DE69023369T2

DE69023369T2 - Hochtemperaturbeständige Zerstäubungsbeschichtung auf Glas.

Info

Publication number: DE69023369T2
Application number: DE69023369T
Authority: DE
Inventors: Philip J Lingle; Raymond Nalepka
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2010-03-07
Also published as: ES2080110T3; EP0386993A1; DE69023369D1; EP0386993B1; CA2009863A1; CA2009863C

Description

Diese Erfindung betrifft Gläser, die mit speziellen Beschichtungen versehen sind und die danach bei ausreichend erhöhten Temperaturen hochtemperaturbehandelt werden, um das Glas zu biegen, durch Hochtemperatur zu verfestigen und/oder zu härten bzw. zu tempern. Die Erfindung findet insbesondere bei der Architektur- und Kraftfahrzeugglasherstellung Anwendung.
Die Popularität von metall- oder metalloxidbeschichteten Gläsern in der Architektur- und kraftfahrzeugkonstruktion ist bekannt. Wie sehr ausführlich in der Patent- und anderer Literatur beschrieben, können solche Gläser durch die Manipulation des Schichtbildungssystems der Beschichtung normalerweise durch die Wahl des Metalls und/oder Metalloxids und/oder der Dicke ziemlich akzeptabel den Grad sowohl des Reflexionsfaktors, des Durchlässigkeitsfaktors, des Emissionsgrades und der Haltbarkeit als auch der gewünschten Farbe erreichen. Vgl. hierzu z.B. U.S. Patent Nrn. 3 935 351; 4 413 877; 4 462 883; 3 826 728; 3 681 042; 3 798 146 und 4 594 137, um nur einige zu nennen.
Es ist auch gut beschrieben worden, daß während mehrere ziemlich geeignete Verfahren zum Auftragen solcher Beschichtungen existieren, eines der am wirksamsten und deshalb bevorzugten das bekannte Verfahren ist, das als "magnetisch verstärkte Sputterbeschichtung" bzw. "magnetisch verstärkte Zerstäubungsbeschichtung" bezeichnet wird. Solch ein Verfahren ist im U.S. Patent Nr. 4 166 018 beschrieben, eine anerkannt grundlegende Lehre zu diesem Thema. (Vgl. auch Munz u.a. "Performance and Sputtering Criteria of Modern Architectural Glass Coatings", SPIE, Ausgabe 325, Optical Thin Films, 1982, Seiten 65-73.) Während es für viele bekannte Schichtsysteme wirksam ist, kann seine Anwendung zu einer geringeren mechanischen Haltbarkeit führen, als sie durch ein anderes bekanntes Verfahren erreicht werden kann, das als "pyrolytisches" Verfahren bezeichnet wird. Als eine gegenteilige Aufgabe jedoch erreichen sputterbeschichtete Systeme oft einen besseren Infrarotreflexionsfaktor als typische pyrolytische Beschichtungen.
Wegen der Popularität dieser beschichteten Gläser sind eine Reihe von Firmen in den letzten Jahren auf den Markt gekommen. Einige dieser Gläser sind sputterbeschichtet. Andere sind durch andere Verfahren, wie z.B. durch den pyrolytischen Prozeß beschichtet. Manche sind gebogen, andere sind flach. Die genaue Zusammensetzung vieler dieser beschichteten Gläser ist nicht bekannt. Was jedoch bekannt ist, ist, daß keine von ihnen die Kenndaten erreichen, die zu erzeugen die Aufgabe dieser Erfindung ist, auch scheinen sie nicht dieselbe einzigartige Verbindung von Elementen anzuwenden, die nachfolgend beschrieben wird und diese Kenndaten erreicht.
Zum Beispiel ist das Windschutzscheibenglas-System "Spectrum" von Leybold ein allgemein bekanntes System, das als TCC-2000 bekannt ist. In diesem System werden vier oder fünf Schichten aus Metall oder Metalloxiden angewendet, um ein sputterbeschichtetes Glas zu erhalten, das ein wenig hochtemperaturbeständig bei Temperaturen bis zu 1100ºF (600ºC) ist, als ein vorher beschichtetes Glas zum Erzeugen von gebogenen oder ungebogenen Windschutzscheiben aus Glas verwendet wird, und dem ziemlich eng vorgesehene Zeitgrenzen der Hochtemperaturbehandlung auferlegt sind. Die Beschichtung von Glassubstrat umfaßt nach außen hin normalerweise eine erste Schicht aus Zinnoxid, eine zweite Schicht aus einer Nickel/Chromlegierung (normalerweise ungefähr 80/20), eine dritte Schicht aus Silber, eine vierte Schicht aus der Nickel/Chromlegierung und eine fünfte Schicht aus Zinnoxid. Zusätzlich zu den ziemlich niedrigen Obergrenzen der Hochtemperaturbeständigkeitstemperaturen und -zeiten sind die resultierenden Beschichtungen ziemlich weich und zeigen solch unakzeptabel niedrige chemische Widerstandsfähigkeitskenndaten, daß sie realistischerweise nur auf Innenflächen laminierter Windschutzscheiben aus Glas verwendet werden können. Die anderen Systeme von Leybold, wie z.B. ihre "Solar coatings" (sputterbeschichtet SnO&sub2;/CRISnO&sub2;); "Low-E" (sputterbeschichtet SnO&sub2;/Ag/Al/SnO&sub2;); und "Revised Architectural" (sputterbeschichtet SnO&sub2;/Ag/NiCr/SnO&sub2;, NiCr mit 80/20) haben nicht bewiesen, daß sie hochtemperaturbeständig sind.
Erläuternd für den weiteren Stand der Technik sind mehrere Systeme (sowohl in den Patenten als auch jene, die vertrieben werden), die erkennen, daß verschiedene Oxide, wie z.B. Titandioxid, Zinnoxid, Mischungen aus Zinnoxid mit anderen Metalloxiden (z.B. mit ZnO) als eine wirksame Uberschicht oder Unterschicht für die Haltbarkeit und andere Eigenschaften verwendet werden können. Zusätzlich erkennen mehrere, daß Aluminium, Nickel und eine breite Auswahl aus auf Nickel basierenden Legierungen, wie z.B. nichtrostender Stahl (d.h. weniger als ungefähr 15% Ni), Inconel usw. als wirksame Zwischenschichten in spullerbeschichteten Gläsern verwendet werden können. Beispiele dieser Glastypen umfassen folgendes: Firma Handelsbezeichnung Schichtsvstem (auf Information und Annahme beruhend) Ford Solarcool Solarban Sungate 100 Sunglass Reflective Sunnglass Hp Reflective Sunglass HP Reflective Einzelschicht, hochtemperaturbeständig, nicht sputterbeschichtet, Cr&sub2;O&sub3; weist nichtrostenden Stahl auf, nicht hochtemperaturbeständig, sputterbeschichtet, verschiedene Oxide, Nitride und Metalle sputterbeschichtet, nicht bekannt, ob hochtemperaturbeständig (SnZn)O&sub2;-Ag-Ti-(SnZn)O&sub2;TiO ähnlich PPG Solarcool, Einzelschicht, nicht bekanntes Oxid ähnlich Solarban Sunglass HR Eclipse Solar Coatings Architectural L. E. und Sunbelt L.E. Aircool 72 & 76 Airco Super-H (hochtemperaturbeständig) experimentell sputterbeschichtet, nicht bekannt, ob hochtemperaturbeständig, Oxid-Ag-Metall-Oxid pyrolytisch, hochtemperaturbeständig, nicht sputterbeschichtet mehrere Sputterbeschichtungen aus verschiedenen Oxiden, Nitriden und Metallen, einschließlich nichtrostendem Stahl (z.B. weniger als 15% Ni), keine sind hochtemperaturbeständig sputterbeschichtet, nicht bekannt, ob hochtemperaturbeständig, Ti ZnO&sub2;-Ag-Zn-ZnO&sub2;-TiO&sub2; sputterbeschichtet, nicht haltbar, nicht bekannt, ob hochtemperaturbeständig ZnO/Ag/Zn/ZnO/AG/Zn/ZnOx SnOx/Al/Ag!Al/SnOx, sputterbeschichtet, nicht haltbar, hochtemperaturbeständig LEYBOLD GLAVERBEL Low-E Revised Architectural Solar coatings Stopsol Prestige Comfort sputterbeschichtet, nicht hochtemperaturbeständig SnOx-CrN-SnOx sputterbeschichtet nicht bekannt, ob hochtemperaturbeständig, SnOx-Ag-Al-SnOx sputterbeschichtet, nicht bekannt, ob hochtemperaturbeständig, SnOx-Ag-NiCr-SnOx (Ni/Cr ist 80/20) oben diskutiert, hochtemperaturbeständig aber nicht haltbar (Ni/Cr ist 80/20), SnOx-NiCr-Ag-NiCr-SnOx Einzelschicht aus nicht bekannten Metalloxiden hochtemperaturbeständige pyrolytische Beschichtung Sputterbeschichtungen aus Oxid-Ag-Oxid, unbekannten Oxiden, nicht hochtemperaturbeständig oder haltbar Einzelschicht aus unbekanntem Metalloxid hochtemperaturbeständiges pyrolytisches System PLLKINGTON ASAHI Reflecta Float Sputtered coatings (experimentell) Sunroof coating Einzelschicht aus metallischem Oxid (möglicherweise Cr oder Ni enthaltend), hochtemperaturbeständig, pyrolytisch, nicht sputterbeschichtet verschiedene Schichten aus Oxiden, Nitriden und Metall, wobei das Metall 15% Ni oder weniger Ni aufweisen kann, nicht hochtemperaturbeständig hochtemperaturbeständig, sämtliche Bestandteile unbekannt, könnte etwas Ni, am wahrscheinlichsten Ti und Al aufweisen GUARDLAN (Luxguard) FLACHGLASS (auch St. Gobain) Siglachrom "S","T", "C" Serien RP-20, Nu-52, LE-75, eingereicht am 24. 7. 87 und nun U.S. Patent Nr. U.S. Patente Nr. 3 901 997; 4 497 700 und 3 978 273 Infrastop verschiedene sputterbeschichtete, nicht hochtemperaturbeständige Schichtsysteme aus Oxiden und/oder Metallen. Die Oxide umfassen SnOx, ZnO&sub2;, TiO&sub2; und ähnliches als Schutzbeschichtungen. Typische Metalle sind Cu, Ag, nichtrostender Stahl (weniger als 15% Ni) und/oder Ti. LE-75 z.B. hat früher in einer Ausführungsform eine SnOx- Cu-SnOx-Schichtsystem umfaßt, das nicht hochtemperaturbeständig ist. Moderne LE-75-Schichten sind komplexere Systeme, die TiO&sub2;, ZnO&sub2; und andere Metalle, die kein Nickel aufweisen umfassen. (InSnOx)Pt/( InSnOx) hochtemperaturbeständig, wendet Platin an, was teuer ist verschiedene Schichten mit Ag-, Au- oder Cu-Beschichtung mit 80/20 Ni/Cr sputterbeschichtet, nicht hochtemperaturbeständig, verschiedene Schichten aus Oxiden, Nitriden und Metallen, einige Metalle können 15% oder weniger Ni enthalten U.S. Patent Nr. 4 816 054 Metall-Silizid-Beschichtung, sputterbeschichtet und angeblich hochtemperaturbeständig
(In der oben angegebenen Auflistung wird Zinnoxid als SnOx bezeichnet. Manchmal wird es im Stand der Technik als SnO&sub2; angegeben. Kein Unterschied wird hierbei zwischen diesen zwei Referenzformen für Zinnoxid gemacht).
Von diesen Gläsern können drei als am nächsten zu dem anschließend Beschriebenen kommend klassifiziert werden; nämlich TCC-2000, Airco Super- H experimentell und Siglachrom. Der Mangel an Haltbarkeit von TCC-2000 und seine Nachteile sind vorstehend beschrieben. Siglachrom wendet eine Indium- Zinnoxid-Verbindung als seine erste und dritte der drei Beschichtungen an. Als seine metallische Zwischenschicht wendet es Platin an. Airco Super-H experimentell, das hochtemperaturbehandelt ist, wendet Silber an und es wurde herausgefunden, daß es einen Mangel an Haltbarkeit aufweist.
U.S. Patent Nr. 4 790 922 beschreibt die Schwierigkeiten, die sich beim Stand der Technik beim Versuch ergeben haben, beschichtete Gläser für Architektur- und Kraftfahrzeugzwecke zu entwickeln, die, nachdem die Beschichtung aufgebracht worden ist, durch ihren Hochtemperaturbehandlungsschritt (d. h. Härten, Biegen oder beides) hindurchgebracht werden müssen, oder wenn dies erwünscht ist. Die Lösung, die in diesem Patent nach Stand der Technik vorgetragen wird, ist ein ziemlich komplexes Schichtsystem, das aus einer ersten Schicht aus einem Sn/Zn-Oxid besteht, einer zweiten Schicht aus Titan, einer dritten Schicht aus Silber oder nichtrostendem Stahl einer vierten Schicht aus Titan, einer fünften Schicht aus einem Sn/Zn-Oxid und einer sechsten Oberschicht aus Titanoxid. Während es angibt, daß das Material hochtemperaturbeständig ist, gibt das Patent in Spalte 4, Zeilen 56-57 folgendes an: "Das Glas kann dann auf ungefähr 1100 Grad Fahrenheit (600ºC) aufgeheizt werden ..." Zusätzlich dazu, daß es ein ziemlich komplexes System ist, ist es auf Titan für drei seiner Schichten und in der Tat auf dessen Effektivität angewiesen. Die Erfahrung zeigt, daß Titan ein schwieriges (langsames) Element zum Sputtern ist.
Es gibt drei verschiedene Typen von Hochtemperaturbehandlungen, die allgemein angewendet werden, um Glas für Architektur- oder Kraftfahrzeugzwecke zu bearbeiten; nämlich Biegen, Härten und eine geringere Form des Härtens, die "Hochtemperaturverfestigen" genannt wird. Wenn man z.B. herkömmliches 114" (0,6 cm) dickes klares Floatglas ohne Härten biegt, sind Zeiten von 10-30 Minuten bei 1150ºF (620ºC) oder mehr allgemein notwendig anzuwenden. Beim Hochtemperaturverfestigen oder Härten solchen Glases, mit oder ohne Biegen, werden normalerweise Temperaturen bis zu 1450ºF (790ºC) (bzw. 1150ºF-1450ºF [620ºC-790ºC]) für ungefähr 2-5 Minuten angewendet. Wie deutlich wird, gibt es erhebliche Nachteile bei den bekannten oder beschriebenen Verfahren nach Stand der Technik zum Schaffen hochtemperaturbeständigen beschichteten Glases, insbesondere vom wirksamen sputterbeschichteten Typ.
Beschichtete Gläser zur Verwendung in der Architektur- oder Kraftfahrzeugkonstruktion weisen allgemein acht (8) Kenndaten auf, die ihre Leistungsfähigkeit und/oder Marktfähigkeit bestimmen: kommerzielle Machbarkeit, Haltbarkeit (mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb), chemische Widerstandsfähigkeit, Langzeitstabilität, Emissionsgrad, Durchlässigkeitsfaktor, Reflexionsfaktor und Farbe. In Systemen nach Stand der Technik mußten einige der Kenndaten bedeutend verschlechtert werden, um den notwendigen Grad der Akzeptierbarkeit für die übrigen Kenndaten zu erzielen. Aus diesen und anderen Gründen ist deshalb klar, daß es nach Stand der Technik ein Bedürfnis für ein hochtemperaturbeständiges, beschichtetes Glas gibt, das brauchbar in der Architektur- und/oder Kraftfahrzeugkonstruktion ist, und das nicht übermäßig die acht (8) Kenndaten opfert, und das vorzugsweise auch bei den oberen Temperaturbereichen und -zeiten solcher Behandlungen hochtemperaturbehandelt sein kann (d.h. gebogen, gehärtet und/oder hochtemperaturverfestigt). Es gibt außerdem ein Bedürfnis, daß solch eine Beschichtung durch Sputterbeschichtungsverfahren gebildet wird, die aber nicht die mechanische Haltbarkeit im Vergleich zu pyrolytisch gebildeten Beschichtungen opfern.
Die Europäische Patentanmeldung 0 041 463 beschreibt einen Prozeß zum Herstellen von halbreflektierenden metallisierten Gläsern, in denen eine Verankerungsschicht durch Vakuumverdampung einer Legierung aus 40-70% Nickel, 5-31 % Chrom und 3-28% Molybdän mit optional mindestens entweder Wolfram, Eisen oder Kobalt abgeschieden wird. Eine oder mehrere Schichten können über der Verankerungsschicht abgeschieden werden, einschließlich einer weiteren halbreflektierenden Schicht aus Gold, Silber oder Kupfer und einer dielektrischen Schicht aus Siliziumdioxid, Zinksulfid oder einem gemischten Indium- und Zinnoxid. Es gibt keinen Hinweis darauf, daß die durch die Schichten gebildete Beschichtung hochtemperaturbeständig ist.
Die Europäische Patentanmeldung 0 224 704 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Glasscheibe, die das Beschichten von mindestens einer Seite eines Glassubstrats mit einer Innenschicht aus einem Metall oder einer Metallegierung aufweist, wobei das Metall eines der Elemente ist, das die Ordnungszahl 22-28 aufweist, und eine äußere Schutzschicht aus mindestens einem Metall oder gemischtem Metalloxid. Die Verbindung wird dann thermisch vorgespannt und/oder bei einer Temperatur von 580ºC bis 680ºC gebogen. Die Schutzschicht weist einen Sauerstoffmangel, d.h. das Oxid oder die Oxide sind substöchiometrisch, und eine Dicke von 10nm bis 100nm auf. Das Bedürfnis für einen Sauerstoffmangel bedeutet, daß eine sehr vorsichtige Kontrolle notwendig ist, wenn die Schutzschicht aufgebracht wird.
Keines dieser Dokumente gibt eine Lehre an, die die oben beschriebenen Bedürfnisse befriedigt. Es ist deshalb unter anderem die Aufgabe dieser Erfindung, sowohl die oben genannten Bedürfnisse zu befriedigen als auch andere Bedürfnisse, die für den ausgebildeten Handwerker anhand der folgenden detaillierten Beschreibung dieser Erfindung klar sind.
Ein beschichteter Glasgegenstand entsprechend der Erfindung umfaßt ein Substrat aus Glas mit einem darauf aufgebrachten Beschichtungssystem, das folgendes aufweist: eine metallische Oxidüberschicht, die im wesentlichen aus stöchiometrischem SnO&sub2; besteht, und eine metallische Zwischenschicht, die im wesentlichen Nickel oder eine Nickellegierung mit mindestens 70 Gew.-% Nickel aufweist, wobei der Gegenstand in der Lage ist, Temperaturen von 1150ºF-1450ºF (620ºC-790ºC) für Zeiten standzuhalten, die ausreichen, den Gegenstand zu biegen und/oder durch Hochtemperatur zu verfestigen und/oder zu härten ohne die Farbe, die Haltbarkeit, die chemische Widerstandsfähigkeit, den Emissionsgrad, den Reflexionsfaktor und den Durchlässigkeitsfaktor, so wie diese Kenndaten im Bereich eines Kraftfahrzeug- oder Architekturfensters definiert sind, wesentlich herabzusetzen.
Ein Verfahren zum Bilden eines hochtemperaturbehandelten Glasgegenstands entsprechend der Erfindung umfaßt das Beschichten der Oberfläche des Glasgegenstands vor der Hochtemperaturbehandlung eines Beschichtungssystems, das eine metallische Oxidüberschicht aufweist, die im wesentlichen aus stöchiometrischem SnO&sub2; und einer metallischen Zwischenschicht besteht, die im wesentlichen aus Nickel oder einer Nickellegierung mit mindestens 70 Gew.-% Nickel besteht, und danach Unterwerfen des beschichteten Glasgegenstands einer Hochtemperaturbehandlung bei ungefähr 1150ºF-1450ºF (620ºC-790ºC) für Zeiten, die ausreichen, den Gegenstand zu biegen und/oder durch Hochtemperatur zu verfestigen und/oder zu härten, ohne die Farbe, die Haltbarkeit, die chemische Widerstandsfähigkeit, den Emissionsgrad, den Reflexionsfaktor und den Durchlässigkeitsfaktor, so wie diese Kenndaten im Bereich eines Kraftfahrzeug- oder Architekturfensters definiert sind, wesentlich herabzusetzen.
Allgemein gesagt erfüllt diese Erfindung die oben beschriebenen Bedürfnisse beim Stand der Technik durch Angeben eines hochtemperaturbeständigen Gegenstands, der ein Glassubstrat umfaßt, das ein Beschichtungssystem darauf aufweist, das im wesentlichen aus einer metallischen Schicht ausgewählt aus Nickel oder einer Legierung mit hohem Nickelgehalt besteht und als eine Überschicht dafür eine Schicht aus Zinnoxid aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform wird weiterhin eine Schicht aus Zinnoxid als eine Unterschicht für die metallische Schicht angegeben. In noch einer anderen Ausführungsform, insbesondere speziell für gebogene Kraftfahrzeugwindschutzscheiben bevorzugt überzieht metallisches Aluminium die Nickel- oder Ni-Legierungs-Schicht und liegt unter der äußeren SnO&sub2;Schicht. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen werden keine anderen Schichten oder Bestandteile angegeben, als jene, die unter Bezugnahme auf das 2-, 3-, oder 4-lagige System beschrieben sind.
Da die beim Ausführen dieser Erfindung verwendeten Elemente in ihren bevorzugten Ausführungsformen alle durch bekannte, herkömmliche magnetisch verstärkte Sputterbeschichtungsprozesse sputterbar sind, erfüllt diese Erfindung ferner die oben beschriebenen Bedürfnisse nach Stand der Technik durch Angeben eines einzigartigen Verfahrens zum Bilden eines hochtemperaturbeständigen Gegenstands, das die Schritte des Sputterbeschichtens eines Beschichtungssystems auf einem Glassubstrat umfaßt, wobei das Beschichtungssystem im wesentlichen aus einer metallischen Schicht ausgewählt aus Nickel oder einer Legierung mit hohem Nickelgehalt besteht und eine Schicht aus Zinnoxid als eine Überschicht dafür aufweist. Wie oben dargelegt, kann eine weitere Schicht aus SnO&sub2; als eine erste Glaskontaktschicht sputterbeschichtet werden. Wie ferner weiter oben dargelegt, betrachtet das Verfahren dieser Erfindung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Sputterbeschichten vierer Schichten, die vom Glas nach außen hin folgendermaßen sind: SnO&sub2;/Ni oder Ni- Legierung/Al/SnO&sub2;.
Keines dieser oben aufgelisteten bekannten Gläser erreicht oder erkennt die besonders einzigartigen Ergebnisse, die man erhält, wenn nur Zinnoxid als eine Überschicht allein oder mit Aluminium verwendet wird (und auch optional genauso als Unterschicht), zusammen mit Nickel oder einem bestimmten Nickellegierungstyp in einem Sputterbeschichtungsprozeß. Einzelne hochtemperaturbeständige Gläser werden mit hervorragender Toleranz bis zu Temperaturen oberhalb von 1100ºF (600ºC) zu Zeiten hergestellt, die normalerweise bei Hochtemperaturbehandlungen nicht beschichteten Glases angewendet werden. Weiterhin sind in bevorzugten Ausführungsformen die Gläser nicht nur hochtemperaturbeständig sondern auch haltbar (widerstandsfähig gegen Kratzer), Solche Gläser sind in der Tat so haltbar, daß es nicht notwendig ist, sie zu laminieren, um das Schichtsystem vor normaler Benutzung zu schützen.
Im Gegensatz zu der Lehre der Notwendigkeit des U.S. Patents Nr. 4 790 922, die fünfte Zn/Sn-Oxid-Schicht mit TiO&sub2; zu belegen, ist unerwartet herausgefunden worden, daß dann, wenn Zinnoxid allein oder mit Aluminium zusammen mit besonders ausgewählten Nickelverbindungen verwendet wird, es die Probleme in dem patentierten System überwindet, und es gibt neben anderen Vorteilen keine Notwendigkeit für eine TiO&sub2;-Überschicht.
Diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf besonders bevorzugte Ausführungsformen zusammen mit Illustrationen in den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise Seitenschnittansicht eines zweischichtigen Beschichtungssystems entsprechend besonderer Ausführungsformen dieser Erfindung.
Figur 2 eine teilweise Seitenschnittansicht eines dreischichtigen Beschichtungssystems entsprechend besonderer Ausführungsformen dieser Erfindung.
Figur 3 eine teilweise Seitenschnittansicht eines vierschichtigen Beschichtungssystems entsprechend besonderer Ausführungsformen dieser Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen 1-3 wird gezeigt daß die bevorzugten Beschichtungen dieser Erfindung im wesentlichen aus 2, 3 oder 4 Schichten bestehen, die auf Glas sputterbeschichtet sind. In dem Zweischichtsystem (Figur 1) hat ein Glassubstrat 1 eine darauf sputterbeschichtete haftende metallische Schicht B, die im wesentlichen aus Nickel oder einer Legierung mit hohen Nickelgehalt (d.h. mindestens 50% Ni) besteht. Danach ist eine Überschicht A, die im wesentlichen aus Zinnoxid (SnOx) besteht, darüber durch Sputterbeschichtung aufgebracht. Das dreischichtige System (Figur 2) ist dasselbe, mit Ausnahme, daß eine Ausgangsschicht C verwendet wird, die im wesentlichen aus demselben Zinnoxid besteht, das als Überschicht A in Figur 1 mit dem Nickel oder der Legierung mit hohem Nickelgehalt als Schicht B zwischen die zwei Zinnoxidschichten A und C eingeschoben ist. Das vierschichtige System (Figur 3) ist dasselbe mit Ausnahme, daß die darüberliegende metallische Schicht B eine weitere sputterbeschichtete Schicht aus metallischem Aluminium ist. Es ist herausgefunden worden, daß Zinnoxid dann, wenn es von einer Zinnkathode als Schicht C in einer sauerstoffhaltigen Umgebung entsprechend der herkömmlichen Sputterbeschichtungsverfahren sputterbeschichtet wird, eine hervorragende, haltbare Verbindung mit sowohl dem Glassubstrat 1 als auch der Ni-enthaltenen metallischen Schicht entsprechend dieser Erfindung, ausbildet. Es ist auch herausgefunden worden, daß dieses selbe Oxid dann, wenn es als eine Oberschicht (mit oder ohne SnOx als eine Unterschicht) sputterbeschichtet ist und mit der spezifizierten metallischen Schicht B verwendet wird, das System hochtemperaturbeständig und haltbar macht. Es ist ganz unerwartet herausgefunden worden, daß, falls metallisches Aluminium als Schicht D sputterbeschichtet wird, die Hochtemperaturbeständigkeit und Haltbarkeit weiterhin wesentlich verbessert werden.
Die in dieser Erfindung brauchbaren Gläser können eine große Vielfalt aufweisen und können getönt oder ungetönt sein. Wirksam sind ungetönte oder graugetönte Glasschichten, die durch den bekannten Floatprozeß hergestellt und als Floatglas bezeichnet werden. Solche Gläser können gebogen sein oder flach verwendet werden, und können hochtemperaturverfestigt oder gehärtet sein, mit oder ohne Biegung, um eine große Vielzahl von Strukturen von dekorativen, gefärbten, transparenten Fensterglasscheiben geringen Emissionsgrades für Gebäude bis hin zu "Privatsphären-"Windschutzscheiben in Autos zu bilden. In dieser Hinsicht ist die endgültige Struktur der bevorzugten Ausführungsformen in hohem Maße haltbar, insbesondere dann, wenn die Schicht D angewendet wird, so daß das Glas ohne Laminierung als ein Kraftfahrzeugfenster brauchbar ist.
Das brauchbare und bevorzugte Beschichtungsverfahren ist der bekannte magnetisch verbesserte Reihen-Sputterbeschichtungsprozeß und die -Einrichtung, die von Airco-Temescal verfügbar ist, das Grundverfahren, das in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 4 166 018 beschrieben ist.
Während die Erfindung hierin nicht notwendigerweise auf 2, 3 oder 4 Schichten beschränkt ist, darf keine hinzugefügte Schicht die Hochtemperaturbeständigkeitscharakteristik des gebildeten beschichteten Glases nachhaltig stören.
So ist der Ausdruck "im wesentlichen aufweist", wie er verwendet wird, um die Beschichtungssysteme zu beschreiben, beabsichtigt, um jede Schicht auszuschließen, die, falls sie verwendet wird, die Hochtemperaturbeständigkeits-Eigenschaft der Produkte dieser Erfindung negativ verschlechtern würden. Zum Beispiel ist herausgefunden worden, wie durch die "Spectrum"-Beschichtungen, auf die weiter oben Bezug genommen wird, bewiesen wurde, daß, falls Silber als eine Schicht verwendet wird, die Hochtemperaturbeständigkeit stark verschlechtert wird, wenn nicht die am meisten bevorzugten Nickellegierungen dieser Erfindung (z.B. diejenigen, die aus Ni, Fe, Cr, C, Al und Y bestehen) verwendet werden.
Der Ausdruck "im wesentlichen aufweist" wird auf ähnliche Weise verwendet, wenn er dazu verwendet wird, die Zinnoxidunterschichten und/oder Oberschichten dieser Erfindung und die metallische Aluminiumschicht zu beschrieben. Zinnoxid (SnOx) ist in den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung nicht legiert oder gemischt. Auch ist es das Aluminium nicht. Davon natürlich ausgenommen sind geringe "Unreinheiten", die von Natur aus in dem Zinn oder Aluminium der angewendeten Kathode auftreten. Falls jedoch andere Metalle oder Oxide angewendet werden, ist es erforderlich, daß alle solche anderen hinzugefügten Metalle oder Öxide die Hochtemperaturbeständigkeits-Eigenschaft der Produkte dieser Erfindung nicht negativ verschlechtern. Zum Beispiel ist herausgefunden worden, daß die Verwendung von Antimon (Sb) mit dem Zinn nicht zufriedenstellend ist, da dies zu Veränderungen von 15-20 Einheiten in den Reflexions-/Durchlässigkeits- Kenndaten während der Hochtemperaturbehandlung führte. Es wurde herausgefunden, daß ZnO selbst als ein anderes Beispiel ungeeignet ist, während es möglich ist, daß kleine Mengen einiger anderer Metalle in dem Zinoxid toleriert werden können, sollte die Unterschicht und insbesondere die Überschicht im wesentlichen nur Zinnoxid selbst umfassen. Dasselbe gilt auch für die metallische Aluminiumschicht, wenn sie angewendet wird.
Eine große Vielzahl von sputterbaren Nickellegierungen und Nickel selbst wurden in der Vergangenheit als Beschichtungen auf Gläsern beschrieben oder verwendet. Die zugrundeliegende Erfindung erreicht ihre einzigartigen Kenndaten jedoch durch Verwendung nur eines bestimmten Nickellegierungstyps, der hierin als Nickel oder eine "Legierung mit hohem Nickelgehalt" bezeichnet wird. Wiederum wird der Ausdruck "im wesentlichen aufweist" dazu verwendet, diese Schicht auf dieselbe Weise zu definieren, wie er die Zinnoxid- und Aluminiumschichten, auf die oben verwiesen wird, definiert. Allgemein gesagt sollte die Legierung mit hohem Nickelanteil eine Ni- Cr-Fe-Legierung mit einem Nickelgehalt von mindestens ungefähr 50% sein und vorzugsweise von mindestens ungefähr 70%. "Reines" Nickel kann verwendet werden, aber es ist schwierig, es bei der Herstellung zu sputtern. Deshalb ist die Verwendung einer Legierung vorzuziehen und in dieser Hinsicht vorzugsweise eine mit nicht mehr als ungefähr 90% Ni. Es ist herausgefunden worden, daß Nickellegierungen mit weniger als ungefähr 50% Ni, z.B. 316-nichtrostender Stahl (8% Ni) ganz einfach ungeeignet sind und die gewünschten Kenndaten dieser Erfindung nicht erreichen. Beispiele von Legierungen mit hohem Nickelgehalt, die für die Verwendung in dieser Erfindung betrachtet werden, umfassen Inconel 600, Inconel 601, 50-50 Nickelchrom und 80-20 Nickelchrom.
Eine besonders bevorzugte Legierung zur Verwendung beim Umsetzen dieser Erfindung ist eine Legierung mit hohem Nickelgehalt, die im wesentlichen aus Ni, Cr, Fe, C, Al und Y (d.h. Yttrium) besteht. In dieser Hinsicht ist herausgefunden worden, daß eine bevorzugte Legierung dieses Typs mit sechs Teilen folgendes in Gew.-% umfaßt: ungefähr 76% Ni, ungefähr 4% Fe, ungefähr 16% Cr, weniger als ungefähr 0,5% C, ungefähr 5% Al und weniger als ungefähr 0,1% Y. Besonders gute Ergebnisse werden in der Tat mit solch einer Legierung erreicht, die in kommerzieller Form als Haynes Alloy Nr. 214 verfügbar ist. Die Zusammensetzung einer solchen Legierung ist wie folgt: Element ungefähre Gew.-%
Die Beschichtungen dieser Erfindung sind hochtemperaturbeständig. In den bevorzugten Ausführungsformen schwanken der Emissionsgrad, der Durchlässigkeitsfaktor und der Reflexionsfaktor (die zwei letzteren von beiden Seiten des Glases aus betrachtet) um ungefähr 10 Einheiten oder weniger während der Hochtemperaturbehandlung, vorzugsweise um weniger als 8 Einheiten und in einigen Fällen weniger als ungefähr 1 Einheit, während hervorragende Haltbarkeit, chemische Widerstandsfähigkeit und Langzeitstabilität aufrechterhalten werden. Dies ist trotz des Umstands wahr, daß herkömmliche Zeiten und Temperaturen (oberhalb 1100ºF (600ºC), z.B. 1150ºF-1450ºF (620ºC-790ºC) während der Hochtemperaturbehandlung (z.B. Biegen, Härten oder Hochtemperaturverfestigen oder die zwei letzten zusammen mit dem Biegen) angewendet werden. In der Tat ist es ein einzigartiges Merkmal dieser Erfindung, daß in vielen Ausführungsformen herausgefunden wird, daß sich diese Kenndaten tatsächlich mit der Hochtemperaturbehandlung verbessern und daß die Farbe tatsächlich mit der Hochtemperaturbehandlung vorteilhaft verbessert wird (d.h. neutraler wird). Zum Beispiel reicht in besonders bevorzugten Ausführungsformen, die die Haynes Alloy Nr. 214 und eine oder zwei unlegierte Zinnoxidschichten verwenden, die Farbe gemäß dem (Y, x, y)-System von 28,00; 0,3250; 0,3250 bis 21,00; 0,3150; 0,3150.
Ein typisches zweischichtiges System entsprechend Figur 1 ist eine Floatglasschicht als Substrat 1 mit einer Dicke von ungefähr 3/32" bis 1/2" (0,25-1,25 cm), einer Ni-, Cr-, Fe-Legierung mit hohem Nickelgehalt von ungefähr 50Å - 250Å (vorzugsweise ungefähr 150Å) als Schicht B, und eine Zinnoxidüberschicht von 20Å bis 500Å (und vorzugsweise ungefähr 160Å) als Schicht A.
Das Dreischichtsystem der Figur 2 ist dasselbe, mit der Ausnahme, daß eine sehr dünne Schicht (z.B. eine "Blitz"-Beschichtung von wenigen Angström) bis 500Å (vorzugsweise ungefähr 160Å) aus Zinnoxid als Schicht C verwendet wird. Das Vierschichtsystem der Figur 3 ist dasselbe mit der Ausnahme, daß eine metallische Schicht aus Aluminium von ungefähr 5Å bis 500Å (vorzugsweise ungefähr 60Å) als Schicht D verwendet wird ("5Å" soll eine sehr dünne Schicht von Al bezeichnen).
Während der genaue Mechanismus, durch den die einzigartigen Kenndaten dieser Erfindung erreicht werden, nicht voll verstanden ist, wird angenommen, daß die verschiedenen Schichten schließlich den folgenden Zwecken dienen, und so in der Dicke durch den Fachmann verändert werden können, wenn ihm erst einmal dies offenbart worden ist, um sein besonders System an die gewünschten besonderen Kenndaten genau anzupassen.
Schicht A: a) reduziert die Oxidation der metallischen Schicht B während der Hochtemperaturbehandlung
b) reduziert den Abrieb der metallischen Schicht B vor der Hochtemperaturbehandlung
c) vergrößert die chemische Widerstandsfähigkeit des Schichtsystems
d) stellt die optischen Kenndaten des Schichtsystems ein (Durchlässigkeit, Reflexionsgrad, reflektierte Farbe)
Schicht B: a) reflektiert infrarote Strahlung
b) reflektiert sichtbares Licht reduziert Solarenergiedurchlässigkeit
d) reduziert Durchlässigkeit von sichtbarem Licht
e) widersteht Hochtemperaturoxidation während der Hochtemperaturbehandlung
Schicht C: a) reduziert die Reflexion von sichtbarem Licht (optional) (antireflektierende Schicht)
b) reduziert die Schicht B auf Glaswechselwirkung bei hoher Temperatur
c) vergrößert die chemische Widerstandsfähigkeit des Schichtsystems
d) stellt die optischen Kenndaten des Schichtsystems ein (Durchlässigkeit, Reflexionsgrad, re-flektierte Farbe)
Schicht D: (optional) a) verzögert die Oxidation der Schicht B während der Hochtemperaturbehandlung
b) verstärkt die Haltbarkeit Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer oder Abrieb)
Wie weiter oben angegeben ist der bevorzugte Prozeß der bei der Herstellung der beschichteten Glasstrukturen dieser Erfindung verwendet wird, die Sputterbeschichtung. Typische Prozeßparameter für einen Airco-Temescal- Architekturbeschichter mit 3 Zonen und 9 Kathodenpositionen sind folgendermaßen:
Schicht A: Arbeitsgase: Argon und Sauerstoff (Raten variabel bis zu 100% O&sub2;)
Gasdruck: 0,5 bis 5,0 x 10&supmin;³ Torr (0,06 bis 0,6 N/m²)
Targetspannung: variiert (ungefähr 200-800 V)
Targetstromstärke: variiert
Schicht B: Arbeitsgas: Argon (100%)
Gasdruck: 0,5 bis 5,0 x 10&supmin;³ Torr (0,06 bis 0,6 N/m²)
Targetspannung: variiert (ungefähr 200-800 V)
Targetstromstärke: variiert
Schicht C: Arbeitsgase: Argon und Sauerstoff
(optional) Gasdruck: Raten variabel bis zu 100% O&sub2;)
Targetspannung: variiert (ungefähr 200-800 V)
Targetstromstärke: variiert
Schicht D: (optional) Arbeitsgas: Argon (100%)
Gasdruck: 0,5 bis 5,0 x 10&supmin;³ Torr (0,06 bis 0,6 N/m²)
Targetspannung: variiert (ungefähr 200-800 V)
Targetstromstärke: variiert
Wenn 1/4" (0,65cm) dickes klares Floatglas entsprechend dem obigen Prozeß beschichtet wird und bei 1200ºF (650ºC) für 15 Minuten erhitzt wird, sind die resultierenden Eigenschaften des hergestellten beschichteten Glases typischerweise wie folgt:

FIGUR 1

Zweilagenbeschichtung

sichtbare Durchlässigkeit: 0 - 50% C beleuchtet
sichtbare Reflexion: 10 - 65% beschichtete Seite, C beleuchtet 5 - 60% Glasseite, C beleuchtet
sichtbare Farbe: Pewter bis Bronze (Schichseite)
sichtbare Farbe: Silber bis Bronze (Glasseite)
Emissionsgrad: 0,10 - 0,60 (variiert mit der Metalldicke)
Schichtwiderstand: 10 - 200 Ω pro Querschnittsfläche (variiert mit der Metalldicke)

FIGUR 2

Dreilagenbeschichtung

sichtbare Durchlässigkeit: 0 - 60% C beleuchtet
sichtbare Reflexion: 10 - 60% beschichtete Seite, C beleuchtet 5 - 55% Glasseite, C beleuchtet
sichtbare Farbe: Silber bis Bronze (Schichtseite)
sichtbare Farbe: Pewter bis Blau (Glasseite)
Emissionsgrad: 0,10 - 0,60 (variiert mit der Metalldicke)
Schichtwiderstand: 10 - 200 Ω pro Querschnittsfläche (variiert mit der Metalldicke)

FIGUR 3

Vierlagenbeschichtung

sichtbare Durchlässigkeit: 0 - 75% C beleuchtet
sichtbare Reflexion: 5 - 65% beschichtete Seite, C beleuchtet 5 - 65% Glasseite, C beleuchtet
sichtbare Farbe: Silber bis Bronze (Schichtseite)
sichtbare Farbe: Pewter bis Blau (Glasseite)
Emissionsgrad: 0,10 - 0,70 (variiert mit der Metalldicke)
Schichtwiderstand: 10 - 500 Ω pro Querschnittsfläche (variiert mit der Metalldicke)
Zusätzlich zu dem oben Beschriebenen zeigen viele der hierin betrachteten Gläser eine hervorragende UV-Widerstandsfähigkeit. Weiterhin ist es nicht notwendig, daß das Glassubstrat Floatglas oder auch klares Glas ist. Die Erfindung ist auf eine große Vielfalt von Gläsern (oder selbst für Glaskeramiken) anwendbar, die, falls gewünscht, getönt sein können; z.B. Grau, Grün oder dergleichen.
Diese Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf besondere Beispiele wie folgt beschrieben:

Beispiel 1

Eine Mehrfachschicht-Dünnfilmbeschichtung ist auf einem Substrat aus Natrium-Kalk-Kieselsäure-Floatglas aufgebracht, das in der Lage ist, Prozeßtemperaturen höher als 1450ºF (788ºC) für ungefähr 5 Minuten zu widerstehen.
In diesem Beispiel wird ein 3 (0,9m) mal 4 Fuß (1,22m), 3/16 Inch (4,8mm) dickes graugetöntes Glassubstrat mit einem Durchlässigkeitsfaktor für Tageslicht von 49%, gemessen bei einer Wellenlänge von 550 Napometer, mit einer Dreischicht-Dünnfilmbeschichtung durch das von Airco-Temescal entwickelte Magnetron-Sputterverfahren beschichtet. Die Beschichtungsschichten werden nacheinander aufgetragen, wobei ein Dreizonen- Architekturbeschichter, der von Airco-Temescal verfügbar ist, verwendet wird. Vor dem Beschichten wird das Glas durch zwei herkömmliche Flachglaswascher gewaschen, die in Serie zu dem Architekturbeschichter positioniert sind.
Die erste Beschichtungszone ist mit zwei Zinnkathoden (99,9% Zinn) ausgerüstet, die die Breite des Beschichters betreiben. Die Zinnkathoden sind in Positionen 1 und 2 installiert, wobei Position 3 für ein Kathodenmaterial reserviert ist, das in der Lage ist, andere Beschichtungstypen aufzutragen. Der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für die Zone 1 wird auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ Torr (6,24 N/m²) durch Einleiten von 700 Standard-cm³/min vorgemischtem 80%-igem Sauerstoff- und 20%-igem Argongas erhöht. Der Sputterdruck wird weiter mit einer reinen Argonströmung von 176 Standard-cm³/min sublimiert. Beide Kathoden werden von 120kW- Gleichspannungsquellen versorgt, die auf 369V und 35A eingestellt sind. Das Glas wird durch den Beschichter mit einer Leitungsgeschwindigkeit von 54,0 Inch/Minute (137 cm/min) befördert. Eine Überwachungseinrichtung für Durchlässigkeit sichtbaren Lichts, die an dem Ende der Zone 1 angeordnet ist, nimmt einen Stand von 48,5% Durchlässigkeit auf. Die resultierende Beschichtungsschicht ist an dieser Stelle eine antireflektierende Beschichtung aus SnOx. Der Reflexionsfaktor der Glasseite der Dreischicht- Dünnfilmbeschichtung kann durch Erhöhen der Dicke der ersten SnOx-Schicht herabgesetzt werden. Die Hauptfunktion dieser Schicht ist die Steuerung des Reflexionsfaktors und der Farbe. Ihr Beitrag zu der Hochtemperaturwiderstandsfähigkeit des gesamten Schichtsystems ist nicht wesentlich.
Die zweite Beschichtungszone ist mit einer Kathode aus Haynes Alloy Nr. 214 in Position 5 ausgerüstet. Die Positionen 4 und 6 sind für Kathodenmaterialien reserviert, die das Aufbringen anderer Beschichtungstypen ermöglichen. Mit der oben erwähnten Leitungsgeschwindigkeit tritt das graue Glas unter der Haynes Alloy Nr. 214 hindurch und eine Durchlässigkeit von 7,5% sichtbaren Lichts wird an dem Ende der Zone 2 aufgenommen. Die "214"-Kathode wird von einer 120kW- Spannungsquelle versorgt, die auf 476V und 19,0A eingestellt ist. Die "214"- Kathode wird in einer Athmosphäre gesputtert, in der der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 n/m²) für Zone 2 auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ (0,24 N/m²) durch Einleitung von 640 Standard-cm³/min von Argongas erhöht ist. Die Hauptfunktion der "214"-Schicht ist es, die Durchlässigkeit zu steuern, thermische Leistungsfähigkeit zu schaffen und einer Oxidation bei den oben erwähnten Prozeßtemperaturen zu widerstehen.
Die dritte Beschichtungszone ist mit einer Kathode aus Zinn in Position 7 ausgerüstet. Die Positionen 8 und 9 sind für Kathodenmaterialien reserviert, die es ermöglichen, daß andere Beschichtungstypen aufgetragen werden. Unter Beibehaltung der vorher eingestellten Leitungsgeschwindigkeit von 54 Inch/Minute (137 cm/min) wird eine zweite Schicht aus SnOx über die bestehende Zweischichtenbeschichtung gesputtert. Wie in Zone 1 wird eine 120kW-Gleichspannungsquelle verwendet, um die Zinnkathode zu versorgen. Die Spannungsversorgung ist auf 434V und 50,8A eingestellt. Der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für Zone 3 wird auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ Torr (0,24 N/m²) durch Einleiten von 620 Standard- cm³/min eines vorgemischten 80%-igen Sauerstoff- und 20%-igen Argongases erhöht. Der Sputterdruck wird weiterhin mit einer reinen Argonströmung von 154 Standard-cm³/min sublimiert. Die Dreischichtenbeschichtung tritt unter einer Überwachungseinrichtung für die Durchlässigkeit sichtbaren Lichts an dem Ende der Zone 3 hindurch und ein Stand von 10,7% wird aufgenommen. Die Hauptfunktion des dritten Schichtsystems ist es, die "214"-Schicht vor Korrosion bei den oben erwähnten Prozeßtemperaturen zu schützen, zusätzlich die Farbe zu verstärken und die mechanische Haltbarkeit des gesamten Schichtsystems zu verbessern. Das beschichtete Glas wird nach Beschichtungsdefekten untersucht und die optischen Eigenschaften werden unter Verwendung eines von Spectrogard hergestellten Kolorimeters ausgewertet. In diesem Beispiel werden ein Reflexionsfaktor für sichtbares Licht von 11,0% auf der Glasseite und eine Glasseitenfarbart mit Farbkoordinaten von x = 0,3120, y = 0,3145 aufgenommen.
An dieser Stelle ist die Dreischichtbeschichtung auf graugetöntem Glas bereit für eine weitere Verarbeitung in eine Kraftfahrzeugseitenscheibe ("Privatsphärenfenster"). Mit Ausnahme leichter Modifikationen des Härtungsprozesses, was die allgemeine Kenntnis für jemanden darstellt, der im Härten bewandert ist, kann das Glas durch Prozesse geschnitten, grundiert, siebdruckunterworfen, erhitzt gebogen und gehärtet werden, die normal bei der Herstellung von Kraftfahrzeugseitenscheiben sind. Zum Beispiel wird das oben beschichtete Glas nach den Anforderungen des Abnehmers zuerst auf eine benötigte Größe geschnitten und geschliffen, einschließlich der Verwendung eines keramischen Frittenrahmens, falls notwendig. Die Struktur wird dann mit einer mäßigen Rate auf ungefähr 1150ºF (620ºC) erhitzt, die abhängig von der Glasdicke ist, und in die benötigte Form gebogen. Das Glas wird dann mit Luft schnell abgekühlt, um es zu härten und auf eine Bearbeitungstemperatur abzukühlen. Die Zeit, in der die Struktur über 1150ºF (620ºC) gehalten wird, beträgt 2-5 Minuten. Jedoch kann die so gebildete Struktur Temperaturen falls nötig bis zu ungefähr 1450ºF (790ºC) für 5 Minuten tolerieren, um den Biege- und/oder Härtungsprozeß zu bewirken.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird ein 28 Inch (0,71m) mal 38 Inch (9,97m), 5/32 Inch (4mm) dickes klares Glassubstrat mit einem Durchlässigkeitsfaktor von 90% für sichtbares Tageslicht, gemessen bei einer Wellenlänge von 550 Nanometer, mit einer Zweilagen-Dünnfilmbeschichtung auf ähnliche Weise beschichtet, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Beschichtungsschichten werden nacheinander aufgetragen, wobei zwei der drei Zonen des Architekturbeschichters, der von Airco-Temescal verfügbar ist, benutzt werden.
Die gesamte Kathodenspannung und die Prozeßgase in Zone 1 werden ausgeschaltet. Das klare Glas wird durch den Beschichter mit einer Leitungsgeschwindigkeit von 54,5 Inch/Minute (138 cm/min) befördert, wobei es durch die ungeänderte Zone 1 hindurchtritt.
Zu dieser Zeit tritt das Glas in Zone 2 ein, die mit Haynes Alloy Nr. 214 in Position 5, wie in Beispiel 1 beschrieben, ausgestattet ist. Die "214"-Kathode wird durch eine 120kW-Gleichspannungsquelle versorgt, die auf 513V und 47,0A eingestellt ist. Die "214"-Kathode wird in einer Athmosphäre mit dem nominalen Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für Zone 2 gesputtert, der auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ (0,24 N/m²) durch Einleiten von 652 Standard cm³/min Argongas erhöht wird. Ein Durchlässigkeitsfaktor für sichtbares Licht von 2,9% wird auf der Durchlässigkeitsüberwachungseinrichtung am Ende der Zone 2 aufgenommen. Wie im Beispiel 1 beschrieben, ist die Hauptfunktion der "214"-Schicht, die Durchlässigkeit zu steuern, thermische Leistungsfähigkeit zu schaffen und einer Oxidation bei einer Prozeßtemperatur von 1450ºF (788ºC) für ungefähr 5 Minuten zu widerstehen.
Das klare Glas wird nun in die Zone 3 befördert, die mit einer Kathode aus Zinn in Position 7 ausgerüstet ist, wie in Beispiel 1 beschrieben. Mit der Beförderungsleitungsgeschwindigkeit, die auf 54,5 Inch/Minute (138 cm/min) eingestellt ist, wird eine Schicht aus SnOx über der vorhandenen Haynes Alloy Nr. 214 gesputtert. Die Zinnkathode wird durch eine 120kW- Gleichspannungsquelle betrieben, die auf 443V und 50A eingestellt ist. Der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für Zone 3 auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ Torr (0,24 N/m²) durch Einleiten von 691 Standard- cm³/min eines vorgemischten 80%-igen Sauerstoff- und 20%-igen Argongases erhöht. Der Sputterdruck wird weiterhin mit einer reinen Argonströmung von 173 Standard-cm³/min sublimiert. Die Zweischichtbeschichtung tritt unter einer Durchlässigkeitsüberwachungseinrichtung für sichtbares Licht an dem Ende der Zone 3 hindurch und ein Stand von 4,0% wird aufgenommen. Wie in Beispiel 1 beschrieben, ist es die Hauptfunktion der oberen SNOx-Schicht, die "214"-Schicht vor Korrosion bei den vorher erwähnten Prozeßtemperaturen zu schützen, zusätzlich die Farbe zu verstärken und die mechanische Haltbarkeit des gesamten Schichtsystems zu verbessern. Das beschichtete Glas wird auf Beschichtungsdefekte hin untersucht und die optischen Eigenschaften werden unter Verwendung eines von Spectrogard hergestellten Kolorimeters ausgewertet. In dem Beispiel werden ein Reflexionsfaktor für sichtbares Licht von 50,62 auf der Glasseite und eine Glasseitenfarbart in Farbkoordinaten von x = 0,3141; y = 0,3249 aufgenommen.
An dieser Stelle ist die Zweischichtbeschichtung auf dem klaren Glas bereit für eine weitere Verarbeitung in ein Kraftfahrzeugsonnendach. In solch einem Prozeß wird das Glas geschnitten und wie in Beispiel 1 geformt, jedoch um der Sonnendachkonfiguration angepaßt zu sein. Erhitzen, Biegen und Härten werden vorgenommen, indem herkömmliche Verfahren angewendet werden, wobei Temperaturen in der Größenordnung von ungefähr 1300ºF (700ºC) für ungefähr 2-5 Minuten, wie benötigt, angewendet werden, wobei eine Erniedrigung von nicht mehr als 10 Einheiten der Emissionsgrads- Durchlässigkeits- und Reflexions-Kenndaten des Sonnendachs nötig ist. Zusätzlich zeigt das entstehende Dach hervorragende Haltbarkeits- und chemische Widerstandsfähigkeits-Kenndaten, als auch eine angenehm ästhetische Silberfarbe von der Glasseite (an der Außenseite des Automobils) aus und eine fast unmerkliche bronze reflektierende Farbe zum Autoinsassen hin.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird eine 1/4 Inch (6mm) dickes klares Floatglassubstrat in ähnlicher Weise beschichtet wie in Beispiel 2 verdeutlicht. Eine leichte Zunahme in der Durchlässigkeit (ungefähr eine 2%-ige Zunahme) wird durch Herabsetzen des Stroms (A) erreicht, auf den die Haynes Alloy Nr. 214 in Zone 2 eingestellt ist. Beim Verändern des Stroms können leichte Einstellungen des Argonstroms notwendig werden, um einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ Torr (0,24 N/m²) aufrechtzuerhalten. Die gezeigten Parameter für das SnOx, das in Zone 3 gesputtert wird, kann auch leichte Einstellungen erforderlich machen, um die endgültige Farbe der gesamten zweischichtigen Architekturbeschichtung sicherzustellen.
Das resultierende Produkt ist ein Architekturfenster (Spandrille oder Sichtfenster), das dann, wenn es auf Temperaturen, die für das Biegen von Architekturglas (z.B. ungefähr 1120ºF (605ºC) oder mehr, für Zeiten von ungefähr 10-30 Minuten) erhitzt wird, ähnliche optische Kenndaten hat wie andere sehr leistungsfähige, aber nicht hochtemperaturbeständige, gesputterte Architekturgläser wie z.B. Guardian's SS-8 (z.B. ein 8%-iges auf Nickel basierendes nichtrostendes Stahlbeschichtungssystem, das mit TiN belegt ist).
Der Vorteil dieses Architekturglases in diesem Beispiel ist, daß es gebogen, gehärtet und hochtemperaturverfestigt werden kann. Dieses Glas kann auch gebogen und gekühlt werden, falls gewünscht. In allen Fällen kann das Architekturglas laminiert werden, falls notwendig.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wird ein 3 (0,9mm) mal 4 Fuß (1,22mm), 5/32 Inch (4,8mm) 35 dickes graugetöntes Glassubstrat mit einem Durchlässigkeitsfaktor für sichtbares Tageslich von 53,0, gemessen bei einer Wellenlänge von 550 Nanometer, mit einer Vierschicht-Dünnfilmbeschichtung beschichtet, wie sie in ähnlicher Weise für die Dreischicht-Filmbeschichtung in Beispiel 1 beschrieben ist.
Die erste Beschichtungszone ist mit zwei Zinnkathoden (99,9% Zinn) ausgerüstet und in Positionen 1 und 2 angeordnet. Der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für Zone 1 wird auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ Torr (0,24 N/m²) durch Einleiten von 893 Standard-cm³/min vorgemischtem 80%-igem Sauerstoff- und 20%-igem Argongas erhöht. Der Sputterdruck wird weiterhin mit einer reinen Argonströmung von 222 Standard-cm³/min sublimiert. Beide Kathoden werden durch 120kW-Gleichspannungsquellen versorgt, die auf 391V, 49A bzw. 379V, 41A eingestellt sind. Das Glas wird durch den Beschichter mit einer Leitungsgeschwindigkeit von 62,6 Inch/Minute (159 cm/min) befördert. Eine Durchlässigkeitsüberwachungseinrichtung für sichtbares Licht, das am Ende der Zone 1 angeordnet ist, zeichnet einen Stand von 48,2% auf. Wie in Beispiel 1 ist die resultierende Beschichtungsschicht an dieser Stelle eine antireflektierende Beschichtung aus SnOx.
Die zweite Beschichtungszone ist mit einer Kathode aus Haynes Alloy Nr. 214 in Position 5 und einer Aluminiumkathode (99,5% Aluminium) in Position 6 ausgerüstet. Die Position 4 ist für Kathodenmaterialien reserviert, die in der Lage sind, andere Beschichtungstypen auftutragen. Mit der oben erwähnten Leitungsgeschwindigkeit tritt das graue Glas unter der Haynes Alloy Nr. 214 und dem Aluminium hindurch, wo eine sichtbare Durchlässigkeit von 4,5% aufgenommen wird. Die "214"-Kathode wird durch eine 120kW- Gleichspannungsquelle versorgt, die auf 457V und 23,5A eingestellt ist. Das Aluminiumtarget wird durch eine 120kW-Gleichspannungsquelle versorgt, die auf 324V und 13A eingestellt ist. Beide Kathoden werden in einer Athmosphäre gesputtert, in der der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für Zone 2 auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ Torr (0,24 N/m²) durch Einleiten von 840 Standard-cm³/min Argongas erhöht wird. Die Haupffunktion der "214" -Schicht ist dieselbe wie die in Beispiel 1 bezeichnete. Die Hauptfunktion des Aluminiums ist es, die Oxidation der "214"-Schicht während der Hochtemperaturbehandlung zu verzögern, wodurch deshalb die Hochtemperaturstabilität des gesamten Schichtsystems erhoht wird. Die Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Kratzer wird ebenfalls verbessert.
Die dritte Beschichtungszone ist mit einer Zinnkathode in Position 7 und einem Zinntarget in Position 8 ausgestattet. Position 9 ist für Kathodenmaterialien reserviert, die in der Lage sind, andere Beschichtungstypen aufzutragen. Unter Beibehaltung der vorher eingestellten Leitungsgeschwindigkeit von 62,6 Inch/Minute (159 cm/min) wird eine zweite Schicht aus SnOx über der bestehenden Dreischichtbeschichtung sputterbeschichtet. Wie in Zone 1 wird eine 120kW-Gleichspannungsquelle verwendet, um die Zinnkathoden zu versorgen. Die Spannungsquellen sind auf 582 V, 35A bzw. 372 V, 40A eingestellt. Der nominale Basisdruck von 5,0 x 10&supmin;&sup6; Torr (0,6 N/m²) für Zone 3 wird auf einen Sputterdruck von 2,0 x 10&supmin;³ (0,24 N/m²) durch Einleiten von 849 Standard-cm³/min vorgemischtem 80%-igem Sauerstoff- und 20%-igem Argongas erhöht. Der Sputterdruck wird weiterhin mit einer reinen Argonströmung von 212 Standard-cm³/min sublimiert. Die Vierschichtbeschichtung tritt unter einer Durchlässigkeitsüberwachungseinrichtung für sichtbares Licht am Ende der Zone 3 hindurch und ein Stand von 7,2% wird aufgenommen. Die Hauptfunktion der vierten Schicht (SnOx) ist dieselbe, wie für die dritte Schicht (SnOx) in Beispiel 1 ausgeführt. Das beschichtete Glas wird auf Beschichtungsdefekte untersucht und die optischen Eigenschaften werden unter Verwendung eines von Spectrograd hergestellten Kolorimeters ausgewertet. In diesem Beispiel werden ein sichtbarer Reflexionsgrad von 15,51 auf der Glasseite und eine Glasseitenfarbart der Farbkoordinaten von x = 0,3176; y = 0,3234 aufgenommen. Die Dicken der vier Schichten sind angenähert wie folgt: Schicht Ångström
An dieser Stelle ist die Vierschichtbeschichtung auf 5/32 graugetöntem Glas bereit für die weitere Verarbeitung in ein Automobilseitenfenster ("Privatsphärenfenster"), auf ähnliche Weise wie im Beispiel 1 dargelegt.

Claims

1. Beschichteter Glasgegenstand, der ein Substrat aus Glas mit einem darauf aufgebrachten Beschichtungssystem umfaßt, das folgendes aufweist:

eine metallische Oxidüberschicht, die im wesentlichen aus stöchiometrischem SnO&sub2; besteht, und eine metallische Zwischenschicht, die im wesentlichen aus Nickel oder einer Nickellegierung mit mindestens 70 Gew.-% Nickel aufweist, wobei der Gegenstand in der Lage ist, Temperaturen von 620ºC-790ºC (1150ºF-1450ºF) für Zeiten standzuhalten, die ausreichen, den Gegenstand zu biegen und/oder durch Hochtemperatur zu verfestigen und/oder zu härten ohne die Farbe, die Haltbarkeit, die chemische Widerstandsfähigkeit, den Emissionsgrad, den Reflexionsfaktor und den Durchlässigkeitsfaktor, so wie diese Kenndaten im Bereich eines Kraftfahrzeug- oder Architekturfensters definiert sind, wesentlich herabzusetzen.

2. Verfahren zum Bilden eines hochtemperaturbehandelten Glasgegenstands, das folgendes aufweist: Beschichten der Oberfläche des Glasgegenstands vor der Hochtemperaturbehandlung eines Beschichtungssystems, das eine metallische Oxidüberschicht aufweist, die im wesentlichen aus stöchiometrischem SnO&sub2; und einer metallischen Zwischenschicht besteht, die im wesentlichen aus Nickel oder einer Nickellegierung mit mindestens 70 Gew.-% Nickel besteht, und danach Unterwerfen des beschichteten Glasgegenstands einer Hochtemperaturbehandlung bei ungefähr 620ºC-790ºC (1150ºF-1450ºF) für Zeiten, die ausreichen, den Gegenstand zu biegen und/oder durch Hochtemperatur zu verfestigen und/oder zu härten, ohne die Farbe, die Haltbarkeit, die chemische Widerstandsfähigkeit, den Emissionsgrad, den Reflexionsfaktor und den Durchlässigkeitsfaktor, so wie diese Kenndaten im Bereich eines Kraftfahrzeug- oder Architekturfensters definiert sind, wesentlich herabzusetzen.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Beschichtungssystem weiterhin eine Schicht als Unterschicht für die metallische Schicht aufweist, die im wesentlichen aus stöchiometrischen SnO&sub2; besteht.

4. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3 oder Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,

wobei das Glassubstrat 2,4mm - 12,7mm (3/32" - 1/2") dickes Floatglas ist und das metallische Nickel oder die Legierung mit hohem Nickelgehalt eine Dicke von ungefähr 50Å - 250Å, vorzugsweise 150Å, aufweist.

5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

wobei die SnO&sub2;-Schicht eine Dicke von ungefähr einigen wenigen Ångström bis ungefähr 500Å, vorzugsweise 160Å, aufweist.

6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,

wobei das Beschichtungssystem weiterhin eine zweite metallische Schicht aufweist, die im wesentlichen aus Aluminium besteht und als eine Schicht zwischen der Oberschicht SnO&sub2; und der metallischen Schicht ausgewählt aus Nickel oder einer Legierung mit hohem Nickelgehalt dient.

7. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,

wobei die zweite metallische Schicht eine Dicke von ungefähr einigen wenigen Ångström bis ungefähr 500Å, vorzugsweise 60Å, aufweist.

8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,

wobei die metallische Schicht eine Legierung mit hohem Nickelgehalt ist, die Nickel, Chrom und Eisen aufweist und wobei der Nickelgehalt nicht mehr als 90 Gew.-% beträgt.

9. Gegenstand oder Verfahren nach Anspruch 8,

wobei die Legierung mit hohem Nickelgehalt im wesentlichen aus Ni, Fe, Cr, C, Al und Y besteht.

10. Gegenstand oder Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,

wobei die metallische Legierung im wesentlichen aus folgendem in Gew.-% besteht: 76% Ni, 4% Fe, 16% Cr, weniger als 0,5% C, 5% Al und weniger als 0,1% Y.

11. Gegenstand oder Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

wobei die Legierung mit hohem Nickelgehalt im wesentlichen aus folgendem in Gew.-% besteht: Element

12. Verfahren nach einem der Anprüche 2 bis 11,

wobei jede der Schichten des Beschichtungssystems durch Sputterbeschichtung gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,

wobei die Sputterbeschichtung magnetisch verstärkt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,

wobei die SnO&sub2;-Schicht in einer Sauerstoff enthaltenden Umgebung unter Verwendung einer im wesentlichen reinen Zinnkathode sputterbeschichtet wird.