Низкоэмиссионное покрытие, нанесенное на прозрачную подложку

 

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных покрытий, в частности к вакуумному нанесению покрытий с помощью магнетронного распыления на постоянном токе на прозрачные материалы, например стекло или полимерные пленки. Низкоэмиссионное покрытие, нанесенное на прозрачную подложку, содержит не менее трех слоев, полученных методом магнетронного распыления, расположенных в порядке: слой диэлектрика из двуокиси титана, слой металла из серебра или меди, слой диэлектрика из двуокиси титана. Между нанесенным слоем металла и верхним слоем диэлектрика дополнительно введен слой титана толщиной, сравнимой с толщиной предыдущего слоя металла. Толщина двух последних слоев кратна четверти длины волны видимой области спектра. Низкоэмиссионное покрытие, нанесенное на прозрачную подложку, дополнительно содержит подслой и верхний защитный слой, выполненные из нитрида титана. Получаемое покрытие позволяет иметь высокий коэффициент пропускания света в видимом диапазоне спектра при достаточном коэффициенте отражения в инфракрасной области спектра. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных покрытий изделий, в частности к вакуумному нанесению покрытий с помощью магнетронного распыления на постоянном токе на прозрачные материалы, например стекло или полимерные пленки.

Известно низкоэмиссионное прозрачное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью и оконное стекло с этим покрытием [1], содержащее прозрачную подложку и, по меньшей мере, три слоя: диэлектрик, металл, диэлектрик, полученных методом вакуумного магнетронного распыления мишеней. Слой металла толщиной 7-20 нм выполнен из серебра или меди. Слой диэлектрика получают в атмосфере смеси аргона с азотом, слой диэлектрика выполнен из нитрида алюминиевого сплава с содержанием примесей, толщина каждого слоя диэлектрика 10-60 нм.

Недостатком известного покрытия является низкий коэффициент отражения в инфракрасной области спектра.

Наиболее близким аналогом является низкоэмиссионное прозрачное покрытие, состоящее, по меньшей мере, из трех слоев: диэлектрик, металл, диэлектрик, в котором в качестве диэлектрика используют оксиды таких металлов, как Zn, Sn, Ti, Cd, Nb и т.п., а в качестве металла - слой Ag или Cu. Толщина слоя диэлектрика составляет (ангстрем), а толщина слоя металла Все слои наносят в вакууме методом магнетронного распыления на постоянном токе [2].

Недостатком такой структуры является окисление слоя металла (Ag или Cu) в процессе нанесения верхнего слоя диэлектрика, который осаждается в среде кислорода. Слой серебра или меди является очень активным и легко вступает в реакцию с кислородом, образуя пористую структуру, что приводит к резкому уменьшению коэффициентов пропускания видимого света и уменьшению коэффициента отражения в инфракрасной области спектра. Ухудшение общей адгезии покрытия приводит к необходимости нанесения поверх слоя серебра или меди барьерного слоя из другого, менее активного металла, что в итоге дополнительно приводит к снижению коэффициентов прозрачности и теплоотражения.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента пропускания света в видимом диапазоне спектра при одновременном повышении коэффициента отражения в инфракрасной области спектра низкоэмиссионного покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что в низкоэмиссионном покрытии, наносимом на прозрачную подложку и полученным методом магнетронного распыления, содержится, по меньшей мере, три слоя, которые расположены на ней в следующем порядке: слой диэлектрика из двуокиси титана, слой металла, выполненный из серебра или меди, и слой диэлектрика из двуокиси титана. Покрытие дополнительно содержит слой титана толщиной, сравнимой с толщиной слоя металла, расположенный между слоем металла и верхним слоем диэлектрика, причем толщина слоев титана и верхнего слоя диэлектрика кратна четверти длины волны в видимой области спектра. Покрытие дополнительно содержит подслой, нанесенный на подложку, и верхний защитный слой, выполненные из нитрида титана.

Известен так называемый "эффект просветления", когда отражающую поверхность покрывают неотражающей пленкой [3, с. 641]. Оптическая толщина такой пленки должна равняться четверти длины волны света, а показатель преломления вещества пленки равен корню квадратному из показателя преломления подложки. Однако на практике отражение света обычно уменьшается на 1%, что явно недостаточно для качественного покрытия, т.е. для пленки с высокими отражающими свойствами. Можно также уменьшить отражение света, если нанести на подложку пленку толщиной, равной четверти длины волны света, из материала с большим коэффициентом преломления, например из сернистого цинка или двуокиси титана, коэффициент преломления n = 2,3 [3, с. 641, табл. 31.32]. Отражение света значительно уменьшается, если отражающая поверхность покрыта неотражающей пленкой. Такой прием обычно используют для расщепления луча света, так как поглощение света в пленке очень мало по сравнению с полупрозрачными слоями металла.

Чтобы свести к минимуму искажение расщепленного луча при прохождении барьерного слоя металла, его коэффициент преломления должен быть близок к коэффициенту преломления вещества пленки просветляющего слоя. По этому критерию наиболее близким для двуокиси титана является титан, для которого n= 2,1 [3, с. 639, табл. 31.20]. Общая толщина слоев Ti и TiO2 не должна превышать четверти длины волны света в видимом диапазоне спектра. Тогда слои Ti и TiO2 будут работать как общий просветляющий слой для отражающей пленки Ag или Cu, кроме того, пленка Ti будет защищать от окисления слой Ag или Cu в процессе нанесения пленки окиси титана. Толщина слоя Ti должна быть сравнима с толщиной слоя Ag или Cu, обеспечивая равномерность покрытия слоя.

Пленка из нитрида титана имеет мелкодисперсную структуру, следовательно, имеет хорошую адгезию и высокую износостойкость, поэтому в качестве подслоя и верхнего защитного слоя использовали пленки из нитрида титана.

Покрытие наносилось на вакуумно-напылительной установке, предназначенной для нанесения покрытий, как на рулонные материалы, так и на плоские стеклянные подложки. Подложку загружают в вакуумную камеру установки. В рабочем отсеке на расстоянии 70-90 мм от подложки установлены магнетронные источники распыления с мишенями из серебра либо меди и титана. В рабочий объем установки в зависимости от напыляемого слоя подают аргон, кислород или их одновременно. Напыление защитных пленок нитрида титана осуществляется в среде азота и аргона. Суммарное давление газов не превышает 10-3 мм рт. ст. Распыление мишеней производят при плотности тока разряда 1,5-15 мА/см2. Магнетрон последовательно перемещается вдоль подложки со скоростью 3 м/мин, в результате на ней осаждается слой двуокиси титана, Ag или Cu, слой титана, затем слой двуокиси титана.

На фиг.1-4 представлены графики коэффициента пропускания (относительные единицы) от длины волны света (в нанометрах), которые были зарегистрированы в процессе нанесения покрытия послойно, без разгерметизации вакуумной системы.

- Коэффициент пропускания после нанесения первого слоя диоксида титана (фиг.1) составляет примерно 0,94; - После нанесения слоя Ag или Cu (фиг.2) коэффициент снижается до 0,55 в видимой области спектра (350-750 нм); - Слой титана снижает коэффициент пропускания еще на 3-4% (фиг.3); - После нанесения последнего слоя диоксида титана коэффициент пропускания повышается до 0,76-0,83 (фиг.4).

При этом слои имеют следующие толщины: a) слой TiO2 - b) слой Ag или Cu - c) слой Ti - d) слой TiO2 - Коэффициент отражения в инфракрасной области спектра R составляет 0,85-0,95.

Различные толщины слоев диэлектрика и металла позволяют получать покрытия, отличающиеся по своей цветовой гамме, но с сохранением высоких коэффициентов пропускания и отражения.

Примеры полученных покрытий На стеклянную подложку наносится:
Пример 1.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Ag -
c) слой Ti -
d) слой TiO2 -
при этом получаем цвет покрытия серо-голубой,
коэффициент пропускания составляет Т=75%,
коэффициент отражения R=85%;
Пример 2.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Ag -
c) слой Ti -
d) слой TiO2 -
при этом получаем цвет покрытия светло-зеленый,
коэффициенты составляют: Т=83%, R=45%;
Пример 3.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Ag -
c) слой Ti -
d) слой TiO2 -
цвет покрытия становится синим,
а коэффициенты соответственно: Т=55%, R=94%;
Пример 4.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Ag -
c) слой Ti -
d) слой TiO2 -
получаем цвет покрытия голубовато-синий,
коэффициенты соответственно: Т=68%, R=90%;
Пример 5.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Ag -
c) слой Ti -
d) слой TiO2 -
цвет покрытия серо-стальной, а коэффициенты: Т=50%, R=85%;
Пример 6.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Ag -
c) слой Ti -
d) слой TiO2 -
цвет покрытия становится стальным, коэффициенты: Т=30%, R=85%;
Пример 7.

a) слой TiO2 имеет толщину
b) слой Cu -
c) слой Ti -
d) слой TiO2
цвет покрытия - красноватый, коэффициенты: Т=70%, R=85%;
Пример 8.

a) слой TiNx
b) слой TiO2 имеет толщину
c) слой Ag или Cu -
d) слой Ti
e) слой TiО2 -
f) слой TiNx,
При нанесении верхнего защитного слоя и подслоя из нитрида титана, их общая толщина составляет при этом получаем золотистый цвет покрытия, коэффициент пропускания составляет Т=73%, коэффициент отражения R= 85%.

Полученные покрытия наносились на подложки из стекла и затем устанавливались в оконный блок. Высокий коэффициент пропускания света в видимом диапазоне спектра и одновременно достаточный уровень коэффициента отражения в инфракрасной области спектра низкоэмиссионного покрытия позволяет широко использовать предлагаемую пленочную структуру. Широкий диапазон оттенков покрытий и устойчивость к погодным условиям при применении защитных слоев предоставляет большие возможности и перспективы при производстве стеклянных окон, дверей, а также оконных проемов.

Источники информации
1. Патент RU 2132406, 05.10.98, С 23 С 14/06, В 32 В 17/06. Низкоэмиссионное прозрачное покрытие с повышенной коррозионной стойкостью и оконное стекло с этим покрытием.

2. Патент US 4337990, 06.07.82, G 02 В 05/28. Transparent heat-mirror.

3. Таблицы физических величин. Справочник под ред. Кикоина И.К., М.: Атомиздат, 1976, 1008 с.


Формула изобретения

1. Низкоэмиссионное покрытие, нанесенное на прозрачную подложку, содержащее, по меньшей мере три слоя, полученных методом вакуумного магнетронного распыления и расположенных на ней в следующем порядке: слой диэлектрика из двуокиси титана, слой металла, выполненный из серебра или меди, и слой диэлектрика из двуокиси титана, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит слой титана толщиной, сравнимой с толщиной слоя металла, расположенного между слоем металла и верхним слоем диэлектрика, причем толщина слоев титана и верхнего слоя диэлектрика кратна четверти волны в видимой области спектра.

2. Низкоэмиссионное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит подслой, нанесенный на подложку, и верхний защитный слой, выполненные из нитрида титана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к изготовлению приборов оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении дисплеев, светоизлучающих диодов и затворов полупроводниковых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к магнетронному распылению электропроводящих покрытий в среде реактивных газов, и может быть использовано для получения прозрачных электродов и прозрачных электрообогревательных элементов

Изобретение относится к технологии получения пленок нитрида алюминия основанной на методе вакуумного реактивного испарения порошка или керамики нитрида алюминия Целью изобретения является улучшение технологичности способа путем уменьшения температуры образования пленки нитрида алюминия при сохранении ее сплошности
Изобретение относится к производству зеркал и может быть использовано при изготовлении зеркал транспортных средств, обладающих антиослепляющими свойствами

Изобретение относится к покрытым напылением стеклянным пленочным системам, регулирующим солнечный свет во многих видах стеклянных изделий

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении отражающих элементов различных оптических приборов

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля изделии и может быть использовано в самолетостроении , приборостроении для контроля печатных плат

Изобретение относится к изготовлению тонкопленочных схем СВЧ-диапазона и может быть использовано при изготовлении отдельных элементов электрических схем на непроводящей подложке С целью улучшения адгезии слоя к подложке и
Наверх