Система покрытия нейтрального высококачественного стекла с низкой излучательной способностью, изготовленные из него изоляционные стеклянные блоки и способ их изготовления

 

Изобретение относится к покрытым напылением стеклянным пленочным системам, регулирующим солнечный свет во многих видах стеклянных изделий. Пленочная система включает стеклянную подложку и два слоя Si₃N₄, смешанного с достаточным количеством нержавеющей стали, заключающих между собой слой серебра и два слоя никеля или нихрома. Если подложка имеет толщину 2 - 6 мм, то система обладает излучательной способностью по нормам до 0,06, излучательной способностью в полусферу до 0,07. Технической задачей изобретения является создание высокопродуктивного способа покрытия напылением, повышение стойкости покрытий. 9 с. и 25 з.п. ф-лы, 4 ил., 10 табл.

Данное изобретение относится к системам покрытия для стеклянных подложек, которые проявляют очень низкие значения излучательной способности и практически нейтральны по цвету. Конкретнее, данное изобретение относится к стеклянным изделиям, таким как изоляционные стеклянные узлы (например, двери и окна), которые снабжены этими системами покрытия, и способам их изготовления.

Существующий уровень техники В коммерции ныне обещепризнана важность покрытых напылением стеклянных пленочных систем для достижения свойств управления солнечным светом во многих видах стеклянных изделий, таких как архитектурные окна и двери. Равным образом в дополнение к этому общепризнана и важность использования таких пленочных систем в изоляционных стеклянных блоках (известных в технике как "IG" блоки). Примеры этого использования таких стеклянных блоков включают в себя многопанельные окна и двери, выполненные по меньшей мере из двух панелей стекла, герметизированных по их краям для получения между ними изолирующей камеры. Такие камеры, в данном отношении, часто получают откачиванием воздуха из камеры, тепловой герметизацией стеклянных панелей по их краям и заполнением образованной камеры газом, отличным от воздуха, таким как аргон.

Для признания на рынке стекол, управляющих солнечным светом, включая и изоляционные стеклянные блоки, важными являются следующие характеристики, которые относятся непосредственно к используемым пленочным системам с напыленным покрытием: 1) желательная величина коэффициента пропускания в видимом диапазоне вместе с приемлемым уровнем коэффициента отражения для инфракрасного излучения; 2) свойство "незеркальности" (т.е. низкая отражательная способность в видимом диапазоне, как это определено ниже); 3) практически нейтральный видимый отраженный цвет при взгляде со стороны стекла (т. е. цвет попадает в диапазон от бесцветного до бледно-голубого); 4) устойчивость к воздействию погодных условий или иной химической агрессии, часто именуемая "химической стойкостью" (этот термин объясняется ниже); 5) устойчивость к истиранию (часто именуемая "механической стойкостью", термин также объясняется ниже) в процессе использования, особенно во время различных действий, необходимых для производства изоляционных стеклянных окна или двери из двух или более листов стекла, по меньшей мере один из которых имеет заранее напыленное покрытие вышеупомянутой пленочной системой.

В дополнение к этим физическим характеристикам используемая система покрытия должна быть экономичной для производства. Если это не так, конечный продукт, такой как в случае изоляционного стеклянного узла, может стать настолько дорогостоящим, что будет препятствовать спросу.

В технике хорошо известно, что эти желательные характеристики при попытке достичь их часто вступают в противоречие друг с другом и что поэтому часто становятся необходимыми компромиссы. К примеру, приемлемые уровни коэффициента пропускания или коэффициента отражения в инфракрасном (ИК) диапазоне могут достигаться за счет стойкости (либо химической, либо механической, либо обеих). При других компромиссах неизбежными становятся нежелательные цвета и зеркальные окна (или двери). При иных же компромиссах значительным фактором становится стоимость производства. Такие проблемы создают техническую необходимость в новой покрытой напылением пленочной системе, которая может достичь лучшего равновесия между этими характеристиками.

В патенте США N 5344718 рассматриваются различные превосходные покрытые напылением пленочные системы, которые достигают приемлемо низких значений излучательной способности и потому правильно классифицируются как семейство систем с низкой излучательной способностью ("Low-E") (т.е. семейство покрытий с высоким коэффициентом отражения в ИК-диапазоне). Кроме того, такие системы покрытия, взятые как семейство, в общем случае проявляют характеристики стойкости, которые доходят до или сравниваются с характеристиками пиролитических покрытий и тем самым являются вполне приемлемыми. Далее, эти покрытия, особенно в их предпочтительных выполнениях, проявляют высокий коэффициент пропускания в видимом диапазоне. В то же время они также проявляют умеренно нейтральный цвет, несколько простирающийся в зеленую часть голубого, что, однако, в достаточной степени маскируется достигаемым уровнем коэффициента отражения в видимом диапазоне, благодаря чему они кажутся практически нейтральными. Кроме того, эти характеристики отражательной способности в видимом диапазоне ниже 20% и тем самым избегается также нежелательное зеркальное свойство при взгляде либо снаружи, либо изнутри в случае использования, например, в качестве окна или двери.

Рассмотренное в патенте США N 5344718 семейство пленочных систем использует различные пленки из Si₃N₄ и никеля или нихрома для того, чтобы между ними были заключены в выбранном порядке один или более слоев отражающего в ИК-диапазоне металлического серебра, что и позволяет достичь желательных конечных свойств. Полное описание этого патента, в том числе и его раздел "Существующий уровень техники", включены сюда посредством ссылки.

Вообще говоря, этот известный патент ('718) достигает своих уникальных результатов за счет использования системы, состоящей из пяти или более слоев, причем снаружи от стекла система содержит: а) подслой Si₃N₄; б) слой никеля или нихрома; в) слой серебра;
г) слой никеля или нихрома;
д) слой покрытия из Si₃N₄.

Когда система состоит собственно из этих пяти (5) слоев, обычно используются нижеследующие толщины:
Слой - Диапазон (примерный)
a (Si₃N₄) - 400 - 425
б (Ni или Ni:CR) - 7 или менее
в (Ag) - 95 - 105
г (Ni или Ni:Cr) - 7 или менее
д (Si₃N₄) - 525 - 575
Когда в этом известном патенте ('718) используется больше, чем пять слоев, например, когда используются два серебряных слоя, система снаружи от стекла обычно включает в себя следующие слои:
стекло/ Si₃N₄/Ni: Cr/Ag/Ni: Cr/Ag/Ni: Cr/ Si₃N₄ и общая толщина серебра остается той же самой (например, 95 - 105 так что каждый слой серебра составляет сам по себе лишь около чтобы составить общую толщину.

Хотя такие системы, как рассмотренная в данном патенте '718, составляют значительное улучшение над существующими системами в данной области, - особенно теми, которые рассмотрены в разделе "Существующий уровень техники" данного патента, - тем не менее остается возможность для улучшения характеристик излучательной способности. Например, в системах патента '718 излучательная способность по нормали (E_n) была обычно меньше или равна 0,12, тогда как излучательная способность в полусферу (E_n) была обычно меньше 0,16. Однако в действительности более низкими практически или коммерчески достижимыми пределами в общем случае были для E_n - примерно 0,09, а для E_n - примерно 0,12. Достижимые листовые сопротивления (R_s) в этом отношении составляют обычно величину 9-10 Ом/кв.

Запрет на достижение более высокого отражения к ИК-диапазоне (т.е. снижение значение "E") был в общем случае стойким убеждением, что, если толщина серебра возрастает для достижения более высокой отражательной способности в ИК-диапазоне (а тем самым более низких значений "E"), то проявится по меньшей мере один из следующих четырех вредных эффектов: (1) произойдет потеря стойкости; (2) конечный продукт будет чересчур отражающим, т.е. станет подобным зеркалу; (3) цвет поверхности станет неприемлемо густопурпурным или красно-синим; и/или (4) коэффициент пропускания в видимом диапазоне станет неприемлемо низким.

Стойкость как механическая, так и химическая является важным фактором, к достижению которого в строительном стекле стремятся повсеместно - при использовании ли в качестве монолитного листа, или, к примеру, при использовании в качестве изоляционного стеклянного блока. Как сказано ранее, обработка, сборка и запайка изоляционных стеклянных блоков требуют в первую очередь механической стойкости, тогда как необходимость в герметизации краев панелей для образования между ними изолирующих камер создает необходимость в химической стойкости вследствие прежде всего природы герметика, неизбежно контактирующего с покрытием. В эстетическом отношении как свойство зеркальности, так и пурпурный цвет могут уничтожить конкурентоспособность любого товара, проявляющего эти характеристики. Потеря в коэффициенте пропускания в видимом диапазоне, хотя и нежелательна, не вызывает возражений до тех пор, пока этот коэффициент в монолитном листе в действительности не упадет ниже 70%, а в изоляционном стеклянном блоке - ниже 63%. Однако в некоторых использованиях - конкретно в случаях, когда желательны низкие коэффициенты затенения (т. е. ниже 0,6), - коэффициент пропускания может быть в действительности слишком высоким даже при том, что излучательная способность более или менее низкая. Вообще говоря, если желательны затеняющие свойства (т.е. для снижения затрат на воздушное кондиционирование), коэффициент пропускания монолитного стекла в видимом диапазоне следует поддерживать ниже 75%, предпочтительно ниже 73%, тогда как в типичных изоляционных блоках коэффициент пропускания должен составлять от 65% до 68%.

Частным подтверждением высказанному выше убеждению является довольно сложная пленочная система, рассмотренная в патенте США N 5302449, а также ее предполагаемый коммерческий эквивалент в виде изоляционного стеклянного блока, известный как Кардинал 171, продаваемый компанией Cardinal IG. Пленочная система, как представлено в этом патенте, имеет различные толщины и виды материалов в стопке слоев для достижения определенных свойств управления солнечным светом, а также использует покрытие из окиси цинка, олова, индия, висмута или окисей их сплавов, включая окись станната цинка, для достижения сопротивления истиранию. Кроме того, эта система использует один или два слоя золота, меди или серебра для достижения своих конечных результатов. Когда используются два слоя серебра, говорится, что первый имеет толщину между 100 и 150 а предпочтительно около 125 тогда как второй слой, нанесенный на него, должен быть между 125 и 175 Когда же используется только один слой серебра, говорится, что его толщина должна быть примерно 100 - 175 а предпочтительно 140 Нигде в этом патенте не рассматривается использование никеля или нихрома, а также использование нитрида кремния в качестве элемента (элементов) в последовательности в стопке.

В реальной коммерческой практике обнаружено, что вышеупомянутые изоляционные стеклянные блоки Кардинал достигают вполне приемлемых свойств управления солнечным светом, включая приемлемые цветовые характеристики и относительно хороший незеркальный коэффициент отражения в видимом диапазоне (для сравнения ниже приведен пример). Однако обнаружено, что эта система, вполне приемлемая во всех прочих отношениях, имеет недостаточную химическую стойкость и, как определено здесь, можно говорить, что она имеет низкую химическую стойкость, потому что она не проходит рекомендованную проверку кипячением. Хотя точная причина этого неизвестна, простое решение состоит в том, что, как это отмечено для прототипа, приходится пожертвовать по меньшей мере одной желательной характеристикой, чтобы достичь желательных уровней других. Кроме того, из-за природы используемых стопки и элементов, система принципиально дорогостоящая для производства вследствие числа и толщины слоев, требуемых для достижения желательного результата.

В разделе "Существующий уровень техники" вышеуказанного патента '718 рассмотрена еще одна известная тогда пленочная система строительного стекла, которая известна на рынке как Супер-E III, производства корпорации Airco. Эта система снаружи от стекла состоит из следующей стопки пленок:
Si₃N₄/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Si₃N₄
На практике обнаружено, что в этой системе Супер-E III сплав Ni:Cr имеет 80/20 весовых частей соответственно Ni/Cr (т.е. является нихромом), сообщено, что два нихромовых слоя имеют толщину 7 слой Ag определен как имеющий толщину 70 (за исключением того, что установлено, что серебро может иметь толщину около 100 а слои Si₃N₄ относительно толще (например, 320 для подслоя и 450 для покрытия). Реально же было найдено, что из-за его тонкости (т. е. около 70 серебряный (Ag) слой по своей природе является на деле в довольно значительной степени полунепрерывным.

Хотя это покрытие достигает хорошей "стойкости" (т.е. это покрытие стойко к истиранию и износу и химически стабильно) и потому достигает важного предела этой характеристики по сравнению с пиролитическими покрытиями, но для стекла толщиной около 3 мм величина E_h составляет лишь 0,2-0,22, а величина E_n - лишь 0,14 - 0,17. Оба этих значения излучательной способности довольно высоки. Кроме того, листовое сопротивление показывает относительно высокое значение 15,8 Ом/кв (наиболее приемлемая величина составляет около 10,5 или меньше). Таким образом, хотя обнаружено, что как механическая, так и химическая стойкость вполне приемлемы, а коэффициент пропускания монолитного листа в видимом диапазоне довольно высок - 76±1%, хотя доказано, что эти покрытия совместимы с обычными герметиками, используемыми в изоляционных стеклянных блоках, способность этого покрытия управлять ИК-излучением была меньше желательной. Кроме того, именно высокий коэффициент пропускания монолитического стекла в видимом диапазоне, составляющий 76±1%, делает такую систему не вполне желательной, когда требуются более низкие характеристики затенения.

Airco вслед за своей системой Супер-E III выпустила систему, названную Супер-E IV. Эта система включает в себя следующие слои стопки пленок кнаружи от стекла:
Элемент - Толщина "n&k"
TiO₂ - примерно 300
NiCrN_x - примерно 8
Ag - примерно 105
NiCrN_x - примерно 8
Si₃N₄ - примерно 425
Эта система по характеристикам достаточно похожа на Супер-E III, за исключением того, что коэффициент пропускания в видимом диапазоне выше (например, больше 80%), излучательная способность ниже (например, ниже 10%), а коэффициент затенения значительно выше (например, приблизительно 0,80). Кроме того, из-за использования TiO₂ в качестве подслоя, система дорога для производства.

Другая пленочная система, в чем-то, быть может, подобная Супер-E III и IV, представлена в патенте США N 5377045. В представленных в нем системах единственный серебряный слой (например) помещен между двумя нихромовыми слоями, которые, в свою очередь, помещены между нижним слоем, к примеру, TiO₂ или легированного цирконием Si₃N₄ и наружным слоем Si₃N₄ или легированного цирконием Si₃N₄. Пленочные системы этого патента на практике известны как имеющие в общем случае пурпурный цвет, найдено, что они химически нестойки, как определено нижеописанной проверкой кипячением, не обрабатываются нагреванием и имеют довольно высокую излучательную способность. В этом отношении согласно данному патенту требуются специальные методы напыления для снижения того, что названо "собственным напряженным состоянием" в одном из диэлектрических слоев, чтобы достичь механической и химической стойкости согласно рассмотренным в этом патенте проверкам, используемым для определения этих двух характеристик.

Значительное улучшение прототипа рассмотрено в нашей совместной заявке N 08/356515, поданной 15 декабря 1994 г., ныне патент США N 5514476, озаглавленной "Система покрытия стекла с низкой излучательной способностью и изготовленные из него изоляционные стеклянные блоки". Описание этой заявки включено сюда посредством ссылки. В этой совместной заявке рассматривается уникальная пленочная система, содержащая серебряный слой, помещенный между двумя нихромовыми слоями, которые, в свою очередь, помещены между нижним и наружным слоями Si₃N₄. Путем соответствующей регулировки толщин слоев системы покрытий этого изобретения достигают превосходно низкой излучательной способности (например, E_n < 0,7, E_h < 0,75, R_s < 5,5 Ом/кв). Кроме того, характеристики отражения (отражательная способность и затухание) сделали их достаточно приемлемыми (т.е. не проявляется зеркальность) для использования в изоляционных стеклянных блоках. Характеристики пропускания точно так же были в подходящих пределах, и проблема нежелательного пурпурного цвета прошлого прототипа была снята.

Хотя эти пленочные системы были вполне хороши, было обнаружено, что при стремлении достичь даже более низких значений излучательной способности (т. е. сниженного коэффициента пропускания в инфракрасном диапазоне, что является принципиальной целью многих пленочных систем, используемых в строительных и автомобильных стеклах) принципиально через попытку утолщить серебряный слой (основной отражающий в ИК-диапазоне слой), коэффициент пропускания в видимом диапазоне, цвет и характеристики отражения воздействуют друг на друга противоположным образом. Например, обнаружено, что утолщение серебряного слоя резко снижает коэффициент пропускания в видимом диапазоне ниже приемлемого уровня в 70%. Кроме того, наружная поверхность стеклянной стороны изделия (например, изоляционного стеклянного блока), покрытая слишком толстым серебряным слоем, часто может стать густо-пурпурной и зеркальной. Таким образом, хотя вышеописанная система в нашей вышеуказанной совместной заявке достигала свойств, недостижимых до этого комбинаций известных аналогов, имелась все же необходимость в улучшении, если оно вообще возможно.

В дополнение к вышеописанным пленочным системам в патентной и научно-технической литературе сообщалось о других покрытиях, содержащих серебро и/или нихром в качестве слоев для отражения в инфракрасном диапазоне и иных целей управления светом. См. , к примеру, фильтры Фабри-Перо и другие известные покрытия и методы, описанные в патентах США NN 3682528 и 4799745 (и рассмотренные и/или указанные в них аналоги). См. также диэлектрические металлические пленочные структуры, созданные во многих патентах, включая, например, патенты США NN 4179181, 3698946, 3978273, 3901997 и 3889026 - просто для упоминания. Хотя такие другие покрытия известны или описаны, считается, что до нашего изобретения ни одно описание этих аналогов не рассматривало и не достигало способности использовать высокопродуктивный способ покрытия напылением и в то же время не обеспечивало строительного стекла, которое не только приближается к или равно по стойкости пиролитическим покрытиям, но которое достигает также и прекрасных качеств в управлении солнечным светом.

С учетом вышесказанного ясно, что существует необходимость в покрытой напылением пленочной системе, которая без чрезмерных жертв экономным путем оптимизирует на основе осознанных приоритетов вышеописанные характеристики для стеклянных листов с покрытием вообще и конкретно для изоляционных стеклянных блоков. Цель настоящего изобретения состоит в выполнении этого и иных требований, что станет понятно специалисту из нижеследующего описания.

Раскрытие описания
Данное изобретение достигает своих целей за счет неожиданного обнаружения того, что либо путем смешивания слоев Si₃N₃ в пленочной системе нашей вышеуказанной совместной заявки с нержавеющей сталью, либо возможно размещения под этими смешанными слоями подслоя из TiO₂ может достигаться дополнительное непредвиденное снижение излучательной способности и столь же непредвиденное снижение коэффициента отражения в видимом диапазоне, а также то, что цветовая поверхность изделия при взгляде со стороны стекла остается незеркальной и практически нейтральной (т.е. попадает в цветовой диапазон от совершенно нейтрального до бледно-голубого), при этом система остается химически и механически стойкой, несмотря на увеличение толщины серебряного слоя. В некоторых выполнениях пленочная система может обрабатываться нагреванием. В качестве таковых пленочные системы данного изобретения находят конкретное использование как пленочные системы в изоляционных стеклянных блоках, таких как изолирующие стеклянные двери и окна, особенно в том случае, когда такие блоки изготавливаются с использованием методов тепловой герметизации.

В одном аспекте данного изобретения предлагается покрытое напылением стеклянное изделие, содержащее стеклянную подложку, имеющую на одной из ее плоских поверхностей пленочную систему, включающую в себя от стекла кнаружи:
а) слой, содержащий Si₃N₄ и нержавеющую сталь, причем нержавеющая сталь составляет в количественном отношении 0,5-15% по весу от упомянутого слоя;
б) слой никеля или нихрома;
в) слой серебра;
г) слой никеля или нихрома; и
д) слой, содержащий Si₃N₄ и нержавеющую сталь, причем нержавеющая сталь составляет в количественном отношении 0,5-15% по весу от упомянутого слоя при этом, если стеклянная подложка имеет толщину от 2 до 6 мм, то покрытая стеклянная подложка имеет излучательную способность по нормали (E_n) около 0,06 или меньше, излучательную способность в полусферу (E_h) около 0,07 или меньше, листовое сопротивление (R_s) около 5,0 Ом/кв или меньше и имеет практически нейтральный цвет отраженного видимого излучения при взгляде со стороны стекла.

В некоторых выполнениях данного изобретения пленочная система состоит по существу из вышеописанных пяти (5) слоев. В некоторых других выполнениях данного изобретения пленочная система дополнительно включает в себя подслой из TiO₂. В обоих таких выполнениях относительная толщина слоев регулируется так, чтобы в дальнейших предпочтительных выполнениях пленочная система могла подвергаться "тепловой обработке" в том смысле, как это выражение определено ниже.

В некоторых дальнейших выполнениях данного изобретения вышеупомянутый единственный лист стекла толщиной от 2 до 6 мм с пленочной системой в соответствии с данным изобретением на одной из своих плоских поверхностей имеет следующие коэффициент отражения и характеристики в цветовых координатах:
а) при взгляде со стороны стекла
R_GY от 8 до 18
a_h от -3 до +3
b_h от 0 до -15
и
б) при взгляде со стороны пленки
R_FY от 4 до 15
a_h от 0 до +8
b_h от -5 до -20,
где RY есть коэффициент отражения, а a_h, b_h есть цветовые координаты, измеренные в единицах Хантера, с эталонным источником света в 1 свечу, под углом наблюдения 10^o.

В некоторых дальнейших выполнениях данного изобретения лист стекла, снабженный на одной из своих поверхностей пленочной системой, как описано выше, используется по меньшей мере с одним другим листом стекла таким, чтобы листы были практически параллельны друг другу, но разнесены друг от друга и герметизированы на своих краях для образования между ними изолирующей камеры, благодаря чему образуется изоляционный стеклянный блок, полезный в качестве окна, двери или стены, в котором пленочная система расположена на поверхности 24, как показано на фиг. 2, так что коэффициент отражения и характеристики цветовых координат при взгляде снаружи составляют:
R_GY от 14 до 20
a_h от -2 до +2
b_h от 0 до -10,
а при взгляде изнутри составляют:
R_FY от 11 до 18
a_h от 0 до +4
b_h от 0 до -10
и коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 61%. Если пленочная система расположена на поверхности 26, то коэффициент отражения и цветовые координаты снаружи и изнутри меняются местами, но коэффициент пропускания остается тем же самым. Коэффициент пропускания покрытой стеклянной подложки с 5 слоями в видимом диапазоне составляет 74-76%.

Используемое здесь выражение "снаружи" означает, что наблюдатель смотрит снаружи от жилища, в котором используется покрытый стеклянный лист (т.е. изоляционный стеклянный блок). Используемое здесь выражение "изнутри" означает противоположное выражению "снаружи" направление, т.е. это сторона, видная наблюдателю изнутри жилища, в котором расположен блок (например, внутри помещения в жилом или служебном здании, глядя навстречу смотрящему "снаружи").

Как установлено выше, данным изобретением предполагается далее, что пленочные системы, которые попадают в объем данного изобретения, имеют возможность тепловой обработки.

Используемое здесь выражение "тепловая обработка" означает, что пленочная система, способная подвергаться по меньшей мере нижеперечисленным обычным тепловым обработкам, ее конечные характеристики вследствие этого не подвергаются нежелательному воздействию. Подразумеваемыми обычными тепловыми обработками являются отпуск, гнутье, закалка или операция (операции) тепловой герметизации, используемые для запайки вместе двух или более стеклянных листов при изготовлении изоляционного стеклянного блока. В этом последнем случае тепловая обработка может как включать в себя, так и не включать достаточно высокий нагрев стеклянной стопки для оплывания краев стеклянных листов самих по себе.

Имея возможность тепловой обработки, конкретная система покрытия данного изобретения может использоваться для конкретных нужд. К примеру, если пленочная система подлежит использованию в автомобильном обтекателе и/или закаленном ветровом стекле, она будет выбираться так, чтобы быть способной пройти через эти обработки. В качестве другого примера, при использовании в строительных окнах, требующих одинаковой поверхности как в незакаленных, так и закаленных панелях, покрытие выбирается так, чтобы обеспечить этот результат при тепловой обработке в процессе закаливания. Разумеется, чтобы иметь возможность "тепловой обработки", покрытие должно быть способно проходить по меньшей мере один, но не все вышеперечисленные тепловые процессы.

В этом отношении некоторые предлагаемые покрытия могут иметь или не иметь возможность выдерживать отпуск, закалку или гнутье, но все же рассматриваются как имеющие возможность "тепловой обработки", если они могут выдержать нагревание, используемое для герметизации изоляционного стеклянного блока в ходе его изготовления (как с оплыванием стекла, так и без него), в частности когда способ формирования изоляционного стеклянного блока включает в себя операцию откачки воздуха (т.е. дегазацию) из изолирующей камеры в процессе герметизации и сохранения в камере вакуума или заполнения ее инертным газом, таким как аргон. Таким образом, в некоторых выполнениях данного изобретения выполняется еще одна техническая необходимость за счет того, что:
в способе изготовления изоляционного стеклянного блока, содержащего по меньшей мере два листа стекла, герметизированных по краям друг к другу, благодаря чему между ними образуется по меньшей мере одна изолирующая камера, этот способ включает в себя операции разнесения листов друг от друга, нагрева листов при повышенной температуре и припайки краев листов друг к другу при повышенной температуре, усовершенствование содержит использование на плоской поверхности по меньшей мере одного из этих стеклянных листов покрытой напылением способной подвергаться тепловой обработке пятислойной пленочной системы согласно данному изобретению, расположенной так, что эта пленочная система находится внутри изолирующей камеры изоляционного стеклянного блока, образованного припайкой краев стеклянных листов друг к другу. Один из стеклянных листов может быть пленочной шестислойной системой, обрабатываемой теплом.

Поставленная техническая задача достигается также тем, что предложен изоляционный стеклянный блок, состоящий по меньшей мере из двух практически параллельных разнесенных листов стекла, в котором по меньшей мере один лист стекла является покрытым напылением листом стекла с пленочной системой, включающей слои Si₃N₄ никеля или нихрома, серебра, никеля или нихрома и Si₃N₄, причем слои, включающие Si₃N₄, дополнительно содержат 0,5-15 вес.% нержавеющей стали.

В изоляционном стеклянном блоке упомянутые два листа стекла могут быть совместно герметизированы по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, а упомянутая пленочная система может быть расположена на поверхности одного из упомянутых стеклянных листов внутри упомянутой изолирующей камеры, а коэффициент отражения и цветовые характеристики при взгляде снаружи составляют:
R_GY от 14 од 20
a_h от -2 до +2
b_h от 0 до -10,
при взгляде изнутри составляют:
R_FY от 11 до 18
a_h от 0 до +4
b_h от 0 до -10,
а коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 61%.

В изоляционном стеклянном блоке упомянутый блок может представлять собой изолирующее стеклянное окно, дверь или стену, и коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 63%.

В изоляционном стеклянном блоке, содержащем по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов может быть покрытым напылением листом стекла с пятислойным напылением, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

В изоляционном стеклянном блоке, содержащем по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов может быть покрытым пятислойным напылением листом стекла, в котором никель или нихром и нержавеющая сталь содержат нитрид хрома, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

В изоляционном стеклянном блоке, содержащем по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных теплом по их краям и образующих между собой практически свободную от воздуха изолирующую камеру, по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов может быть покрыт пятислойным напылением листом стекла, который обрабатывается теплом, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

В изоляционном стеклянном блоке, содержащем по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов может быть покрытым пятислойным напылением листом стекла, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

В изоляционном стеклянном блоке, содержащем по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов может быть покрытым пятислойным напылением листом стекла, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры и является химически и механически стойкой.

В изоляционном стеклянном блоке, содержащем по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных теплом по их краям и образующих между собой практически свободную от воздуха изолирующую камеру, по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов может быть покрытым пятислойным напылением листом стекла, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры, а слои, включающие Ni или нихром и нержавеющую сталь, дополнительно содержат нитрид хрома.

Данное изобретение будет теперь описано в связи с его некоторыми выполнениями со ссылками на сопровождающие чертежи.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой частичный вид сбоку выполнения пленочной системы согласно данному изобретению.

Фиг. 1A представляет собой частичный вид сбоку другого выполнения пленочной системы согласно данному изобретению.

Фиг. 2 представляет собой частичный вид в разрезе изоляционного стеклянного блока, предлагаемого данным изобретением.

Фиг. 3 представляет собой частичный условный вид в изометрии дома, использующего в качестве окна, двери и стены изоляционный стеклянный блок, такой как представленный на фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой частичный условный вид в разрезе выполнения изоляционного стеклянного блока в его предварительном состоянии перед откачкой воздуха и запайкой, как предлагается данным изобретением.

Подробное описание выполнений изобретения
В технике покрытия стекла широко используются некоторые выражения, особенно при определении свойств и характеристик управления солнечным светом покрытого стекла, используемого в строительной области. Такие выражения используются здесь в соответствии с их общеизвестным значением, например, такие как используемые здесь следующие выражения.

"Коэффициент отражения" определяется как процентное отношение интенсивности света с длинами волн видимого диапазона и обозначается как R_xY (т.е. значение, указанное ниже в ASTM 308-85), где "X" есть либо "G" для стеклянной поверхности, либо "F" для пленочной поверхности. "Стеклянная поверхность" ("G") означает направление взгляда со стороны стеклянной подложки, противоположной той стороне, на которой нанесено покрытие, тогда как "пленочная сторона" ("F") означает взгляд с той стороны стеклянной подложки, на которую нанесено покрытие. В обозначениях для изоляционного стеклянного блока подстрочный индекс "G" означает "снаружи", а "F" означает "изнутри" (т.е. "снаружи" жилища, или "изнутри" жилища, как может иметь место).

Цветовые характеристики измеряются по координатам "a" и "b". Эти координаты отмечены здесь подстрочным индексом "h", чтобы обозначить обычное использование способа (или единиц) Хантера с эталонным источником света в 1 свечу, под углом наблюдения 10, согласно документу ASTM D-2244-93 ("Способ стандартной проверки для вычисления цветовых разностей из инструментально измеренных цветовых координат" от 09.05.93), дополненному документом ASTM T-308-85 (Ежегодная книга стандартов ASTM, том 06.01 "Эталонный способ вычисления цветов объектов путем использования системы CIE").

Выражения "излучательная способность" и "коэффициент пропускания" хорошо известны в технике и используются здесь согласно их общеизвестным значениям. Так, например, выражение "коэффициент пропускания" означает здесь коэффициент пропускания солнечного света, который состоит из коэффициента пропускания видимого света, коэффициента пропускания инфракрасной энергии и коэффициента пропускания ультрафиолетового света. Общий коэффициент пропускания солнечного света при этом обычно характеризуется как взвешенное среднее этих значений. Что касается этих коэффициентов пропускания, то коэффициент пропускания в видимом диапазоне, как обозначено здесь, характеризуется методом эталонного источника света в 1 свечу на длине волны 380-720 нм, для инфракрасного излучения на длине волны 800-2100 нм, для ультрафиолетового излучения на длине волны 300-400 нм, а для всего солнечного света - на длине волны 300-2100 нм. Однако, как рассмотрено ниже, применительно к излучательной способности используется конкретный диапазон инфракрасного излучения (т.е. 2500-40000 нм).

Коэффициент пропускания в видимом диапазоне может измеряться с использованием известных обычных методов. Например, путем использования спектрофотометра, такого как Beckman 5240 (производства Beckman Sci. Inst. Corp.), получается спектральная кривая коэффициента пропускания. Затем коэффициент пропускания в видимом диапазоне вычисляется с использованием вышеупомянутой методологии ASTN 308/2244-93. Если требуется, можно использовать меньшее число длин волн, чем предписано. Другой метод измерения коэффициента пропускания в видимом диапазоне состоит в использовании спектрометра, такого как коммерчески доступный спектрофотометр Spectragard, выпускаемый Pacific Scientific Corporation. Этот прибор измеряет и представляет коэффициент пропускания в видимом диапазоне непосредственно. В данном изобретении измеряемый и считываемый коэффициент пропускания в видимом диапазоне (т.е. значение Y в единицах CIE tristimulus, ASTM E-308-85) использует эталонный источник света в 1 свечу под углом наблюдения 10.

"Излучательная способность" (E) является мерой или характеристикой как поглощения, так и отражения света на данных длинах волн. Обычно она представляется выражением:
E = 1 - Коэффициент отражения_пленки
Для целей строительства значения излучательной способности становятся очень важными в так называемом "среднем диапазоне", иногда также именуемом "дальним диапазоном" инфракрасного спектра, т.е. примерно 2500 - 4000 нм, как определено, к примеру, программой Window 4.1,LBL-35298 (1994), Lawrence Berkley Laboratories, как отмечено ниже. Применяемое здесь выражение "излучательная способность" используется, таким образом, для обозначения значений излучательной способности, измеренных в этом инфракрасном диапазоне, как определено предлагаемым стандартом ASTM для измерения инфракрасной энергии, чтобы вычислить испускание, как предложено Советом основных производителей стекла, и озаглавленном "Способ проверки для измерения и вычисления испускания строительных плоских стеклянных изделий с использованием радиометрических измерений". Этот стандарт и его обеспечение включены сюда посредством ссылки. В этом стандарте излучательная способность представлена как излучательная способность в полусферу (E_h) и излучательная способность по нормали (E_n).

Реальное накопление данных для измерения таких значений излучательной способности общепринято и может выполняться путем использования, например, спектрофотометра модели Beckman 4260 с приспособлением "VW" (Beckman Scientific Inst. Corp.). Этот спектрофотометр измеряет коэффициент отражения в зависимости от длины волны, а из этого вычисляется излучательная способность с использованием вышеупомянутого предлагаемого стандарта ASTM 1991, который включен сюда посредством ссылки.

Другим используемым здесь выражением является "листовое сопротивление". Листовое сопротивление (R_s) является общеизвестным выражением и используется здесь согласно своему общепринятому значению. Вообще говоря, это выражение относится к сопротивлению в омах для любого квадрата пленочной системы на стеклянной подложке для электрического тока, проходящего через пленочную систему. Листовое сопротивление является показателем того, насколько хорошо слой отражает инфракрасную энергию, и потому часто используется вместе с излучательной способностью в качестве меры такой характеристики. "Листовое сопротивление" измеряется обычно с использованием четырехточечного щупового омметра, такого как выпускаемый корпорацией Signatone из Санта-Клары, Калифорния, раздвижной 4-точечный резистивный щуп модели М-800 с головкой корпорации Magnetron Instruments.

"Химическая стойкость" или "химически стойкий" используется здесь в качестве синонимов к выражениям "химическое сопротивление" и "химическая стабильность". Химическая стойкость определяется путем кипячения образца размером 2х5 дюймов (51х127 мм) покрытой стеклянной подложки в примерно 500 кубических сантиметрах 5%-ной соляной кислоты в течение одного часа (т.е. при 220^oF, или 104^oC). Образец считается прошедшим эту проверку (и таким образом пленочная система является "химически стойкой" или считается обладающей "химической стойкостью"), если пленочная система образца не имеет после этого часового кипячения отверстий с диаметром больше чем 0,003 дюйма (0,076 мм).

"Механическая стойкость" или "механически стойкий", используемые здесь, определяются одной из двух проверок. Первая проверка использует тестер Pacific Scientific Abrasion (или эквивалент), в котором нейлоновая щетка размером 2х4х1 дюйма (51х102х25,4 мм) циклически 500 раз проходит по образцу пленочной системы размером 6х17 дюймов (152,4х431,8 мм) с использованием веса в 150 г. В другой, альтернативной проверке используется обычный шлифовщик Taber (или эквивалентный) для приложения к образцу размером 4х4 дюйма (102х102 мм) 300 вращений двух абразивных кругов C.S.10F, каждый весом 500 г. В любой из этих проверок, если при взгляде невооруженным глазом в видимом диапазоне не проявляются существенные, заметные царапины, проверка считается пройденной, и говорится, что изделие механически стойко.

Толщины различных слоев в описываемых системах измеряются, поэтому используемое здесь выражение "толщина" определяется разными методами. В одном из методов используются известные оптические кривые либо альтернативно применяется обычный игольчатый эллипсометр (т.е. профилометр). В другом конкретном полезном методе используется анализатор n&k (производства Technology, Inc., Санта-Клара, Калифорния). Этот метод описан в целом в патенте США N 4905170, где рассмотрена также способность определять значения "n" (т. е. коэффициента преломления) и "k" (т.е. коэффициента затухания) предлагаемых пленок. Описание этого патента включено сюда посредством ссылки. Такие способы и методы хорошо известны специалистам и поэтому не требуют дальнейших пояснений, за исключением замечания о том, что рассматриваемые и используемые здесь толщины представлены в ангстремах "n&k",
На фиг. 1 и 1A показаны частичные схемы в разрезе двух выполнений данного изобретения. Видно, что применена обычная стеклянная подложка 1, используемая в строительстве. Такое стекло предпочтительно изготавливается с помощью обычного процесса "флотации" и потому называется "флотационным стеклом". Его обычная толщина может быть от 2 до 6 мм. Состав стекла не является критическим и может меняться в широких пределах. Обычно применяемое стекло является одним из семейства сода-известняк-кремний общеизвестных в технике стекол.

Процесс и устройство, используемые для образования различных слоев на стеклянной подложке 1, могут быть обычной многокамерной (многомишенной) системой покрытия напылением, такой как выпускаемая Airco, Inc. В этом отношении предпочтительным процессом покрытия напылением является тот, который рассмотрен в патенте США N 5344718, полное описание которого включено сюда посредством ссылки ранее. Здесь следует отметить, что аспектом данного изобретения является то, что его уникальные результаты достигаются при использовании обычных методов покрытия напылением без необходимости в специальных процессах для ослабления внутренних напряжений, как представлено в вышерассмотренном патенте США N 5377045.

В пленочной системе, показанной на фиг. 1, использовано пять слоев (а) - (д). Для этого конкретного выполнения слои от стекла кнаружи и предпочтительный диапазон толщин, измеренный вышеуказанным методом приведены в табл. 1.

В конкретных предпочтительных выполнениях толщины слоев составляют:
слой - толщина
а - 400-500
б - 7-30
в - 140-170
г - 7-15
д - 400-600
В представленных на фиг. 1 пятислойных выполнениях конкретные предпочтительные толщины составляют:
слой - толщина
а - 450
б - 20
в - 155
г - 7
д - 550
В покрытых напылением слоях (а) и (д) предпочтительно используются кремниевые (Si) мишени, которые имеют в смеси с кремнием требуемое количество нержавеющей стали (например, #316) для достижения желательного конечного количества пленочного слоя. При проведении напыления в азоте образуется Si₃N₄, и по меньшей мере часть хрома в нержавеющей стали образует нитрид хрома. Факультативно в качестве легирующей добавки может также использоваться алюминий в малых количествах (например, 6% по весу) для поддержания мишени в проводящем состоянии. Однако нержавеющая сталь также служит этой цели, и поэтому алюминий не требуется для достижения требуемого уровня проводимости.

В этом отношении, как установлено здесь, в общем случае количество нержавеющей стали, предполагаемой для использования в каждом слое, составляет 0,5-15% по весу от пленки. Поскольку процесс напыления в общем случае включает в себя напыление кремния и нержавеющей стали (и алюминия, если он факультативно присутствует) приблизительно с одной и той же скоростью, количество каждого используемого ингредиента (при более или менее однородном распределении) в самой мишени с достаточной для целей данного изобретения точностью может считаться как результирующее количество в слое после покрытия напылением (что подтверждается анализом). Таким образом, когда здесь установлено, что слой включает в себя некоторый весовой процент нержавеющей стали, это в общем случае означает, что она имела то количество, которое использовано в мишени.

На фиг. 1А представлено шестислойное (6) выполнение данного изобретения. Здесь пять верхних слоев (а') - (д') состоят из тех же самых ингредиентов, что и аналогичные слои (а) - (д) на фиг. 1. К ним, однако, добавлен подслой ПС из TiO₂, так что толщины этих слоев предпочтительно составляют:
слой - толщина
ПС - 100 - 400
а' - 20 - 120
б' - 7 - 50
в' - 75 - 225
г' - 7 - 30
д' - 50 - 600
В некоторых предпочтительных выполнениях слои имеют следующие толщины:
слой - толщина
ПС - 200 - 250
а' - 40 - 60
б' - 7 - 30
в' - 150 - 180
г' - 7 - 15
д' - 400 - 500
В шестислойных выполнениях по фиг. 1А, в этом отношении, конкретные предпочтительные толщины составляют:
слой - толщина
ПС - 225
а' - 50
б' - 20
в' - 165
г' - 7
д' - 450
Как установлено выше, уникальное использование нержавеющей стали в слоях Si₃N₄ дает улучшение в общей пленочной системе, которая, будучи нанесена на плоскую поверхность монолитного стеклянного листа (например, "флотационного стекла") с толщиной 2-6 мм, создает стеклянное изделие с излучательной способностью по нормали (E_n) около 0,06 или меньше, излучательной способностью в полусферу (E_h) около 0,07 или меньше, с листовым сопротивлением (R_s) около 5 Ом/кв или меньше (см. фиг. 1) и проявляет практически нейтральный цвет (т.е. от нейтрального до бледно-голубого) отражения в видимом диапазоне при взгляде со стороны стекла. При выборе подходящих толщин коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 70%, и монолитный лист может подвергаться тепловой обработке, как определено выше.

В покрытом напылением стеклянном изделии с шестислойным покрытием стеклянная подложка имеет излучательную способность по нормали (E_n) около 0,05 или меньше, излучательную способность в полусферу (E_h) около 0,06 или меньше, листовое сопротивление (R_s) около 5,0 Ом/кв или меньше (см. фиг. 1A).

Типичные диапазоны коэффициента отражения и цветовых координат для выполнений настоящего изобретения, использующих толщины листа монолитного стекла и слоев, как описано выше, составляет:
со стороны стекла
R_GY от 8 до 18
a_h от -3 до +3
b_h от 0 до -15
со стороны пленки
R_FY от 4 до 15
a_h от 0 до +8
b_h от -5 до -20
В предпочтительных выполнениях эти характеристики равны:
со стороны стекла
R_GY от 9 до 15
a_h от -1 до +3
b_h от -4 до -10
со стороны пленки
R_GY от 4 до 10
a_h от +3 до +7
b_h от -10 до -20
В выполнениях по фиг. 1, когда применяются конкретные предпочтительные толщины, установленные выше для этого пятислойного (5) выполнения, коэффициент отражения и цветовые координаты составляют:
со стороны стекла
R_GY около 10,2
a_h около 0,4
b_h около -4,7
со стороны пленки
R_GY около 4,6
a_h около 6,5
b_h около -15,80
В предпочтительных выполнениях по фиг. 1A, когда применяются конкретные предпочтительные толщины, установленные выше для этого пятислойного (5) выполнения, коэффициент отражения и цветовые координаты составляют:
со стороны стекла
R_GY около 11,0
a_h около 2,3
b_h около -8,8
со стороны пленки
R_FY около 6,0
a_h около 5,4
b_h около -17,5
В действительности обнаружено, что такие монолитные стеклянные листы, изготовленные из чистого флотационного стекла, имеют коэффициент пропускания в видимом диапазоне около 76%, тогда как коэффициент пропускания в видимом диапазоне вышеописанной конкретной предпочтительной пятислойной (5) системы составляет примерно 71%. В обоих случаях найдено, что пленочная система может обрабатываться теплом, является механически и химически стойкой.

Хотя количество нержавеющей стали может изменяться, чтобы отвечать отдельным требования, обнаружено, что и в пятислойном, и в шестислойном выполнениях по фиг. 1-1A предпочтительно использовать кремниевую (Si) мишень, имеющую около 6% по весу нержавеющей стали, благодаря чему, с учетом сделанного выше предположения, создается слой с 6% по весу нержавеющей стали. При применении данного изобретения предпочтительно также, когда осуществляется покрытие напылением двух промежуточных слоев, б, г или б', г', окружающих серебряный слой в, в' проводить это напыление в азотной среде, если применяется нихром (например, 80/20 по весу Ni/Cr), благодаря чему по меньшей мере часть хрома в нихроме преобразуется в нитрид. Разумеется, точно так же часть хрома в нержавеющей стали образует нитрид, когда распыляется мишень из кремния-нержавеющей стали в азотной среде для образования Si₃N₄ (т.е. нитрида кремния).

Как указано выше, фиг. 2 представляет схематически обычный изоляционный стеклянный блок согласно данному изобретению. Для того, чтобы различать "внутреннюю сторону" изоляционного стеклянного блока, помеченную "в", от "наружной стороны", помеченной "н", схематически показано солнце 9. Как видно, такой изоляционный стеклянный блок выполнен из "наружной" стеклянной панели 11 и "внутренней" стеклянной панели 13. Эти две стеклянные панели (например, толщиной 2 - 6 мм) герметизированы по своим краям обычным герметиком 15 и осушительной полосой 17. Панели затем удерживаются в обычной оконной или дверной удерживающей раме 19 (схематично показанной частично). Путем герметизации краев стеклянных листов и замены воздуха в камере 20 газом, таким как аргон, образуется обычный изоляционный стеклянный блок с высокой степенью изоляции. Камера 20 в этом отношении имеет обычно ширину около 1/2 дюйма (12,7 мм).

При использовании пленочных систем данного изобретения, как они описаны выше, в качестве пленочной системы 22 на стенке (т.е. внутренней плоской поверхности) 24 наружного стеклянного листа 11 в камере 20, как показано, или альтернативно на стенке (т.е. внутренней плоской поверхности) 26 внутреннего стеклянного листа 13 в камере 20 (не показано) образуется совершенно уникальный незеркальный изоляционный блок, который имеет практически нейтральный цвет при взгляде как изнутри, так и снаружи жилища, в котором установлен этот изоляционный стеклянный блок. В этом отношении, конечно, понятно, что фиг. 2 представляет лишь одно выполнение изоляционного стеклянного блока, в котором могут быть применены уникальные пленочные системы данного изобретения. На деле пленочные системы данного изобретения применимы для использования в общем случае в широком разнообразии изоляционных стеклянных блоков, включая и те, которые имеют более двух панелей стекла. Вообще же говоря, изоляционные стеклянные блоки по данному изобретению, в случае расположения пленочной системы на стенке любого стеклянного листа в изолирующей камере изоляционного стеклянного блока, будут обычно иметь следующие диапазоны характеристик (см. табл. 2).

В этом отношении в некоторых выполнениях типичные коэффициент отражения и цветовые координаты попадут в следующие диапазоны при взгляде снаружи или изнутри:
Снаружи - Изнутри
R_GY от 14 до 20 - R_FY от 11 до 18
a_h от -2 до +2 - a_h от 0 до +4
b_h от 0 до -10 - b_h от 0 до -10
а коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 61% и предпочтительно по меньшей мере 63%.

В дополнение к вышеприведенным характеристикам в некоторых выполнениях с вышеуказанной конкретной предпочтительной пятислойной системой по фиг. 1 (использующей перечисленные выше конкретные предпочтительные толщины), если такая система используется в изоляционном стеклянном блоке с камерой 20 шириной 1/2 дюйма (12,7 мм), заполненной аргоном, достигаются нижеследующие характеристики, как они вычислены согласно программе, известной как "Window 4.1" от Lawrence Berkley Laboratories из Беркли, Калифорния, а кроме того, при использовании спектрофотометра Хитати для получения входных данных для: (1) коэффициента пропускания видимого и солнечного света, (2) коэффициента отражения солнечного света со стороны пленки и со стороны стекла, (3) инфракрасный спектрофотометр Beckman для измерения испускания. Программа "Window 4.1", 1988-1994, представляет собой защищенную авторским правом программу членов правления университета Калифорнии, озаглавленную "Программа анализа распределяемого и вырабатываемого тепла" (см. табл. 3).

Таким же образом с использованием того же метода измерения достигаются нижеследующие характеристики в вышеуказанной системе, когда пленочной системой либо на стенке 24, либо на стенке 26 является конкретная предпочтительная шестислойная система, представленная на фиг. 2 (использующая перечисленные выше конкретные предпочтительные толщины) (см. табл. 4).

В обоих этих выполнениях лист монолитного стекла может подвергаться обеим проверкам на кипячение для определения химической стойкости, а также вышеотмеченному тестеру Pacific Scientific Abrasion для определения механической стойкости. Обе проверки пройдены обоими выполнениями.

Конкретные примеры
Для образования стопки слоев по фиг. 1 и фиг. 1A использовался исследовательской покрывающий прибор Airco ILS-1600. Этот прибор способен использовать либо три, либо четыре мишени (в случае четырех мишеней по меньшей мере две должны быть подковообразными, например, из Si и Ti). Здесь для выполнения по фиг. 1A первый катод выполнен из титана, второй катод - из кремния с подмешанными 5% алюминия и 6% нержавеющей стали # 316, третий катод - из серебра, а четвертый катод - из нихрома (80/20 по весу Ni/Cr). Как отмечено, первый и второй катоды могут быть в виде подковы. Для выполнения по фиг. 1 титановый катод исключен, а три другие остаются такими же.

Две пленочные стопки образованы на листе монолитного чистого стекла из флотационного стекла на основе соды-известняка-кремния с толщиной 0,087 дюйма (2,2 мм). Использованы следующие установки прибора для нанесения покрытия (см. табл. 5).

Оптические и электрические свойства систем, указанных в табл. 5, приведены в табл. 6.

Эти системы, как они описаны выше, образуют каждая изоляционный стеклянный блок вида, показанного на фиг. 2 (покрытый на стенке 24 полудюймовой аргоновой изоляционной камерой или вакуумной камерой). Его оптические, тепловые и электрические свойства (с применением вышеописанного метода (Window 4.1) приведены в табл. 7.

Влияние нержавеющей стали на оптические и электрические свойства демонстрируется сравнением характеристик вышеприведенной пятислойной системы (с 6% по весу нержавеющей стали #316) с точно такой же дублирующей пятислойной системой практически с такими же толщинами, использующей те же самые три мишени, но в этой дублирующей системе применяется кремниевая мишень, легированная 5% алюминия без какой-либо нержавеющей стали, смешанной с ней. Установка прибора для нанесения покрытия для дублирующей системы без нержавеющей стали приведена в табл. 8.

Оптические и электрические свойства данной дублирующей монолитной пятислойной системы (на той же самой стеклянной подложке) без нержавеющей стали приведены в табл. 9.

Как можно видеть, использование нержавеющей стали создает значительное улучшение в характеристиках стеклянного изделия, особенно в снижении значений E, которые в случае шестислойной системы даже ниже.

Для дальнейшего сравнения и в противоположность характеристикам вышеприведенных выполнений данного изобретения ниже следуют характеристики для отмеченного ранее прототипа - коммерческого изоляционного стеклянного изделия "Кардинал-171", полученные применением вышеописанного метода Window 4.1 (см. табл. 10).

В этом отношении следует отметить, что данное изоляционное стеклянное изделие Кардинал-171 имеет на рынке значительную коммерческую доступность. Его единственным недостатком является его плохая химическая стойкость. Система его стопки слоев точно не известна. Однако можно быть уверенным, что она соответствует системе вышеупомянутого патента США N 5302449.

Как можно видеть из сравнения результатов данного изобретения с результатами уже имеющегося коммерчески доступного изделия, предмет изобретения достигает высокого уровня конкурентоспособности, используя значительно отличающиеся и менее дорогостоящие пленочные системы. Например, хотя изделие Кардинал достигает несколько более высокого коэффициента пропускания в видимом диапазоне, нежели выполнение данного изобретения (73% против 70%), тем не менее эти 70% не только лежат в приемлемых пределах, но, когда желательны более низкие коэффициенты затенения, как пояснено выше (например, для снижения стоимости воздушного кондиционирования в жаркую погоду), эти 70% более желательным в коммерческом отношении, чем 73%. Однако особенно важным является достижение данным изобретением превосходной химической стойкости. Оба изделия имеют очень низкую излучательную способность и практически равные и эквивалентные значения U.

Что касается вышеуказанных характеристик изоляционного стеклянного изделия, не определенных здесь ранее, таких как U_зимнее, значение R и т.д., то эти выражения общеизвестны в технике и используются здесь согласно их принятому значению. Например, значение "U" является мерой изоляционного свойства изоляционной стеклянной системы. U_зимнее и U_летнее определены согласно NFRC 100-91 (1991), стандарту, предусмотренному в программном обеспечении Window 4.1. Коэффициент затенения ("S.C") определяется согласно NFRC 200-93 (1993), путем определения сначала "Коэффициента приращения солнечного тепла" и деления его на 0,87. "Относительное приращение тепла" (r.h.g) определяется той же самой процедурой NFRC 200-93. "T_{солнечный}" означает коэффициент пропускания полной солнечной энергии, т.е. известной комбинации коэффициентов пропускания ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений. "R_{солнечный}" аналогично означает коэффициент отражения полного солнечного излучения, т. е. известной комбинации коэффициентов отражения ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений.

Фиг. 3 является частичным условным видом обычного семейного жилища 28 с различными порталами, в которых может использоваться предмет данного изобретения. К примеру, окно 30 может использовать либо монолитный стеклянный лист со стопкой слоев данного изобретения на нем, либо использовать в качестве "штормового окна" изоляционный стеклянный блок данного изобретения, такой как представленный на фиг. 2. Аналогично скользящая стеновая панель 32 или неподвижная стеновая панель 34, как и передняя дверная панель 36 могут быть построены с применением данного изобретения либо в качестве монолитного листа, либо в качестве изоляционного стеклянного блока.

Фиг. 4 является схематической иллюстрацией типичной пачки двухпанельного изоляционного стеклянного блока перед герметизацией. В некоторых выполнениях данного изобретения, как установлено выше, пленочная система может подвергаться тепловой обработке. На этом чертеже предварительная стопка использует два типичных чистых флотационных стеклянных листа 31 и 33, разнесенных на выбранное расстояние (например, 0,1 мм) стеклянными бусинами 35. Нижний лист 33 немного большего размера, чем верхний лист 31 имеет пленочную систему 37 согласно данному изобретению, нанесенную напылением на его внутреннюю плоскую поверхность (факультативно, для пленочного покрытия может использоваться внутренняя плоская поверхность листа 31). Обычный герметик (например, легкоплавкая керамика) вводится затем в периферическую область 41, определенную центрированием меньшего листа 31 на большем листе 33.

Обычным образом достаточный нагрев (например, приблизительно 500^oC) прикладывается для того, чтобы сделать герметик 39 текущим и тем самым создать изолирующую камеру 43. Во время этого процесса создается вакуум для удаления такого количества воздуха и водяного пара, которое экономически приемлемо, и факультативно либо для сохранения вакуума, либо для замещения воздуха и водяного пара инертным газом, таким как аргон. В альтернативном методе края стекла запаиваются пламенем вместо использования герметика. В любом случае, для герметизации и удаления водяного пара должно быть приложено тепло. Таким образом, выполнения данного изобретения, доступные для тепловой обработки, находят уникальное применение в изоляционных стеклянных блоках вида, показанного на фиг. 4, в котором пленочная система должна быть способна противостоять нагреву, применяемому в процессе герметизации, без нежелательного воздействия на требуемые характеристики.

В еще одной альтернативе вакуумный процесс не применяется, а пространство в полдюйма для камеры выполняется различными известными обычными методами. В таком процессе изолирующая камера обычно заполняется аргоном так, чтобы заменить воздух и любой водяной пар (т.е. сырость или влажность), которые могут присутствовать там.

После того, как дано вышеприведенное описание, много признаков, видоизменений и усовершенствований станут ясными для специалистов. Такие другие признаки, видоизменения и усовершенствования поэтому рассматриваются как часть данного изобретения, объем которого определяется нижеследующей формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Покрытое напылением стеклянное изделие, состоящее из стеклянной подложки, имеющей на ее плоской поверхности, кнаружи от стекла, пленочную систему, включающую в себя: слой, содержащий Si₃N₄, слой никеля или нихрома, слой серебра, слой никеля или нихрома и слой, содержащий Si₃N₄, отличающееся тем, что слои, содержащие Si₃N₄ дополнительно включают 0,5 - 15 вес.% нержавеющей стали, а если упомянутая стеклянная подложка имеет толщину от 2 до 6 мм, то имеет излучательную способность по нормали (E_n) около 0,06 или меньше, излучательную способность в полусферу (E_h) около 0,07 или меньше, листовое сопротивление (R_s)около 5,0 Ом/кв или меньше и имеет практически нейтральный цвет отраженного видимого излучения при взгляде со стороны стекла.

2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая покрытая стеклянная подложка имеет коэффициент пропускания в видимом диапазоне по меньшей мере около 70%.

3. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутое стеклянное изделие способно подвергаться тепловой обработке.

4. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая пленочная система дополнительно включает в себя подслой, состоящий из TiO₂, и слои имеют следующие толщины:
Слой - Толщина
Подслой TiO₂ - 100 - 400
Si₃N₄/SS - 20 - 120
Ni или нихром - 7 - 50
Серебро - 7 - 225
Ni или нихром - 7 - 30
Si₃N₄/SS - 50 - 600
5. Изделие по п.4, отличающееся тем, что упомянутая стеклянная подложка имеет излучательную способность по нормали (E_n) около 0,05 или меньше, излучательную способность в полусферу (E_h) около 0,06 или меньше, листовое сопротивление (R_s) около 5,0 Ом/кв или меньше.

6. Изделие по п.5, состоящее по существу из упомянутых подслоя и слоев Si₃N₄/SS, отличающееся тем, что упомянутая нержавеющая сталь в упомянутых слоях Si₃N₄/SS составляет около 6% по весу упомянутого слоя.

7. Изделие по п.6, отличающееся тем, что слои имеют следующие толщины:
Слой - Толщина
Подслой TiO₂ - 200 -250
Si₃N₄/SS - 40 - 60
Ni или нихром - 7 - 30
Серебро - 150 - 180
Ni или нихром - 7 - 15
Si₃N₄/SS - 400 - 500
8. Изделие по п.7, отличающееся тем, что упомянутые слои, включающие Ni или нихром, и упомянутая нержавеющая сталь дополнительно содержит нитрид хрома.

9. Изделие по п.8, отличающееся тем, что слои имеют следующие толщины:
Слой - Толщина
Подслой TiO₂ - 225
Si₃N₄/SS - 50
Ni или нихром - 20
Серебро - 165
Ni или нихром - 7
Si₃N₄/SS - 450
и в котором стеклянная подложка с упомянутой пленочной системой на ней имеет следующие характеристики:
со стороны стекла
R_GY - Около 11,0
a_h - Около 2,3
b_h - Около -8,8
со стороны пленки
R_FY - Около 6,0
a_h - Около 5,4
b_h - Около -17,5
где RY есть коэффициент отражения, а a_h, b_h есть цветовые координаты, измеренные в единицах Хантера, с эталонным источником света в 1 свечу, под углом 10^o, и в котором упомянутая пленочная система является механически и химически стойкой и имеет коэффициент пропускания в видимом диапазоне около 76%.

10. Изделие по п.9, отличающееся тем, что упомянутая пленочная система является обрабатываемой теплом.

11. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая пленочная система состоит из упомянутых слоев и упомянутые слои имеют следующие толщины:
Слой - Толщина
Si₃N₄/SS - 200 - 600
Ni или нихром - 7 - 50
Серебро - 115 - 190
Ni или нихром - 7 - 30
Si₃N₄/SS - 50 - 600
12. Изделие по п.11, отличающееся тем, что слои имеют следующие толщины:
Слой - Толщина
Si₃N₄/SS - 400 - 500
Ni или нихром - 7 - 30
Серебро - 140 - 170
Ni или нихром - 7 - 15
Si₃N₄/SS - 400 - 600
13. Изделие по п.12, отличающееся тем, что упомянутая пленочная система является химически и механически стойкой.

14. Изделие по п.13, отличающееся тем, что упомянутые слои имеют следующие толщины:
Слой - Толщина
Si₃N₄/SS - 450
Ni или нихром - 20
Серебро - 155
Ni или нихром - 7
Si₃N₄/SS - 5500
и в котором упомянутая стеклянная подложка с упомянутой пленочной системой на ней имеет коэффициент пропускания в видимом диапазоне больше 70%.

15. Изделие по п.14, отличающееся тем, что упомянутая стеклянная подложка с упомянутой пленочной системой на ней имеет следующие характеристики:
со стороны стекла
R_GY - Около 10,2
a_h - Около 0,4
b_h - Около -4,7
со стороны пленки
R_FY - Около 4,6
a_h - Около 6,5
b_h - Около -15,8
где RY есть коэффициент отражения, а a_h, b_h есть цветовые координаты, измеренные в единицах Хантера, с эталонным источником света в 1 свечу, под углом наблюдения 10^o.

16. Изделие по п.15, отличающееся тем, что упомянутая пленочная система является обрабатываемой теплом.

17. Изделие по п.16, отличающееся тем, что упомянутая нержавеющая сталь в слоях Si₃N₄/SS составляет около 6% по весу упомянутого слоя.

18. Изделия по п.17, отличающееся тем, что упомянутые слои, включающие Ni или нихром, и упомянутая нержавеющая сталь дополнительно содержит нитрид хрома.

19. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая нержавеющая сталь является нержавеющей сталью ≠ 316.
20. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутая стеклянная подложка с упомянутой пленочной системой на ней имеет следующие характеристики:
со стороны стекла
R_GY - От 8 до 18
a_h - От -3 до +3
b_h - От 0 до -15
со стороны пленки
R_FY - От 4 до 15
a_h - От 0 до +8
b_h - От -5 до -20,
где RY есть коэффициент отражения, а a_h, b_h есть цветовые координаты, измеренные в единицах Хантера, с эталонным источником света в 1 свечу, под углом наблюдения 10^o.

21. Изделие по п. 20, отличающееся тем, что характеристики со стороны стекла и со стороны пленки составляют
со стороны стекла
R_GY - От 9 до 15
a_h - От -1 до +3
b_h - От -4 до -10
со стороны пленки
R_FY - От 4 до 10
a_h - От +3 до +7
b_h - От -10 до -20.

22. Изделие по п.1, отличающееся тем, что упомянутый коэффициент пропускания в видимом диапазоне упомянутой покрытой стеклянной подложки составляет 74 - 76%.

23. Изоляционный стеклянный блок, состоящий по меньшей мере из двух практически параллельных разнесенных листов стекла, отличающийся тем, что по меньшей мере один лист стекла является покрытым напылением листом стекла по п.1.

24. Блок по п. 23, отличающийся тем, что упомянутые два листа стекла совместно герметизированы по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры и в котором упомянутая пленочная система расположена на поверхности одного из упомянутых стеклянных листов внутри упомянутой изолирующей камеры, а коэффициент отражения и цветовые характеристики при взгляде снаружи составляют
R_GY - От 14 до 20
a_h - От -2 до +2
b_h - От 0 до -10
при взгляде изнутри составляют
R_FY - От 11 до 18
a_h - От 0 до +4
b_h - От 0 до -10
а коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 61%.

25. Блок по п. 24, отличающийся тем, что упомянутый блок представляет собой изолирующее стеклянное окно, дверь или стену и коэффициент пропускания в видимом диапазоне составляет по меньшей мере 63%.

26. Изоляционный стеклянный блок, содержащий по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением листом по п.4, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

27. Изоляционный стеклянный блок, содержащий по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением листом стекла по п.8, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

28. Изоляционный стеклянный блок, содержащий по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям и образующих между собой практически свободную от воздуха изолирующую камеру, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением листом стекла по п.10, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

29. Изоляционный стеклянный блок, содержащий по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением листом стекла по п.11, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

30. Изоляционный стеклянный блок, содержащий по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных по их краям для образования тем самым между ними изолирующей камеры, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением листом стекла по п.13, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

31. Изоляционный стеклянный блок, содержащий по меньшей мере два практически параллельных разнесенных листа стекла, совместно герметизированных теплом по их краям и образующих между собой практически свободную от воздуха изолирующую камеру, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением листом стекла по п.18, причем упомянутая пленочная система расположена внутри упомянутой изолирующей камеры.

32. Способ изготовления изоляционного стеклянного блока, содержащего по меньшей мере два листа стекла, герметизированных по их краям друг с другом для образования между ними по меньшей мере одной изолирующей камеры, включающей операции разнесения стеклянных листов друг от друга, нагрева листов при повышенной температуре и припайки краев листов друг к другу при повышенной температуре, отличающийся тем, что по меньшей мере в качестве одного из упомянутых стеклянных листов используют покрытое напылением стеклянное изделие по п. 3, отличающийся тем, что упомянутая пленочная система на нем находится внутри упомянутой изолирующей камеры.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением стеклянным изделием по п.10.

34. Способ по п.32, отличающийся тем, что по меньшей мере один из упомянутых стеклянных листов является покрытым напылением стеклянным изделием по п.16.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16