ES2877096T3 - Sustrato recubierto con una pila de capas funcionales que tienen propiedades mecánicas mejoradas - Google Patents
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Abstract
Un sustrato transparente dotado de una pila de capas delgadas que comprenden una alternancia de n capas funcionales que tienen propiedades de reflexión en la región de infrarrojos y/o de radiación solar con n >= 2 y de n+1 recubrimientos que comprenden una o más capas dieléctricas, de modo que cada capa funcional se coloca entre dos recubrimientos, los recubrimientos y las capas funcionales se numeran según su posición con respecto al sustrato transparente, el recubrimiento 1 inferior se coloca por encima del sustrato transparente y por debajo de la capa 1 funcional, los recubrimientos 2 a n intermedios se colocan entre dos capas funcionales y el recubrimiento n+1 superior se coloca por encima de la capa n funcional, caracterizado porque al menos uno de los recubrimientos 2 a n+1 superior o intermedio, preferiblemente los recubrimientos 2 a n intermedios, comprenden: - al menos un recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas de barrera, una capa que comprende silicio seleccionado de entre óxidos tales como SiO2, nitruros Si3N4 y oxinitruros SiOxNy y una capa basada en nitruro de aluminio - cada recubrimiento superior, intermedio o inferior comprende un recubrimiento de barrera que comprende al menos una capa de barrera que comprende silicio seleccionado de entre óxidos tales como SiO2, nitruros Si3N4 y oxinitruros SiOxNy.
Description
DESCRIPCIÓN
Sustrato recubierto con una pila de capas funcionales que tienen propiedades mecánicas mejoradas
La invención se refiere a un sustrato transparente recubierto con una pila de capas delgadas que comprenden al menos una capa funcional que puede alterar la radiación solar y/o la radiación de infrarrojos. La invención también se refiere a los acristalamientos que comprenden estos sustratos y también al uso de tales sustratos para fabricar acristalamientos de aislamiento térmico y/o acristalamientos de protección solar.
Estos acristalamientos están previstos para equipar tanto edificios como vehículos, con el fin en particular de reducir el esfuerzo de acondicionamiento de aire y/o de reducir el sobrecalentamiento excesivo provocado por el tamaño cada vez mayor de las superficies acristaladas en las viviendas.
Se conocen acristalamientos que comprenden sustratos transparentes recubiertos con una pila de capas delgadas que comprenden al menos dos capas metálicas funcionales colocadas entre tres recubrimientos compuestos por material dieléctrico que presenta las propiedades deseadas. Estas pilas se obtienen generalmente mediante una secuencia de deposiciones realizadas mediante una técnica que usa un vacío, tal como pulverización catódica, opcionalmente asistida por un campo magnético.
La solicitud de patente EP1498397A1 describe sustratos transparentes dotados de una pila de capas delgadas que comprenden al menos una capa funcional entre dos recubrimientos que comprenden, cada uno, una capa dieléctrica. Los materiales dieléctricos de las capas se seleccionan de óxidos, nitruros y oxinitruros metálicos.
La solicitud US 2010/0136365A1 describe un sustrato transparente con una pila de capas delgadas que comprenden la alternancia de n capas funcionales con propiedades de reflexión de infrarrojos y/o de radiación solar, con n mayor o igual a 2 y n+1 recubrimientos que comprenden una o más capas dieléctricas, caracterizado porque uno de los recubrimientos dieléctricos comprende un recubrimiento de barrera que comprende dos capas de barrera, una capa que comprende silicio seleccionado de óxidos, nitruros y oxinitruros y una capa basada en nitruro de aluminio.
Actualmente, existe una demanda creciente de que estos acristalamientos de protección solar también presenten características intrínsecas en los propios sustratos, en particular características estéticas (para que puedan ser redondeados), características mecánicas (para que sean más resistentes) o características de seguridad (para que no se dañen en caso de rotura). Esto requiere someter los sustratos, preferiblemente sustratos de vidrio, a tratamientos térmicos del tipo de curvado, recocido o templado. Por lo tanto, la pila de capas debe optimizarse para conservar su integridad y, en particular, para impedir la alteración de la misma durante estas operaciones de transformación.
Una solución desarrollada en las solicitudes EP 0847 965 y WO 02/48065 consiste en el uso de pilas que tienen dos capas de plata que pueden someterse a un tratamiento térmico del tipo de curvado o templado sin un cambio óptico significativo, en virtud del uso de capas de barrera del tipo de nitruro de silicio y de capas de estabilización.
Estos acristalamientos tienen propiedades mecánicas insuficientes. Frecuentemente, aparecen rayaduras en la pila. Sin embargo, en particular, una vez que estas rayaduras se crean en el acristalamiento, su visibilidad aumenta considerablemente cuando el acristalamiento se somete a un tratamiento térmico de tipo templado. Este fenómeno parece, en parte, relacionarse con el desecado del material que compone la capa funcional en la rayadura. La susceptibilidad a las rayaduras de tales acristalamientos es perjudicial en términos de cualidades estéticas y de rendimiento de producción. Esto puede dar como resultado una tasa de rechazo excepcionalmente alta, muy particularmente en el caso en el que estos acristalamientos son acristalamientos curvados/templados, de tipo laminado o no laminado.
El objetivo de la invención es desarrollar un sustrato recubierto con una pila que tenga capas funcionales que puedan someterse a operaciones de lavado o a tratamientos térmicos a alta temperatura del tipo de curvado, templado o recocido a la vez que se conserva la calidad de la pila y, en particular, mientras se minimiza su capacidad de rayarse después del tratamiento térmico.
Un objeto de la invención es un sustrato transparente dotado de una pila de capas delgadas como se define en la reivindicación 1.
A lo largo de la descripción, el sustrato según la invención se considera que se dispone horizontalmente. La pila de capas delgadas se deposita por encima del sustrato. El significado de las expresiones “ por encima” y “ por debajo” e “ inferior” y “ superior” ha de considerarse con respecto a esta orientación. A menos que se estipulen específicamente, las expresiones “ por encima” y “ por debajo” no significan necesariamente que dos capas y/o recubrimientos estén colocados en contacto entre sí.
El recubrimiento 1 inferior comprende una o más capas dieléctricas y está ubicado por encima del sustrato. Luego, la capa 1 funcional está ubicada por encima del recubrimiento 1 inferior y por debajo del recubrimiento 2 intermedio que comprende una o más capas dieléctricas. Finalmente, la última capa n funcional está ubicada por encima del
recubrimiento n intermedio y por debajo del recubrimiento n+1 superior que comprende una o más capas dieléctricas.
El uso de los términos “ inferior” y “ superior” para describir, por ejemplo, algunas de las capas de los recubrimientos 1 a n+1, también se refiere a las posiciones definidas anteriormente. Esto significa que una capa superior corresponde a una capa ubicada por encima de una o más de otras capas. Igualmente, una capa inferior corresponde a una capa ubicada por debajo de una o más de otras capas.
Según la invención, los recubrimientos pueden componerse de varias capas. Los recubrimientos superior, intermedio o inferior usados según la invención no comprenden capas reflectantes de infrarrojos, pero pueden comprender capas de absorción.
Según la invención, una capa delgada es una capa con un espesor menor de 1 pm.
La presencia de un recubrimiento de barrera específico ubicado en un recubrimiento intermedio o superior y en una posición específica de la pila hace posible obtener un sustrato que presente una menor capacidad de rayarse pero, en particular, una disminución de la presentación de rayaduras o defectos de manera posterior a un tratamiento térmico de tipo templado, que se refleja en particular por una falta de acentuación de su visibilidad. Por lo tanto, se mejoran las propiedades mecánicas de la pila y la resistencia a las transformaciones, tales como lavado, transporte y tratamientos térmicos de tipo templado.
Cuando la pila se calienta hasta alta temperatura, en particular en el intervalo de temperaturas necesario para las operaciones normales de curvado y/o templado de acristalamientos (aproximadamente 550 a 750 0C), los materiales que constituyen las capas delgadas y el sustrato reaccionan de manera diferente a esta tensión térmica. La capa metálica funcional en particular se expandirá mucho, generalmente más que las otras capas de la pila, en particular las capas dieléctricas, que son contiguas a esta. Por lo tanto, las capas funcionales estarán en un estado de compresión a alta temperatura. Del mismo modo, el sustrato de vidrio también se expande mucho. Esto crea tensiones dentro de la pila y, en particular, cuando ya existen rayaduras, un aumento de dichas rayaduras.
El solicitante ha descubierto que el uso de un recubrimiento de barrera que comprende la combinación de una capa que comprende silicio y de una capa basada en nitruro de aluminio en una posición específica de la pila hace posible reducir el nivel de esfuerzo y, por lo tanto, mejorar las propiedades mecánicas de la pila. Parece que la presencia de este recubrimiento de barrera que comprende dos capas que presentan esfuerzos de compresión diferentes y coeficientes de dilatación térmica diferentes ubicadas en un recubrimiento, preferiblemente un recubrimiento intermedio (2 a n), posibilita la relajación de los esfuerzos del conjunto formado por el sustrato de vidrio recubierto con la pila. La presencia de este recubrimiento de barrera hace posible aliviar los esfuerzos termomecánicos a los que está sometido el conjunto de la pila sin modificar las demás propiedades de estos sustratos.
El sustrato puede estar compuesto por cualquier material que pueda soportar las altas temperaturas del tratamiento térmico. Los sustratos transparentes pueden ser, en particular, sustratos orgánicos o inorgánicos y rígidos o flexibles, en particular, compuestos por un material inorgánico rígido, tal como vidrio, o un material orgánico rígido, tal como un sustrato polimérico. El sustrato transparente está compuesto preferiblemente por vidrio, en particular, vidrio de cal sodada y sílice.
Preferiblemente, la pila comprende dos capas funcionales que alternan con tres recubrimientos superior, intermedio e inferior (caso en el que n = 2).
La capa o capas funcionales que tienen propiedades reflectantes en la región de infrarrojos y/o en la radiación solar son capas metálicas, preferiblemente basadas en plata o en aleación metálica que contiene plata. Las diferentes capas funcionales de la pila pueden tener espesores idénticos o diferentes. La patente EP 0 638 528 describe, por ejemplo, una pila que comprende dos capas de plata que tienen diferentes espesores.
Los recubrimientos 1 a n+1 superior, intermedio e inferior pueden comprender una o más capas dieléctricas que presentan funcionalidades variadas. En particular, pueden mencionarse como capas y recubrimientos constituyentes de los recubrimientos superior, intermedio o inferior, recubrimientos de barrera, capas de bloqueo, tales como capas de sacrificio o acoplamiento, capas de estabilización y capas de absorción.
Los recubrimientos superior, intermedio o inferior tienen un espesor geométrico de al menos 20 nm y que puede oscilar hasta 120 nm. Preferiblemente, los recubrimientos inferior y superior tienen un espesor de entre 15 y 60 nm, entre 20 y 50 nm o, si no, entre 20 y 40 nm. Preferiblemente, los recubrimientos intermedios tienen un espesor de entre 50 y 100 nm, entre 60 y 90 nm o, si no, entre 65 y 85 nm.
Según la invención, un recubrimiento de barrera comprende al menos una capa de barrera. Una capa de barrera es una capa compuesta por un material que puede formar una barrera frente a la difusión de oxígeno y agua a alta temperatura, que se origina a partir de la atmósfera ambiental o a partir del sustrato transparente, hacia la capa
funcional. Por lo tanto, los materiales constituyentes de la capa de barrera no deben experimentar una modificación química o estructural a alta temperatura, lo que daría como resultado una modificación de sus propiedades ópticas. La capa o capas de barrera también se seleccionan preferiblemente compuestas por un material que pueda formar una barrera frente al material constituyente de la capa funcional. Por lo tanto, las capas de barrera posibilitan que la pila se someta, sin un cambio óptico excesivamente significativo, a tratamientos térmicos del tipo de recocido, templado o curvado.
Las capas de barrera son capas que comprenden silicio seleccionado de óxidos, tales como SiO2 , nitruros Si3 N4 y oxinitruros SiOxNy. Las capas de barrera también están basadas en nitruros de aluminio AlN.
Cuando se usan capas de nitruro, por ejemplo, nitruro de aluminio o nitruro de silicio, se intenta obtener una estequiometría estable para obtener las propiedades ópticas requeridas, en particular de transparencia. Sin embargo, tal estequiometría estable no se logra necesariamente dependiendo de las condiciones de deposición. Las capas de nitruro pueden ser estequiométricas, subestequiométricas o superestequiométricas en cuanto a nitrógeno. Es posible ajustar la estequiometría, en particular variando el porcentaje de nitrógeno en la cámara de pulverización cuando la capa se deposita mediante pulverización catódica reactiva partiendo de un objetivo metálico.
Cada recubrimiento superior, intermedio o inferior comprende un recubrimiento de barrera que comprende al menos una capa de barrera que comprende silicio seleccionado de entre óxidos tales como SiO2 , nitruros Si3N4 y oxinitruros SiOxNy.
Se conocen los nitruros de silicio y/o aluminio por su alta inercia química, incluso a alta temperatura. Las capas basadas en estos materiales actúan como dieléctricos que tienen una función óptica, que tienen una función de proteger las capas de plata y opcionalmente, cuando se ponen en contacto con una capa de absorción, que tienen una función de capas de apantallamiento.
Cada recubrimiento inferior, intermedio o superior puede comprender al menos un recubrimiento de barrera que comprende al menos una capa de barrera. Los recubrimientos de barrera están ubicados preferiblemente por encima de cada capa funcional y por encima del sustrato transparente. Preferiblemente, la pila puede comprender al menos un recubrimiento de barrera por encima y por debajo de cada capa funcional.
El espesor geométrico de un recubrimiento de barrera es al menos 10 nm, en particular, al menos 15 nm, y puede oscilar hasta 120 nm. Cuando el recubrimiento de barrera se compone de una sola capa de barrera, estos espesores corresponden al espesor de la única capa de barrera.
Cada una de las capas de barrera de un recubrimiento de barrera tiene un espesor de al menos 5 nm.
El espesor de un recubrimiento de barrera puede depender de su lugar en la pila. Por ejemplo:
- cuando el recubrimiento es un recubrimiento inferior, el espesor del recubrimiento de barrera puede ser de entre 15 y 60 nm, entre 20 y 50 nm o, si no, entre 25 y 35 nm,
- cuando el recubrimiento es un recubrimiento intermedio (2 a n), el espesor del recubrimiento de barrera puede ser de entre 50 y 100 nm, entre 60 y 90 nm o, si no, entre 65 y 85 nm,
- cuando el recubrimiento es un recubrimiento superior, el espesor del recubrimiento de barrera puede ser de entre 10 y 40 nm, entre 10 y 30 nm o, si no, entre 10 y 20 nm.
Un recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas, una capa que comprende silicio y una capa basada en nitruro de aluminio, también satisface los criterios de espesor proporcionados anteriormente. Por ejemplo, cuando el recubrimiento de barrera se compone de dos capas, la capa basada en nitruro de aluminio y la capa que comprende silicio tienen, cada una, un espesor de al menos 5 nm, en particular de al menos 7 nm, en particular entre 7 y 30 nm o, si no, entre 10 y 20 nm.
Ventajosamente, el espesor total de la capa o capas de nitruro de aluminio presentes en un recubrimiento intermedio o superior puede variar desde 10 nm hasta la mitad del espesor del recubrimiento intermedio o superior en el que está ubicada. El espesor de todas las capas de nitruro de aluminio comprendidas en un recubrimiento intermedio o superior representa del 20 al 80 %, preferiblemente del 30 al 60 %, del espesor total de dicho recubrimiento intermedio o superior.
La estequiometría de la capa de nitruro de aluminio también puede variar. Esto se debe a que esta capa de nitruro de aluminio puede comprender uno o más metales o semimetales (metaloides) distintos de aluminio. La presencia y las proporciones de este o de estos otros metales o semimetales (metaloides) se seleccionan de modo que no se modifiquen las propiedades de la pila. La relación de aluminio con respecto a todos los demás metales o semimetales (metaloides), como porcentaje atómico, en las capas de nitruros de aluminio es mayor de 1. Ventajosamente, esta relación, como porcentaje atómico, entre el aluminio y todos los demás metales o
semimetales (metaloides) de las capas de nitruro de aluminio es, en orden de preferencia creciente, mayor de 1,5, mayor de 3, mayor de 4, mayor de 9, mayor de 15, mayor de 20, mayor de 50 o mayor de 100.
A manera de ejemplo, la capa de nitruro de aluminio puede comprender, en particular, silicio con una relación de aluminio con respecto al silicio, como porcentaje atómico, en la capa mayor de 1.
Según una realización, la capa de nitruro de aluminio no contiene metales o semimetales (metaloides) distintos de aluminio.
Según realizaciones ventajosas de la invención, la pila puede satisfacer una o más de las siguientes características:
- el recubrimiento o recubrimientos de barrera del recubrimiento 1 inferior se componen de nitruro de silicio, lo que significa que estos recubrimientos de barrera y, por lo tanto, el recubrimiento 1 inferior no comprenden una capa de nitruro de aluminio,
- el recubrimiento o recubrimientos de barrera del recubrimiento n+1 superior se componen de nitruro de silicio, lo que significa que estos recubrimientos de barrera y, por lo tanto, el recubrimiento n+1 superior no comprenden una capa de nitruro de aluminio,
- el recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas de barrera, una capa que comprende silicio y una capa basada en nitruro de aluminio, comprende tres capas de barrera, dos capas que comprenden silicio por encima y por debajo de una capa basada en nitruro de aluminio,
- el recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas de barrera, una capa que comprende silicio y una capa basada en nitruro de aluminio, comprende cuatro capas de barrera, dos capas que comprenden silicio y dos capas basadas en nitruro de aluminio,
- la capa basada en nitruro de aluminio está ubicada entre una capa funcional y la capa que comprende silicio de la capa de barrera que comprende al menos dos capas,
- la capa basada en nitruro de aluminio se encuentra entre dos capas dieléctricas, al menos una de las cuales está basada en un nitruro de silicio y la otra en óxido de cinc.
Preferiblemente, el recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas, una capa que comprende silicio y una capa basada en nitruro de aluminio, está ubicado en el recubrimiento n intermedio, es decir, en el penúltimo recubrimiento. En este recubrimiento n intermedio, la capa basada en nitruro de aluminio está ubicada por encima de la capa n-1 funcional y por debajo de la capa que comprende silicio del recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas.
La pila de la invención también puede comprender al menos una capa de bloqueo. Preferiblemente, las capas de bloqueo están directamente en contacto con una capa funcional. Una capa de bloqueo ubicada por encima de una capa funcional se conoce como sobrecapa de bloqueo. Una capa de bloqueo ubicada por debajo de una capa funcional se conoce como subcapa de bloqueo.
Las capas de bloqueo pueden comprender una capa delgada de metal o de óxido de metal subestequiométrico que está opcionalmente nitrurado. Pueden mencionarse, como capa de bloqueo adecuada según la invención, una capa de un metal o de un óxido metálico o subóxido basado en titanio, niobio o aleación de níquel-cromo. Opcionalmente, las capas metálicas están parcialmente oxidadas.
Preferiblemente, las capas de bloqueo tienen un espesor menor de 5 nm, preferiblemente menor de 3 nm y, todavía mejor de entre 0,5 y 2 nm.
En la realización preferida de la invención, al menos una capa funcional, preferiblemente cada una, se corona mediante una capa de bloqueo. La capa de sacrificio tiene preferiblemente un espesor menor de 2 nm.
La pila según la invención o al menos un recubrimiento comprende al menos una capa de estabilización. Dentro del significado de la invención, “estabilización” significa que la naturaleza de la capa se selecciona para estabilizar la interconexión entre la capa funcional y esta capa. Esta estabilización da como resultado el fortalecimiento de la adhesión de la capa funcional a las capas que la rodean y, de hecho, se opondrá a la migración de su material constituyente.
La capa de estabilización es preferiblemente una capa basada en un óxido seleccionado de óxido de cinc, óxido de estaño, óxido de circonio o una mezcla de al menos dos de estos.
La capa o capas de estabilización son preferiblemente capas de óxido de cinc. Esto se debe a que es ventajoso tener una capa basada en óxido de cinc por debajo de una capa funcional, ya que facilita la adhesión y la
cristalización de la capa funcional basada en plata y aumenta su calidad y su estabilidad a alta temperatura. También es ventajoso tener una capa basada en óxido de cinc por encima de una capa funcional para aumentar la adhesión de la misma y para oponerse de manera óptima a la difusión por el lado de la pila opuesto al sustrato.
Por lo tanto, la capa o capas de estabilización pueden encontrarse por encima y/o por debajo de al menos una capa funcional o de cada capa funcional, ya sea directamente en contacto con ella o separada por una capa de bloqueo. Preferiblemente, cada capa funcional está por encima de un recubrimiento, cuya capa superior es una capa de estabilización, preferiblemente basada en óxido de cinc, y/o por debajo de un recubrimiento, cuya capa inferior es una capa de estabilización.
Ventajosamente, cada capa de barrera está separada de una capa funcional por al menos una capa de estabilización.
Esta capa de estabilización puede tener un espesor de al menos 5 nm, en particular un espesor de entre 5 y 25 nm y todavía mejor de 8 a 15 nm.
En el caso en el que la pila usa así varias capas funcionales, es ventajoso que la capa funcional final, la más distante del sustrato recubierto con la pila, esté dotada tanto de un recubrimiento de barrera como de una capa de estabilización. Esta capa funcional final es la más “expuesta” debido a su posición en la pila, en el sentido de que era la más susceptible a oxidarse por la atmósfera ambiental. Además, esta capa funcional final (n) es aquella para la que una porción de su material constituyente puede migrar más fácilmente hacia la superficie externa de la capa final de la pila.
Por supuesto, es posible planificar que todas las capas funcionales estén dotadas por lo tanto de un recubrimiento de barrera, de una capa de estabilización y, opcionalmente, de una capa de sacrificio y/o de acoplamiento.
La pila según la invención o al menos un recubrimiento inferior, superior o intermedio puede comprender adicionalmente al menos una capa de absorción. Tal capa hace posible ajustar el nivel de transmisión de luz del acristalamiento dentro de un cierto intervalo, sin tener, sin embargo, que reconfigurar completamente la pila de capas delgadas. La capa o capas que absorben en la región visible pueden insertarse entre dos capas de material dieléctrico y estar separadas de la capa o capas de plata por dichas capas dieléctricas.
La capa o capas de absorción pueden comprender un metal, una aleación metálica, un óxido metálico o un nitruro metálico. El metal puede seleccionarse de titanio Ti, niobio Nb o circonio Zr y las aleaciones metálicas entre aleaciones de níquel y cromo NiCr. Los óxidos metálicos pueden seleccionarse de óxido de cromo, óxido de hierro o un óxido subestequiométrico de titanio o cinc. Los nitruros metálicos pueden seleccionarse de nitruro de titanio, nitruro de niobio, nitruro de circonio, nitruro de cromo o un nitruro de níquel-cromo.
Según una realización según la cual la pila comprende dos capas funcionales basadas en plata entre tres recubrimientos inferior, intermedio y superior, la capa o capas de absorción se insertan en el recubrimiento intermedio colocado entre las dos capas funcionales y/o en el recubrimiento superior colocado por encima de la segunda capa funcional.
Según una realización preferida de la invención, la capa de absorción se encuentra entre dos capas dieléctricas, al menos una de las cuales pertenece a un recubrimiento de barrera. Al menos una de las dos capas entre las que se inserta la capa de absorción puede ser, por lo tanto, una capa de barrera.
En una forma alternativa, la capa o capas de absorción pueden insertarse en un recubrimiento de barrera entre dos capas de barrera de un recubrimiento inferior, intermedio o superior, preferiblemente un recubrimiento intermedio.
El espesor de cada una de las capas que absorben en la región visible es, en orden de preferencia creciente, menor de o igual a 7 nm, menor de o igual a 5 nm, menor de o igual a 3 nm, menor de o igual a 2 nm o está comprendido entre 0,5 y 2 nm.
Las capas de absorción tienen una absorción de luz intrínseca de al menos el 3 %, en particular de entre el 4 y el 15 % o entre el 6 y el 12 %.
Es ventajoso indicar que algunos materiales adecuados para las capas de sacrificio también son adecuados como capas de absorción. Según una realización, una de las capas de sacrificio también actúa como capa de absorción. La capa que es simultáneamente de absorción y de sacrificio puede ser esencialmente metálica, en particular compuesta por un material seleccionado de al menos uno de los siguientes metales: Ni, Cr, Nb, Sn o Ti, una aleación tal como NiCr o acero. En este caso, su espesor es preferiblemente de 2 a 5 nm.
La capa de absorción puede encontrarse en el recubrimiento intermedio y/o superior que comprende el recubrimiento de barrera que comprende una capa que comprende silicio y una capa basada en nitruro de aluminio. Preferiblemente, la capa de absorción está en contacto directamente con dos capas de barrera. Preferiblemente, la capa de absorción está en contacto directamente con dos capas que comprenden silicio.
El recubrimiento de barrera que comprende, en particular, una capa de nitruro de aluminio y la capa de absorción puede insertarse en el recubrimiento n “ intermedio” , es decir, en un recubrimiento colocado entre dos capas funcionales.
Finalmente, la pila de la invención comprende preferiblemente una sobrecapa protectora. Esta sobrecapa protectora es, por lo tanto, la capa superior del recubrimiento n+1. Preferiblemente, el recubrimiento n+1 comprende, como capa superior, una capa basada en SnZnO o TiO2. Su espesor se selecciona preferiblemente de entre 0,5 y 20 nm, en particular, entre 1 y 5 nm.
Según una realización ventajosa, el sustrato transparente comprende una pila, definida partiendo del sustrato transparente, que comprende:
- al menos un recubrimiento de barrera,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos una capa funcional,
- opcionalmente, una capa de bloqueo,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos un recubrimiento de barrera,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos una capa funcional,
- opcionalmente, una capa de bloqueo,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos un recubrimiento de barrera.
Según otra realización, el sustrato transparente comprende una pila, definida partiendo del sustrato transparente, que comprende:
- al menos un recubrimiento de barrera,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos una capa funcional,
- opcionalmente, una capa de bloqueo,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos un recubrimiento de barrera en el que se inserta al menos una capa de absorción,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos una capa funcional,
- opcionalmente, una capa de bloqueo,
- al menos una capa de estabilización,
- al menos un recubrimiento de barrera.
Estas pilas, definidas partiendo del sustrato transparente, pueden seleccionarse, en particular, de:
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/AlN/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4,
- SÍ3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/SÍ3N4/AlN/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/SÍ3N4,
- SÍ3N4/ZnO/Ag/ZnO/AlN/SÍ3N4/TiN o NbN o NiCrN/SÍ3N4/ZnO/Ag/ZnO/SÍ3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/AlN/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN^NVZnO/Ag/NiCr/ ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/AlN/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/AlN/ZnO/Ag/NiCr/ ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/AlN/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/ AlN/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/AlN/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/AlN/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/AlN/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/AlN/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/AlN/Si3N4/AlN/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/ ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/AlN/Si3N4/AlN/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/ Ag/NiCr/ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/AlN/Si3N4/AlN/ZnO/Ag/ ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/AlN/Si3N4/AlN/ZnO/ Ag/NiCr/ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/AlN/Si3N4/ AlN/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ AlN/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/ ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/AlN/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/ NiCr/ZnO/Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/ Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/AlN/Si3N4/ZnO/Ag/ NiCr/ZnO/Si3N4,
- Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4/AlN/ Si3N4 ,
- Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/Si3N4/TiN o NbN o NiCrN/Si3N4/ZnO/Ag/NiCr/ZnO/ Si3N4/AlN/Si3N4.
El acristalamiento de la invención comprende el sustrato que porta la pila. Este acristalamiento puede comprender adicionalmente otros sustratos. Estos sustratos pueden ser transparentes o coloreados; en particular, al menos uno de los sustratos puede estar compuesto por vidrio tintado a granel. La selección del tipo de coloración dependerá del nivel de transmisión de luz y/o del aspecto colorimétrico deseados para el acristalamiento una vez finalizada la fabricación del mismo.
Los sustratos pueden ser vidrios comercializados con el nombre Parsol® por Saint-Gobain, en particular, aquellos que tienen un tinte verde grisáceo. También pueden ser vidrios, cuya composición y propiedades se describen en particular en las patentes EP 0616 883, EP 0644 164, EP 0722427 y w O 96/00394.
La invención se refiere a todos los acristalamientos dotados de estos sustratos, tales como acristalamientos laminados, acristalamientos laminados “ asimétricos” o acristalamientos múltiples del tipo de acristalamiento doble.
Los acristalamientos que presentan una estructura laminada comprenden al menos dos sustratos rígidos del tipo de vidrio fijado mediante al menos una lámina de polímero termoplástico, para presentar una estructura de vidrio/pila de tipo capas delgadas/lámina(s)/vidrio. El polímero puede estar basado en particular en polivinil-butiral PVB, acetato de vinilo-etileno EVA, tereftalato de polietileno PET o cloruro de polivinilo PVC. La pila se deposita sobre uno de los sustratos rígidos o sobre una lámina polimérica que se ensamblará con los dos sustratos rígidos mediante láminas termoplásticas.
El acristalamiento también puede presentar una estructura de acristalamiento laminada “asimétrica” que comprende un sustrato rígido de tipo vidrio y al menos una lámina polimérica de tipo poliuretano que tiene propiedades de absorción de energía, opcionalmente junto con otra capa de polímeros. Para más detalles con respecto a este tipo de acristalamiento, puede hacerse referencia, en particular, a las patentes EP 0 132 198, EP 0 131 523 y EP 0389 354. Luego, el acristalamiento puede presentar una estructura de vidrio/pila de tipo capas delgadas/lámina(s) polimérica(s).
Los acristalamientos según la invención pueden someterse a un tratamiento térmico sin daño a la pila de capas delgadas. Por lo tanto, se curvan y/o se templan opcionalmente. En el caso en el que se curvan, en particular con el fin de formar acristalamientos para vehículos, la pila de capas delgadas se encuentra preferiblemente en una cara al menos parcialmente no plana. En una estructura laminada, preferiblemente está en contacto con la lámina polimérica.
El acristalamiento también puede curvarse y/o templarse mientras se compone de un único sustrato, el que está dotado de la pila. Entonces, se denomina acristalamiento “ monolítico” . El acristalamiento también puede ser un acristalamiento múltiple, en particular, un acristalamiento doble, curvándose y/o templándose al menos el sustrato que porta la pila. Es preferible en una configuración de acristalamiento múltiple que la pila se coloque de manera que se oriente hacia el espacio de gas insertado.
En el caso de un acristalamiento de tipo acristalamiento doble, la pila se encuentra preferiblemente en la cara 2 o en la cara 3 del acristalamiento (numerándose de manera convencional las caras de los sustratos desde la cara más exterior hasta la cara interior del acristalamiento una vez ajustado en una construcción).
La invención se refiere a acristalamientos que presentan:
- transmisiones de luz LT del 5 al 80 %, en particular del 40 al 60 %, y/o
- una reflexión de luz externa R del 10 al 30 %, y/o
- valores de a* y b* en reflexión de luz externa menores de o iguales a 1, preferiblemente valores negativos (incluso después de haberse sometido a tratamientos térmicos del tipo de templado), más particularmente, en el caso de pilas que comprenden dos capas de plata.
Finalmente, el acristalamiento que comprende un sustrato dotado de la pila según la invención también puede estar dotado de al menos otro recubrimiento que tiene una función diferente, en particular, un recubrimiento antisuciedad, un recubrimiento hidrófobo, un recubrimiento hidrófilo o un recubrimiento antirreflectante. Estos pueden comprender, por ejemplo, un recubrimiento antisuciedad basado en TiO2 fotocatalítico, un recubrimiento hidrófobo basado en fluoropolímero, un recubrimiento hidrófilo basado en SiO2 o SiOC y uno o más recubrimientos antirreflectantes. Estos recubrimientos se colocan preferiblemente en al menos una de las caras externas de los acristalamientos (las caras orientadas hacia el exterior, a diferencia de las caras orientadas hacia la lámina termoplástica interna en el caso de un material laminado o las caras orientadas hacia el espacio de aire, espacio de gas o espacio de vacío en el caso de un acristalamiento aislante).
La invención también se refiere al procedimiento de fabricación del sustrato, que consiste en depositar la pila de capas delgadas sobre su sustrato, preferiblemente compuesto por vidrio. La deposición puede llevarse a cabo mediante una técnica de vacío del tipo de pulverización catódica, opcionalmente asistida por un campo magnético (sin excluir que la primera capa o capas puedan depositarse mediante otra técnica, por ejemplo, mediante una técnica de descomposición térmica de tipo pirólisis). Además, el proceso puede comprender un tratamiento térmico del tipo de curvado/templado o recocido sobre el sustrato recubierto.
Los detalles y características ventajosas de la invención surgen de los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplos
I. Descripción de los acristalamientos sometidos a ensayo
Las pilas se depositan sobre sustratos compuestos por vidrio de cal sodada y sílice transparente con un espesor de 4 mm. En todos los ejemplos de la invención:
- las capas funcionales son capas de plata (Ag),
- las capas de bloqueo están compuestas por aleación de níquel y cromo (NiCr),
- las capas de estabilización están compuestas por óxido de cinc (ZnO),
- y las capas de absorción están compuestas por nitruro de cromo y níquel (NiCrN).
Las pilas de la invención comprenden al menos un recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas de barrera, una capa basada en nitruro de silicio (Si3N4) y una capa basada en nitruro de aluminio (AlN), en una posición específica. Preferiblemente, las dos capas de barrera que comprenden al menos una capa basada en nitruro de silicio (Si3N4) y una capa basada en nitruro de aluminio (AlN) del recubrimiento de barrera están en contacto directo.
Los demás recubrimientos de barrera de las pilas según la invención, según el ejemplo de referencia, pueden componerse únicamente de nitruro de silicio (Si3N4).
En estos ejemplos, se variaron la naturaleza del recubrimiento de barrera y su posición.
Se llevan a cabo las deposiciones sucesivas de las capas de la pila mediante pulverización catódica asistida por un campo magnético.
La planta de deposición comprende al menos una cámara de pulverización dotada de cátodos equipados con objetivos compuestos por materiales adecuados bajo los cuales pasa sucesivamente el sustrato. Las densidades de potencia, las velocidades de desplazamiento del sustrato, la presión y la selección de la atmósfera se ajustan de una manera conocida para obtener los espesores de capa deseados.
Los acristalamientos sometidos a ensayo comprenden las pilas descritas en la tabla a continuación.
El carácter “-” significa que la capa no existe. El ejemplo de referencia no comprende una capa basada en nitruro de aluminio.
El ejemplo de la invención 1 comprende un recubrimiento de barrera que comprende una capa basada en nitruro de aluminio en el recubrimiento 3 superior ubicada por encima de la capa funcional final. En esta realización, que no es preferida, la capa basada en nitruro de aluminio no está comprendida entre dos capas funcionales.
Los ejemplos de la invención 2, 3 y 5 comprenden un recubrimiento de barrera que comprende una capa basada en nitruro de aluminio en el recubrimiento 2 intermedio ubicado entre las dos capas funcionales.
Los acristalamientos, una vez dotados de la pila de capas, pueden someterse a un tratamiento térmico para simular un templado en las condiciones normales en el campo. Entonces los acristalamientos se someten a un tratamiento térmico durante aproximadamente 8 minutos a una temperatura de aproximadamente 650 0C, seguido de enfriamiento en el aire ambiental (aproximadamente 20 °C).
II. Erichsen Brush Test (Ensayo de cepillado de Erichsen - EBT)
Los diferentes acristalamientos que comprenden los sustratos descritos anteriormente se sometieron al Erichsen Brush Test (Ensayo de cepillado de Erichsen - EBT) durante 100 o 300 ciclos, antes y después del templado. Este ensayo consiste en frotar la pila mediante el uso de un cepillo que consiste en cerdas compuestas por material polimérico, cubriéndose la pila con agua. Se considera que un acristalamiento supera el ensayo si no hay ninguna marca visible a simple vista.
El ensayo antes del templado proporciona una buena indicación de la capacidad del acristalamiento de rayarse durante una operación de lavado. El ensayo después del templado proporciona una buena indicación de la propagación de las rayaduras después del tratamiento térmico.
Se usaron los siguientes indicadores de evaluación:
“+++” : sin rayaduras,
“++” : 1 o 2 rayaduras finas y discontinuas,
“+” : unas pocas rayaduras finas y discontinuas,
“ 0” : rayaduras discontinuas,
“ -” : numerosas rayaduras finas,
“ --” : rayaduras finas aún más numerosas,
“ ---” : altamente rayado.
Los acristalamientos, las condiciones de evaluación y los indicadores de evaluación se resumen en la tabla a continuación.
Las pilas de la invención hacen posible relajar suficientemente los esfuerzos de compresión y, por lo tanto, eliminar las desventajas relacionadas con la capacidad de tales pilas de rayarse y con la propagación de dichas rayaduras de manera posterior a un tratamiento térmico, siendo este más particularmente el caso cuando la capa de barrera que comprende nitruro de aluminio está ubicada en el recubrimiento 2 intermedio.
III. Ensayo de rayado de Erichsen
Los diferentes acristalamientos que comprenden los sustratos descritos anteriormente se sometieron al Erichsen Scratch Test (Ensayo de rayado de Erichsen - EST) después de haber sido sometidos a templado en las condiciones definidas anteriormente. Este ensayo consiste en registrar el valor de la fuerza, en newtons, necesario para producir una rayadura en la pila cuando se lleva a cabo el ensayo (punta de ensayo Van Laar, bola de acero). El ensayo se llevó a cabo a 0,5 N. La anchura de las rayaduras (w) se midió en pm.
Una rayadura con corrosión y expandida (propagación de la corrosión en las regiones adyacentes a la rayadura) aparece muy visible en la transmisión y presenta un aspecto de color amarillo brillante. Las pilas que comprenden el recubrimiento de barrera específico de la invención ubicadas en el recubrimiento 2 intermedio muestran una rayadura menos visible después del templado. Esto se debe a que el recubrimiento de barrera impide la corrosión de la rayadura y la propagación de esta corrosión en las regiones adyacentes a la rayadura (conocido como expansión). La visibilidad de la rayadura es la misma antes y después del templado. Esta tendencia es aún más marcada cuando la capa basada en nitruro de aluminio está ubicada por encima de una capa de estabilización y por debajo de una capa de Si3N4.
Estos ejemplos muestran claramente que el recubrimiento de barrera que comprende, en particular, una capa basada en nitruro de aluminio, tiene que insertarse de una manera específica en pilas para limitar la capacidad de dichas pilas de rayarse o, en caso de rayarse, la visibilidad de dichas rayaduras.
Claims (15)
- REIVINDICACIONESi. Un sustrato transparente dotado de una pila de capas delgadas que comprenden una alternancia de n capas funcionales que tienen propiedades de reflexión en la región de infrarrojos y/o de radiación solar con n > 2 y de n+1 recubrimientos que comprenden una o más capas dieléctricas, de modo que cada capa funcional se coloca entre dos recubrimientos, los recubrimientos y las capas funcionales se numeran según su posición con respecto al sustrato transparente, el recubrimiento 1 inferior se coloca por encima del sustrato transparente y por debajo de la capa 1 funcional, los recubrimientos 2 a n intermedios se colocan entre dos capas funcionales y el recubrimiento n+1 superior se coloca por encima de la capa n funcional, caracterizado porque al menos uno de los recubrimientos 2 a n+1 superior o intermedio, preferiblemente los recubrimientos 2 a n intermedios, comprenden:- al menos un recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas de barrera, una capa que comprende silicio seleccionado de entre óxidos tales como SiO2, nitruros Si3N4 y oxinitruros SiOxNy y una capa basada en nitruro de aluminio- cada recubrimiento superior, intermedio o inferior comprende un recubrimiento de barrera que comprende al menos una capa de barrera que comprende silicio seleccionado de entre óxidos tales como SiO2, nitruros Si3N4 y oxinitruros SiOxNy.
- 2. El sustrato transparente según la reivindicación 1, caracterizado porque la pila comprende dos capas funcionales que alternan con tres recubrimientos inferior, intermedio y superior.
- 3. El sustrato transparente según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas comprende tres capas, dos capas que comprenden silicio ubicadas por encima y por debajo de una capa basada en nitruro de aluminio.
- 4. El sustrato transparente según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la capa basada en nitruro de aluminio está ubicada entre una capa funcional y la capa que comprende silicio.
- 5. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el recubrimiento de barrera que comprende al menos dos capas, una capa que comprende silicio y una capa basada en nitruro de aluminio, está ubicado en el recubrimiento n intermedio.
- 6. El sustrato transparente según la reivindicación 5, caracterizado porque, en el recubrimiento n intermedio, la capa basada en nitruro de aluminio está ubicada por encima de la capa n-1 funcional y por debajo de una capa que comprende silicio.
- 7. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una capa funcional, preferiblemente cada una, se corona mediante una capa de bloqueo.
- 8. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un recubrimiento inferior, intermedio o superior comprende al menos una capa de estabilización.
- 9. El sustrato transparente según la reivindicación 8, caracterizado porque cada capa funcional está por encima de un recubrimiento inferior o intermedio, cuya capa superior es una capa de estabilización, preferiblemente basada en óxido de cinc, y/o por debajo de un recubrimiento intermedio o superior, cuya capa inferior es una capa de estabilización.
- 10. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un recubrimiento inferior, intermedio o superior comprende al menos una capa de absorción.
- 11. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el recubrimiento n+1 superior comprende, como capa superior, una capa basada en SnZnO o TiO2 , preferiblemente con un espesor menor de 5 nm.
- 12. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de nitruro de aluminio comprende uno o más metales o semimetales distintos de aluminio con una relación de aluminio con respecto a todos los demás metales o semimetales, como porcentaje atómico, en las capas de nitruros de aluminio mayor de 1, preferiblemente mayor de 9.
- 13. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de todas las capas de nitruro de aluminio comprendidas en un recubrimiento intermedio o superior representa del 20 al 80 %, preferiblemente del 30 al 60 %, del espesor total de dicho recubrimiento intermedio o superior.
- 14. El sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una pila definida partiendo del sustrato transparente, que comprende:- al menos un recubrimiento de barrera,- al menos una capa de estabilización,- al menos una capa funcional,- opcionalmente una capa de sacrificio,- al menos una capa de estabilización,- al menos un recubrimiento de barrera en el que se intercala opcionalmente al menos una capa de absorción,- al menos una capa de estabilización,- al menos una capa funcional,- opcionalmente una capa de sacrificio,- al menos una capa de estabilización,- al menos un recubrimiento de barrera.
- 15. Un acristalamiento que comprende un sustrato transparente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está en forma de un acristalamiento laminado, de un acristalamiento asimétrico o de un acristalamiento múltiple del tipo de acristalamiento doble.
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