось без изменения.

Источники информации 1. US 4337990, A, 1982.

2. WO 91/14016, Al, 19.09.91.

3. R. C. Ross. Observation on humidity-induced degradation of Ag-based low-emissivity films. "Solar Energy Materials", 1990. N 21, p. 25-42.

4. US 4769291, A,06.09.88.

Формула изобретения

1. Низкоэмиссионное прозрачное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью, содержащее прозрачную подложку и по меньшей мере три слоя, расположенных на ней в порядке: диэлектрик, металл, диэлектрик, полученное методом вакуумного магнетронного распыления мишений, причем диэлектрик получен в атмосфере смеси аргона с азотом, отличающееся тем, что слой металла толщиной 7-20 нм выполнен из серебра или меди, а слой диэлектрика с толщиной каждого слоя 10 - 60 нм выполнен из нитрида алюминиевого сплава, полученного распылением на подложку мишеней из алюминиевого сплава с содержанием примесей 0,5 - 0,7 мас. %, в том числе содержание железа составляет 0,25 - 0,3 мас.%, и содержание кремния составляет 0,25 - 0,3 мас.%, при плотности тока на мишени алюминиевого сплава не менее 20 мА/см², расстоянии подложки от мишени 70 - 90 мм и суммарном давлении смеси аргона и азота не более 5 10^-4 мм рт.ст.

2. Оконное стекло с нанесенным на него низкоэмиссионным прозрачным покрытием с повышенной коррозионной стойкостью, отличающееся тем, что в качестве покрытия используют низкоэмиссионное прозрачное покрытие по п.1.

РИСУНКИ

Рисунок 1