SISTEMA DE CAPAS DE BAJA EMISIVIDAD TEMPLABLE: PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN Y PRODUCTO DE VIDRIO DE BAJA EMISIVIDAD CON SISTEMA DE CAPAS.

Sistema de capas de baja emisividad (10) templable, que se puede aplicar sobre un sustrato (20) transparente y que presenta por lo menos una capa de reflexión (70) en el intervalo del IR,

caracterizado porque, partiendo del sustrato, hay dispuestas sobre el sustrato (20) por lo menos las capas siguientes: (a) capa de detención de la difusión inferior (30) de ZnSnOx; (b) capa antirreflejo (40) de oxinitruro de titanio; (c) capa de detención de la difusión interior (50) de SnO2 o ZnSnOx; (d) capa germinal (60) de ZnAlOx; (e) capa de reflexión (70) en el intervalo del IR; (f) capa bloqueadora (80) de ZnAlOx; y (g) capa superior (90) de ZnSnOx; siendo la capa de detención de la difusión (30) y la capa superior (90) de un estannato de cinc, en el que cinc y el estaño están contenidos en cada caso en proporciones que se encuentran en el orden de magnitudes del 47-53 % en peso

La presente invención se refiere a un sistema de capas de baja emisividad que puede aplicarse sobre un sustrato y que presenta una estructura de capas con por lo menos una capa de reflexión que refleja en el intervalo de luz IR.

La invención se refiere además a un procedimiento para la fabricación de un sistema de capas de baja 5 emisividad templable y a un producto de vidrio de baja emisividad fabricado con él.

Los sustratos con recubrimiento se usan en diversos campos de la tecnología. Los sistemas de capas usados sirven para mejorar las propiedades ópticas, químicas y/o mecánicas de los sustratos.

La invención se refiere en particular a sustratos transparentes que están dotados de un sistema de capas por lo menos en parte transparente a la luz. En el caso de los sustratos transparentes puede tratarse, por ejemplo, de 10 cristales de plástico o de vidrio.

En el caso del recubrimiento de sustratos transparentes, por medio de una selección apropiada de las capas múltiples se sabe obtener un sistema de capas con baja emisividad y con los valores de transmisión y reflexión deseados del sustrato revestido. Los sistemas de capas y los productos de vidrio de este tipo se designan con el término de “baja emisividad” (“Low-E”), con lo cual se expresa la baja emisividad del producto que se persigue. 15

Si por ejemplo se usan sistemas de capas de baja emisividad para cristales aislantes, con ello se puede reducir el valor U de los espacios provistos de cristales de este tipo. Deberá impedirse sólo ligeramente la transparencia en ambas direcciones, de modo que se aspirará a conseguir una alta transmisión de la luz. Además, el color de reflexión del cristal deberá poder ajustarse a ser posible dentro de un amplio intervalo, aunque con preferencia deberá ser de un color neutro. 20

Para conseguir las propiedades ópticas deseadas, en un sistema de capas de baja emisividad se usa habitualmente por lo menos una capa funcional de un material reflectante en el intervalo del IR. Para ello se usa en particular plata. La capa de plata se complementa por lo general con otras capas funcionales adicionales que influyen sobre las propiedades de transmisión y de reflexión del conjunto del sistema de capas. El sistema de capas total está concebido de tal modo que exista transparencia para la mayoría de las radiaciones en el intervalo visible del espectro 25 mientras que se refleja la mayor parte de la radiación infrarroja.

En la fabricación de productos de vidrio con sistemas de capas de este tipo hay que proteger en especial la capa de plata frente a influencias indeseadas, que podrían producirse a causa de la fabricación o el procesamiento posterior del sistema de capas. Por ejemplo, cada vez va siendo más necesario tratar térmicamente los sistemas de capas de baja emisividad. Esta tensión previa aumenta la resistencia a la flexión del cristal y le confiere determinadas 30 características de seguridad. Sin embargo, en la fabricación y el procesamiento de productos de vidrio de baja emisividad existe el problema de que diversos procesos físicos y/o químicos modifican la estructura de capas formada, lo cual conduce a una modificación de las propiedades ópticas y térmicas del sistema de capas.

En el templado de los sistemas de capas de baja emisividad por ejemplo se calienta el sistema en una determinada atmósfera, pudiéndose producir entonces una difusión de oxígeno a través de la estructura de capas, lo 35 cual da lugar a una oxidación de la capa de plata. El oxígeno se puede difundir, por ejemplo, desde la atmósfera a través de la superficie del sistema de capas, o a partir de otras zonas del sistema, en la estructura de capas y por lo tanto en la capa de plata. Además, iones sodio u otros átomos ajenos, procedentes por ejemplo del sustrato de vidrio, pueden penetrar en la estructura de capas y por tanto igualmente en la capa de plata.

Los procesos de difusión de este tipo dan lugar a una modificación del color de reflexión de la estructura de 40 capas ya que se modifican también en particular las propiedades ópticas y eléctricas de la capa de plata usada. Además, la modificación de la estructura cristalina de la capa de plata provoca también una modificación cromática, el denominado cambio de color. Por lo tanto, una estructura de capas con una capa de plata tiene antes de un proceso de templado un color distinto al que presenta después del proceso, y este cambio de color debe tenerse en cuenta en la producción y el procesamiento posterior de los cristales de baja emisividad. 45

Se sabe compensar el cambio de color que se produce configurando para ello un sistema de capas de tal manera que antes del templado presente un determinado grado de coloración. El grado de coloración se ajusta de tal suerte que con el cambio de color que se produce en el posterior proceso de templado, se obtiene un producto de vidrio de color neutro. Sin embargo, los procedimientos de este tipo tienen la desventaja que el proceso de templado debe llevarse a cabo en hornos con unos parámetros específicos, ya que de lo contrario no se puede lograr de modo 50

fiable y reproducible la neutralidad cromática constante del producto final. Las modificaciones de los parámetros requeridos, por ejemplo por medio de la superficie de un producto de vidrio, conducen a desviaciones con respecto a la neutralidad cromática, con lo cual una estructura de capas fabricadas resultaría inútil para su uso en la construcción con vidrio.

Para conseguir las propiedades ópticas deseadas de un sistema de capas de baja emisividad, la memoria de 5 patente alemana DE 198 52 358 C1 propone por ejemplo que por encima de la capa de plata presente como elemento superior de bloqueo un aleación de Al, un óxido metálico tal como SnO2, Bi2O3, TiO2 o ZnO y un óxido mixto que contenga ZnO con estructura de espinela. Por debajo de la capa de plata se encuentra igualmente un óxido metálico del citado grupo, ZnO o Zn.

De la memoria de patente alemana DE 197 19 543 C1 se conoce además un sistema de capas de baja 10 emisividad que puede someterse a una carga térmica y que presenta una capa antirreflejo inferior y otra superior de uno o varios compuestos de metales o de semiconductores, una capa funcional de plata e inmediatamente por debajo de la capa de plata otra de óxido de cinc dopado con Al y Si, fabricándose esta capa por medio de pulverización catódica reactiva a partir de un blanco metálico de una aleación de Zn-A1-Si.

La solicitud de patente europea EP 1 538 131 A1 da a conocer a modo de ejemplo un sistema de capas con 15 una capa de plata y varias capas funcionales, de las que por lo menos dos se trata de capas antirreflejo que se encuentran dispuestas en cada caso por debajo y por encima de la capa de plata. El índice de refracción de la capa antirreflejo dirigida hacia el sustrato, visto desde la capa de plata, es mayor que el índice de refracción de la capa antirreflejo opuesta al sustrato, visto desde la capa de plata. El sistema de capas comprende además distintas capas bloqueadoras y dos capas de detención de la difusión, de las cuales una está dispuesta directamente sobre el sustrato 20 y otra entre la capa antirreflejo inferior y la capa de plata. En el caso de las capas antirreflejo se trata de manera preferente de capas de óxido de titanio.

Además, la memoria de patente europea EP 1 007 756 B1 da a conocer recubrimientos con una capa de plata y una capa antirreflejo interna y una externa, siendo la capa antirreflejo interna una capa multiestratificada que consta de una capa de dióxido de titanio, aplicada por medio de pulverización iónica de multifrecuencia, y una capa de óxido 25 de cinc entre la capa de óxido de titanio y una capa de plata. En el caso de la capa de óxido de titanio se puede tratar también de una capa de oxinitruro de titanio.

El objetivo de la invención es facilitar un sistema de capas de baja emisividad y templable perfeccionado que pueda aplicarse sobre un sustrato y que después de un proceso de templado presente una baja emisividad y una alta transmisión de la luz, siendo la estructura de capas de color neutro después del proceso de templado y presentando 30 una baja resistencia superficial R. En especial, el sistema de capas debe presentar en cuanto a sus propiedades una elevada constancia dentro de un amplio intervalo de temperatura, relevante para el templado del vidrio. Con ello debe conseguirse que también con parámetros de horno distintos se alcancen propiedades reproducibles de las capas.

1. Sistema de capas de baja emisividad (10) templable, que se puede aplicar sobre un sustrato (20) transparente y que presenta por lo menos una capa de reflexión (70) en el intervalo del IR, caracterizado porque, partiendo del sustrato, hay dispuestas sobre el sustrato (20) por lo menos las capas siguientes:

(a) capa de detención de la difusión inferior (30) de ZnSnOx; 5

(b) capa antirreflejo (40) de oxinitruro de titanio;

(c) capa de detención de la difusión interior (50) de SnO2 o ZnSnOx;

(d) capa germinal (60) de ZnAlOx;

(e) capa de reflexión (70) en el intervalo del IR;

(f) capa bloqueadora (80) de ZnAlOx; y 10

(g) capa superior (90) de ZnSnOx;

siendo la capa de detención de la difusión (30) y la capa superior (90) de un estannato de cinc, en el que cinc y el estaño están contenidos en cada caso en proporciones que se encuentran en el orden de magnitudes del 47-53 % en peso.

2. Sistema de capas templable de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de reflexión 15 (70) es de plata.

3. Sistema de capas templable de acuerdo con una o ambas de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la capa de detención de la difusión (30) y la capa superior (90) son de un estannato de cinc en el que están contenidos aproximadamente el 53 % en peso de cinc y el 47 % en peso de estado, en especial el 52,42 % en peso de cinc y el 47,58 % en peso de estaño. 20

4. Sistema de capas templable de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque

- el espesor de la capa de detención de la difusión inferior (30) se encuentra en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente en 5 nm;

- el espesor de la capa antirreflejo (40) se encuentra en el orden de magnitudes de 10-20 nm, de 25 manera preferente en 15 nm;

- el espesor de la capa de detención de la difusión interior (50) se encuentra en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente en 5 nm;

- el espesor de la capa germinal (60) se encuentra en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente en 5 nm; 30

- el espesor de la capa de reflexión (70) se encuentra en el orden de magnitudes de 5-20 nm, de manera preferente en 12 nm;

- el espesor de la capa bloqueadora (80) se encuentra en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente en 5 nm; y

- el espesor de la capa superior (90) se encuentra en el orden de magnitudes de 20-55 nm, de 35 manera preferente en 35 nm;

5. Procedimiento para la fabricación de un sistema de capas de baja emisividad (10) templable sobre un sustrato (20) transparente, caracterizado al menos por las etapas siguientes:

- preparación de un sustrato (20);

- aplicación de una capa de detención de la difusión inferior (30) de ZnSnOx, siendo la capa de 40 detención de la difusión de un estannato de cinc en el que están contenidos cinc y estaño en

proporciones que en cada caso se encuentran en el orden de magnitudes del 47-53 % en peso;

- aplicación de una capa antirreflejo (40) de oxinitruro de titanio;

- aplicación de una capa de detención de la difusión interior (50) de SnO2 o ZnSnOx;

- aplicación de una capa germinal (60) de ZnAlOx;

- aplicación de una capa de reflexión (70) en el intervalo del IR; 5

- aplicación de una capa bloqueadora (80) de ZnAlOx; y

- aplicación de una capa superior (90) de ZnSnOx, siendo la capa superior de un estannato de cinc en el que están contenidos cinc y estaño en proporciones que en cada caso se encuentran en el orden de magnitudes del 47-53 % en peso.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la capa de reflexión (70) en el 10 intervalo del IR es de plata.

7. Procedimiento de acuerdo con una o ambas de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque la capa antirreflejo (40) se genera por medio de la pulverización catódica reactiva de una o varias dianas de titanio en una atmósfera de recubrimiento de una mezcla de gases de argón, oxígeno y nitrógeno, encontrándose la proporción de mezcla de Ar:O2:N2 en la atmósfera de recubrimiento en aproximadamente 70:20:10. 15

8. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la capa de detención de la difusión inferior (30) y la capa superior (90) se generan por medio de la pulverización catódica reactiva de una o más dianas de aleación de cinc y estaño, situándose las proporciones de cinc y de estaño en la diana en cada caso en el orden de magnitudes del 47-53 % en peso.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la diana usada contiene 20 aproximadamente el 53 % en peso de cinc y el 47 % en peso de estaño, en especial el 52,42 % en peso de cinc y el 47,58 % en peso de estaño.

10. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque la capa germinal (60) y la capa bloqueadora (80) se generan por medio de la pulverización catódica cerámica de una diana cerámica de cinc-aluminio (diana ZAO). 25

11. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque

- la capa de detención de la difusión inferior (30) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente con 5 nm;

- la capa antirreflejo (40) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 10-20 nm, de manera preferente con 15 nm; 30

- la capa de detención de la difusión interior (50) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente con 5 nm;

- la capa germinal (60) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente con 5 nm;

- la capa de reflexión (70) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 5-20 nm, de 35 manera preferente con 12 nm;

- la capa bloqueadora (80) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 2-10 nm, de manera preferente con 5 nm; y

- la capa superior (90) se aplica con un espesor en el orden de magnitudes de 20-55 nm, de manera preferente con 35 nm. 40

12. Producto de vidrio de baja emisividad con un sistema de capas (10) sobre un sustrato (20) transparente, presentando el sistema de capas por lo menos una capa de reflexión (70) en el intervalo del IR, caracterizado porque, partiendo del sustrato, hay dispuestas sobre el sustrato (20) por lo menos las capas

siguientes:

(a) capa de detención de la difusión inferior (30) de ZnSnOx;

(b) capa antirreflejo (40) de oxinitruro de titanio;

(c) capa de detención de la difusión interior (50) de SnO2 o ZnSnOx;

(d) capa germinal (60) de ZnAlOx; 5

(e) capa de reflexión (70) en el intervalo del IR;

(f) capa bloqueadora (80) de ZnAlOx; y

(g) capa superior (90) de ZnSnOx;

siendo la capa de detención de la difusión (30) y la capa superior (90) de un estannato de cinc, en el que el cinc y el estaño están contenidos en cada caso en proporciones que se encuentran en el orden de 10 magnitudes del 47-53 % en peso.

13. Producto de vidrio de baja emisividad de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el sistema de capas (10) está realizado de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 2-4.

14. Producto de vidrio de baja emisividad de acuerdo con una o ambas de las reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque el sistema de capas se ha templado. 15