專利名稱：雙銀層、低輻射率玻璃涂層系統(tǒng)和用其制造的絕熱玻璃構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低輻射率值涂覆玻璃制品。更具體地說，本發(fā)明部分涉及由這些涂覆玻璃制成的絕熱玻璃構(gòu)件(例如門和窗)。
在商貿(mào)交往中現(xiàn)已充分證實用于使建筑門窗達到陽光控制性能的濺射涂敷玻璃層系統(tǒng)的重要性。另外，同樣充分證實了將該層系統(tǒng)用在絕熱玻璃構(gòu)件(在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知為“IG”構(gòu)件)中的重要性。后一種應(yīng)用的實例包括由至少二層在周邊密封以在其中形成絕熱腔的玻璃形成的雙層和三層玻璃窗和門。在這方面，該腔經(jīng)常是用一種除空氣外的氣體，如氬來填充。
對于在市場中該IG構(gòu)件的認可，重要的是直接與所使用的濺射涂敷層系統(tǒng)有關(guān)的下列特性。
1)與紅外輻射反射率接受值結(jié)合的可見光透射率的期望值；2)非鏡像外觀；3)是中性的或在非有害顏色濃淡的合格范圍內(nèi)的顏色外觀；4)耐侯或耐其它化學侵襲的特性，經(jīng)常叫做化學耐久性；和5)在加工，特別是由二片或更多片玻璃(它們中的至少一片用前述涂層系統(tǒng)預(yù)先濺射涂敷過)制造IG窗或門所需的各種步驟期間的抗磨損性(經(jīng)常叫做機械耐久性)。
除了這些物理特性外，所使用的涂層系統(tǒng)制造必須是經(jīng)濟實用的。如果它不是這樣，最終的產(chǎn)品，比如IG構(gòu)件，可能變得如此昂貴以致于沒有需求。
在技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的是，當試圖獲得這些所期望的特性時，它們經(jīng)常是有沖突的，因此折衷經(jīng)常變得不可避免。例如，可能不得不以耐久性(化學的或機械的，或二者均有)為代價獲得滿意的透射或IR(紅外)反射水平。在其它折衷中，不希望的顏色和鏡像窗(或門)變得不可避免。在更進一步的折衷中，產(chǎn)品成本變成一個重要因素。這些問題在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了對一種在這些特性之間能達到一種更好的平衡的新型濺射涂敷層系統(tǒng)的需求。
在US5,344,718專利中，公開了各種優(yōu)異的獲得滿意低輻射率(E)值的濺射涂敷層系統(tǒng)，并由此將之恰當?shù)胤诸悶椤暗洼椛渎?E)”種類系統(tǒng)(即高IR反射率種類涂層，如下定義)。另外，作為一類，該涂層系統(tǒng)通常表現(xiàn)出其耐久性接近或等于高溫涂層的耐久性并由此十分滿意。更進一步，這些涂層，特別在它們優(yōu)選的技術(shù)方案中，表現(xiàn)出高可見光透射率。同時它們也表現(xiàn)出合理的中性顏色，該顏色分布稍微落入蘭色的綠色一側(cè)，然而，通過所獲得的反射率水平對之恰當?shù)卣诒我虼吮憩F(xiàn)出基本上是中性。另外，它們的可見光反射率特性低于20％并由此當，例如，作為窗或門使用時無論是從外面還是從里面觀看都避免了不希望的鏡像外觀。
在US5,344,718專利中所公開的這類層系統(tǒng)使用了各種Si3N4和鎳或鎳鉻合金層以便在它們之間以選定的順序夾入一層或更多層IR反射金屬銀，由此獲得所期望的最終性能。該專利的整個公開內(nèi)容，包括其背景部分，在此引入做為參考。
一般說來，該現(xiàn)有專利(′718)通過使用由5層或更多層組成的系統(tǒng)獲得了獨特的結(jié)果，其中從玻璃向外開始算起該系統(tǒng)包括a)Si3N4底涂層；b)鎳或鎳鉻合金層；c)銀層；d)鎳或鎳鉻合金層；和e)Si3N4外涂層。
當該系統(tǒng)必不可少地由這五(5)層組成時，通常使用如下厚度層 范圍(大約)a(Si3N4)400-425b(Ni或Ni∶Cr) 7或更少c(Ag) 95A-105Ad(Ni或Ni∶Cr) 7A或更少e(Si3N4)525-575在該現(xiàn)有專利(′718)中，當使用多于五層時，如當使用二層銀層時，從玻璃向外開始算起該系統(tǒng)通常包括以下層玻璃/Si3N4/Ni∶Cr/Ag/Ni∶Cr/Ag/Ni∶Cr/Si3N4。在該系統(tǒng)中，銀的總厚度保持相同(即95A-105A)以致于每層銀本身只有約50以便等于總量，同時Ni∶Cr和Si3N4層的總厚度與在五層系統(tǒng)中的相同。
同時，該系統(tǒng)，如在先有′718專利所公開的那樣，形成對當時現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，特別是在那份專利的背景部分中所論述的那些系統(tǒng)的一個明顯的改進；盡管如此，在輻射率特性上仍保留有改進的余地。例如，在718專利的系統(tǒng)中，標準輻射率(En)通常低于或等于約0.12，同時，半球輻射率(Eh)通常低于約0.16。然而，實際上，真正能達到的是更低的限度，通常En約為0.09和Eh約為0.12。在這方面，可達到的面電阻(Rs)通常為約9-10歐姆/平方。
人們通常持有的看法是阻止達到更好的IR反射的(即，降低的“E”值)是如果為了獲得更高的IR反射率而增加銀的厚度，將發(fā)生下列四種不利影響中的至少一種或更多種(1)產(chǎn)生耐久性損失；(2)最終的產(chǎn)品反射太高并因此變得鏡像；(3)將使顏色產(chǎn)生不合格的高紫或紅/藍外觀；和/或(4)可見光透射率將變得令人無法接受的低。
耐久性，不論是機械的還是化學的，是一個獲得通常無論是作為單片使用還是，例如，在IG構(gòu)件中使用的建筑玻璃的重要因素。如前所述，IG構(gòu)件的加工、組裝和密封要求機械耐久性優(yōu)質(zhì)，同時對每層進行周邊密封以在之間形成絕熱腔的需要主要由于不可避免地與涂層接觸的密封劑的性質(zhì)產(chǎn)生了對化學耐久性的要求。
在美學上，鏡像和紫色性質(zhì)會降低任何表現(xiàn)出這些特性的產(chǎn)品的市場銷售。盡管可見光透射率損失是不希望的，但其沒有變?yōu)檎嬲泻?，除非在單板中它降至低于約70％和在IG構(gòu)件中它降至低于約63％。然而，在某些應(yīng)用中，特別是在希望低遮蔽系數(shù)(即少于約0.6)的情況下，盡管輻射率相當?shù)投干渎士赡軐嶋H上太高。通常說來，在希望遮蔽性質(zhì)的情況下(即達到更低的空調(diào)成本)，整體可見光透射率應(yīng)該保持在75％以下，優(yōu)選地在73％以下，而在典型的IG構(gòu)件中，透射率應(yīng)該為約65％-68％。
以上看法的部分證實是在US5,302,449專利中所公開的相當復(fù)雜的層系統(tǒng)以及由Cardinal IG公司售出的以Cardinal 171為人們所已知的IG構(gòu)件形式的它的假定商業(yè)對應(yīng)物。像這份專利所指出的那樣，該層系統(tǒng)，在層堆積上可變化材料的厚度和種類以獲得一定的陽光控制性質(zhì)，以及使用鋅、錫、銦、鉍的氧化物或它們合金的氧化物，包括錫酸鋅的氧化物，的外涂層以獲得耐磨損性。另外，該系統(tǒng)使用了一層或二層金，銅或銀以獲得它的最終結(jié)果。當使用二層銀時，指出第一層厚度在100-150之間并且優(yōu)選地約為125，同時其上面的第二層是在125-175之間。當只使用一層銀時，指出它的厚度是約100A-175，優(yōu)選地為140。該專利任何地方都沒有公開鎳或鎳鉻合金的應(yīng)用，也沒有將氮化硅在疊層排列中作為組分應(yīng)用。
在真正的工業(yè)實踐中，已發(fā)現(xiàn)前述Cardinal IG構(gòu)件獲得了包括滿意的顏色特性和較好的非鏡像可見光反射率(以下報道一個實施用于比較)在內(nèi)的十分滿意的陽光控制性能。然而，在其它情況下已發(fā)現(xiàn)該十分滿意的系統(tǒng)缺乏化學耐久性，并且，如在本文中所述，可以將其說成缺乏化學耐久性，這是因為它沒有通過規(guī)定的煮沸實驗。盡管對此還不知道確切原因，但簡單的推斷是，像現(xiàn)有技術(shù)所陳述的那樣，為了使其它特性獲得所期望的水平，在至少一個所期望的特性上不得不做出犧牲。另外，由于疊層和所使用的組分的性質(zhì)，該系統(tǒng)制造很昂貴，這主要是由于為了達到所期望結(jié)果所要求的層的數(shù)目和厚度所致。
在前述′718專利的背景部分中，公開了另一種在商業(yè)上作為超-EIII(Airco公司的一種產(chǎn)品)而為人們已知的現(xiàn)有技術(shù)的建筑玻璃層系統(tǒng)。該系統(tǒng)，從玻璃向外算起由下列疊層組成Si3N4/Ni∶Cr/Ag/Ni∶Cr/Si3N4
在實踐中已發(fā)現(xiàn)在該超-EIII系統(tǒng)中Ni∶Cr含合金的Ni/Cr(重量)分別是80/20(即鎳鉻合金)，報道兩個鎳鉻合金層是7A厚，銀層特定為約70厚[除聲明該銀可能是約100厚以外]，并且Si3N4層較厚(例如，底涂層為320和外涂層為約450)。實際上，因為它薄，在實踐中，已發(fā)現(xiàn)銀(Ag)層在性能上確實際上是相當半連續(xù)。
同時該涂層獲得了良好的“耐久性”(即該涂層耐擦劃、耐磨損和化學穩(wěn)定)并由此獲得與高溫涂層相比時該特性重要的尺度，對于約3mm厚的玻璃，Eh僅為約0.20-0.22，和En約0.14-0.17。這二個輻射率值都很高。另外，測定面電阻(Rs)較高，為15.8歐姆/平方(更滿意的值約為10.5或更少)。這樣，盡管發(fā)現(xiàn)機械和化學耐久性相當滿意并且其整體可見光透射率也很高，為76±1％，以及盡管證明這些涂層與用在IG構(gòu)件中的常規(guī)密封劑是相容的，但其處理IR輻射的能力比期望的要低。另外，其76±1％的很高的整體可見光透射率使得當要求更低的遮蔽特性時該系統(tǒng)是非常不合適的。
Airco(公司)在超-EIII系統(tǒng)之后，已設(shè)計了它的超-EIV系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括從玻璃向外算起的下列疊層組分 厚度()TiO2約300NiCrNx約8Ag約105NiCrNx約8Si3N4約425
除了可見光透射率較高(例如大于80％)，輻射強度較低(例如低于約0.10)，和遮蔽系數(shù)明顯較高(例如約0.80)外，該系統(tǒng)在性能上與超-EIII很相似。另外，由于將TiO2用作底涂層，該系統(tǒng)制造昂貴。
除了這些超-EIII和IV層系統(tǒng)外，在專利和專業(yè)文獻中已報道了含有銀和/或Ni∶Cr作為用于紅外反射，和其它光控制目的的層的其它涂層。例如，參見Fabry-perot濾光器和在US3,682,528和4,799,745專利(和其中論述和/或引用的現(xiàn)有技術(shù))中所公開的其它現(xiàn)有技術(shù)的涂層和技術(shù)。還可以參見在包括，例如，美國專利US4,179,181；3,698,946；3,978,273；3,901,997和3,889,026(僅列舉了一小部分)在內(nèi)的許多專利中產(chǎn)生的介電、金屬夾層。盡管已知道或報道了這樣的其它涂層，我們相信在我們的發(fā)明之前，這些現(xiàn)有技術(shù)的公開文獻沒有一個告訴人們或已獲得能力使用高產(chǎn)濺射涂敷工藝并且，同時，獲得了不僅接近或等于高溫涂層耐久性，而且還獲得優(yōu)異陽光控制特性的建筑玻璃。
簡而言之，在現(xiàn)有技術(shù)中的以上因素將導致專業(yè)人員直接遠離任何合理的建議，該建議是在系統(tǒng)，如在′718專利中發(fā)現(xiàn)的這種系統(tǒng)中使銀明顯加厚，結(jié)合對Si3N4厚度的適當調(diào)整，可以全面達到所期望特性，特別是在以下特性的組合方面(1)滿意的，非紫或非紅/藍色；(2)非鏡像外觀，無論是外面，還是里面；(3)適度高，但不是太高的透射率值；(4)良好的機械耐久性；(5)優(yōu)異的化學耐久性；和(6)特別低的輻射率值。
在我們的未決申請(順序號081,356,515,1994.12.15申請，名稱為“低輻射率玻璃涂層系統(tǒng)和由其制造的絕熱玻璃構(gòu)件”)中，針對上述問題和缺點，公開了一種滿足技術(shù)要求的層系統(tǒng)。在其中公開的層系統(tǒng)從玻璃向外算起通常包括a)厚度為約450-600的Si3N4層；b)厚度為約7A或少的鎳或鎳鉻合金層；c)厚度為約115-190的銀層；d)厚度為約7或更少的鎳或鎳鉻合金層；e)厚度為約580-800的Si3N4層；這樣導致當玻璃基本具有約2mm-6mm的厚度時，該涂覆玻璃基體具有至少約為70％的可見光透射率，少于約0.07的標準輻射率(En)，少于約0.075的半球輻射率(Eh)，少于約5.5歐姆平方的面電阻，并具有下列反射率，和顏色坐標，其中玻璃側(cè)特性是RGY， 約 12—19ah，約 -3—+3bh，約 -5—-20并且其中膜側(cè)特性是RFY， 約 8—12ah，約 0—6bh，約 -5—-30其中，RY是反射率并且ah，bh是用Hunter裝置，Ill.C，10°觀測儀測量的顏色坐標。
在該未決發(fā)明的某些方案中，將一塊其一個表面上具有上述層系統(tǒng)的玻璃板與至少另一塊玻璃板一起使用以便每塊玻璃板基本平行于另一塊玻璃板，但彼此隔開并在它們的周邊密封以在它們之間形成絕熱腔，由此形成用作窗，門，或墻的絕熱玻璃構(gòu)件(IG)，其中如圖2所示，該層系統(tǒng)位于表面24上以便使反射率和顏色坐標為當從外面觀看時RGY， 約16—18a*，約-3—+3b*，約0—-15當從里面觀看時RFY， 約14—16a*，約0—+5b*，約0—-20并且可見光透射率至少約為63％，并優(yōu)選為約65％-68％。當該涂層系統(tǒng)位于表面26時(圖2)，反射率和顏色坐標與上面填倒過來，但透射率保持相同。
如下所述，此處的星號，表示用Ill.C，2°觀測儀常規(guī)測得的顏色坐標。
此處所用的術(shù)語“外面”意思是觀測者從使用了該有涂層的玻璃板(即IG構(gòu)件)的處所外面觀測。此處所用的術(shù)語“里面”與“外面”的含義正相反，即觀測者從安裝了該構(gòu)件的處所里面(例如，從住宅或辦公建筑物的房間里向外看)觀測的那一側(cè)。
在該未決發(fā)明中公開的層系統(tǒng)是高度有效的。它們不僅獲得了優(yōu)異的陽光控制性能，而且它們同樣是基本非反射的(例如，在有害的20％水平之下)，和耐久性的(化學的和機械的)。盡管如此，現(xiàn)已十分令人吃驚的發(fā)現(xiàn)(并作為本發(fā)明的一部分)通過(1)使用總厚度甚至超過該現(xiàn)有未決發(fā)明的雙銀層系統(tǒng)，(2)除了Si3N4底涂層和外涂層外，使用較厚的Si3N4中間層，和(3)用核化鎳或鎳鉻合金層將各層隔開，可以使反射率更進一步減少，而不過分地影響上面所列出的其它期望的特性。
一般說來，通過提供由一種玻璃基體組成的濺射涂覆玻璃制品而獲得獨特的結(jié)果，在該玻璃基體上向外有一種層系統(tǒng)，該層系統(tǒng)包括a)厚度約300-500的Si3N4層；b)厚度約7?；蚋俚逆嚮蜴囥t合金層；c)厚度約70-130的銀層；d)厚度約7?；蚋俚逆嚮蜴囥t合金層；e)厚度約700-1,100的Si3N4層；f)厚度約7或更少的鎳或鎳鉻合金層；g)厚度約70-190的銀層；h)厚度約7A或更少的鎳或鎳鉻合金層；i)厚度約350-700的Si3N4層；在某些特別優(yōu)選的技術(shù)方案中，以上各層厚度是層 厚度()a約350-450b約≤7
c約100-125d約≤7e約≤900-1,000f約≤7g約140-170h約≤7i約400-500在某些特別優(yōu)選的技術(shù)方案中，以上各層的厚度是層 厚度()a約400b約7c約110d約7e約950f約7g約155h約7i約450在像本發(fā)明所設(shè)想的那樣的制品中，當所說的玻璃基體具有約2mm-6mm的厚度時，該涂覆玻璃基體具有至少約70％，優(yōu)選為約72％-76％的可見光透射率；約0.02-0.09，優(yōu)選為約0.03-0.06的標準輻射率；約0.03-0.12，優(yōu)選為約0.04-0.07的半球輻射率；約2-10，優(yōu)選為3-5的面電阻(Rs)，并具有下列反射率和顏色坐標，其中玻璃側(cè)的特性是RGY，低于約10，優(yōu)選約4-7；ah是約-3—+5，優(yōu)選約+2.5—+4.5；和bh是約0—-10，優(yōu)選約-4—-8.0；并且其中膜側(cè)的特性是RFY，低于約10，優(yōu)選約3-7；ah是約-3—+5，優(yōu)選約0.0—2.0；和bh是約0—-10，優(yōu)選約0.0—-2.0；其中RY是反射率并且ah，bh是用Hunter裝置，Ill.C，10°觀測儀測量的顏色坐標。
在本發(fā)明特定的技術(shù)方案中，將一塊其一個表面上具有上述層系統(tǒng)的玻璃板與至少另一塊玻璃板一起使用以便每塊玻璃板基本上平行于其它的玻璃板，但它們相互隔開并在它們的周邊密封以在它們之間形成絕熱腔，由此形成用作窗，門或墻的絕熱玻璃構(gòu)件，其中如圖2所示，該層系統(tǒng)位于表面24上以至于使反射和顏色坐標為從外面觀測時RGY少于約16并優(yōu)選為約9-12；a*，約-3.0—+3.0并優(yōu)選約0.0—+2.0；b*，約0.0—-8.0，并優(yōu)選約-4.5—-6.5；從里面觀測時RFY，少于約15并優(yōu)選為約9-12；
a*，約-3.0—+3.0，并優(yōu)選約0.0—+2.0；b*，約0.0—-8.0，并優(yōu)選約0.0—-2.0；并且可見光透射率至少為約63％，優(yōu)選為約65％-68％。當該涂層系統(tǒng)位于表面26上(圖2)時反射率和顏色坐標與上面顛倒過來，但透射率保持相同。如前所說，和如下所述，星號(*)表示Ill.C，2°觀測儀。
現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明某些技術(shù)方案，以及參照附圖描述本發(fā)明，其中
圖1是本發(fā)明層系統(tǒng)的局部側(cè)截面圖；圖2是如本發(fā)明所設(shè)想的IG構(gòu)件的局部橫截面圖；圖3是使用如圖2所說明的IG，構(gòu)件作為窗、門、和墻的房屋的局部示意性透視圖。
在玻璃涂層領(lǐng)域中，特別是當定義用在建筑領(lǐng)域中的涂覆玻璃的性能和陽光控制特性時，某些術(shù)語是廣泛采用的。按照它們廣為人知的含義在此使用這些術(shù)語。例如，在此使用可見波長光的強度“反射率”通過它的百分率來定義并被說成RxY，其中X對玻璃側(cè)是“G”或?qū)δ?cè)是“F”。“玻璃側(cè)”(例如“G”)意思是從與存在涂層的玻璃基體一側(cè)相反的另一側(cè)觀測，而“膜側(cè)”(即“F”)意思是從存在涂層的玻璃基體一側(cè)觀測。另一方面，它也被說成“R對外”或“R對里”，“G相當于“向外”和“F”相當于“向內(nèi)”。
在“a”和“b”坐標上測量顏色坐標。同時在此用下標“h”表示這些坐標以表明按照ASTME308-85(ASTM標準手冊，vol.06.01“用CIE系統(tǒng)計算物體顏色的標準方法”)，一般使用Hunter方法(或構(gòu)件)Ill.C.10°觀測儀。在其它時候，它們用星號(*)表示以表明另一個常規(guī)標準，即在前述ASTME308-85的公開內(nèi)容中也被作為參考的Ill.C，2°觀測儀(方法)。
術(shù)語“輻射率”和“透射率”是本領(lǐng)域內(nèi)人們所熟知的并在此按照它們廣為人知的含義使用。這樣，例如，此處的術(shù)語“透射率”意思是陽光透射率，它等于可見光透射率，紅外能透射率，和紫外光透射率。于是通常將總的太陽能透射率表征為這些其它值的重量平均數(shù)。對于這些透射率，在380-720nm處用標準光源C技術(shù)檢定可見光透射率而紅外是800-2100nm；紫外是300-400nm；總的太陽能是300-2100nm。然而，對于輻射率目的，使用特別的紅外范圍(即2,500-40,000nm)，像下面所討論的。
用已知的常規(guī)技術(shù)可以測量可見光透射率。例如，用分光光度計，如Beckman 5240(Beckman Sci.Inst.Corp)，獲得透射光譜曲線。然后用前述ASTM E-308的“用CIE系統(tǒng)物體顏色的方法”(ASTM標準手冊Vol.14.02)計算可見光透射性。如果希望可以使用比規(guī)定少一些數(shù)量的波長點。測量可見光透射率的另一技術(shù)是使用分光計，如可商購的由pacific科技公司制造的Spectragard分光光度計。該儀器直接測量和記錄可見光透射率。如此在所報道和測量的，用Ill.C，10℃觀測儀，Hunter技術(shù)測量可見光透射率(除非另有所指)。
“輻射率”(E)是一定波長的光吸收和反射率的一個尺度，或特性。它通常用下式表示
E＝1-反射率膜對于建筑目的，輻射率值在稱為紅外光譜“中程”，有時也稱為“遠程”的范圍即約2500-40000nm內(nèi)變得很重要，例如，像Lawrence Berkley實驗室的WINDOW 4.1項，LBL-35298(1994)規(guī)定的那樣，如后面所參考的那樣。因此，在此所用的術(shù)語“輻射率”是指在該紅外范圍內(nèi)像1991年提出的測量紅外能量以計算輻射強度的ASTM，標準(由主要玻璃廠家協(xié)會提出并且命名為“用輻射測量法測定和計算建筑浮法玻璃產(chǎn)品的實驗方法”)所規(guī)定的那樣測得的輻射率值。該標準，和它的條款，在此引入做為參考。在該標準中，將輻射率作為半球輻射率(Eh)和標準輻射率(En)而報導。測量該輻射率值的數(shù)據(jù)的實際積累是按常規(guī)進行的并且可以采用，例如，帶有“vw”附件的分光光度計(Beckman科技有限公司)進行。該分光光度計測量對應(yīng)于波長的反射率，并由此而采用已在此引入作為參考的前述在1991年提出的ASTM標準計算輻射率。
在此所用的另一術(shù)語是“面電阻”。面電阻(Rs)是本領(lǐng)域內(nèi)一個為人們所熟知的術(shù)語并按照它的廣為人知的含義而在此使用。一般說來，該術(shù)語是指針對流過層系統(tǒng)的電流對應(yīng)于玻璃基體上的層系統(tǒng)的任何正方形的歐姆電阻。面電阻說明該層反射紅外能量的程度，并由此經(jīng)常與輻射率一起用作該特性的尺度，它在許多建筑玻璃上是非常重要的。利用4-點探頭歐姆計，如可省略的4-點電阻率探頭，其上帶有一個由signatone公司(santa clara，calif)制造的磁控儀表公司的M-800型頭。
“化學耐久性”在此與過去已在本領(lǐng)域中使用的術(shù)語“耐化學性”或“化學穩(wěn)定性”術(shù)語同義地使用。通過在約500毫升的5％HCl中將涂敷后的玻璃基體的2″×5″試樣煮沸1小時(即在約220°F下)決定化學耐久性。如果在1小時的煮沸后試樣的層系統(tǒng)表現(xiàn)出其沒有直徑大小約0.003″的針孔，就認為試樣通過了該實驗并由此認為該層系統(tǒng)具有“化學耐久性”。
采用兩個實驗中的一個來定義在此使用的“機械耐久性”。第一實驗是用Pacific Scientific Abrasion Tester(或等同物)，其中將2″×4″×1″尼龍刷輪轉(zhuǎn)地經(jīng)過層系統(tǒng)的上面500次，并使用150克的重量施加在6″×17″的試樣上。在另一個，可替代的實驗中，使用常規(guī)的Taber研磨機(或等同物)使4″×4″的試樣承受兩個C.S.10F研磨輪的300轉(zhuǎn)的磨擦，每個輪子有500克的附加重量。在每一個實驗中，當在可見光下用裸眼觀察時，如果沒有出現(xiàn)明顯的可以看到的劃痕，就認為通過了該實驗，并且就說其是機械耐久的。
利用已知的光學曲線，或者可替換地利用常規(guī)的針狀橢園計測量在所報道的系統(tǒng)中各層的厚度，并由此定義在此使用的術(shù)語“厚度”。這種方法和技術(shù)對專業(yè)人員來說是熟知的，因此除了注意在此所報道和所使用的厚度是以埃()為單位的光學厚度外不需要進一步作解釋。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1上來，它表示本發(fā)明一個典型技術(shù)方案的局部橫截面簡圖。像所看到的，它使用了一個在建筑技術(shù)中慣用的典型玻璃基體1。該玻璃優(yōu)選地由常規(guī)“浮法”工藝制造并由此叫成“浮法玻璃”。其通常的厚度是約2mm-6mm。該玻璃的組成不是關(guān)鍵的，并能廣泛地變化。典型地，所使用的玻璃是在玻璃技術(shù)中熟知的鈉-鈣-硅類玻璃中的一種。
用來在玻璃基體1上形成層2a-e，3a-d，和4a，b的工藝和設(shè)備可以是常規(guī)的多-腔(多-靶)濺射涂敷系統(tǒng)，例如由Airco有限公司制造的那種。在這方面，在此所用的優(yōu)選的濺射涂敷工藝與U.S5.344.718專利所公開的相同，其整個公開內(nèi)容已預(yù)先在此引用作為參考。在這方面，層2a，2b，和2c是主要由Si3N4組成的層，其中可能存在少量摻雜物和/或與Si一起濺射并且同時在靶中使用的其它靶材料，從而維持系統(tǒng)導電性中的陽極。在未決的申請(順序號.08/102，585，1993，8，15申請，現(xiàn)在的美國專利號＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿)中已向人們指出了這樣的概念。選擇這種靶摻雜物和/或?qū)щ姴牧贤ǔ１３肿钚。员阍谶_到它們目的的同時不含對系統(tǒng)中的Si3N4產(chǎn)生不利影響。
底涂層2a的厚度是約300-550?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)該厚度對于達到本發(fā)明的目的是重要的。優(yōu)選地，層2a的厚度是約350-450并最優(yōu)選地是約400。外涂層2C的厚度是約350-700。優(yōu)選地，它的厚度是約400-500，最優(yōu)選地是約450。同樣發(fā)現(xiàn)這樣的厚度對于達到本發(fā)明的目的是重要的。
對于二個銀層4a和4b來說，4個3a，b，c，和d層是夾心的，它們是核化層。這些核化層3a，3b，3c和3d主要由金屬鎳或金屬鎳鉻合金(例如，80/20Ni∶Cr(重量))組成。如果使用鎳鉻合金，優(yōu)選地是在濺射過程中至少有一部分鉻被轉(zhuǎn)變成氮化物，就像在US5,344,718專利中所說并出于其中所陳述的原因。這4層核化層使用的厚度優(yōu)選地是與前述′718專利相同，即在約7以下并優(yōu)選地是約6?；蚋?。
本發(fā)明的一個重要特征(導致了比上述現(xiàn)有技術(shù)的獨特性)是使用兩層，較厚的與本身是足夠厚的Si3N4層的中間層相組合的金屬銀層。將層2b連接到層4a和4b上的，是前述4層核化層中的二層3b，3c。
金屬銀層4a是在下面的銀層并應(yīng)該是約70-130厚，優(yōu)選約100-125和最優(yōu)選是約110。金屬銀層4b是在上面的銀層并應(yīng)該是約70-190厚，優(yōu)選地是140-170和最優(yōu)選的是約155。綜合起來，這二層銀層是本發(fā)明獲得前述極低輻射率值的主要原因。在這方面，優(yōu)選地是上面的銀層4b稍微厚于下面的銀層4a。于是主要通過變化上面的銀層厚度調(diào)整輻射率值，盡管下面的銀層對輻射率也有一些影響。然而，這二層，對達到所期望的可見光透射率，反射和顏色特性都是重要的。在這方面，為了獲得前述輻射率水平而不有害地影響其它所期望的特性，層4a，4b的總厚度應(yīng)該是約200-300。并優(yōu)選地是約225-275和最優(yōu)選地是265。
Si3N4中間層2b是本發(fā)明的一個重要特征。將它設(shè)計為基本上厚于其它兩個Si3N4層2a和2c的每一層，并在優(yōu)選的技術(shù)方案中顯著地厚于組合層2a和2b。雖然其原因沒有被完全理解，但可以認為該加厚的層2b使得我們可以應(yīng)用相當厚的復(fù)合銀層，從而獲得低輻射率值，同時不論是單板還是IG構(gòu)件均能保持適當?shù)哪途眯?化學的或機械的)，較低的非鏡像反射率(例如RGY和RFY在單板中少于約10和在IG構(gòu)件中少于約16)，可見光透射率和基本上中性或非紫色特性。這樣，為了達到這些目的，中間層Si3N4，2b應(yīng)該有約700-1,100,優(yōu)選地900-1,000和最優(yōu)選地約950的厚度。
根據(jù)圖1描述的本發(fā)明的層系統(tǒng)達到了陽光控制性能的獨特組合，當將該涂覆玻璃用在如在圖2中(以下論述)簡要說明的IG構(gòu)件中時，該陽光控制特性變得特別令人滿意。一般說來，當玻璃基體約2mm-6mm厚時；單片涂敷玻璃板當然是(采用透明玻璃)具有至少約70％和優(yōu)選地約72％-76％，的可見光透射率。該后一范圍產(chǎn)生優(yōu)異的可見光性，但是對于給定的本發(fā)明的疊層性質(zhì)該范圍能被調(diào)節(jié)以便進一步獲得優(yōu)異的遮蔽性能。另外，該涂覆玻璃板具有至少約0.02-0.09，優(yōu)選地約0.03-0.06的標準輻射率(En)；至少約0.03-0.12，優(yōu)選約0.03-0.08的半球輻射率(Eh)；和約2-10歐姆/平方，優(yōu)選約3.0-5.0歐姆/平方的面電阻。進一步，該單片涂覆玻璃板具有下列反射率和顏色坐標Brd范圍 優(yōu)選最優(yōu)選RGY 少于約10約4—7 約5ah約-3—+5約+2.5—+4.5約+4bh約0—-10約-4.0—-8.0約-7—-8RFY 少于約10約3—7 約3—4ah約-3—+5約0.0—+2.0 約+1—+2bh約0—-10約0.0—-2.0 約-1值得注意的是，本發(fā)明的反射率特性明顯地不同于沒有使用Si3N4中間層和只有一層銀層的前述未決發(fā)明技術(shù)方案的反射率特性。在該方面，在我們的未決發(fā)明中，通過以整體形式獲得更高的反射率，即RGY約12-19和RFY約8-12，所達到的反射率特性滿足了某些重要的部分市場。雖然是非鏡像的，但最終的產(chǎn)品，獲得了一定部分的用戶在建筑玻璃窗上所希望的某些美術(shù)特性。在本發(fā)明中，另一方面，通過以整體形式獲得顯著更低的反射率，即RGY和RFY少于約10，并優(yōu)選地分別約為4-7和3-7，滿足了另外一些重要的部分市場。同時，像從顏色坐標所能看到的，獲得了基本上中性的顏色值而不依賴于遮蔽，一般說來，在前述未決發(fā)明的技術(shù)方案中，為了達到中性顏色外觀而要求遮蔽。另外，不論是單玻璃板還是在IG構(gòu)件(以下進一步論述)中，都獲得了優(yōu)異的低輻射率值，耐久性(化學的和機械的)，和透射率性能。
如上面所指出的，圖2說明(有些簡略)了本發(fā)明一個典型的IG構(gòu)件。為了區(qū)分標有“內(nèi)”的IG構(gòu)件的“內(nèi)側(cè)”和標有“外”的IG構(gòu)件的“外側(cè)”，簡要地表示出了太陽9。像所能看到的，這樣的IG構(gòu)件由“外側(cè)”玻璃面11和“內(nèi)側(cè)”玻璃面13構(gòu)成。用常規(guī)的密封膠15和條形干燥劑17在它們的周邊處將這兩個玻璃面密封。之后將這兩面玻璃夾在帶有框19(以部分簡圖形式表示)的常規(guī)的窗或門之中。通過密封玻璃板的周邊并用氣體，如氬，代替腔中的空氣中，形成了一典型的，高絕熱值的IG構(gòu)件。在這方面，腔20典型地約1/2″寬。
通過使用上述疊層，如在腔20內(nèi)的外側(cè)玻璃板11的壁24上(如圖所示)，或者腔20內(nèi)的內(nèi)側(cè)玻璃板13的壁26(未示出)上的層系統(tǒng)，形成了一種特別獨特、非鏡像、非紫或紅/藍IG構(gòu)件。在這方面，當然應(yīng)該明白，圖2僅說明其中使用本發(fā)明獨特層系統(tǒng)的IG構(gòu)件的一個技術(shù)方案。事實上，本發(fā)明的層系統(tǒng)適用于通常包括具有多于二塊玻璃的IG構(gòu)件的廣泛的IG構(gòu)件。通常說，然而，當該層系統(tǒng)位于IG構(gòu)件絕熱腔內(nèi)任何一個玻璃板的壁上時，本發(fā)明的IG構(gòu)件典型地具有下列范圍的特性表1特性 壁24 壁26范圍 優(yōu)選的 范圍 優(yōu)選的可見光透射率(％) ＞63 65—68 相同 相同反射(％，可見光，外側(cè))＜16 9—12 ＜15 8—11反射(％，可見光，內(nèi)側(cè))＜15 8—11 ＜16 9—12遮蔽系數(shù)(S.C) .4—.8 .45—.55 .5—.8 .55—.65太陽熱量獲得系數(shù)(S.C×0.87)U(冬天)[BTU/ 0.20—0.30 0.25 相同 相同ft2/hr/°F]U(夏天)[BTU/ 0.24—0.26 0.24 相同 相同ft2/hr/°F]相對熱量獲得 90—110 92—102100—140 120—130[BTU/ft2/hr/°F]顏色特性Ty 63—70 65—68a*-5—+5 0—-4 相同 相同b*-10—+10 0—+4 相同 相同從外面(大致范圍，a*+3—-3 0—-2.0 +3—-3 0—+2對外面，上述.)b*0—-8 -4.5—-6.5 0—-8 0—-2.0從里面(大致范圍，對里面，上述)a*+3—-3 0—+2 +3—-3 0—-2.0b*0—-8 0—-2.0 0—-8 -4.5—-6.5星號表示用前述Ill.C.2°觀測儀ASTM技術(shù)測量。
除了以上特征外，在某些優(yōu)選的技術(shù)方案中，如果該系統(tǒng)被用在具有用氬填充的1/2″寬的腔20的IG構(gòu)件中時，將獲得下列特性，而這些特性是按照已知為“WINDOW 4.1”的LawrenceBerkley實驗室(Berkeley，california)的軟件規(guī)程計算的；并且，另外，使用Hitachi分光光度計以獲得(1)可見光和陽光透射率；(2)陽光反射，膜側(cè)和玻璃側(cè)；和(3)使用Beckman紅外分光光度計以用于測量輻射強度，的輸入數(shù)據(jù)。該“WINDOW 4.1”規(guī)程，1988-1994，是Regents大學(California)的有版權(quán)的項目，名稱為“窗制品熱分析規(guī)程”。
表2特性 壁24 壁26 整塊板T可見光 6666R對外9 11R對內(nèi)119T陽光3636R陽光3236遮蔽系數(shù) 0.46 0.61太陽熱量獲得系數(shù) 0.392 0.522U冬天0.25 0.25U夏天0.24 0.24En 0.054 0.054Eh 0.060 0.060相對熱量獲得 94125Rs(歐姆/平方)3.39 3.39顏色(*Ill.C.2°觀測儀)(h)Hunter，(壁24) (壁26)10°觀測儀Ty 65.7 65.7 72.4a*-3.2 -3.2 -2.59ahb*2.76 2.76 -2.57bhRGY(外面) 8.8 10.8 4.91a*+1.81+0.46+4.13ahb*-6.4 -1.1 -7.62bnRFY(里面) 10.8 8.8 3.48a*+0.46+1.81+1.64ahb*-1.1 -6.4 -0.69bh
在本技術(shù)方案中，使整塊玻璃板承受煮沸決定化學耐久性的實驗和用前述pacific sciehtific磨擦實驗機決定機械耐久性的實驗，其通過了這二個實驗。
在該技術(shù)方案中，使用-Airco ILS-1600研究用涂層機形成疊層。該涂層機具有由陰極#1，含有5％鋁摻雜物的硅；陰極#2，銀；和陰極#3，Ni∶Cr百分重量為80/20，鎳鉻合金，組成的三個陰極。該層疊像圖1所示那樣，其中材料 層厚度(大約)Si3N4*2a450Ni∶Cr3a7Ag4a155Ni∶Cr3b7Si3N4*2b950Ni∶Cr3c7Ag4b110Ni∶Cr3d7Si3N42c400*在該層中發(fā)現(xiàn)大約為5％的少量Al摻雜物。
使用的單片玻璃板是透明的，厚度為0.087英寸的鈉-鈣-硅浮法玻璃。使用以下涂層機的設(shè)置
表3
<p>*任選地，可以在100％Ar氣氛下濺射涂敷鎳鉻合金層，因而防止了鉻氮化物的形成。另外，因為銀不形成氮化物，可以在含有部分N2的氣氛下濺射涂敷該銀層。
下面是與本發(fā)明以上技術(shù)方案的特性相反或與之比較的通過將上述WINDOW4.1技術(shù)(1/2″氬腔)應(yīng)用到前述現(xiàn)有技術(shù)的商業(yè)IG構(gòu)件制品“cardinal-171上的特征”表4特性 壁24 壁26整塊板T可見光 7373R對外1112R對內(nèi)1211T陽光4141R陽光3336遮蔽系數(shù) 0.52 0.62太陽熱量獲得系數(shù) 0.443 0.531系數(shù)U冬天0.25 0.25U夏天0.24 0.24En 0.051 0.051Eh 0.060 0.060相對熱量獲得 106 127Rs(歐姆/平方)3.27 3.27顏色(*Ill.C.2°觀測儀) (h)Hunter，Ill.C(壁24) (壁26) 10°觀測儀Ty73.573.5 80.7a*-1.8-1.8 -1.26ahb*+2.74 2.74 -2.62bhRGY(外面)11.112.0 5.98a*+2.14 -3.4 +2.37ahb*-5.5+0.49-5.68bhRFY(里面)12.011.1 4.90a*-3.4+2.14-2.01ahb*+0.4-5.5 +0.60bh在這方面要指出的是該Cardinal-171 IG構(gòu)件在市場上已獲得重要的商業(yè)認可。它唯一的真正缺點是缺乏化學耐久性。不清楚它的準確疊層系統(tǒng)，然而，人們相信它與在前述US5,302,449中所說的相一致。
像所能看到的，通過將本發(fā)明的結(jié)果與該已經(jīng)得到商業(yè)認可的產(chǎn)品的結(jié)果相比較，本發(fā)明采取明顯不同的層系統(tǒng)獲得了高水平的競爭力。例如，同時Cardinal制品獲得了比本發(fā)明技術(shù)方案高一點的可見光透射率(73％對應(yīng)于66％)，盡管如此，該60％在合格的水平內(nèi)不僅是良好的，而且當希望較低的遮蔽系數(shù)，如以上所解釋的時(例如，在熱天中為了減少空調(diào)成本)，在商業(yè)上比起73％人們更期望66％。特別重要的，然而，正是本發(fā)明獲得優(yōu)異的化學耐久性。兩種產(chǎn)品具有極低，基本相等的輻射率和基本相等并優(yōu)異的U值。
根據(jù)在此沒有預(yù)先定義的以上所指的IG特性，如U冬天，U夏天，等等，這些術(shù)語在本領(lǐng)域內(nèi)已被充分理解并在此按照它們被認可的含義使用。例如，“U”值是IG系統(tǒng)絕熱性能的尺度。U冬天和U夏天是根據(jù)NFRC100-97(1991)，包括在WINDOW 4.1軟件中的標準，來確定。“遮蔽系數(shù)”(“S.C”)按照NFRC200-93(1993)，首先確定“太陽熱量獲得系數(shù)”并除以0.87，來確定?！跋鄬崃揩@得”(r·h·g)由該相同的NFRC 200-93方法來確定?！癟陽光”意思是總的太陽能透射率，一個已知的UV，可見光和IR透射率的結(jié)合值。“R陽光”，類似地，意思是總的陽光反射率，一個已知的UV，可見光，和IR反射率的結(jié)合值。
圖3是具有能使用本發(fā)明的各式門的典型一類處所28的局部簡圖。例如，窗30能使用在其上具有本發(fā)明疊層的整塊玻璃，或使用作為“風暴窗”的本發(fā)明IG構(gòu)件，如在圖2中所說明的。類似地，不論是做為單板玻璃，還是做為IG構(gòu)件，通過使用本發(fā)明能構(gòu)造出滑動墻面32或非滑動墻面34，以及前門窗36。
一旦給出了以上公開內(nèi)容，對于專業(yè)人員來說，許多其它特征、改進及變化將變得顯而易見。因而這些其它特征，改進被認為是本發(fā)明的一部分，它的范圍由下列權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種由玻璃基體組成的濺射涂敷玻璃制品，在該基體上具有從玻璃向外算起包括以下各層的層系統(tǒng)a)厚度約300-550的Si3N4層；b)最度約7或更少的鎳或鎳鉻合金層；c)厚度約70-130的銀層；d)厚度約7?；蚋俚逆嚮蜴囥t合金層；e)厚度約700-1,100的Si3N4層；f)厚度約7?；蚋俚逆嚮蜴囥t合金層；g)厚度約70-190的銀層；h)厚度約7或更少的鎳或鎳鉻合金層；i)厚度約350-700的Si3N4層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的濺射涂敷玻璃制品，其中當所說的玻璃基體厚度為約2mm-6mm時，所說的涂覆玻璃基體具有至少約70％的可見光透射率，約0.02-0.09的標準輻射率(En)，約0.03-0.12的半球輻射率(Eh)，約2-10歐姆/平方的面電阻(Rs)并具有下列反射率和顏色坐標，其中玻璃側(cè)的特性為RGY， 少于約10an，約-3—+5bn，約0—-10并且膜側(cè)的特性是RFY， 少于約10ah，約-3—+5bh，約0—-10其中，RY是反射率，并且ah，bn是用Hunter裝置，Ill，C，10°觀測儀測量的顏色坐標。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的制品，其中層(a)的厚度約350-450，層(c)的厚度約100-125，層(e)的厚度大于約900-1,000，層(g)的厚度約140-170，并且層(i)的厚度是約400-500。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制品，其中每個所說的層(b)，(d)，(f)，和(h)小于約7(厚)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的制品，具有72％-76％的可見光透射率；約0.03-0.06的標準輻射率(En)；約0.03-0.08的半球輻射率(Eh)；約3-5的面電阻并具有下列有下列反射率和顏色坐標玻璃側(cè)RGY 約4—7ah，約+2.5—+4.5bh，約-4—-8膜側(cè)RFY， 約3—7ah，約0.0—+2.0bh，約0.0—-2.0
6.根據(jù)權(quán)利要求1的制品，其中所說的可見光透射率約72％-73％，所說En約0.05-0.06，所說的En約0.060和所說的Rs約3.0-4.0ohms/sq
7.根據(jù)權(quán)利要求6的制品，其中所說層具有下列厚度層 厚度()a約400b約7c約110d約7e約950f約7g約155h約7i約450
8.根據(jù)權(quán)利要求6的制品，具有下列特性Ty， 約72.4an約-2.59ab，約-2.57RGY 約4.91ah，約+4.13ab，約-7.62RFY， 約3.43ah，約+1.64ab，約-0.69
9.根據(jù)權(quán)利要求1的制品，其中所說的層系統(tǒng)是化學和機械耐久性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的制品，其中當從玻璃側(cè)觀測所說的涂覆基體時，該制品具有在中性略微偏藍的范圍內(nèi)的顏色。
11.由至少二個基本平行，隔開的玻璃板形成的絕熱玻璃構(gòu)件，其中至少有一塊玻璃板是根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃制品。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的絕熱玻璃構(gòu)件，其中將所說的二個玻璃板在它們的周邊處一起密封，由此在它們之間圍成一個絕熱腔，并且其中所說的層系統(tǒng)位于所說絕熱腔內(nèi)的所說玻璃板的一個表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的絕熱玻璃構(gòu)件，其中所說的構(gòu)件是絕熱玻璃窗，門，或墻。
14.由至少二個基本平行，隔開的玻璃板組成的絕熱玻璃構(gòu)件，其中至少有一個玻璃板是根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5、6、7、8、9、或10的玻璃制品。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的絕熱玻璃構(gòu)件，其中所說的層系統(tǒng)具有以下厚度層 厚度()a 約350-450b 少于約7c約100-125d少于約7e約900-1,000f少于約7g約140-170h約少于7i約400-500
16.根據(jù)權(quán)利要求15的絕熱玻璃構(gòu)件，其中所說的層具有以下厚度層 厚度()a約400b約7c約110d約7e約950f約7g約155h約7i約450其中，所說的層系統(tǒng)位于在所說絕熱腔內(nèi)的外測玻璃板的表面上，并具有下列大致特性T可見光66R對外9R對內(nèi)11R陽光32遮蔽系數(shù)0.46S.H.G.C0.392U冬天0.25U夏天0.24En0.054Eh0.060相對熱量獲得 94RS 3.39Ty 65.7a*-3.2b*+2.76RGY(外面) 8.8a*+1.81b*-6.4RFY(內(nèi)面) 10.8a*+0.46b*-1.1
17.根據(jù)權(quán)利要求15的絕熱玻璃構(gòu)件，其中所說層具有以下厚度層厚度()a 約400b 約7c 約110d 約7e 約950f 約7g 約155h 約7i 約450其中所說的層系統(tǒng)位于所說絕熱腔內(nèi)的內(nèi)側(cè)玻璃板的表面上并具有以下大致特性T可見光66R對外11R對內(nèi)9T陽光36R陽光36遮蔽系數(shù) 0.61S.H.G.C 0.522U冬天0.25U夏天0.24En0.054Eh0.060相對熱量獲得 125Rs 3.39Ty 65.7a*-3.2b*+2.76RGY(外面) 10.8a*+0.46b*-1.1RFY(內(nèi)面) 8.8a*+1.81b*-6.4
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的絕熱玻璃構(gòu)件，其中所說的層系統(tǒng)是化學和機械耐久性的。
全文摘要
一種特別是用在絕熱玻璃構(gòu)件(“IGS”)中的濺射涂敷玻璃層系統(tǒng)，它包括被厚度為約700-1.100的Si
文檔編號C03C17/36GK1134921SQ9610432
公開日1996年11月6日 申請日期1996年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月17日
發(fā)明者K·W·哈蒂, S·L·拉森, P·J·靈格 申請人:加迪安工業(yè)公司