КОМПОЗИЦИЯ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛА И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ПОДЛОЖКИ С НАНЕСЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2010 года по МПК C23C14/06 B32B7/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к новым функциональным покрытиям и подложкам с такими нанесенными покрытиями.

Уровень техники

Стеклянные подложки используются для различных целей - от автомобильной промышленности до архитектуры. В общем случае производители стекла производят в больших количествах листы стекла стандартных размеров, а после этого режут стекло до размера, обусловленного потребностями потребителя. Некоторое количество стекла необходимо будет согнуть до получения различных форм. Обычно стекло формуют при использовании способа гибки, в котором стекло требуется нагревать. В дополнение к гибке стекло можно подвергнуть операции нагревания для закалки или термического упрочнения, как это хорошо известно на современном уровне техники. Наиболее эффективные способы гибки, закалки и термического упрочнения реализуют при температурах в диапазоне от 1150°F (621°С) до 1450°F (788°C).

В зависимости от варианта конечного использования стеклянной подложки стекло должно будет продемонстрировать различные эксплуатационные характеристики, такие как коэффициент излучения, коэффициент отражения для света в видимом диапазоне, цвет и тому подобное. На стеклянные подложки можно нанести функциональное покрытие таким образом, что станет возможным достижение желательных эксплуатационных характеристик подложки. Функциональные покрытия, такие как фотокаталитические покрытия, покрытия, регулирующие поступление солнечного излучения, покрытия с низким коэффициентом излучения, проводящие покрытия и тому подобное, хорошо известны на современном уровне техники.

Как можно понять из вышеизложенного, потребителям зачастую требуется стеклянная подложка, которая будет подвергнута как нанесению покрытия, так и термической обработке. Во многих случаях желательно получить подвергнутую термической обработке подложку с нанесенным покрытием в результате нанесения покрытия на подложку, а после этого ее термической обработки. Если стадию нагревания проводят, например, для гибки стекла, то проще нанести на плоскую стеклянную подложку композицию покрытия, а после этого подложку согнуть, чем действовать в обратном порядке.

Для конкретного проекта, такого как проект коммерческой застройки, потребителю потребуется стекло с нанесенным покрытием, которое было подвергнуто термической обработке, и стекло с нанесенным покрытием, которое не было подвергнуто термической обработке. В идеальном случае подвергнутое термической обработке стекло с нанесенным покрытием и не подвергнутое термической обработке стекло с нанесенным покрытием будут иметь один и тот же внешний вид и будут обеспечивать получение аналогичных функциональных характеристик. Это было бы наиболее простым решением как для производителя стекла, так и для потребителя.

Для стеклянных подложек было трудно разработать композиции покрытий, которые после нанесения на подложку обеспечивали бы получение того же самого внешнего вида подложки после того, как ее подвергнут операции нагревания, такой как гибка, закалка или термическое упрочнение, что и тот, который подложка имела до проведения операции нагревания. Было бы желательно иметь долговечную композицию покрытия, которую можно было бы наносить на стеклянную подложку и получать подложку с нанесенным покрытием, имеющую один и тот же внешний вид вне зависимости от того, была или нет подложка с нанесенным покрытием подвергнута операции нагревания. Настоящее изобретение предлагает такую композицию покрытия.

Сущность изобретения

В неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой подложку с нанесенным покрытием, включающую подложку и композицию покрытия поверх подложки, имеющую, по меньшей мере, один слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов и смесей и сплавов кобальта и хрома, и, по меньшей мере, один диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

В другом неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой подложку с нанесенным покрытием, имеющую первый диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, где x/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх подложки, слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, алюминия, тантала, молибдена и их смесей и сплавов и смесей и сплавов кобальта и хрома, поверх первого диэлектрического слоя; и второй диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

В еще одном неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой подложку с нанесенным покрытием, имеющую первый слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов и сплавов кобальта и хрома, поверх подложки; слой, отражающий инфракрасное излучение, поверх первого слоя на основе металла; второй слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов, и смесей и сплавов кобальта и хрома, поверх слоя, отражающего инфракрасное излучение, и диэлектрический слой поверх второго слоя на основе металла.

В дополнительном неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой способ получения подложки с нанесенным покрытием, включающий осаждение слоя на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов, и смесей и сплавов кобальта и хрома, на подложке, и осаждение диэлектрического слоя, имеющего слой Si_xN_y, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

В другом неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой способ модифицирования цвета R1 подложки с нанесенным покрытием, имеющей первый диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, поверх подложки, слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, тантала, хрома, алюминия, молибдена и их смесей и сплавов, и смесей и сплавов кобальта и хрома, поверх первого диэлектрического слоя и второй диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, поверх слоя на основе металла, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, включающий регулирование толщины второго диэлектрического слоя.

В еще одном неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой способ модифицирования цвета R2 подложки с нанесенным покрытием, имеющей первый диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, поверх подложки, слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, тантала, хрома, алюминия, молибдена и их смесей и сплавов, и смесей и сплавов кобальта и хрома, поверх первого диэлектрического слоя и второй диэлектрический слой, содержащий нитрид кремния, описывающийся формулой Si_xN_y, поверх слоя на основе металла, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, включающий регулирование толщины первого диэлектрического слоя.

Все числа, представляющие размеры, физические характеристики, количества ингредиентов, условия проведения реакций и тому подобное, используемые в описании и формуле изобретения, должны восприниматься как во всех случаях модифицированные термином «приблизительно». В соответствии с этим, если только не будет указано противоположного, численные значения, представленные в следующих далее описании и формуле изобретения, могут варьироваться в зависимости от желательных характеристик, на получение которых направлено настоящее изобретение. В самом крайнем случае без ограничения доктриной эквивалентов объема формулы изобретения каждый численный параметр должен, по меньшей мере, восприниматься в свете количества приведенных значащих разрядов и как результат использования обычных методик округления. Кроме того, все диапазоны, описанные в настоящем документе, должны восприниматься как охватывающие все без исключения поддиапазоны, включенные в них. Например, заявленный диапазон «от 1 до 10» должен восприниматься как включающий все без исключения поддиапазоны от (и с включением) минимального значения 1 до максимального значения 10; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или более и заканчивающиеся максимальным значением 10 или менее, например от 1,0 до 7,8, от 3,0 до 4,5 и от 6,3 до 10,0.

В соответствии с использованием в настоящем документе термины «на», «нанесение на/поверх», «формирование на/поверх», «осаждение на/поверх», «наслаивание» и «получение на/поверх» обозначают формирование, наслаивание, осаждение или получение, но не обязательно в контакте с поверхностью. Например, слой покрытия, «сформированный поверх» подложки, не исключает наличия одного или нескольких других слоев покрытия того же самого или другого состава, расположенных между сформированным слоем покрытия и подложкой. Например, подложка может включать обычно используемое покрытие, такое как те, что известны на современном уровне техники нанесения покрытия на подложки, такие как стекло или керамика.

В соответствии с использованием в настоящем документе эстетические характеристики (то есть, цвет пропускания, цвет отражения и яркость) при взгляде на подложку со стороны с нанесенным покрытием называют характеристиками R1, a эстетические характеристики при взгляде на подложку со стороны без нанесенного покрытия называют характеристиками R2.

В соответствии с использованием в настоящем документе подложка с нанесенным покрытием является «цветостойкой», если значения ΔЕ_cmc(1,5:1) (Т), ΔЕ_cmc(1,5:1) (R1) и ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2) для не подвергнутой термической обработке подложки с нанесенным покрытием по сравнению с подвергнутой термической обработке подложкой с нанесенным покрытием составляют величины, не большие или равные 8 единицам, например не большие или равные 5 единицам или не большие или равные 1 единице. «Подложка, подвергнутая термической обработке» обозначает подложку с нанесенным покрытием, нагретую до температуры, по меньшей мере, равной 1150°F (621°C). Способ, используемый для вычисления ΔЕ в соответствии с уравнением для цветовых различий согласно CMC (Комитету по измерениям для красящих веществ), можно отыскать в работе Principle of Color Technology by Roy S.Berns, Third Edition, John Wiley and Sons, 117-118, (2000), которая включается в настоящий документ в качестве ссылки. Используемые данные L*a*b* должны относиться к источнику света D65, стандартному согласно CIE (Международной комиссии по освещению), и углу наблюдателя 10 градусов, стандартному согласно CIE.

В неограничивающем варианте реализации настоящее изобретение представляет собой подложку с нанесенным покрытием, имеющую, по меньшей мере, один слой на основе металла и, по меньшей мере, один диэлектрический слой. В соответствии с настоящим изобретением подходящие подложки включают стекло, сталь, керамику и тому подобное. В неограничивающем варианте реализации изобретения стекло изготавливают при использовании обычных способов изготовления флоат-стекла. Подходящие способы изготовления флоат-стекла описываются в патентах США №№3083551; 3220816 и 3843346, которые включаются в настоящий документ в качестве ссылки. В другом неограничивающем варианте реализации изобретения подложка представляет собой ленту флоат-стекла.

В соответствии с настоящим изобретением слой на основе металла имеет конфигурацию одиночной пленки или нескольких пленок и наслаивается на подложку. В неограничивающем варианте реализации изобретения слой на основе металла обеспечивает достижение физической и химической долговечности подложки с нанесенным покрытием и содержит металл, который является коррозионно-стойким, твердым и способным выдерживать нагревание в течение 20 минут до максимальной температуры 1200°F (649°C). Материалы, подходящие для слоя на основе металла, включают металлы, такие как вольфрам, хром, тантал, молибден, ниобий и их смеси и сплавы, а также смеси и сплавы кобальта и хрома, которые коммерчески доступны в группе товаров Stellite® от компании Deloro Stellite в Гешене, Индиана.

В другом неограничивающем варианте реализации изобретения слой на основе металла представляет собой высокоотражающий материал, такой как алюминий.

В соответствии с настоящим изобретением слой на основе металла может иметь любую толщину. Например, толщина слоя на основе металла может находиться в диапазоне от 1 до 50 нм, например, от 2 до 25 нм или от 3 до 20 нм.

Толщина слоя на основе металла может оказывать влияние на светопроницаемость подложки с нанесенным покрытием в видимом диапазоне. В общем случае чем толще будет слой на основе металла, тем ниже будет светопроницаемость подложки с нанесенным покрытием в видимом диапазоне.

Слой на основе металла настоящего изобретения можно наносить при использовании обычных методик, таких как вакуумное осаждение при магнетронном напылении («MSVD»). Подходящие способы осаждения MSVD описываются в следующих далее включенных в настоящий документ в качестве ссылки патентах США №№4379040; 4861669 и 4900633.

В соответствии с настоящим изобретением диэлектрический слой наслаивают на слой на основе металла. Диэлектрический слой обеспечивает получение механической долговечности и оказывает влияние на эстетические характеристики подложки с нанесенным покрытием. Диэлектрический слой может состоять из одиночной пленки или нескольких пленок. В неограничивающем варианте реализации изобретения диэлектрический слой представляет собой одиночную пленку, содержащую Si_xN_y, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, например Si₃N₄. Поверх диэлектрического слоя необязательно может располагаться слой нитрида титана, нитрида хрома или нитрида вольфрама, а также их смесей.

В другом неограничивающем варианте реализации изобретения диэлектрический слой состоит из нескольких пленок. Например, конфигурация нескольких пленок может включать (i) первую диэлектрическую пленку, содержащую Si_xN_y, имеющую некоторый показатель преломления; (ii) вторую диэлектрическую пленку поверх первой диэлектрической пленки, имеющую показатель преломления, меньший показателя преломления первой диэлектрической пленки; (iii) третью диэлектрическую пленку, содержащую Si_xN_y, поверх второй пленки. В одном неограничивающем варианте реализации изобретения вторая диэлектрическая пленка характеризуется показателем преломления, который составляет величину, равную, по меньшей мере, 0,25, например, по меньшей мере, 0,2 или, по меньшей мере, 1,8, меньшую показателя преломления первой пленки Si_xN_y. Примером материала, подходящего для второй диэлектрической пленки, является диоксид кремния.

Диэлектрический слой может иметь любую толщину. Например, толщина диэлектрического слоя может составлять, по меньшей мере, 5 нм, например, находиться в диапазоне от 10 до 50 нм или от 20 до 40 нм.

В общем случае толщина диэлектрического слоя оказывает доминирующее влияние на эстетические характеристики R1 подложки с нанесенным покрытием. Интенсивность эффекта зависит от толщины слоя на основе металла. Эффект является более выраженным для более толстых слоев на основе металла. Толщина диэлектрического слоя оказывает меньшее влияние на эстетические характеристики R2 подложки с нанесенным покрытием по сравнению с характеристиками R1.

Диэлектрический слой настоящего изобретения можно наносить при использовании способа MSVD, обсуждавшегося ранее при ссылке на слой на основе металла, а также способов CVD (химического осаждения из паровой фазы) и пиролиза распыляемого вещества, которые хорошо известны на современном уровне техники.

Подходящие способы осаждения CVD описываются в следующих далее включенных в настоящий документ для ссылки патентов США №№4853257; 4971843; 5536718; 5464657; 5599387; 5948131.

Подходящие способы осаждения при пиролизе распыляемого вещества описываются в следующих далее ссылках на патенты США №№4719126; 4719127; 4111150 и 3660061.

Обсуждавшиеся ранее слой на основе металла и диэлектрический слой составляют «базовый комплект покрытий» настоящего изобретения и в настоящем документе называются «базовым слоем на основе металла» и «базовым диэлектрическим слоем» соответственно. Как обсуждается далее, для придания различных эксплуатационных характеристик в базовый комплект покрытий можно включать слои других материалов.

В другом неограничивающем варианте реализации комплект покрытий настоящего изобретения имеет дополнительные диэлектрические слои. Подложка с нанесенным покрытием имеет первый диэлектрический слой поверх подложки, слой на основе металла поверх первого диэлектрического слоя и второй диэлектрический слой поверх слоя на основе металла.

Первый и второй диэлектрические слои имеют те же самые состав и толщину, что и описанные ранее при ссылке на базовый диэлектрический слой. У подложки с нанесенным покрытием, имеющей первый и второй диэлектрические слои, эстетические характеристики R1 и R2 можно регулировать в результате варьирования толщины диэлектрических слоев. Если подложку с нанесенным покрытием настоящего изобретения используют в качестве элемента многослойного стеклопакета, то тогда поверхность с нанесенным покрытием обычно обращают во внутреннее пространство конструкции, в которой устанавливают окно, так что характеристики R2 представляют собой характеристики, наблюдаемые при взгляде из внешнего пространства конструкции. Основной эффект от регулирования толщины второго диэлектрического слоя заключается в модифицировании цвета R1 у подложки с нанесенным покрытием. Основной эффект от регулирования толщины первого диэлектрического слоя заключается в модифицировании цвета R2 у подложки с нанесенным покрытием. Интенсивность эффекта зависит от толщины слоя на основе металла. Эффект является более ярко выраженным для более толстых слоев на основе металла.

Материалы, подходящие для слоя на основе металла в случае данного неограничивающего варианта реализации, включают металлы, такие как вольфрам, хром, тантал, молибден, алюминий и их смеси и сплавы; а также смеси и сплавы кобальта и хрома, которые коммерчески доступны в группе товаров Stellite®. Слой на основе металла можно наносить так, как описывалось ранее.

Первый и второй диэлектрические слои можно наносить при использовании обычных методик, таких как CVD, пиролиз распыляемого вещества и MSVD, обсуждавшихся ранее.

В еще одном неограничивающем варианте реализации изобретения в комплект покрытий настоящего изобретения включают слой, отражающий инфракрасное излучение, и второй слой на основе металла. Говоря более конкретно, подложка с нанесенным покрытием настоящего изобретения имеет первый слой на основе металла поверх подложки, слой, отражающий инфракрасное излучение, поверх первого слоя на основе металла, второй слой на основе металла поверх слоя, отражающего инфракрасное излучение, и диэлектрический слой поверх второго слоя на основе металла. Материалы, подходящие для слоя, отражающего инфракрасное излучение, включают металлы, такие как золото, медь и серебро, а также их смеси и сплавы.

Состав и толщина первого и второго слоев на основе металла такие же, как обсуждались ранее для базового слоя на основе металла. Слои на основе металла можно наносить так, как это обсуждалось ранее.

Состав и толщина диэлектрического слоя такие же, как обсуждались ранее для базового диэлектрического слоя. Диэлектрический слой можно наносить так, как это обсуждалось ранее.

Слой, отражающий инфракрасное излучение, может иметь любую толщину. Например, толщина слоя материала, отражающего инфракрасное излучение, может находиться в диапазоне от 1 до 50 нм, например, от 1 до 25 нм или от 2 нм до 20 нм. В общем случае, чем толще будет слой, отражающий инфракрасное излучение, тем ниже будет коэффициент излучения у подложки с нанесенным покрытием.

Слой, отражающий инфракрасное излучение, настоящего изобретения можно наносить при использовании обычных методик MSVD, обсуждавшихся ранее.

В соответствии с настоящим изобретением различные варианты реализации подложки с нанесенным покрытием демонстрируют следующие далее эксплуатационные характеристики: коэффициент излучения, не превышающий 0,8, например в диапазоне от 0,3 до 0,7 или от 0,3 до 0,6, светопроницаемость в видимом диапазоне, не превышающая 90%, например находящаяся в диапазоне от 2 до 85% или от 5 до 60%, и коэффициент отражения в видимом диапазоне R2, равный, по меньшей мере, 4%, например, находящийся в диапазоне от 4 до 70% или от 10 до 70%. Подложка с нанесенным покрытием также является цветостойкой.

Хотя это и не требуется, но все описанные варианты реализации настоящего изобретения в качестве последнего слоя комплекта покрытий могут включать защитный покровный слой, обеспечивающий получение улучшенной химической и/или механической долговечности. Примеры подходящих защитных покрытий включают нижеследующее, но не ограничиваются только им: слой покрытия, содержащий диоксид кремния, диоксид циркония, диоксид титана, диоксид ниобия, диоксид хрома и оксинитрид кремния, а также их смеси.

Подложки с нанесенным покрытием, соответствующие настоящему изобретению, можно использовать в различных областях применения, таких как автомобильная промышленность, архитектура и тому подобное. В неограничивающем варианте реализации подложку с нанесенным покрытием настоящего изобретения включают в стеклопакет.

В дополнение к описанным ранее подложкам с нанесенным покрытием настоящее изобретение также включает способы получения подложек с нанесенным покрытием. В одном неограничивающем варианте реализации способ изобретения включает осаждение слоя на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов, и сплавов кобальта и хрома, на подложку; и осаждение диэлектрического слоя, содержащего Si_xN_y, где x/y находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

Настоящее изобретение дополнительно включает способы модифицирования цвета R1 и R2 у подложки с нанесенным покрытием в результате регулирования толщины первого или второго диэлектрического слоя.

Настоящее изобретение будет проиллюстрировано при помощи следующих далее неограничивающих примеров.

Осуществление изобретения

Следующие далее неограничивающие примеры включены для иллюстрации настоящего изобретения. Образцы 1-12 получали в обычно используемой лабораторной установке для нанесения покрытий по способу MSVD в стандартных условиях нанесения покрытия. Подложка представляла собой кусок прозрачного стекла с толщиной 6 мм. Различные конфигурации комплектов покрытий продемонстрированы в таблице 1. Описанные слои покрытия наносили поверх подложки слева направо по таблице 1 (то есть, первый диэлектрический слой наносили первым, после этого наносили слой на основе металла и так далее).

В образцах 3, 4 и 7-12 первый диэлектрический слой имел конфигурацию нескольких пленок, включающую первую пленку нитрида кремния, пленку диоксида кремния поверх первой пленки нитрида кремния и вторую пленку нитрида кремния поверх пленки диоксида кремния. Говоря более конкретно, в образцах 3 и 4 первый диэлектрический слой составляли первая пленка Si₃N₄ с толщиной 24 нанометра (нм), пленка диоксида кремния с толщиной 7 нм поверх первой пленки нитрида кремния и вторая пленка нитрида кремния с толщиной 24 нм поверх пленки диоксида кремния. В образцах 7 и 8 первый диэлектрический слой составляли первая пленка нитрида кремния с толщиной 18 нм, пленка диоксида кремния с толщиной 14 нм поверх первой пленки нитрида кремния и вторая пленка нитрида кремния с толщиной 18 нм поверх пленки диоксида кремния. В образцах 9 и 10 первый диэлектрический слой составляли первая пленка нитрида кремния с толщиной 18 нм, пленка диоксида кремния с толщиной 28 нм поверх первой пленки нитрида кремния и вторая пленка нитрида кремния с толщиной 18 нм поверх пленки диоксида кремния. В образцах 11 и 12 первый диэлектрический слой составляли первая пленка нитрида кремния с толщиной 18 нм, пленка диоксида кремния с толщиной 10 нм поверх первой пленки нитрида кремния и вторая пленка нитрида кремния с толщиной 18 нм поверх пленки диоксида кремния.

В образцах 1, 2, 5 и 6 первый диэлектрический слой состоял из Si₃N₄.

Слой на основе металла для каждого образца состоял из сплава Stellite®6B, a защитный покровный слой состоял из диоксида кремния (если таковой имелся).

Таблица 1 Описание конфигураций покрытия для различных образцов Образец Толщина первого диэлектрического слоя [нм] Толщина слоя на основе металла [нм] Толщина второго диэлектрического слоя [нм] Толщина защитного покровного слоя [нм] 1 47 18 38 10 2 47 17 38   3 55 18 38 10 4 55 17 38   5 12 15 37 10 6 12 14 37   7 50 17 37 10 8 50 16 37   9 64 17 37 10 10 64 16 37   11 46 19 43 10 12 46 18 43  

Образцы подложек с нанесенным покрытием подвергали испытанию по Тэйберу для измерения долговечности подложек с нанесенным покрытием. Испытание по Тэйберу включает механическое воздействие стандартного уровня на каждый образец при использовании прибора Гарднера-Тэйбера для определения стойкости к истиранию, коммерчески доступного в компании Paul N. Gardner Company, Inc. в Помпано-Бич, Флорида. Испытание по Тэйберу проводили следующим образом. Во-первых, на обоих колесах прибора Гарднера-Тэйбера для определения стойкости к истиранию использовали нагрузку в 500 граммов. Два абразивных колеса у прибора имели обозначение Calibrase CS-10F, имея номинальную твердость по дурометру 72+5. Во-вторых, образец размером 4 дюйма (101,6 мм) на 4 дюйма (101,6 мм) приклеивали липкой лентой по двум кромкам к платформе диаметром 5-7/8 дюйма (149,2 мм). В-третьих, образец подвергали 10 циклам истирания, после этого удаляли с платформы и очищали, пользуясь салфетками и раствором изопропанол/деионизованная вода с составом 50/50.

После этого зарегистрированный балльный показатель Тэйбера рассчитывали следующим образом: при использовании калориметра TCS Spectrogard (коммерчески доступного в компании BYK-Gardner) в четырех позициях по кругу, который соответствовал следу истирания по Тэйберу, измеряли коэффициент диффузного отражения Y (пространство цветности Y, x, y согласно CIE 1931). Калориметр Spectrogard функционировал в режиме большой апертуры при «исключении зеркального отражения» с использованием источника света D65, 2°-ного наблюдателя. В качестве балльного показателя Тэйбера регистрировали среднюю величину для четырех измерений коэффициента диффузного отражения. Более высокий балльный показатель Тэйбера указывает на больший коэффициент диффузного отражения для следа истирания и интерпретируется как свидетельствующий о большей степени повреждения.

Для образцов проводили также и испытание на цветостойкость. Величины цветности (L*a*b* для источника света D65, стандартного согласно CIE, и угла наблюдателя 10°, стандартного согласно CIE) измеряли при использовании спектрофотометра Perkin-Elmer Lambda 9 UV/VIS/NIR перед проведением термической обработки. После этого каждый образец в течение 20 минут нагревали до температуры 1200°F (649°С), а затем величины цветности измеряли еще раз. Значения ΔЕ_cmc(1,5:1) (T), ΔЕ_cmc(1,5:1) (R1) и ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2) вычисляли по данным результатов измерений так, как это описывалось ранее.

Таблица 2 Эксплуатационные характеристики для образцов 1-12 Образец Балльный показатель Тэйбера ΔЕ (Т) ΔЕ (R1) ΔE (R2) 1 0,09 0,96 1,22 1,22 2 0,08 1,01 2,11 1,64 3 0,06 2,07 1,52 1,62 4 0,09 1,08 1,32 1,70 5 0,04 0,63 2,40 1,18 6 0,08 0,93 1,51 0,56 7 0,07 0,99 1,49 1,32 8 0,08 1,00 1,33 1,44 9 0,07 0,93 1,54 0,64 10 0,09 0,89 1,50 0,84 11 0,09 1,17 1,12 0,74 12 0,07 1,68 2,10 1,00

Образцы 13-16 получали в обычно используемой лабораторной установке для нанесения покрытий по способу MSVD в стандартных условиях нанесения покрытия. Подложка представляла собой прозрачное флоат-стекло с толщиной 6 мм. Комплект покрытий из примера 13 составляли первый диэлектрический слой из Si₃N₄ с толщиной 25 нм поверх подложки, слой на основе металла из сплава Stellite®6B с толщиной 16 нм поверх первого диэлектрического слоя, 35 нм второго диэлектрического слоя из Si₃N₄ поверх слоя на основе металла и защитный слой из диоксида кремния с толщиной 15 нм поверх второго диэлектрического слоя. Комплект покрытий из примера 14 составляли первый диэлектрический слой в виде нескольких пленок поверх подложки, образованный из 16 нм Si₃N₄, 31 нм диоксида кремния поверх Si₃N₄ и 16 нм Si₃N₄ поверх диоксида кремния, слой на основе металла из сплава Stellite®6B с толщиной 16 нм поверх первого диэлектрического слоя, 35 нм второго диэлектрического слоя из Si₃N₄ поверх слоя на основе металла и защитный слой из диоксида кремния с толщиной 15 нм поверх второго диэлектрического слоя. Комплект покрытий из примера 15 составляли первый диэлектрический слой в виде нескольких пленок поверх подложки, образованный из 70 нм Si₃N₄, 19 нм диоксида кремния поверх Si₃N₄ и 16 нм Si₃N₄ поверх диоксида кремния, слой на основе металла из сплава Stellite®6B с толщиной 16 нм поверх первого диэлектрического слоя, 35 нм второго диэлектрического слоя из Si₃N₄ поверх слоя на основе металла и защитный слой из диоксида кремния с толщиной 15 нм поверх второго диэлектрического слоя. Комплект покрытий из примера 16 составляли первый диэлектрический слой в виде нескольких пленок поверх подложки, образованный из 70 нм Si₃N₄, 19 нм диоксида кремния поверх Si₃N₄ и 19 нм Si₃N₄ поверх диоксида кремния, слой на основе металла из сплава Stellite®6B с толщиной 16 нм поверх первого диэлектрического слоя, 35 нм второго диэлектрического слоя из Si₃N₄ поверх слоя на основе металла и защитный слой из диоксида кремния с толщиной 15 нм поверх второго диэлектрического слоя.

Таблица 3 демонстрирует различные эксплуатационные характеристики для образцов в стеклопакете, образованном из двух 6-миллиметровых слоев прозрачного стекла при воздушной прослойке 12 мм. Покрытие настоящего изобретения наносили на поверхность №2 (то есть внутреннюю поверхность внешнего слоя). Эксплутационные характеристики определяли при использовании алгоритма Lawrence Berkeley National Lab's WINDOW 5.2.17 на основе данных результатов спектрофотометрических измерений.

Для образцов проводили также и испытание на цветостойкость. Величины цветности (L*a*b* для источника света D65, стандартного согласно CIE, и угла наблюдателя 10°, стандартного согласно CIE) измеряли при использовании спектрофотометра Perkin-Elmer Lambda 9 UV/VIS/NIR перед проведением термической обработки. После этого каждый образец в течение 20 минут нагревали до увеличения температуры образца до 1150°F (649°С), а затем величины цветности измеряли еще раз. Данные результатов измерений использовали для определения цветостойкости при помощи значений ΔЕ_cmc(1,5:1) (Т), ΔЕ_cmc(1,5:1) (R1) и ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2) так, как это описывалось ранее.

Как можно видеть из таблицы 2, подложка с нанесенным покрытием, соответствующая настоящему изобретению, демонстрирует хорошую долговечность, выражаемую через балльный показатель Тэйбера. Примеры подложек с нанесенным покрытием демонстрировали балльные показатели Тэйбера, не превышающие 0,09. Подвергнутые испытанию образцы также обнаруживали и превосходную цветостойкость, о чем свидетельствуют значения ΔЕ_cmc(1,5:1) (Т), ΔЕ_cmc(1,5:1) (R1) и ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2). Примеры подложек с нанесенным покрытием демонстрировали значение ΔЕ_cmc(1,5:1) (T), не превышающее 2,07, значение ΔЕ_cmc(1,5:1) (R1), не превышающее 2,40, и значение ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2), не превышающее 1,70. Как утверждалось ранее, подложка с нанесенным покрытием является «цветостойкой», если значения ΔЕ_cmc(1,5:1) (Т), ΔE_cmc(1,5:1) (R1) и ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2) для не подвергнутой термической обработке подложки с нанесенным покрытием и подвергнутой термической обработке подложки составляют величины, не большие или равные 8 единицам.

Исходя из данных таблицы 3 можно ожидать, что подложки с нанесенным покрытием, соответствующие настоящему изобретению, могут продемонстрировать следующие характеристики при включении в стеклопакет; светопроницаемость в видимом диапазоне, не превышающая 22%, например не превышающая 19%, коэффициент отражения R2, не превышающий 42%, например не превышающий 39% или не превышающий 35%, коэффициент отражения R1, не превышающий 30%, например не превышающий 28% или не превышающий 26%, коэффициент затенения, не превышающий 0,30, например не превышающий 0,28 или не превышающий 0,25, U-величина, не превышающая 0,45, например не превышающая 0,42 или не превышающая 0,41. Цветостойкость данных примеров подложек характеризуют значение ΔЕ_cmc(1,5:1) (T), не превышающее 1,1, значение ΔЕ_cmc(1,5:1) (R1), не превышающее 1,0, и значение ΔЕ_cmc(1,5:1) (R2), не превышающее 1,9. Подложки также можно получать с широкой палитрой цветов, о чем свидетельствуют величины цветности.

Специалисты в соответствующей области должны легко понять, что в изобретение могут быть внесены модификации без отклонения от концепций, изложенных в предшествующем описании. Такие модификации должны рассматриваться как включенные в объем изобретения. В соответствии с этим, конкретные варианты реализации, подробно описанные в настоящем документе, являются исключительно иллюстративными и не ограничивающими объем изобретения, который во всей полноте представлен в прилагаемой формуле изобретения и во всех без исключения ее эквивалентах.

Изобретение относится к новым функциональным покрытиям, подложкам с такими покрытиями, способам получения подложек с такими покрытиями и способам модифицирования цвета подложки с нанесенным покрытием за счет изменения толщины диэлектрического слоя. Подложка с нанесенным покрытием включает подложку и композицию покрытия поверх подложки, имеющую, по меньшей мере, один слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов; и сплавов кобальта и хрома; и, по меньшей мере, один диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла. Получаются покрытия, обладающие долговечностью и цветостойкостью. 6 н. и 27 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Подложка с нанесенным покрытием, включающая
а) подложку; и
b) композицию покрытия поверх подложки, имеющую
i) по меньшей мере, один слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов; и сплавов кобальта и хрома; и
ii) по меньшей мере, один диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

2. Подложка с нанесенным покрытием по п.1, в которой слой на основе металла содержит сплав кобальта и хрома.

3. Подложка с нанесенным покрытием по п.2, в которой слой на основе металла имеет толщину в диапазоне от 1 до 50 нм.

4. Подложка с нанесенным покрытием по п.1, в которой диэлектрический слой представляет собой Si₃N₄.

5. Подложка с нанесенным покрытием по п.4, где диэлектрический слой имеет толщину, большую или равную 5 нм.

6. Подложка с нанесенным покрытием по п.4, дополнительно имеющая слой нитрида титана, нитрида хрома, нитрида вольфрама или их смесей поверх диэлектрического слоя.

7. Подложка с нанесенным покрытием по п.1, где диэлектрический слой имеет конфигурацию нескольких пленок, включающую (i) первую диэлектрическую пленку, содержащую Si_xN_y, имеющую некоторый показатель преломления; (ii) вторую диэлектрическую пленку поверх первой диэлектрической пленки, имеющую показатель преломления меньше показателя преломления первой диэлектрической пленки; и (iii) третью диэлектрическую пленку, содержащую Si_xN_y, поверх второй пленки.

8. Подложка с нанесенным покрытием по п.7, где первая и третья диэлектрические пленки образованы из одного и того же материала.

9. Подложка с нанесенным покрытием по п.7, где вторая диэлектрическая пленка представляет собой диоксид кремния.

10. Подложка с нанесенным покрытием по п.1, дополнительно содержащая защитный покровный слой в качестве последнего слоя комплекта покрытий, при этом защитный покровный слой выбирают из диоксида кремния, диоксида циркония, диоксида титана, диоксида ниобия, диоксида хрома и оксинитрида кремния, а также их смесей.

11. Подложка с нанесенным покрытием по п.1, в которой не подвергнутая термической обработке подложка с нанесенным покрытием по сравнению с подвергнутой термической обработке подложкой с нанесенным покрытием характеризуется значениями ΔE_cmc(1,5:1) (Т), ΔE_(cmc(1,5:1) (R1) и ΔE_cmc(1,5:1) (R2), не большими 8 единиц.

12. Подложка с нанесенным покрытием по п.1, при этом подложка представляет собой стекло.

13. Подложка с нанесенным покрытием по п.12, при этом стеклянная подложка включена в стеклопакет.

14. Подложка с нанесенным покрытием по п.13, включенная в стеклопакет, при этом стеклопакет характеризуется, по меньшей мере, одним из следующих далее параметров: светопроницаемость в видимом диапазоне, не превышающая 90%, и коэффициент отражения света в видимом диапазоне R2, превышающий 4%.

15. Подложка с нанесенным покрытием, включающая
а) подложку;
b) первый диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх подложки;
с) слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия и их смесей и сплавов; и сплавов кобальта и хрома, поверх первого диэлектрического слоя; и
d) второй диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

16. Подложка с нанесенным покрытием по п.15, в которой первый и/или второй диэлектрический слой имеет конфигурацию нескольких пленок, включающую (i) первую диэлектрическую пленку, содержащую Si_xN_y, имеющую показатель преломления; (ii) вторую диэлектрическую пленку поверх первой диэлектрической пленки, имеющую показатель преломления меньше показателя преломления первой диэлектрической пленки; и (iii) третью диэлектрическую пленку, содержащую Si_xN_y, поверх второй пленки.

17. Подложка с нанесенным покрытием по п.15, в которой слой на основе металла содержит сплав кобальта и хрома.

18. Подложка с нанесенным покрытием по п.17, в которой слой на основе металла имеет толщину в диапазоне от 1 до 50 нм.

19. Подложка с нанесенным покрытием по п.15, в которой первый и/или второй диэлектрический слой представляет собой Si₃N₄.

20. Подложка с нанесенным покрытием по п.19, в которой первый и/или второй диэлектрический слой имеет толщину, большую или равную 5 нм.

21. Подложка с нанесенным покрытием по п.15, при этом не подвергнутая термической обработке подложка с нанесенным покрытием по сравнению с подвергнутой термической обработке подложкой с нанесенным покрытием характеризуется значениями ΔE_cmc(1,5:1) (Т), ΔE_cmc(1,5:1) (R1) и ΔE_cmc(1,5:1) (R2), не большими или равными 8 единицам.

22. Подложка с нанесенным покрытием по п.15, при этом подложка представляет собой стекло.

23. Подложка с нанесенным покрытием, имеющая
а) первый слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов; и сплавов кобальта и хрома поверх подложки;
b) слой, отражающий инфракрасное излучение, поверх первого слоя на основе металла;
с) второй слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов; и сплавов кобальта и хрома поверх слоя, отражающего инфракрасное излучение; и
d) диэлектрический слой поверх второго слоя на основе металла.

24. Подложка с нанесенным покрытием по п.23, в которой слой, отражающий инфракрасное излучение, выбирают из золота, меди и серебра, а также их смесей и сплавов.

25. Подложка с нанесенным покрытием по п.24, в которой слой, отражающий инфракрасное излучение, представляет собой серебро.

26. Подложка с нанесенным покрытием по п.24, в которой слой, отражающий инфракрасное излучение, имеет толщину в диапазоне от 1 до 50 нм.

27. Способ получения подложки с нанесенным покрытием, включающий
а) осаждение слоя на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, тантала, молибдена, алюминия, ниобия и их смесей и сплавов; и сплавов кобальта и хрома, на подложке; и
b) осаждение диэлектрического слоя, содержащего Si_xN_y, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла.

28. Способ по п.27, в котором осаждают слой сплава кобальта и хрома.

29. Способ по п.28, в котором осаждают слой, имеющий толщину в диапазоне от 1 до 50 нм.

30. Способ по п.27, в котором осаждают диэлектрический слой, содержащий Si₃N₄.

31. Способ по п.30, в котором осаждают диэлектрический слой, имеющий толщину, большую или равную 5 нм.

32. Способ модифицирования цвета R1 подложки с нанесенным покрытием, имеющей первый диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, поверх подложки, слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, хрома, алюминия, тантала, молибдена и их смесей и сплавов и смесей и сплавов кобальта и хрома, поверх первого диэлектрического слоя и второй диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, поверх слоя на основе металла, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, включающий регулирование толщины второго диэлектрического слоя.

33. Способ модифицирования цвета R2 подложки с нанесенным покрытием, имеющей первый диэлектрический слой, содержащий Si_xN_y, поверх подложки, слой на основе металла, выбираемого из вольфрама, тантала, хрома, алюминия, молибдена и их смесей и сплавов и смесей и сплавов кобальта и хрома, поверх первого диэлектрического слоя и второй диэлектрический слой, содержащий Si_хN_y, где х/у находится в диапазоне от 0,75 до 1,5, поверх слоя на основе металла, включающий регулирование толщины первого диэлектрического слоя.