DE602005003234T2

DE602005003234T2 - Wartungsarme beschichtungen

Info

Publication number: DE602005003234T2
Application number: DE602005003234T
Authority: DE
Inventors: Annette Prairie du Sac KRISKO; Kari Sauk City MYLI; Gary L. Cazenovia PFAFF; James Cazenovia BROWNLEE
Original assignee: Cardinal CG Co
Current assignee: Cardinal CG Co
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: DE602005003228D1; JP2008505842A; CA2570369C; DE602005003228T2; CA2570369A1; EP1765740B1; DE602005003234D1; JP2008505841A; ATE377580T1; ATE377579T1; CA2573428C; US20060057401A1; CA2573428A1; USRE44155E1; US7604865B2; WO2006017311A1; EP1773729A1; US20060057298A1; US7713632B2; USRE43817E1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft dünne Überzugsbeschichtungen für Glasscheiben und andere Substrate. Insbesondere betrifft die Erfindung dünne Überzugsbeschichtungen mit einem Überzug aus einem Titanoxid über einer Grundschicht, beispielsweise einem Siliciumoxid. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Abscheiden derartiger Überzüge auf Glasscheiben und andere Substrate.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist schon seit langem bekannt, daß die Titandioxid als Photokatalysator verwendet werden kann. Viel Forschungsarbeit ist geleistet worden im Hinblick auf die Schaffung von Überzügen, die selbstreinigende Eigenschaften aufweisen. Insbesondere ist die Suche nach selbstreinigenden Fensterbeschichtungen ein aktives Forschungsgebiet gewesen. Diese Beschichtungen bestehen typischerweise aus einer Titandioxid-Schicht auf einer Glasscheibe. Die Beschichtungen werden üblicherweise mit einer verhältnismäßig dicken Schicht Titandioxid und bzw. oder einem spezifischen Grundierungssystem ausgeführt, welches für die Erzielung eines hohen Maßes an Lichtaktivität bestimmt ist. Dicke Titandioxid-Schichten erzeugen jedoch ungünstigerweise ein hohes Ausmaß an sichtbarer Reflektion, so daß ein etwas spiegelartiges Aussehen erzielt wird. Diese hohe sichtbare Reflektion übertreibt leicht das Aussehen von Schmutz auf einem Fenster. Außerdem vermitteln einige bekannte Grundierungssysteme die Lehre, daß besondere Materialien und Kristallstrukturen für den Grundierungsüberzug bzw. die Grundierungsüberzüge verwendet werden müssen, um annehmbare Photoaktivitätswerte zu erzielen. Darüber hinaus sollen einige bekannte photokatalytische Beschichtungen während der Ab scheidung des Überzuges eine Wärmebehandlung erfordern, um annehmbare Werte von Photoaktivität zu erzielen.
Bekannte photokatalytische Beschichtungen besitzen leicht Eigenschaften, die weniger als ideal zur Anwendung in Fenstern sind. Wie oben erwähnt, ist die sichtbare Reflektion einiger bekannter photokatalytischer Beschichtungen unannehmbar hoch. Außerdem sind die reflektierten Farben dieser Beschichtungen häufig nicht ideal. Weiter besitzen einige dieser Beschichtungen besonders rauhe Oberflächen, da sie dazu bestimmt sind, große Oberflächenbereiche zu besitzen, die hohe Photoaktivitätswerte erleichtern. Diese rauhen Beschichtungen sind jedoch ungünstigerweise häufig sehr empfindlich gegenüber Abrieb. Sie nehmen auch besonders leicht Staub und andere Verunreinigungen an und halten sie hartnäckig fest. Schließlich ist es bei einigen neueren photokatalytischen Beschichtungen (beispielsweise denen mit komplexen Grundierungssytemen) ungewiß, ob diese Beschichtungen die lange Lebensdauer (beispielsweise die Einsatz-Dauerhaftigkeit über längere Zeit) aufweisen, die für ausgezeichnete Oberflächenbeschichtungen erforderlich ist.
Aus WO 00/75087 ist es bekannt, eine Alkaliionen-Blockierungsschicht in einer Dicke von unter 600 Å, vorzugsweise unter 400 Å, und eine Titanoxidschicht von einer Dicke von unter 400 Å vorzusehen. Der bevorzugte Dickenbereich für die Titanoxidschicht liegt bei 20 bis 200 Å.
Die Erfindung liefert wartungsarme Beschichtungen, die eine außerordentliche Dauerhaftigkeit, außerordentliche optische Eigenschaften und überraschende Sauberkeits-/Unterhaltungs-Eigenschaften aufweisen sowie nach zuverlässigen Verfahren herstellbar sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist eine wartungsarme Beschichtung auf einem Glassubstrat vorgesehen, wobei die Beschichtung einen Grundüberzug mit einem Gehalt an einem Siliciumoxid, der über einer ersten Hauptfläche des Glassubstrats angeordnet ist, sowie einen Überzug mit einem Gehalt an einem Titanoxid aufweist, der unmittelbar über dem Grundüberzug angeordnet ist, wobei der Grundüberzug eine Stärke von weniger als 100 Å und der Überzug aus dem Titanoxid eine Stärke von weniger als 100 Å aufweisen.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Isolierglaseinheit aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Scheiben vorgesehen, die durch einen Zwischenscheibenraum gegeneinander abgegrenzt sind, wobei mindestens eine der Scheiben eine äußere Oberfläche aufweist, auf die eine wartungsarme Beschichtung gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung aufgebracht ist.
Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung einer wartungsarmen Beschichtung eines Glassubstrates vorgesehen, wobei ein Überzug mit einem Gehalt an einem Titanoxid unmittelbar auf einem Grundüberzug mit einem Gehalt an einem Siliciumoxid abgeschieden wird, wobei der Grundüberzug in einer Stärke von unter 100 Å und der Überzug mit einem Gehalt an einem Titanoxid in einer Stärke von unter 100 Å abgeschieden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematischer Querschnitt eines Substrates, das teilweise weggebrochen ist und das eine wartungsarme Beschichtung gemäß bestimmter Ausführungsformen der Erfin dung aufweist;
2 ist ein schematischer Querschnitt eines Substrates, das teilweise weggebrochen ist und das eine wartungsarme Beschichtung und eine Beschichtung mit niedriger Emission gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung aufweist;
3 ist ein schematischer Querschnitt einer Isolierglaseinheit, die ein Substrat aufweist, welches eine wartungsarme Beschichtung sowie eine Beschichtung mit niedriger Emission gemäß bestimmter Ausführungsformen der Erfindung trägt;
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Fensterscheibe, die eine wartungsarme Beschichtung trägt, wobei die Scheibe in eine Außenwand eines Gebäudes, die teilweise weggebrochen ist gemäß bestimmten Ausführungsformen der Erfindung montiert ist; und
5 ist eine schematische Seitenansicht einer Sputtering-Kammer, die zur Verwendung bei bestimmten Verfahren gemäß der Erfindung eingerichtet ist.
EINZELBESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Einzelbeschreibung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu lesen, in denen gleiche Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen gleiche Bezugszahlen tragen. Die Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen den Umfang der Erfindung nicht begrenzen. Der Fachmann wird davon ausgehen, daß die angegebenen Beispiele viele Alternativen besitzen können, die in den Umfang der Erfindung fallen.
Viele Ausführugnsformen der Erfindung beziehen sich auf ein beschichtetes Glassubstrat mit allgemein gegenüberliegenden ersten 12 und zweiten Hauptoberflächen 14.
Das Substrat kann gewünschtenfalls eine Komponente eines einer Vielzahl von Baumaterialien sein. Beispiele für derartige Anwendungen sind Ausführungsformen, bei denen das Substrat ein Glasrahmen (beispielsweise ein Fensterrahmen oder ein Türrahmen) ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat ein Glasblock. Eine Vielzahl geeigneter Glasblöcke kann im Handel von Saint-Gobain Oberlarid (Koblenz, Deutschland) erhalten werden.
Andere derartige Anwendungen umfassen Ausführungsformen, bei denen das Substrat 10 Teil einer Ausgußtoilettenoder Urinal-Abdeckung, eines Beleuchtungskörpers, eine Abdeckung für einen Beleuchtungskörper (beispielsweise einer Lampenabdeckung) oder einer anderen Badezimmerapparatur oder -vorrichtung oder eines Schlüssels, eines Knopfes oder einer Schlüsselkonsole für einen Computer oder eine andere Maschine ist.
Es kann eine große Anzahl bekannter Glastypen verwendet werden, wobei Kalk-Natron-Glas im allgemeinen bevorzugt ist. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist das Substrat Teil eines Fensters, eines Oberlichtes, einer Tür oder einer anderen glasenthaltenden Vorrichtung. In einigen Fällen ist das Substrat Teil einer Automobil-Windschutzscheibe, eines Automobil-Seitenfensters, eines äußeren oder inneren Rückspiegels, einer Stoßstange, einer Radkappe, eines Scheibenwischers oder einer Automobilhaube, -seitenwand oder eines Automobilkofferraums oder -daches. Bei anderen Ausführungsformen ist das Substrat ein Teil eines Aquarium glases, eines Kunststoffensters für ein Aquarium oder eines Gewächshausglases. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat ein Kühlschrankteil, wie beispielsweise ein Teil einer Kühlschranktür oder eines Kühlschrankfensters. Substrate können gemäß der Erfindung in verschiedener Größe verwendet werden. Gewöhnlich werden großflächige Substrate verwendet. Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein Substrat verwendet, das eine Hauptabmessung (beispielsweise Länge oder Breite) von mindestens etwa 0,5 m, vorzugsweise mindestens etwa 1 m, insbesondere mindestens etwa 1,5 m (beispielsweise zwischen etwa 2 und etwa 4 m) und in einigen Fällen mindestens etwa 3 m besitzt. Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat eine Riesenglasscheibe mit einer Länge und/oder Breite von zwischen etwa 3 und etwa 10 m, beispielsweise eine Glasplatte mit einer Breite von etwa 3,5 m und einer Länge von etwa 6,5 m. Substrate mit einer Länge und/oder Breite von mehr als etwa 10 m sind ebenfalls durchaus üblich.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Substrat ein allgemein quadratisches oder rechteckiges Glasteil. Das Substrat bei diesen Ausführungsformen kann Abmessungen besitzen, die in dem vorhergehenden Absatz und bzw. oder in dem folgenden Absatz genannt sind. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist das Substrat ein allgemein rechteckiges Glas mit einer Breite von zwischen etwa 3 und etwa 5 m, wie beispielsweise etwa 3,5 m, und einer Länge von zwischen etwa 6 und etwa 10 m, wie beispielsweise 6,5 m.
Substrate verschiedener Stärke können erfindungsgemäß ebenfalls verwendet werden. Bei manchen Ausführungsformen besitzt das Substrat eine Stärke von etwa 1 bis 5 mm. Bestimmte Ausführungsformen weisen ein Substrat mit einer Stärke von zwischen etwa 2,3 mm und etwa 4,8 mm, vorzugs weise zwischen etwa 3,5 mm und etwa 4,8 mm, auf. Bei einer besonderen Ausführungsform wird eine Glasscheibe (beispielsweise ein Kalk-Natron-Glas) mit einer Stärke von etwa 3 mm verwendet. Bei einer Gruppe von Ausführungsformen liegt die Stärke des Substrates zwischen etwa 4 und etwa 20 mm. Stärken in diesem Bereich können beispielsweise nützlich für Aquariumtanks sein. Wenn das Substrat Floatglas ist, besitzt es allgemein eine Stärke von etwa zwischen 4 und etwa 19 mm. Bei einer anderen Gruppe von Ausführugsfor men ist das Substrat eine dünne Scheibe mit einer Stärke von zwischen etwa 0,35 und etwa 1,9 mm. Ausführungsformen dieser Art können gewünschtenfalls einschließen, daß das Substrat eine Scheibe eines Displayglases oder dergleichen ist.
Bei bestimmten Ausführungsformen trägt ein Substrat 10 (1) eine wartungsarme Beschichtung 40. Die Beschichtung 40 wird vorzugsweise über eine (beispielsweise über die Gesamtheit einer) Hauptoberfläche 12 des Substrates 10 abgeschieden. Die wartungsarme Beschichtung 40 unmfaßt mindestens zwei Überzüge: (1) einen Grundüberzug 30, der über einer Hauptoberfläche 12 des Substrates 10 abgeschieden ist; und (2) einen ein Titanoxid enthaltenden Überzug 50, der über dem Grundüberzug 30 abgeschieden ist. Der Ausdruck "Titan enthaltend" wird in diesem Zusammenhang verwendet, um ein Material zu bezeichnen, welches mindestens etwas Titanoxid enthält. Desgleichen bedeutet der Ausdruck "Silicium enthaltend" in diesem Zusammenhang ein Matrial, welches mindestens etwas Silicium enthält.
Der Grundüberzug 30 wird unmittelbar auf das Substrat 10 (beispielsweise unmittelbar auf eine Hauptoberfläche 12 des Substrates) abgeschieden. Der Grundüberzug 30 umfaßt allgemein jeden beliebigen dielektrischen Überzug. Bei bestimmten Ausführungsformen umfaßt der Überzug 30 ein Silicium- Oxid oder besteht im wesentlichen aus einem Siliciumoxid (beispielsweise Siliciumdioxid). Wenn der Grundüberzug 30 ein Siliciumoxid-Überzug ist, kann er geringe Mengen an einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Aluminium, enthalten, das in dem Überzug 30 oxidiert werden kann. Beispielsweise kann dieser Überzug 30 durch Sputtering eines Silicium enthaltenden Targets abgeschieden werden, welches eine geringe Menge Aluminium oder ein anderes Metall enthält, welches die elektrische Leitfähigkeit des Targets erhöht. Der Grundüberzug 30 (der in seiner gesamten Stärke ein Siliciumxoid enthalten kann oder im wesentlichen daraus besteht), besitzt vorzugsweise eine physikalische Stärke von weniger als 100 Å (beispielsweise wird er in dieser Stärke abgeschieden). Bei bestimmten Ausführungsformen ist der Überzug 30 weniger als 95 Å dick. Diese geringe Stärke erleichtert eine überraschende Zusammenstellung außergewöhnlicher Eigenschaften in der erfindungsgemäßen Beschichtung.
Die Beschichtung 40 umfaßt einen ein Titanoxid enthaltenden Überzug 50, welcher zweckmäßigerweise unmittelbar über dem Grundüberzug 30 abgeschieden wird. Bei bestimmten Ausführungsformen wird der ein Titanoxid enthaltende Überzug 50 unmittelbar über einem gänzlich oder praktisch vollständig amorphen Grundüberzug abgeschieden. Bei einigen dieser Ausführungsformen ist das Substrat eine Glasscheibe, die einer nach dem Beschichten durchgeführten Glastemperung unterworfen worden ist, und der Grundüberzug 30 ist vollständig oder praktisch amorph, so daß der ein Titanoxid enthaltende Überzug 50 unmittelbar auf einem gänzlich oder praktisch amorphen Grundüberzug abgeschieden wird.
Der ein Titanoxid enthaltende Überzug 50 kann ein oder mehrere andere Materialien wie beispielsweise Oxide von Eisen, Silber, Kupfer, Wolfram, Aluminium, Zink, Strontium, Palla dium, Gold, Platin, Nickel, Kobalt oder Kombinationen davon enthalten. Vorzugsweise ist ein Hauptanteil (beispielsweise Gewichtsanteil) des Überzugs 50 ein Titanoxid. Bei bevorzugten Ausführungsformen besteht dieser Überzug 50 im wesentlichen oder vollständig aus Titandioxid. Bei manchen Ausführungsformen besteht der Überzug 50 im wesentlichen oder vollständig aus substöchiometrischem Titanoxid (TiO_x, wobei x kleiner als 2 ist). Der Überzug 50 (der in seiner gesamten Stärke im wesentlichen aus Titanoxid bestehen kann), besitzt gewünschtenfalls eine physikalische Dicke von unter 100 Å (er wird beispielsweise in einer derartigen Dicke abgeschieden). Bei bevorzugten Ausführungsformen besitzt der Überzug 50 eine Dicke von weniger als 50 Å, vorzugsweise weniger als 40 Å und besonders bevorzugt weniger als 35 Å. Bei einer besonderen Ausführungsform besitzt der Überzug 50 eine Stärke von zwischen etwa 5 und etwa 30 Å.
Es wurde gefunden, daß der Überzug 50, wenn er in dieser geringen Dicke vorgesehen wird, überraschenderweise vor teilhafte wartungsarme Eigenschaften liefert, während er gleichzeitig eine ausnehmend niedrige sichtbare Reflektion, neutrale Farbe und außergewöhnliche Dauerhaftigkeit erreicht. Darüber hinaus ist der Überzug 50 in manchen Ausführungsformen ein durch Sputtering aufgebrachter Überzug (gewünschtenfalls reaktiv gesputtert unter Verwendung eines oder mehrerer metallischer Targets, die im wesentlichen aus Titan bestehen), der bei niedrigen Temperaturen abgeschieden wird (beispielsweise durch Sputterung abgeschieden unter Halten des Substrates bei einer Temperatur von unter etwa 250°C und vorzugsweise unter 200°C), und es ist vielleicht noch überraschender, daß ein gesputterter Überzug dieser Art ein derartig nützliches wartungsarmes Verhalten zeigt.
Eine Gruppe von Ausführungsformen liefert ein Substrat 10 (beispielsweise eine Glasscheibe) mit einer ersten Hauptoberfläche 12, auf die unmittelbar der Grundüberzug 30 in einer Stärke von weniger als etwa 300 Å abgeschieden wird, wobei der ein Titanoxid enthaltende Überzug unmittelbar über den Grundüberzug 30 in einer Stärke von weniger als 50 Å abgeschieden wird. Bei diesen Ausführungsformen umfaßt der Grundüberzug 30 vorzugsweise ein dielektrisches Material. Wie oben erwähnt, wird bei einigen Ausführungsformen ein Siliciumoxid verwendet.
Bei bestimmten Ausführungsformen wird ein Substrat 10 verwendet (beispielsweise eine Glasscheibe), welches eine erste Hauptoberfläche 12 aufweist, über die unmittelbar ein Grundüberzug 30 aus im wesentlichen Siliciumoxid (beispielsweise Siliciumdioxid) in einer Stärke von unter 100 Å abgeschieden wird, wobei ein Titanoxid enthaltender Überzug 50, der im wesentlichen aus einem Titanoxid (beispielsweise Titandioxid) besteht, unmittelbar auf dem Grundüberzug 30 in einer Stärke von weniger als 50 Å abgeschieden wird. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen dieser Art besitzt der Grundüberzug 30 eine Stärke von etwa 90 Å, während der ein Titanoxid enthaltende Überzug 50 eine Stärke von etwa 25 Å aufweist. Im folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform dieser Art angegeben:

Luft

25 Å TiO₂

90 Å SiO₂

Glas
Das obige Diagramm stellt beispielhaft eine Beschichtung einer Gruppe von Ausführungsformen dar, wobei ein Substrat 10 eine erste Hauptoberfläche 12 aufweist, auf die der Grundüberzug 30 abgeschieden wird, worauf unmittelbar auf den Grundüberzug 30 der titanhaltige Überzug 50 abgeschieden wird und jeder dieser beiden Überzüge eine Stärke von unter 100 Å aufweist. Gemäß dem obigen Diagramm besteht der Grundüberzug aus Siliciumdioxid, wenngleich dies nicht bei allen der vorliegenden Ausführungsformen erforderlich ist. Der Grundüberzug 30 in der vorliegenden Gruppe von Ausführungsformen kann gewünschtenfalls unmittelbar auf das Sub strat abgeschieden werden.
Bei der vorliegenden Beschichtung 40 ist der Überzug 50 zweckmäßigerweise der äußerste Überzug der Beschichtung. Herkömmliche Fachkenntnisse würden es nahelegen, daß die sehr geringen Stärken der vorliegenden Beschichtung 40 nicht hinreichend viel Photoaktivität ergeben würden, um nützliche Eigenschaften zu erzeugen, insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen der Überzug 50 durch Sputtering aufgebracht wird. Überraschenderweise besitzt jedoch die vorliegende Beschichtung Photoaktivitätswerte, von denen man annimmt, daß sie vorteilhaft dafür sind, Fenster (beispielsweise monolithische Scheiben oder 10 Einheiten) von teilchenförmigen Verunreinigungen freizuhalten, die sich leicht bei Fenstern während der routinemäßigen Herstellung absetzen. Die vorliegende Beschichtung besitzt außerdem vorteilhafte Wasserzusammenlauf-Eigenschaften, sowie zugleich außergewöhnliche optische Eigenschaften und eine außerordentliche Haltbarkeit.
Gemäß 2 ist das dargestellte Substrat 10 mit zwei Beschichtungen versehen: der wartungsarmen Beschichtung 40 auf der ersten Oberfläche 12 des Substrates und einer Beschichtung 80 von niedrigem Emissionsvermögen auf der zweiten Oberfläche 14 des Substrates. Die Beschichtung 80 mit niedrigem Emissionsvermögen ist fakultativ vorhanden. Wenn sie vorhanden ist, kann jede gewünschte Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet werden. Geeignete Beispiele für die Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen sind in der USA-Patentanmeldung 09/728435 (veröffent licht als US 2002/0102352 ) mit der Bezeichnung 'Schleierresistente, transparente Überzugsstapel' beschrieben. Gemäß 3 kann das Substrat 10 Teil einer Isolierglaseinheit 110 sein. Typischerweise besitzt eine Isolierglaseinheit 110 eine äußere Scheibe 10 und eine innere Scheibe 10', die voneinander durch einen Zwischenscheibenraum 800 getrennt sind. Ein Abstandshalter 900 (der gewünschtenfalls Teil eines Fensterrahmens sein kann) ist im allgemeinen vorgesehen, um die Scheiben 10 und 10' voneinander zu trennen. Der Abstandshalter kann mit den Innenoberflächen jeder der Scheiben befestigt sein, wobei ein Klebstoff 700 verwendet wird. In einigen Fällen ist ein Endabdichtungsmittel 600 vorhanden.
Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt die äußere Scheibe 10 eine äußere Oberfläche 12 und eine innere Oberfläche 14. Die innere Scheibe 10' besitzt eine innere Oberfläche 16 und eine äußere Oberfläche 18. Die Scheibe 10 kann in einem Rahmen (beispielsweise einem Fensterrahmen) montiert sein, so daß die äußere Oberfläche 12 gegenüber einer Freiluftumgebung exponiert ist (beispielsweise derart, daß die wartungsarme Beschichtung 40 einer derartigen Umgebung ausgesetzt ist). Die inneren Oberflächen 14 und 16 sind beide gegenüber der Atmospähre in dem Zwischenscheibenraum 800 der Isolierglaseinheit exponiert. Die gewünsch tenfalls vorhandene Beschichtung 80 mit niedrigem Emissionsvermögen kann auf einer der Innenoberflächen 14 und 16 angebracht sein. Gemäß 3 ist die Beschichtung 80 mit niedrigem Emissionsvermögen auf der inneren Oberfläche 14 angebracht.
Gemäß 4 ist die wartungsarme Beschichtung 40 vorzugsweise auf der 'ersten' Oberfläche eines Fensters angebracht. In 4 ist eine Ausführungsform beschrieben, bei der das Substrat 10 (das eine Glasscheibe sein kann) eine Fensterscheibe ist, die in einen Fensterrahmen 95 (beispielsweise in einer Außenwand 98 eines Gebäudes 99) montiert ist. Bei bestimmten Anwendungen ist die beschichtete erste Oberfläche (das heißt, Oberfläche 12) eines derartigen Fensters einer Freiluftumgebung ausgesetzt (beispielsweise derart, daß die Beschichtung 40 in periodischem Kontakt mit Regen steht). Bei einer anderen Ausführungsform ist die wartungsarme Beschichtung auf eine 'vierte' Oberfläche eines Fensters aufgebracht (beispielsweise die Oberfläche Nr. 4 einer Doppelscheiben-Fenstereinheit), gewünschtenfalls zusätzlich zu einer wartungsarmen Beschichtung auf der ersten Oberfläche desselben Fensters. Weiter kann in monolithischen Fenstern die wartungsarme Beschichtung 40 lediglich auf der Oberfläche Nr. 1, lediglich auf der Oberfläche Nr. 2 oder sowohl auf den Oberflächen Nr. 1 als auch Nr. 2 vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von beschichteten Substraten. Diese Verfahren umfassen das Abscheiden der wartungsarmen Beschichtung 40 (das heißt, durch Abscheiden jedes Überzuges einer oben beschriebenen Ausführungsform) auf einem Substrat 10. Wie oben beschrieben, umfaßt die wartungsarme Beschichtung mindestens zwei Überzüge. Diese Überzüge 30, 50 können durch eine Vielzahl wohlbekannter Beschichtungstechniken aufgebracht werden. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Beschichtung 40 (oder zumindest der Überzug 50) durch Sputtering abgeschieden, gewünschtenfalls bei niedriger Temperatur (beispielsweise, während das Substrat bei einer Temperatur von etwa unterhalb 250°C, vorzugsweise unterhalb 200°C gehalten wird). Alternativ können andere Beschichtungsverfahren an gewandt werden, einschließlich chemischer Dampfabscheidung (CVD), durch Plasma beschleunigter chemischer Dampfabscheidung und pyrolytischer Abscheidung. Verschiedene Ausführungsformen der Beschichtung 40 wurden beschrieben, und die vorliegenden Verfahren umfassen die Abscheidung jeder der beschriebenen Überzugs-Ausführungsformen durch jedes Verfahren zur Abscheidung dünner Überzüge.
Sputtering ist in der einschlägigen Technik wohlbekannt. 5 zeigt eine beispielhafte Sputtering-Kammer 200 unter Verwendung eines Magnetrons. Sputtering-Kammern unter Einsatz eines Magnetrons und damit zusammenhängende Ausrüstungen sind im Handel von einer Vielzahl von Bezugsquellen (beispielsweise Leybold) erhältlich. Nützliche Magnetron-Sputteringtechni-ken und -ausrüstungen sind in US PS 4,166,018 beschrieben.
Die dargestellte Sputtering-Kammer 200 umfaßt eine Grundplatte (oder einen Boden) 220, eine Anzahl von Seitenwänden 222 und eine Decke (oder Abdeckung) 230, die zusammen eine Sputtering-Kammer 202 umschließen. Gemäß 5 sind zwei obere Targets 80 oberhalb der Wanderungslinie des Substrates 45 montiert. Alternativ kann die Beschichtung 40 durch nach oben gerichtetes Sputtering aufgebracht werden. In jedem Falle wird das Substrat 10 längs des Weges 45 während der Überzugsabscheidung geführt, gewünschtenfalls über eine Anzahl voneinander im Abstand angeordneten Transportwalzen 210. Gemäß 5 sind zwei obere Targets vorgesehen, wenngleich dies keinesfalls erforderlich ist. Beispielsweise kann ein einziges oberes oder unteres Target alternativ in jeder Kammer verwendet werden. Außerdem kann die Kammer eines oder mehrere obere und bzw. oder untere planare Targets enthalten, wenngleich zylindrische Targets dargestellt sind.
Wie oben erwähnt, stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats durch Abscheidung jedes Filmes einer beliebigen, oben beschriebenen Beschichtungs-Ausführungsform auf das Substrat zur Verfügung. Vorzugsweise wird das Sputtering der Beschichtung 40 (oder mindestes das Sputtering des Überzuges 50 mit einem Gehalt an Titanoxid) durchgeführt, während das Substrat bei einer Temperatur von unter etwa 250°C, vorzugsweise unter 200°C (beispielsweise ohne zusätzlichen Heizen des Substrates) gehalten wird. In derartigen Fällen wird die Beschichtung vorzugsweise durch Sputtering abgeschieden – ohne zusätzliche Mittel zur Zufuhr von Energie zu dem wachsenden Überzug (beispielsweise ohne Erhitzen des Substrates über das Ausmaß hinaus, das normalerweise durch das Plasma- und Ionenbombardement beim herkömmlichen Sputtering erfolgt). In anderen Fällen wird der Überzug durch Abscheidung durch Sputtering abgeschieden, wobei eine ergänzende Erhitzung (oder eine andere ergänzende Energiezufuhr) stattfindet.
Bei bestimmten Verfahren gemäß der Erfindung wird die wartungsarme Beschichtung 40 in einer Sputtering-Linie mit multipler Kammer auf ein Substrat 10 abgeschieden. Sputtering-Linien sind der Fachwelt bekannt. Eine typische Sputtering-Linie enthält eine Reihe von Beschichtungszonen oder Sputtering-Kammern, die nacheinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, daß ein blech- oder plattenartiges Substrat von einer Beschichtungszone zur nächsten dadurch geführt wird, daß das Substrat waagerecht über im Abstand voneinander angeordnete Transportwalzen 210 in jeder der Zonen (die Walzen bilden einen fortlaufenden Weg 45 für die Bewegung des Substrates durch die Sputtering-Linie) befördert wird. Das Substrat wird typischerweise mit einer Geschwindigkeit von zwischen etwa 100 und 500 Zoll je Minute (etwa 2,5 bis 13 m/min) wandern gelassen.
Bei einer besonderen Methode wird das Substrat 10 am Einlaß der Sputtering-Linie positioniert und durch eine Reihe von Sputtering-Buchten geführt. Jede Bucht ist mit einer Kathode ausgestattet, die zwei drehbare zylindrische Targets aufweist. Das Substrat 10 wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 350 Zoll je Minute transportiert, während jedes Target bei einer gewünschten Leistung dem Sputtering unterworfen wird.
Zunächst wird das Substrat durch fünf Sputtering-Buchten geführt, die derart angeordnet sind, daß die den Grundüberzug 30 abscheiden. Im einzelnen besitzt jede Bucht eine Kathode, die zwei Silicium-Sputtering Targets umfaßt. Die Silicium-Targets in diesen Buchten werden in oxidierender Atmosphäre gesputtert, um ein Siliciumdioxid-Überzug unmittelbar auf der ersten Hauptoberfläche 12 des Substrates abzuscheiden. Die Atmospähre in jeder dieser Buchten kann im wesentlichen aus Sauerstoff bestehen (beispielsweise etwa 100% O₂). Alternativ kann die Atmosphäre aus Ar/O2 (beispielsweise Sauerstoff und bis zu etwa 40 Argon) bestehen. Jede dieser Kathoden wird mit einer Leistung von etwa 57 kW betrieben. Das Substrat 10 wird unterhalb der Targets mit einer Geschwindigkeit von etwa 350 Zoll je Minute (etwa 9 m/min) transportiert, während jedes dieser Targets dem Sputtering mit der Leistung von 57 kW unterzogen wird. Dies führt zu einer Abscheidung eines Siliciumdixoid-Grundüberzuges mit einer Stärke von etwa 90 Å. Wie oben erwähnt, kann jedes Silicium-Target etwas Aluminium oder ein anderes Material enthalten, um die Leitfähigkeit des Targets zu erhöhen.
Das Substrat wird anschließend durch vier weitere Sputtering-Buchten geführt, um den Titanoxid enthaltenden Überzug 50 abzuscheiden. Jede dieser Buchten besitzt eine Kathode, die zwei Titan-Sputtering Targets aufweist. Diese Titan ten kann im wesentlichen aus Sauerstoff bestehen. Alternativ kann die Atmospähre aus Ar/O₂ bestehen. Jeder dieser Kathoden wird mit einer Leistung von etwa 100 kW betrieben. Das Substrat 10 wird unterhalb der Targets mit einer Geschwindigkeit von etwa 350 Zoll je Minute (etwa 9 m/min) transportiert, während jedes dieser Targets mit 100 kW Leistung gesputtert wird. Dies führt zu der Abscheidung eines Titandioxid-Überzuges mit einer Stärke von etwa 25 Å. Dieses Titandioxid bildet bei der vorliegenden Ausführungsform den äußersten Anteil der Beschichtung 40 (und wird exponiert).
Bei dem beschriebenen Verfahren ist darauf zu achten, daß die zweite Hauptoberfläche 14 des Substrates 10 zuvor mit einer gegebenenfalls angewandten Beschichtung 80 von niedrigem Emissionsvermögen beschichtet worden sein oder danach damit beschichtet werden kann. Beispielsweise können die Beschichtungszonen, die zur Verwendung bei der Abscheidung des Grundüberzuges 30 und des Titanoxid enthaltenden Überzugs 50 beschrieben worden sind, Sputtering-Beschichtungszonen (sputter-up coat zones) sein, die gegen das Ende einer Sputtering-Linie hin angeordnet sind, wobei die Sputtering-Linie eine verhältnismäßig große Anzahl von vorausgehenden 'sputter-down coat zones' enthält, in denen der gewünschtenfalls aufgebrachte Überzug 80 mit niedrigem Emissionsvermögen abgeschieden worden ist. Besonders nützliche Sputter-up/sputter-down-Methoden und die dazu verwendete Ausrüstung sind in der USA-Patentanmeldung 09/868542 ( US-PS 6 964 731 ) beschrieben.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, versteht es sich, daß zahlreiche Abänderungen, Anpassungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne daß vom Gegenstand der folgenden Ansprüche abgewichen wird.

Claims

Wartungsarme Beschichtung (40) auf einem Glassubstrat (10), wobei die Beschichtung (40) einen Grundüberzug (30) mit einem Gehalt an einem Siliciumoxid, der über einer ersten Hauptfläche (12) des Glassubstrats (10) angeordnet ist, sowie einen Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid aufweist, der unmittelbar über dem Grundüberzug (30) angeordnet ist, wobei der Grundüberzug (30) eine Stärke von weniger als 100 Å und der Überzug (50) aus dem Titanoxid eine Stärke von weniger als 100 Å aufweisen.
Wartungsarme Beschichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Überzug (50) mit dem Gehalt an einem Titanoxid Titandioxid oder substöchiometrisches Titanoxid enthält.
Wartungsfreier Überzug gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundüberzug (30) im wesentlichen aus Siliciumdioxid besteht.
Wartungsarme Beschichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Überzug (50) mit dem Gehalt an einem Titanoxid eine Stärke von unter 50 Å aufweist.
Wartungsarme Beschichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Überzug (50) mit dem Gehalt an einem Titanoxid eine Stärke von unter 40 Å aufweist.
Wartungsarme Beschichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Überzug (50) mit dem Gehalt an einem Titanoxid eine Stärke von zwischen etwa 5 und etwa 30 Å aufweist.
Wartungsarme Beschichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundüberzug (30) und der Überzug mit einem Gehalt an einem Titanoxid (50) beides Überzüge sind, die durch Sputtering aufgebracht worden sind.
Wartungsarme Beschichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glassubstrat (10) eine Fensterscheibe ist, die in einem Fensterrahmen montiert ist, und die beschichtete erste Hauptfläche (12) der Außenumgebung ausgesetzt ist.
Isolierglaseinheit (110) aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Scheiben, die einen Zwischenscheibenraum (800) begrenzen, wobei mindestens eine der Scheiben eine Hauptfläche aufweist, die eine wartungsarme Beschichtung (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 trägt, wobei die Hauptfläche eine Außenfläche der Einheit und von dem Zwischenscheibenraum weggerichtet ist.
Verfahren zum Abscheiden einer wartungsarmen Beschichtung (40), wobei man einen Grundüberzug (30) mit einem Gehalt an einem Siliciumoxid auf einer ersten Hauptfläche (12) des Glassubstrats (10) sowie einen Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid unmittelbar auf dem Grundüberzug (30) abscheidet, wobei der Grundüberzug (30) in einer Stärke von unter 100 Å und der Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid in einer Stärke von unter 100 Å abgeschieden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Grundüberzug (30) als ein Überzug abgeschieden wird, der im wesentlichen aus Siliciumdioxid besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid als ein Überzug abgeschieden wird, der Titandioxid oder unterstöchiometrisches Titanoxid enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Stärke, in der der Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid abgeschieden wird, weniger als 50 Å beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Stärke, in der der Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid abgeschieden wird, weniger als 40 Å beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei man außerdem das Glassubstrat (10) derart in einem Fensterrahmen montiert, daß die beschichtete erste Hauptfläche der Außenumgebung ausgesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Grundüberzug (30) und der Überzug (50) mit einem Gehalt an einem Titanoxid beide durch Sputtering abgeschieden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das Sputtering durchgeführt wird, während das Glassubstrat (10) bei einer Temperatur von unter etwa 250 Grad Celsius gehalten wird.