Sustratos de vidrio revestidos de un apilamiento de capas delgadas, con propiedad de reflexión en el infrarrojo y/o en el campo de la radiación solar.

LA INVENCION SE REFIERE A UN SUSTRATO TRANSPARENTE (1), PARTICULARMENTE DE VIDRIO,

DOTADO CON UN APILAMIENTO DE CAPAS DELGADAS QUE COMPRENDE AL MENOS UNA CAPA (4) METALICA CON PROPIEDADES EN EL INFRARROJO, DISPUESTA ENTRE UNA CAPA SUBYACENTE DE MOJADURA (3) QUE ES DE OXIDO, ELLA MISMA DISPUESTA SOBRE UN PRIMER REVESTIMIENTO A BASE DE MATERIAL DIELECTRICO (2) Y UNA CAPA SUPERIOR DE PROTECCION (5) ELLA MISMA CUBIERTA POR UN SEGUNDO REVESTIMENTO A BASE DE MATERIAL DIELECTRICO (9). CON VISTAS A PREVENIR LA MODIFICACION DE LAS PROPIEDADES DEL APILAMIENTO, EN CASO DE QUE EL SUSTRATO PORTADOR (1) SE SOMETA A UN TRATAMIENTO TERMICO DEL TIPO TEMPLE O BOMBEADO, POR UNA PARTE EL SEGUNDO REVESTIMENTO (9) A BASE DE MATERIAL DIELECTRICO COMPRENDE AL MENOS UNA CAPA BARRERA (7), EN LA DIFUSION DEL OXIGENO, Y POR OTRA PARTE, LA CAPA METALICA FUNCIONAL (4) ESTA DEPOSITADA DIRECTAMENTE SOBRE LA CAPA DE MOJADURA (3).

Sustratos de vidrio revestidos de un apilamiento de capas delgadas, con propiedad de reflexión en el infrarrojo y/o en el campo de la radiación solar

La invención se refiere a los sustratos transparentes, especialmente de vidrio, revestidos con un apilamiento de capas delgadas que comprenden, al menos una capa metálica que puede actuar sobre la radiación solar y/o sobre la radiación infrarroja de gran longitud de onda.

La invención se refiere igualmente a la utilización de tales sustratos para fabricar acristalamientos de aislamiento térmico y/o de protección solar, en lo que sigue designado con la expresión de acristalamientos "funcionales". Estos acristalamientos pueden equipar tanto los edificios como los vehículos, especialmente con el fin de disminuir el esfuerzo de climatización y/o de reducir el sobrecalentamiento excesivo ocasionado por la importancia, siempre creciente, de las superficies acristaladas en habitaciones y habitáculos

Un tipo de apilamiento de capas delgadas conocido por conferir a sustratos transparentes, propiedades térmicas, muy particularmente de baja emisividad, está constituido principalmente por una capa metálica, especialmente de plata, dispuesta entre dos revestimientos de material dieléctrico del tipo de óxido metálico. Se le fabrica generalmente por una sucesión de depósitos efectuados por una técnica que utiliza el vacio como la pulverización catódica, eventualmente asistida por campo magnético. También se pueden prever dos capas metálicas muy delgadas en una y otra parte de la capa de plata, la capa subyacente como capa de anclaje o de nucleación y la sobrecapa, como capa de protección o "que se sacrifica", con el fin de evitar la oxidación de la plata, si la capa de óxido que la cubre se deposita por pulverización reactiva en presencia de oxígeno.

Si la capa de plata determina esencialmente los comportamientos térmicos, antisolares y/o de baja emisividad del acristalamiento final, las capas de material dieléctrico cumplen varios papeles, ya que, en primer lugar, actúan sobre el aspecto óptico del acristalamiento obtenido de manera interferencia!. Protegen, además, la capa de plata de las agresiones químicas y/o mecánicas, y así la Patente Francesa FR-B-2 641 271 describe un apilamiento en el que la capa de plata está intercalada entre dos revestimientos de material dieléctrico, estando cada uno de estos revestimientos constituido por una pluralidad de capas de óxidos metálicos. El revestimiento subyacente a la capa de plata se compone de tres capas de óxidos superpuestas, de las cuales una capa de óxido de estaño, siendo la adyacente a la capa de plata, de óxido de zinc y teniendo, según este documento, un efecto de protección de la plata, especialmente volviéndola menos vulnerable al ataque por oxígeno. Por el contrario, el espesor de la capa de óxido de zinc es pequeño, ya que el óxido de zinc, por otro lado poco resistente, correría el riesgo, en muy alta cantidad, de fragilizar el conjunto del apilamiento. Las capas de materiales dieléctricos que encuadran la capa de plata, la protegen, así, de las agresiones e incluso pueden permitir optimizar su calidad mejorando su humectabilidad, tal como se describe en la Solicitud de Patente EP-A-0 611 213.

Actualmente se demanda, cada vez más, que estos acristalamientos funcionales de baja emisividad o antisolares presenten también características inherentes a los propios sustratos, especialmente estéticos (que se puedan abultar), mecánicas (que sean más resistentes) o de seguridad (que no hieran en caso de rotura). Esto exige hacer experimentar a los sustratos de acristalamiento, unos tratamientos térmicos conocidos en ellos mismos del tipo de curvatura, recocido, y temple. Si se efectúan sobre los sustratos, ya revestidos, del apilamiento, sin precaución o adaptación de las capas delgadas, tienden a degradar irreversiblemente la capa de plata, a deteriorar completamente sus propiedades térmicas y esto por múltiples razones: bajo el efecto del calor, la capa de plata se oxida por difusión de oxígeno de la atmósfera a través de las capas que la cubren. Puede tender, también, a oxidarse por difusión del oxígeno del vidrio a través de las capas subyacentes. En último lugar, puede tender por sobrecrecimiento a alterarse en contacto con iones alcalinos del tipo de iones Na+ que migran del vidrio a través de las capas subyacentes. Las difusiones de oxígeno o iones alcalinos se pueden facilitar y ampliar por el deterioro o la modificación estructural de las propias capas de óxidos bajo el efecto del calor.

Una primera solución ha consistido en aumentar de manera muy significativa, los espesores de las dos capas finas metálicas, evocadas precedentemente, a una parte y otra de la capa de plata. Suficientemente gruesas, pueden eficazmente "hacer de pantalla" y proteger la capa de plata. Si, de este modo, se llega a conservar prácticamente sin cambios las propiedades térmicas del apilamiento, especialmente su emisividad, en cambio se modifican, con ello, las propiedades ópticas: las dos capas metálicas oxidándose ampliamente "en lugar de" la capa de plata, llevan consigo especialmente un fuerte aumento de la transmisión luminosa, Tl. Así se puede obtener un acristalamiento de baja emisividad, templado después del depósito de capas que presentan un valor de TL superior a 80%, mientras que era claramente inferior a este valor antes del temple. Se podrá referirse especialmente a la Solicitud de la patente EP-A-0 506 507 para la descripción de tal apilamiento "apto para ser templado" con una capa de plata situada entre una capa de estaño y una capa de níquel-cromo. Pero está claro que antes de haber experimentado el temple, el acristalamiento revestido con tal apilamiento se consideraba, hasta entonces, más bien como producto "semi-acabado", no utilizable tal cual, visto su valor de transmisión luminosa en las proximidades de 60% a 70%, poco compatible con las exigencias actuales del mercado para acristalamientos de baja emisividad altamente transparentes.

El inconveniente que se deduce de ello es que, entonces, es Indispensable desarrollar y fabricar, en paralelo, dos tipos de apilamiento de capas de baja emlslvldad y/o antlsolares, uno para acristalamientos no templados y el otro para acristalamientos destinados a ser templados o curvados, lo que es complicado tanto en cuanto a esfuerzos de investigación y desarrollo como especialmente a gestión de existencias en producción.

Por tanto, el objeto de la invención es pallar este inconveniente, buscando poner a punto un nuevo tipo de apilamiento de baja emisividad o antlsolar de capas delgadas que se comporte bien en términos de propiedades ópticas y térmicas, y que conserve estos comportamientos, se someta o no, luego, su sustrato portador a un tratamiento térmico del tipo de temple o curvatura.

Por tanto, la invención propone un nuevo sustrato transparente tal como se define en las reivindicación 1.

La invención tiene por objeto un sustrato transparente, especialmente de vidrio, provisto de un apilamiento de capas delgadas, que comprende al menos una capa a base de plata con propiedades en el infrarrojo, especialmente de baja emisividad y dos revestimientos a base de materiales dieléctricos situados, uno debajo y el otro encima de la capa con propiedades en el infrarrojo, así como una capa metálica de protección, situada inmediatamente encima y en contacto con la capa con propiedades en el infrarrojo, sustrato en el que, con el fin de prevenir la modificación de las propiedades del apilamiento, especialmente ópticas y térmicas, en caso de que el sustrato se someta a un tratamiento térmico del tipo de temple o curvatura:

de una parte, el segundo revestimiento a base de material dieléctrico, comprende una capa-barrera a la difusión del oxígeno, elegida entre uno de los materiales siguientes: compuestos de silicio SÍO2, SiOxCy, SiOxNy, nitruros como SÍ3N4 ó AIN, carburos como SiC, TiC, CrC, TaC de un espesor de al menos 10 nm y preferentemente al menos 20 nm, y

por otra parte, la capa con propiedades en el infrarrojo está directamente en contacto con el revestimiento dieléctrico subyacente.

Las ventajas específicas de cada uno de los materiales retenidos para la capa-barrera a la difusión del oxígeno se detallarán a continuación. Sin embargo, se les puede clasificar, desde ahora, en dos categorías: los compuestos de silicio y los nitruros son materiales muy transparentes y, por tanto, no penalizan el apilamiento de capas en cuanto a la transmisión luminosa. Por tanto se tiene la ventaja de elegir la capa-barrera entre ellos cuando se quieren acristalamientos de capa funcional del tipo de baja emisividad, altamente transparentes. Por el contrario, los carburos son materiales... [Seguir leyendo]

1. Sustrato transparente (1), de vidrio, provisto de un apilamiento de capas delgadas que comprende al menos una capa metálica (4) a base de plata con propiedades en el infrarrojo, particularmente con baja emisividad y dos revestimientos a base de un material dieléctrico, situados uno por debajo (8) y el otro por encima (9) de la capa con propiedades en el infrarrojo, así como una capa metálica de protección (5), situada inmediatamente por encima y en contacto con la capa con propiedades en el infrarrojo, y opcionalmente salvo en caso de depósito de la capa siguiente por pulverización reactiva en presencia de oxígeno con vistas a depositar un óxido, caracterizado por que, con el fin de prevenir la modificación de las propiedades del apilamiento, particularmente ópticas y térmicas, en caso de que el sustrato esté sometido a un tratamiento térmico del tipo de temple o curvatura,

por una parte, el segundo revestimiento (9) a base de material dieléctrico, comprende una capa-barrera (7) a la difusión del oxígeno, elegida entre uno de los materiales siguientes: S¡02, S¡OxCy, S¡OxNy, AIN, carburos como SiC, TiC, CrC, TaC, de un espesor de al menos 10 nanómetros

y por otra parte, el primer revestimiento a base de material dieléctrico (8) comprende al menos una capa- barrera (2) a la difusión de los iones alcalinos y oxígeno elegida entre uno de los materiales siguientes: SÍO2, S¡OxNy, SiOxCy, SÍ3N4 AIN, carburos tales como CrC, SiC, TiC, TaC,

y el primer revestimiento a base de material dieléctrico (8) comprende igualmente, justo por debajo de la capa metálica (4) con propiedades en el infrarrojo, una capa de humectación (3) a base de óxido de zinc ZnO en contacto directo con ésta última

2. Sustrato según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa-barrera (7) a la difusión de oxígeno del segundo revestimiento a base de material dieléctrico (9) tiene un espesor de al menos 20 nm.

3. Sustrato (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa-barrera (7) a la difusión del oxígeno es a base de S¡02, S¡OxCy, S¡OxNy, Si3N4, AIN cuando el apilamiento de capas está destinado a proporcionar a dicho sustrato propiedades de alta transmisión luminosa y de baja emisividad.

4. Sustrato (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa-barrera (7) a la difusión del oxígeno es a base de carburo cuando el apilamiento está destinado a proporcionar a dicho sustrato propiedades antisolares con transmisión luminosa reducida.

5. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa-barrera (2) del primer revestimiento a base de material dieléctrico (8) tiene un espesor de, al menos 10 ó 15 nm, y preferiblemente de al menos 20 nm.

6. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa (4) con propiedades en el infrarrojo tiene un espesor comprendido entre 7 y 13 nm, particularmente entre 9 y 12 nm, para conferirle propiedades de baja emisividad, o hasta 20 a 25 nm, para conferirle más bien propiedades antisolares.

7. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el apilamiento de capas delgadas comprende varias capas metálicas con propiedades en el infrarrojo.

8. Sustrato según la reivindicación 7, caracterizado porque al menos una capa-barrera del tipo SÍ3N4 ó AIN está situada por encima de la última de las capas con propiedades en el infrarrojo.

9. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa superior (5) de protección es a base de un metal elegido entre niobio, Nb, tántalo, Ta, titanio, Ti, cromo, Cr, o níquel, Ni, o de una aleación a partir de al menos dos de estos materiales, particularmente de una aleación de niobio y tántalo (Ni/Ta), de niobio y cromo (Nb/Cr) o de tántalo y cromo (Ta/Cr) o de níquel y cromo (Ni/Cr).

10. Sustrato según la reivindicación 9, caracterizado porque el espesor de la capa superior (5) de protección no es superior a 2 nanómetros, y particularmente está comprendido entre 0,5 y 1,5 nm, o tiene un espesor de hasta 8 a 10 nanómetros.

11. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo revestimiento (9) a base de material dieléctrico tiene un espesor geométrico total comprendido entre 30 y 60 nanómetros, y particularmente entre 35 y 45 nanómetros.

12. Sustrato según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa subyacente (3) de humectación a base de ZnO tiene un espesor geométrico comprendido entre 5 y 40 nanómetros, y particularmente entre 15 y 30 nanómetros.

13. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el revestimiento (9) a base de material dieléctrico, situado encima de la capa (4) con propiedades en el infrarrojo, comprende la capa-barrera (7), particularmente a base de nitruro de silicio o de nitruro de aluminio, asociada a, al menos otra capa de material dieléctrico (6) no susceptible de modificación estructural a alta temperatura, del tipo de óxido metálico, particularmente de óxido de zinc.

14. Sustrato según la reivindicación 13, caracterizado porque dicha otra capa (6) no susceptible de modificación estructural a alta temperatura, es a base de óxido de zinc al menos parcialmente cristalizado.

15. Sustrato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el apilamiento es el siguiente:

vidrio (1) / Si3N4 ó AIN (2) / ZnO (3) / Ag (4) / Nb (5) / SÍ3N4 (7)

5 16. Sustrato según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque las dos capas (2, 7) barreras a la

difusión del oxígeno son a base de SÍ3N4.

17. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta una emisividad de no más de 0,07, y particularmente de no más de 0,06, y una vez montado en doble acristalamiento, una transmisión luminosa Tl de, al menos 75 a 80%.

10 18. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta una variación de

transmisión luminosa ATl de no más de 2% y una variación de emisividad As de no más de 0,01 después de un tratamiento térmico del tipo de curvatura o temple, particularmente hasta 640°C

19. Acristalamiento múltiple de baja emisividad o antisolar, y particularmente de acristalamiento doble, caracterizado porque incorpora al menos un sustrato según una de las reivindicaciones precedentes.

15 20. Acristalamiento estratificado, caracterizado porque incorpora al menos un sustrato de acuerdo con una de las

reivindicaciones 1 a 18 y porque es antisolar o calefactor previendo la traída de corriente para la(s) capa(s) (4)

metálica(s).

21. Procedimiento de fabricación del sustrato según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque se deposita al menos una de las capas-barreras a base de Si3N4, Si02, SiOC, SiON o carburos por una técnica de

20 plasma de CVD.

22. Procedimiento de fabricación del sustrato según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque se deposita la capa-barrera (2) del primer revestimiento, cuando es de SiOC o SiON, por pirólisis a presión ambiente, particularmente en continuo sobre la cinta de vidrio flotante antes de cortar.

23. Uso de un sustrato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el sustrato está curvado o

25 templado.