DE69618381T3

DE69618381T3 - Hochtemperaturbeständige, dauerhafte und IR-reflektierende, durch Zerstäubungsbeschichtung hergestellte Gläser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69618381T3
Application number: DE69618381T
Authority: DE
Inventors: Klaus W. Brighton Hartig; Philip J. Temperance Lingle
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: ES2169167T5; AR002343A1; US6159607A; CA2176520C; EP0747329B1; TR199600271A2; AU680786B2; EP0747329B2; IL118205A0; DE69618381T2; AU4567096A; LT4148B; ES2169167T3; SG88721A1; DE69618381D1; SI9600187A; LV11634B; EP0747329A1; TW403728B; LT96082A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft sputterbeschichtete Gläser und Verfahren zu ihrer Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung sputterbeschichtete Gläser, die wärmebehandelbar und dauerhaft sind und deren Sonnenschutzeigenschaften über einen weiten Bereich so variiert werden können, daß sie für architektonische Zwecke, Automobilzwecke und Wohnraumzwecke geeignet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Metall- und metalloxidbeschichtete Gläser sind bekanntlich bei der architektonischen Gestaltung und beim Automobildesign sehr beliebt. Wie in der Patentliteratur und sonstigen Literatur vielfach berichtet worden ist, erzielt man bei diesen Gläsern durch Manipulation des Schichtsystems der Beschichtung recht annehmbare Reflexion, Durchlässigkeit, Emissivität, chemische Beständigkeit und Dauerhaftigkeit sowie die gewünschte Farbe. Hierzu sei beispielsweise auf die US-PS 3,935,351 , 4,413,877 , 4,462,883 , 3,826,728 , 3,681,042 , 3,798,146 und 4,594,137 verwiesen, um nur einige wenige zu nennen.
Außerdem ist gut dokumentiert, daß es zwar einige durchaus akzeptable Techniken zum Aufbringen derartiger Beschichtungen gibt, aber die gut bekannte sogenannte ”magnetfeldunterstützte Sputterbeschichtung” eine der leistungsfähigsten und somit bevorzugten Techniken darstellt. Über eine derartige Technik berichtet die US-PS 4,166,018 , die als grundlegende Arbeit zu diesem Thema gilt. (Siehe auch Munz et al., ”Performance and Sputtering Criteria of Modern Architectural Glass Coatings”, SPIE Band 325, Optical Thin Films, 1982, Seiten 65–73.)
Bestimmte ältere Sputterbeschichtungssysteme sind zwar für viele bekannte Schichtsysteme geeignet, führen aber bekanntlich zu schlechteren mechanischen Dauerhaftigkeitsqualitäten als ein anderes, als ”pyrolytische” Technik bezeichnetes Verfahren. Umgekehrt liefern jedoch sputterbeschichtete Systeme häufig bessere IR-Reflexion als typische pyrolytische Beschichtungen. Außerdem haben sputterbeschichtete Gläser nach allgemeiner Auffassung bessere optische und thermische Gebrauchseigenschaften als pyrolytisch hergestellte Beschichtungen, wie z. B. eine verbesserte Einheitlichkeit der Beschichtung, ein gutes Emissionsvermögen und bessere solartechnische Eigenschaften. Es liegt auf der Hand, daß die Entwicklung einer Sputterbeschichtungstechnik für ein bestimmtes Beschichtungssystem, bei der die mechanischen Dauerhaftigkeitsqualitäten des durch Sputterbeschichtung aufgebrachten Systems den mit einer pyrolytischen Technik erhaltenen Qualitäten nahe- oder gleichkommen können, einen erheblichen technischen Fortschritt darstellen würde.
In der US-PS 5,229,194 mit dem Titel ”Improved Heat Treatable Sputter-Coated Glass Systems” werden bestimmte einzigartige Schichtsysteme beschrieben, mit denen dieser erhebliche technische Fortschritt erzielt wird. Diese Systeme gehören zum Stand der Technik für die vorliegende Erfindung, da sie mehr als ein Jahr vor dem Einreichungstag der vorliegenden Erfindung im Handel erhältlich waren. Sie werden im folgenden näher erläutert.
Zunächst sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Beliebtheit von beschichteten Gläsern in den letzten Jahren Anlaß zu zahlreichen Versuchen gegeben hat, einen beschichteten Glasgegenstand zu erhalten, der vor der Wärmebehandlung beschichtet und danach ohne nachteilige Veränderung der Eigenschaften der Beschichtung oder des Glases selbst (d. h. des resultierenden Glasgegenstands) wärmebehandelt werden kann. Einer der Gründe hierfür ist beispielsweise, daß es extrem schwierig sein kann, auf einem bereits gebogenen Glasteil eine einheitliche Beschichtung zu erhalten. Wenn eine Flachglasoberfläche beschichtet und danach gebogen werden kann, können bekanntlich viel einfachere Techniken zur Herstellung einer einheitlichen Beschichtung zum Einsatz kommen als wenn das Glas vorher gebogen worden ist. Dies gilt in diesem Zusammenhang für Architekturglas und Wohnraumglas, insbesondere aber für Automobilglas, wie gebogene Windschutzscheiben, die in letzter Zeit zur Verbesserung der Kraftstoffeinsparung aerodynamisch günstiger ausgeführt werden mußten.
Es sind bereits bestimmte Techniken zur Herstellung von beschichteten wärmebehandelbaren Glasgegenständen, die dann und im Anschluß daran mittels Tempern, Biegen oder einer als ”Härten” bezeichneten Technik wärmebehandelt werden können, entwickelt worden. Im allgemeinen waren viele dieser vorbekannten beschichteten Gegenstände mit dem Nachteil behaftet, daß sie nicht bei den für ökonomisches Biegen, Tempern und/oder Härten erforderlichen höheren Temperaturen (d. h. 1150°F bis 1450°F) wärmebehandelt werden konnten. Kurz gesagt waren derartige Techniken oft mit dem Nachteil behaftet, daß die Temperatur bei ungefähr 1100°F oder darunter gehalten werden muß, um Wärmebehandelbarkeit ohne nachteilige Beeinflussung der Beschichtung oder des Beschichtungssubstrats zu erreichen.
Diese zuletzt geschilderte Situation, nämlich die Abwesenheit einer wesentlichen nachteiligen Wirkung auf die Beschichtung oder das Beschichtungssubstrat, definiert die Bedeutung des Begriffs ”wärmebehandelbar” für die Zwecke der vorliegenden Erfindung. Wenngleich sich in bestimmten Situationen einige Eigenschaften bei der Wärmebehandlung etwas ändern können, bedeutet ”wärmebehandelbar” sein im Sinne der vorliegenden Erfindung, daß trotz der Tatsache, daß das beschichtete Glas einer oder mehreren der oben erläuterten Wärmebehandlungen (d. h. Biegen, Tempern und/oder Härten) unterworfen worden ist, die gewünschten Eigenschaften des fertigen Schichtsystems und Gesamtprodukts erzielt werden müssen. Für die meisten in der vorliegenden Erfindung vorgesehenen architektonischen Zwecke bedeutet eine optimierte Wärmebehandelbarkeit, daß das Glas und seine schichtartig aufgebaute Beschichtung in bezug auf das visuelle (optische) Erscheinungsbild bei Vergleich des Produkts vor der Wärmebehandlung und des Endprodukts nach der Wärmebehandlung weitgehend unverändert bleibt. Für die meisten Automobilzwecke ist eine durch die Wämebehandlung bedingte Änderung zu besseren Werten tolerierbar und sogar wünschenswert, sofern optimierte Wärmebehandlung bedeutet, daß die Änderung einheitlich über das Substrat stattfindet und von den zur Durchführung der Wärmebehandlung verwendeten Parametern unabhängig ist.
In diesem Zusammenhang werden in der US-PS 5,188,887 bestimmte Beschichtungssysteme des Standes der Technik beschrieben, die wärmebehandelbar sind, da sie bei den oben aufgeführten höheren Temperaturen mit Erfolg wärmebehandelt werden können, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, wenngleich sie eine Temperung, Biegebehandlung oder Härtung durchlaufen haben. Im allgemeinen beruht die Einzigartigkeit dieser Beschichtungszusammensetzungen des Standes der Technik auf einem Schichtsystem, bei dem als metallische Schicht eine nickelreiche Legierung zum Einsatz kommt, bei der es sich in ihrer bevorzugten Form um eine unter der Bezeichnung Haynes 214 bekannte Legierung handelt, die im wesentlichen aus 74,45% Nickel, 4,00% Fe, 16,00% Cr, 0,04% C, 4,50% Al und 0,01% Y besteht (die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht). Es stellte sich heraus, daß durch Verwendung einer nickelreichen Legierung wie Haynes 214 und Überziehen mit stöchiometrischem Zinnoxid (SnO₂), gegebenenfalls zusammen mit anderen Schichten (wie einer Unterschicht aus dem gleichen stöchiometrischen Zinnoxid und/oder einer Zwischenschicht aus Aluminium zwischen der oberen SnO₂-Schicht und der nickelreichen Legierung) Glasgegenstände 2 bis 30 Minuten bei erhöhten Temperaturen von ungefähr 1150°F bis 1450°F wärmebehandelt werden konnten, ohne die Farbe, mechanische Dauerhaftigkeit, Emissivität, Reflexion oder Durchlässigkeit wesentlich zu beeinträchtigen. Diese Zusammensetzungen stellten daher eine wesentliche Verbesserung gegenüber wärmebehandelbaren Systemen des Standes der Technik, wie den in den Patentschriften 4,790,922, 4,816,034, 4,826,525, 4,715,879 und 4,857,094 beschriebenen Systemen, dar.
Neben den obigen Offenbarungen in den oben aufgeführten Patentschriften ist auch das Windschutzscheibenglas-System TCC-2000 von Leybold bekannt. Bei diesem System wird unter Verwendung von vier oder fünf Schichten aus Metallen und Metalloxiden ein sputterbeschichtetes Glas hergestellt, das bei Temperaturen bis zu 1100°F in gewissem Maße wärmebehandelbar ist und als vorbeschichtetes Glas zur Herstellung von gebogenen oder ungebogenen Windschutzscheiben aus Glas verwendet werden können, sofern man die Wärmebehandlung auf kurze Zeiträume beschränkt. Der Schichtaufbau vom Glassubstrat nach außen umfaßt in der Regel eine erste Schicht aus Zinnoxid, eine zweite Schicht aus Nickel-Chrom-Legierung (in der Regel etwa 80:20), eine dritte Schicht aus Silber, eine vierte Schicht aus der Nickel-Chrom-Legierung und eine fünfte Schicht aus Zinnoxid. Neben der ziemlich niedrigen Obergrenze für die Wärmebehandlungstemperatur und die Wärmebehandlungszeiten sind die resultierenden Beschichtungen ziemlich weich und weisen eine so geringe chemische Beständigkeit auf, daß sie realistisch gesehen nur auf den Innenflächen von Windschutzscheiben aus Verbundglas verwendet werden können.
In der oben aufgeführten US-PS 4,715,879 wird ausdrücklich angegeben, daß das dortige Schichtsystem nicht erhalten werden kann, wenn die Schutzschicht aus einem Metalloxid (z. B. Zinnoxid) nicht so ausgebildet wird, daß das Oxid Sauerstoffmangel aufweist (d. h. nichtstöchiometrisch ist). Hierfür ist natürlich eine sorgfältige Steuerung des Herstellungsverfahrens erforderlich. Die Wärmebehandelbarkeit wird in diesem Zusammenhang auch in der US-PS 4,826,525 beschrieben. In dieser Patentschrift wird jedoch ausdrücklich angegeben, daß zur Erzielung von Wärmebehandelbarkeit eine Schicht aus Aluminium aufgebracht werden muß.
In der oben aufgeführten US-PS 5,229,194 wird ein wesentlicher Fortschritt bei wärmebehandelbaren Sputterbeschichtungen selbst im Vergleich zu denjenigen gemäß US-PS 5,188,887 beschrieben. Dort wurde gefunden, daß auf dem Gebiet der wärmebehandelbaren sputterbeschichteten Gläser einzigartige Ergebnisse erzielt werden konnten, insbesondere bei Verwendung als verspiegelte Fenster in Automobilen, wenn eine Schicht aus metallischem Nickel oder einer Legierung mit hohem Gehalt an metallischem Nickel mit einer separaten Unter- und Oberschicht aus einem Nickeloxid oder -nitrid oder einer nickelreichen Legierung umgeben wurden und eine weitere Oberschicht aus einem Oxid wie SnO₂, ZnO, TiO₂ oder Oxidlegierungen davon eingesetzt wurde. Für die erste Oberschicht der metallisches Nickel enthaltenden Schicht soll auch Silicium in Betracht kommen.
Derartige Schichtsysteme haben sich in ihren bevorzugten Formen als besonders gut wärmebehandelbar und abriebfest erwiesen. Einige Systeme hatten sich zwar zunächst als chemisch beständig erwiesen, jedoch bestanden bestimmte Systeme in der Massenproduktion die (weiter unten erläuterte) recht strenge Prüfung auf chemische Beständigkeit durch Kochen mit 5%iger HCl nicht. Ihre UV- und IR-Reflexionseigenschaften erwiesen sich jedoch als hervorragend für eine breite Palette von Anwendungen. Außerdem stellte sich jedoch heraus, daß ihre Durchlässigkeiten für sichtbares Licht, die zwar für die Verwendung als verspiegelte Fenster wünschenswert gering waren, zu niedrig waren, um sich wirklich zur Verwendung als Glasfenster oder -scheiben für architektonische Zwecke oder Wohnraumzwecke, bei denen eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht erforderlich ist, zu eignen. Wenn also in der Produktion nach der Beschichtung von Glasscheiben für verspiegelte Fenster Aufträge für beschichtetes Glas für architektonische Zwecke oder Wohnraumzwecke erfüllt werden mußten, so mußte die Sputterbeschichtungsanlage abgeschaltet werden, damit ein neues Schichtsystem gebildet werden konnte. Durch Vermeidung einer derartigen Abschaltung würde man einen wesentlichen wirtschaftlichen Fortschritt erzielen.
In der am 30. April 1992 eingereichten eigenen, gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 07/876,350 mit dem Titel ”High Performance, Durable Low-E Glass and Method of Making Same” werden bestimmte einzigartige sputterbeschichtete Schichtsysteme beschrieben, die eine einzigartige Anwendbarkeit für architektonische Zwecke und Wohnraumzwecke aufweisen, da sie nicht nur eine gute chemische und mechanische Dauerhaftigkeit, sondern auch Sonnenschutzeigenschaften besitzen. Diese Systeme werden richtigerweise als Gläser (Beschichtungen) mit geringer Emissivität (”low-E”) bezeichnet, da ihre hemisphärische Emissivität (E_h) im allgemeinen weniger als etwa 0,16 und ihre normale Emissivität (E_n) im allgemeinen weniger als etwa 0,12 betrug. Auf anderem Wege gemessen betrug ihr Schichtwiderstand vorzugsweise weniger als etwa 10,50 Ohm/Quadrat. Außerdem betrug die Durchlässigkeit für sichtbares Licht für normale Glasdicken (z. B. 2 mm bis 6 mm) vorzugsweise etwa 78% oder mehr (verglichen mit weniger als etwa 22 bis 23% bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der oben aufgeführten wärmebehandelbaren Schichtsysteme für verspiegelte Fenster).
Bei der Erfindung in dieser obigen gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 07/876,350, nunmehr US-PS 5,344,718 , wurden die einzigartigen Werte für die Durchlässigkeit für sichtbares Licht bei geringer Emissivität neben der guten chemischen Dauerhaftigkeit und Abriebfestigkeit durch Verwendung eines Schichtsystems erzielt, welches im allgemeinen (vom Glas nach außen) eine Unterschicht aus Si₃N₄, eine erste Schicht aus Nickel oder Nickellegierung, eine Schicht aus Silber, eine zweite Schicht aus Nickel oder Nickellegierung und eine Oberschicht aus Si₃N₄ aufwies. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen bestand das Schichtsystem vom Glas nach außen im wesentlichen aus:
Si₃N₄/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Ag/Ni:Cr/Si₃N₄.
Es stellte sich heraus, daß dieses Siebenschichtsystem eine etwas höhere Dauerhaftigkeit und Kratzfestigkeit als die oben beschriebenen Fünfschichtsysteme aufweist. In jedem System handelte es sich jedoch bei der bevorzugten Ni:Cr-Schicht um Nichrom, d. h. Ni/Cr im Gewichtsverhältnis 80:20, bei dem ein wesentlicher Teil des Chroms als Chromnitrid ausgebildet war, da die Ni:Cr-Schicht in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre hergestellt wurde.
Leider haben sich diese dauerhaften Glasschichtsysteme mit niedriger Emissivität und hoher Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich als nicht wärmebehandelbar erwiesen. Wie sich nun herausgestellt hat, liegt dies nicht an einer Oxidation der Silberschicht(en), sondern daran, daß die Schicht bzw. Schichten aus metallischem Silber bei der Wärmebehandlung aufgrund von Nichtbenetzung diskontinuierlich wird bzw. werden, was in diesem Fall darauf zurückzuführen ist, daß die umgebenden Ni:Cr-Schichten nicht zur Erhaltung der Kontinuität der Silberschicht(en) bei der Wärmebehandlung ausreichen.
Somit konnten diese ansonsten vorteilhaften Schichtsysteme dort nicht verwendet werden, wo das beschichtete Glas im Anschluß wärmebehandelt werden sollte, wie z. B. durch Tempern, Härten und Biegen. Leider war die Verwendung der Silberschichten für die Erzielung der gewünschten geringen Emissivitätsniveaus notwendig.
In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, daß wärmebehandelbare, durch Sputterbeschichtung aufgebrachte Schichtsysteme nicht nur auf dem Gebiet von Windschutzscheiben für Automobile Anwendung finden. Auch bei bestimmten architektonischen Anwendungen und Wohnraumanwendungen muß das beschichtete Glas getempert, gebogen oder gehärtet werden. Darüber hinaus ließen sich die Glassysteme mit niedriger Emissivität gemäß der oben aufgeführten Erfindung in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 07/876,350, nunmehr US-PS 5,344,718 , im allgemeinen nicht auf so geringe Durchlässigkeiten im sichtbaren Bereich einstellen, daß sie für verspiegelte Fenster geeignet sind, selbst wenn sie wärmebehandelbar wären, was sie aber nicht waren. Aus diesen Gründen wurden mit diesen Glassystemen mit geringer Emissivität das oben geschilderte Produktionsproblem, daß man das System zur Erfüllung der Bedürfnisse von Kunden, die sehr unterschiedliche Sonnenschutzeigenschaften in ihren sputterbeschichteten Glasprodukten fordern, abschalten muß, nicht überwunden.
Verstärkt wurde das oben geschilderte Problem noch durch das in der Sputterbeschichtungskammer entstandene Problem, im Schichtsystem der oben aufgeführten gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 07/876,350 eine Si₃N₄-Schicht bzw. Si₃N₄-Schichten erzeugen zu müssen. Zur Herstellung einer derartigen Schicht wurde ein Si-Target (in der Regel mit Aluminium dotiert) als Kathode verwendet. Die Sputterbeschichtung erfolgte dann zur Erzeugung von Si₃N₄ mittels Reaktion in einer N₂-haltigen Atmosphäre. Leider ist Si₃N₄ ein Nichtleiter (wie auch die aus dem Al-Dotierstoff gebildete geringe Menge an Aluminiumnitrid, die bei der Sputterbeschichtung ebenfalls auf die Anode gelangt). Die Beschichtungseffizienz verschlechtert sich, und Abschaltzeiten können sich als teuer erweisen.
In der eigenen, gleichzeitig eingereichten und gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 08/102,585, nunmehr US-A-5,403,458 , mit dem Titel ”Sputter-Coating Target and Method of Use” wird eine einzigartige Lösung dieses Problems beschrieben. Ganz allgemein besteht die Lösung darin, ein Kathodentarget zu erzeugen, bei dem in dem Si eine vorgegebene Menge eines leitfähigen Metalls dispergiert ist, so daß dessen Nitrid (oder das Metall, falls es beim Sputterbeschichtungsvorgang kein Nitrid bildet) sich auf der Anode in so großen Mengen bildet, daß die Leitfähigkeit über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt, wodurch zahlreiche Abschaltungen vermieden werden. Hiermit wird auf die gesamte Offenbarung dieser gleichzeitig anhängigen Anmeldung ausdrücklich Bezug genommen.
Wenn der Fachmann die bekannten Vorteile der Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit durch Verwendung von Si₃N₄-Schichten weiterhin erzielen, aber auch teure Stillstandszeiten vermeiden wollte und gleichzeitig Wärmebehandelbarkeit bei Flexibilität bezüglich der Variation von Sonnenschutzeigenschaften über einen einigermaßen weiten Bereich zwecks Vermeidung von weiteren Produktionsabschaltungen (zur Erfüllung der Bedürfnisse verschiedener Kunden) erzielen wollte, so sah sich dieser Fachmann bisher einem unlösbaren Problem gegenüber. In diesem Zusammenhang würde die bloße Wahl eines beliebigen leitfähigen Metalls als Dispergator (d. h. Dotierstoff) in einem Si-Target das Problem nicht automatisch lösen, da dieses Metall zwar das Anodenbeschichtungsproblem löst, aber sehr wohl die Wärmebehandelbarkeit und/oder die gewünschten Dauerhaftigkeitsniveaus und/oder die Sonnenschutzeigenschaften (einschließlich Farbeigenschaften), die zu erzielen sind, zunichte machen kann.
Es ist daher offensichtlich, daß in der Technik Bedarf an einem durch Sputterbeschichtung aufgebrachten Schichtsystem besteht, mit dem die Vorteile der Sputterbeschichtung bei Beseitigung der oben geschilderten Probleme und Nachteile des Standes der Technik erzielt werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen in der Technik bestehenden Bedarf sowie andere Bedürfnisse, die für den Fachmann anhand der nachfolgenden Offenbarung leicht ersichtlich sind, zu erfüllen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfüllt ganz allgemein die oben geschilderten, in der Technik bestehenden Bedürfnisse durch Bereitstellung eines Glasgegenstands gemäß Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung erfüllt die oben geschilderten, in der Technik bestehenden Bedürfnisse ferner durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Wärmebehandlung eines beschichteten Glasgegenstands gemäß Anspruch 14.
Nach bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist das Schichtsystem außerdem auch noch eine Unterschicht aus Si₃N₄ auf, und jede der Si₃N₄-Schichten enthält eine geringe Menge eines leitfähigen Metalls oder eines leitfähigen Metallnitrids als Dotierstoff, die sich aus der Verwendung eines derartigen Metalls als Dispergator (Dotierstoff) im Si-Kathodentarget der Sputterbeschichtungsapparatur ergibt, um das oben geschilderte Problem von Stillstandszeiten infolge der Beschichtung der Anode mit nichtleitendem Si₃N₄ zu überwinden. Das als Dotierstoff dienende leitfähige Metall wird natürlich so gewählt, daß es im schlimmsten Fall den Sonnenschutz oder andere physikalische Eigenschaften, die im Endprodukt erwünscht sind, nicht negativ beeinflußt. Bei bestimmten bevorzugten Systemen wird dieses als Dotierstoff dienende Metall unter Titan, Zirconium, Hafnium und deren Gemischen ausgewählt.

Die Herstellung der Schichtsysteme erfolgt, wie oben bereits erwähnt, vorzugsweise durch Aufbringen jeder Schicht in der erforderlichen Dicke auf ein Glassubstrat mittels Sputterbeschichtung. Die Glasdicke kann zwar stark variieren, jedoch besteht der Glasgegenstand in der Regel aus Floatglas und hat eine Dicke von etwa 1,5 mm bis 13,0 mm (d. h. etwa 0,060 Zoll bis 0,50 Zoll) und üblicherweise von etwa 2 mm bis 6 mm. Das Glas kann getönt oder ungetönt oder strukturiert sein. Derartiges Glas kann eine einfache Dicke aufweisen. Bei bestimmten weiter bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung und bei Messung nach Applikation auf ein Glassubstrat mit einer üblichen Dicke von etwa 4,0 mm wird der resultierende Glasgegenstand nach der Wärmebehandlung die folgenden Eigenschaften aufweisen:

Eigenschaft	Bereich
Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich:	etwa 1–80%
Reflexion im sichtbaren Bereich (Glasseite):	etwa 4–55%
Reflexion im sichtbaren Bereich (Filmseite):	etwa 4–65%
Sichtbare Farbe (Glasseite):	Silber, Zinn, Blau, Grau
Emissivität (normal, d. h. E_n)	etwa 0,10–0,60
Schichtwiderstand (R_s):	etwa 2–250 Ohm/Quadrat
Durchlässigkeit für Sonnenlicht:	etwa 1–80%

Aus der obigen Tabelle geht hervor, wie flexibel die erfindungsgemäßen Systeme in bezug auf die Erfüllung einer breiten Palette von Sonnenschutzbedürfnissen sind.
Durchlässigkeit und Reflexion werden in Form von Lichtart C, 2°-Beobachter aufgezeichnet. Für viele Anwendungen liegt die normale Emissivität (E_n) vorzugsweise bei etwa 0,15 bis 0,35. Für viele Anwendungen liegt der Schichtwiderstand vorzugsweise bei etwa 15 bis 35 Ohm/Quadrat.
Bei den ganz besonders bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung weisen der resultierende Gegenstand sowie dessen Schichtsystem sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung eine hervorragende chemische Beständigkeit und Dauerhaftigkeit (d. h. Abrieb- oder Kratzfestigkeit) auf.
Die Bestimmung der ”chemischen Beständigkeit” erfolgt durch Kochen einer 2 Zoll × 5 Zoll großen Probe des Gegenstands in etwa 500 cm³ 5%iger HCl über einen Zeitraum von einer Stunde (d. h. bei etwa 220°F). Der Gegenstand besteht diese Prüfung, wenn er nach diesem einstündigen Kochen keine Poren mit einem Durchmesser von mehr als etwa 0,003 Zoll aufweist. Die Bestimmung der ”Dauerhaftigkeit” erfolgt mit Hilfe von zwei Prüfungen, nämlich zum einen einer konventionellen Taber-Abrader-Prüfung mit einer 4 Zoll × 4 Zoll großen Probe und einem an jedem der beiden 300 Umdrehungen durchlaufenden CS-10E-Reibräder befestigten 500-g-Gewicht. Die Prüfung der Dauerhaftigkeit kann ferner mit einem Abriebprüfgerät von Pacific Scientific (1-Zoll-Polyamidbürste, die unter Verwendung eines Gewichts von 150 Gramm auf eine 6 Zoll × 17 Zoll große Probe zyklisch über die Beschichtung geführt wird (500 Zyklen)). Beide Prüfungen gelten als bestanden, wenn bei Betrachtung mit dem bloßen Auge unter sichtbarem Licht keine starken, erkennbaren Kratzer erscheinen, und der Gegenstand wird als dauerhaft erachtet.
Die Durchlässigkeitseigenschaften bei den bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung entsprechen den oben angegebenen Werten bei Bestimmung anhand der üblichen Prüfung mit Lichtart C und 2°-Beobachter unter Verwendung eines etwa 4 mm dicken Glassubstrats. ”Wärmebehandelbar” bedeutet im Rahmen der bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung, daß die Durchlässigkeit (im sichtbaren Bereich und für Sonnenlicht) durch die Wärmebehandlung um weniger als etwa 20% und vorzugsweise weniger als etwa 10% verändert werden sollte. Ganz besonders bevorzugt ändert sie sich um weniger als etwa 2%. Darüber hinaus bedeutet ”wärmebehandelbar” im Rahmen der ganz besonders bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung, daß der Schichtwiderstand (R_s) bei der Wärmebehandlung um nicht mehr als etwa 10% erhöht werden sollte. Er wird vorzugsweise überhaupt nicht erhöht und nimmt ganz besonders bevorzugt durch eine derartige Wärmebehandlung geringfügig ab.
Zur weiteren Erklärung der obigen Eigenschaften sei erwähnt, daß die Begriffe ”Emissivität” und ”Durchlässigkeit” in der Technik gut verstanden sind und hier ihrer gut bekannten Bedeutung entsprechend verwendet werden. So bedeutet beispielsweise der Begriff ”Durchlässigkeit” im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Durchlässigkeit für Sonnenlicht, die sich aus der Durchlässigkeit für sichtbares Licht, der Durchlässigkeit für Infrarotenergie und der Durchlässigkeit für UV-Licht zusammensetzt. Die Gesamtdurchlässigkeit für Sonnenenergie wird dann in der Regel als gewichteter Mittelwert aus diesen anderen Werten charakterisiert. Bezüglich dieser Durchlässigkeiten ist die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich, wie sie hier angegeben wird, durch die Technik unter Verwendung der Normlichtart C, 2°-Beobachter, bei 380–720 nm gekennzeichnet, der Infrarotbereich reicht von 800 bis 2100 nm, der Ultraviolettbereich von 300 bis 400 nm und der Gesamtsonnenlichtbereich von 300 bis 2100 nm. Für Emissivitätszwecke wird jedoch ein besonderer Infrarotbereich (d. h. 2.500–40.000 nm) verwendet, wie weiter unten erläutert wird.
Die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich kann mit Hilfe von bekannten und üblichen Techniken gemessen werden. So kann man beispielsweise mit einem Spektralphotometer, wie z. B. ein Gerät Beckman 5240 (Beckman Sci. Inst. Corp.), eine Durchlässigkeitsspektralkurve bei jeder Wellenlänge erhalten. Die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich wird dann gemäß ASTM E-308, ”Method for Computing the Colors of Objects by Using the CIE System” (Annual Book of ASTM Standards, Band 14.02) berechnet. Gegebenenfalls kann man eine geringere Zahl von Wellenlängenpunkten als vorgeschrieben einsetzen. Bei einer anderen Technik zur Messung der Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich verwendet man ein Spektrometer, wie ein im Handel erhältliches Spectragard-Spektralphotometer von der Firma Pacific Scientific Corporation. Mit diesem Gerät wird die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich direkt gemessen und angezeigt.
Die ”Emissivität” (E) ist ein Maß oder eine Eigenschaft sowohl der Absorption als auch der Reflexion von Licht bei gegebenen Wellenlängen. Sie wird in der Regel durch die folgende Formel dargestellt: E = 1 – ReflexionFilm
Für architektonische Zwecke werden die Emissivitätswerte im sogenannten ”mittleren Bereich” des Infrarotspektrums, der manchmal auch als ”ferner Bereich” bezeichnet wird, d. h. etwa 2.500 bis 40.000 nm, recht wichtig. Der Begriff ”Emissivität” bezieht sich somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf Emissivitätswerte, die in diesem Infrarotbereich gemessen werden, wie es im Normvorschlag ”1991 Proposed ASTM Standard” zur Messung von Infrarotenergie zur Berechnung der Emissivität, der vom Primary Glass Manufacturers' Council vorgeschlagen wurde und den Titel ”Test Method for Measuring and Calculating Emittance of Architectural Flat Glass Products Using Radiometric Measurements” trägt, spezifiziert wird. Auf diese Norm und ihre Bestimmungen wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. In dieser Norm wird die Emissivität in zwei Komponenten zerlegt, nämlich die hemisphärische Emissivität (E_h) und die normale Emissivität (E_n).
Die eigentliche Erfassung von Daten für die Messung derartiger Emissivitätswerte erfolgt auf übliche Art und Weise und kann beispielsweise unter Verwendung eines Spektralphotometers Beckman Modell 4260 mit ”VW”-Zusatzteil (Beckman Scientific Inst. Corp.) durchgeführt werden. Dieses Spektralphotometer mißt die Reflexion in Abhängigkeit von der Wellenlänge, woraus die Emissivität unter Anwendung des oben aufgeführten Normvorschlags, auf den vorhin schon ausdrücklich Bezug genommen wurde, berechnet werden kann.
In der vorliegenden Druckschrift wird auch der Begriff ”Schichtwiderstand” verwendet. Der Begriff Schichtwiderstand (R_s) ist in der Technik gut bekannt und wird hier seiner gut bekannten Bedeutung entsprechend verwendet. Dieser Begriff bezieht sich ganz allgemein auf den Widerstand in Ohm, den ein beliebiges Quadrat eines Schichtsystems auf einem Glassubstrat einem durch das Schichtsystem fließenden Strom entgegensetzt. Der Schichtwiderstand zeigt an, wie gut die Schicht Infrarotenergie reflektiert, und wird daher oft neben der Emissivität als Maß für diese Eigenschaft verwendet, die bei vielen Architektur- und Automobilgläsern so wichtig ist. Die Messung des ”Schichtwiderstands” erfolgt zweckmäßigerweise mit einem Vierpunktsonden-Ohmmeter, wie einer üblichen Vierpunkt-Widerstandssonde der Firma Signatone Corp., Santa Clara, Kalifornien, USA, mit einem Kopf Modell M-800 von Magnetron Instruments Corp.

Die Erfindung wird nun anhand von bestimmten Ausführungsformen beschrieben, wie sie nachfolgend erläutert und in den folgenden Zeichnungen illustriert werden. Es zeigen: IN DEN ZEICHNUNGEN

	LEGENDE
Si₃N₄	eine Schicht aus mindestens etwa 90% Siliciumnitrid
Ni	metallisches Nickel
M	eine nickelhaltige Metallschicht, die im wesentlichen frei von jeglichem Nitrid des Metalls ist
M/O	eine Schicht, in der eine sehr gering- fügige Oxidation der nickelhaltigen Metallschicht stattgefunden hat, wobei die Schicht im wesentlichen frei von jeglichem Nitrid des Metalls bleibt
MO_x	Bei dieser Schicht handelt es sich um stöchiometrisch oxidiertes Metall
Glas	das Glassubstrat (in Figur 7 auch ”G”)
W₂	erste Wascheinrichtung
W₁	zweite Wascheinrichtung
T	Tunnel
C	Förderband
F	Kammertrennwand

Die 1–6 sind teilweise Querschnittsansichten, worin:
1A ein erfindungsgemäßes Zweischichtsystem zeigt;
1B das Schichtsystem gemäß 1A mit einer Siliciumnitrid-Unterschicht zeigt;
2A ein anderes erfindungsgemäßes Zweischichtsystem zeigt;
2B das Schichtsystem gemäß 2A mit einer Siliciumnitrid-Unterschicht zeigt;
3A ein erfindungsgemäßes Vierschichtsystem zeigt;
3B das Schichtsystem gemäß 3A mit einer Siliciumnitrid-Unterschicht zeigt;
4A ein erfindungsgemäßes Fünfschichtsystem zeigt;
4B das Fünfschichtsystem gemäß 4A mit teilweise oxidiertem Metall ”M” zeigt;
5A ein anderes erfindungsgemäßes Zweischichtsystem zeigt;
5B das Zweischichtsystem gemäß 5A mit einer Siliciumnitrid-Unterschicht zeigt;
6 ein erfindungsgemäßes Neunschichtsystem zeigt;
7 schematisch eine herkömmliche Fünfkammer-Sputterbeschichtungsapparatur von Airco zeigt, die zur Verwendung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen beschichteten Glasgegenstände geeignet ist.
NÄHERE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erfindungsgemäß sind die gezeigten Schichtsysteme (z. B. 1A–6) wärmebehandelbar im Sinne der obigen Definition dieses Begriffs. Wie weiter oben außerdem angegeben worden ist, kann bei deren bevorzugten Formen die Wärmebehandlung den Gegenstand durch Erhöhung seiner IR-Reflexion (wie sie z. B. durch eine Verringerung des Schichtwiderstands R_s angezeigt wird) sogar verbessern.

Es hat sich herausgestellt, daß zur Erzielung dieser Wärmebehandelbarkeit jede Schicht eine begrenzte und im allgemeinen kontinuierliche Dicke aufweisen sollte. Die Dicke einer bestimmten Schicht oder des Systems insgesamt kann je nach dem für die Schicht verwendeten Material, der anzuwendenden Wärmebehandlung, der Zahl der Schichten im System und den im Endprodukt gewünschten Eigenschaften über einen weiten Bereich variiert werden, sofern jede Schicht weitgehend kontinuierlich ist. Ganz allgemein wurden jedoch mit den folgenden Dickenbereichen für die meisten vorgesehenen Zwecke die besten Ergebnisse erzielt:

	Dicke (Å)
Si₃N₄ (Oberschicht)	10–750
M (Nickel oder Nickellegierung)	50–300
MO_x	50–100
M/O	50–500
Ni/Si₃N₄	50–300
Si₃N₄ (Zwischenschicht)	500–1200
Si₃N₄ (Unterschicht)	10–750

Einen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung von Siliciumnitrid (Si₃N₄) als Schicht bzw. Schichten im System dar. In diesem Zusammenhang waren bereits verschiedene Formen von Siliciumnitrid enthaltenden Materialien zur Verwendung als Beschichtungsmaterial, mit dem einem Schichtsystem Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit verliehen werden kann, vorbekannt. Siehe beispielsweise US-PS 4,769,291 , 5,062,937 , 4,954,232 , 4,948,482 und 4,680,742 . In der vorliegenden Erfindung wird von diesen vorteilhaften Eigenschaften einer oder mehrerer Si₃N₄-Schichten Gebrauch gemacht. Darüber hinaus wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch die einzigartige und sehr überraschende Feststellung gemacht, daß bei Verwendung einer oder mehrerer derartiger Si₃N₄-Schichten in Kombination mit einem oder mehreren anderen ausgewählten Metallen zur Bildung einer bestimmten Gruppe von Schichtsystemen in diesen Schichtsystemen auch die sehr wünschenswerte Eigenschaft der Wärmebehandelbarkeit erzielt wird. Des weiteren wurde auch überraschenderweise gefunden, daß sich bei Verwendung von Si₃N₄ mit einer oder mehreren derartigen ausgewählten Metallschichten zur Bildung dieser Schichtsysteme durch Synergismus oder irgendeinen anderen unbekannten Mechanismus eine wesentliche Verbesserung der chemischen Beständigkeit einstellt, insbesondere im Vergleich zu den vorbekannten und sehr geschätzten Schichtsystemen mit hohem Ni-Gehalt aus der oben aufgeführten US-PS 5,229,194 .
Bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß das in Kombination mit Si₃N₄ verwendete Metall (als M, M/O oder MO_x) aus einer recht kleinen Gruppe von Alternativen ausgewählt werden sollte, um die gewünschten Ergebnisse bezüglich Wärmebehandelbarkeit, Dauerhaftigkeit und chemischer Beständigkeit unter gleichzeitigem Erhalt der gewünschten notwendigen Farb- und Sonnenschutz eigenschaften zu erzielen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jedoch gefordert, daß die nickelhaltige Schicht bzw. die nickelhaltigen Schichten weitgehend nitridfrei bleiben müssen, damit sie eine zur Erfüllung der meisten Bedürfnisse ausreichende chemische Beständigkeit aufweisen, wenngleich in der nickelhaltigen Schicht bzw. den nickelhaltigen Schichten eine gewisse geringfügige Oxidation toleriert werden kann. In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, daß Nitride zwar in den meisten Fällen die Erzielung der Wärmebehandelbarkeit nicht wesentlich stören, die Bildung eines derartigen Nitrids aber die chemische Dauerhaftigkeit bei der oben aufgeführten Prüfung durch Kochen mit 5%iger HCl verringert.
Selbstverständlich sind auch Nickel-Chrom-Legierungen mit hohem Nickelgehalt im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer noch brauchbar. Diese sind Ni/Cr im Gewichtsverhältnis 80:20 und die Legierung Haynes 214 mit der folgenden nominalen Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Element Gew.-% (ungefähr)

Ni 75,45

Fe 4,00

Cr 16,00

C 0,04

Al 4,50

Y 0,01
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen die 1A und 1B eine spezielle Art des erfindungsgemäßen wärmebehandelbaren Schichtsystems. In diesen beiden Figuren ist durch Sputterbeschichtung ein praktisch oxidations- und nitridfreies nickelhaltiges Metall ”M” hergestellt worden (z. B. bis zu einer Dicke von etwa 50 bis 300 Å). In 1A wird diese metallische Schicht einfach durch Sputterbeschichtung mit Si₃N₄ (z. B. etwa 10 bis 750 Å dick) überzogen. In 1B wurde zunächst durch Sputterbeschichtung eine Unterschicht aus Si₃N₄ auf das Glassubstrat aufgebracht (z. B. bis zu einer Dicke von etwa 10 bis 750 Å).
Das Schichtsystem gemäß 2A ähnelt demjenigen gemäß 1A, und das Schichtsystem gemäß 2B ähnelt demjenigen gemäß 1B, jedoch mit der Abwandlung, daß durch die Bezeichnung ”M/O” angezeigt wird, daß trotz des Vorliegens einer geringfügigen Oxidation in der metallischen Schicht ein annehmbares wärmebehandelbares Schichtsystem erhältlich ist. Wenngleich genaue quantitative Angaben nicht möglich sind, sind in bestimmten Fällen bis zu etwa 15 Gew.-% Sauerstoff im Sputterbeschichtungsgas tolerierbar, wobei man trotzdem immer noch die gewünschten Ergebnisse der vorliegenden Erfindung erhält. Die Schichtdicken entsprechen hier denjenigen in 1A bzw. 1B.
Die 3A und 3B zeigen eine Familie von erfindungsgemäßen Schichtsystemen. Hier ist die weitgehend metallische Schicht M/O unabhängig davon, ob nur eine Si₃N₄-Oberschicht (3A) oder daneben auch eine Si₃N₄-Unterschicht (3B) vorhanden ist, von Schichten aus stöchiometrischem Metalloxid MO_x umgeben. Die Schichten werden durch Sputterbeschichtung bis zu den innerhalb der oben aufgeführten Richtlinien liegenden Dicken aufgebracht.
Die 4A und 4B zeigen noch eine andere Familie von erfindungsgemäßen Schichtsystemen. Hier sind zwei Schichten aus Metall ”M” bzw. geringfügig oxidiertem Metall ”M/O” durch Schichten aus Si₃N₄ getrennt und umgeben. Wiederum werden die Schichten durch Sputterbeschichtung bis zu den innerhalb der oben aufgeführten Richtlinien liegenden Dicken aufgebracht.
6 stellt insofern eine kombinierte Hybridform der Familien gemäß den 3A, 3B und 4A, 4B dar, als hier zwei metallische Schichten M/O vorliegen, die jeweils von Schichten aus stöchiometrischem Metalloxid MO_x umgeben sind, welche wiederum von drei Si₃N₄-Schichten umgeben sind. Wiederum werden die Schichten durch Sputterbeschichtung bis zu den innerhalb der oben aufgeführten Richtlinien liegenden Dicken aufgebracht.
In den 5A und 5B ist eine andere Familie von erfindungsgemäßen Schichtsystemen dargestellt. Hier ist die metallische Schicht wie in den anderen Familien mit Si₃N₄ überschichtet (alleine, 5A) oder gegebenenfalls auch unterschichtet (5B). Bei dieser Ausführungsform wurde jedoch als separate Metallschicht reines Nickel mit Si₃N₄ gemischt. Diese Ni/Si₃N₄-Zwischenschicht dient einzigartigerweise unter bestimmten Umständen zur Erzielung der gewünschten Sonnenschutzeigenschaften und ist dabei sehr dauerhaft, wärmebehandelbar und abriebfest. Der Ni-Anteil in den bevorzugten Ausführungsformen beträgt etwa 80 bis 90 Gew.-%, Rest Si₃N₄.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtsystems kann nach einer beliebigen üblichen Sputterbeschichtungstechnik erfolgen, beispielsweise mit einer herkömmlichen Sputterbeschichtungsapparatur, wie einer Mehrzonen-Sputterbeschichtungsapparatur bekannter Bauart von Airco-Temescal. Vorzugweise verwendet man zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungen die einzigartigen Techniken und Targets aus der eigenen, gleichzeitig eingereichten und gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial No. 08/102,585, nunmehr US-A-5,403,458 , mit dem Titel ”Sputter Coating Target and Method of Use”. Hiermit wird auf die gesamte Offenbarung dieser gleichzeitig anhängigen Anmeldung ausdrücklich Bezug genommen. Ganz allgemein und gemäß dieser gleichzeitig anhängigen Anmeldung verwendet man zur Herstellung von Si₃N₄-Schichten ein einzigartiges sputterbeschichtetes Target zwecks Überwindung des Problems der Beschichtung der Anode mit einer nichtleitenden Schicht (z. B. aus Si₃N₄). Hierzu wird das Si des Targets mit geringen Mengen eines anderen Elements einheitlich vermischt, welches die letztendlich gebildete Schicht (und somit die auf der Anode gebildete Schicht) leitfähig machen wird, wodurch das in der Technik weit verbreitete Problem von Stillstandzeiten zur Anodenrekonditionierung gemindert wird.
Bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung, bei der als Eigenschaften im Schichtsystem Wärmebehandelbarkeit, Sonnenschutz, Dauerhaftigkeit und Abriebfestigkeit gewünscht sind, ist darauf zu achten, daß das mit dem Si zu vermischende leitfähige Element so gewählt wird, daß die letztendlich gebildete Si₃N₄-Schicht ihre Zwecke und Eigenschaften nicht verliert. Somit ist es bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung für die meisten vorgesehenen Systeme bevorzugt, das leitfähige Element auf geringe Mengen zu beschränken, die in der Regel weniger als etwa 10% und vorzugsweise weniger als etwa 5% betragen. Derartige Elemente sollten ferner im allgemeinen eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. In Betracht kommen Metalle wie Gold, Platin und Nickel. Für die meisten hier vorgesehenen Zwecke sind jedoch die Metalle Titan, Zirconium, Chrom, Hafnium und deren Gemische bevorzugt. Diese Elemente sind bevorzugt, da sie im allgemeinen Nitride bilden, die elektrisch leitfähig sind und optisch und mechanisch das Primärmaterial Si₃N₄ nicht beeinträchtigen (und damit verträglich sind). Sofern sie Nitride bilden, ist jedoch die Menge eines derartigen Nitrids auf ein Minimum zu reduzieren. Sofern ein Silicid dieser Metalle gebildet wird, wird angenommen, daß es sich dabei um ein Zwischenprodukt handelt, das schnell in seine jeweiligen Nitride zerfällt. Es ist jedoch in jedem Fall mit dem Si₃N₄ verträglich und führt in jedem Fall in dem Maße, in dem es zurückbleiben kann, nicht zu einer optischen oder mechanischen Beeinträchtigung des Si₃N₄.
Ein besonders bevorzugtes Target zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein mit etwa 5% Titan dotiertes Si-Target. Es hat sich herausgestellt, daß die gebildete resultierende Schicht bzw. die gebildeten resultierenden Schichten (z. B. das Si₃N₄ gemäß den 1–6) etwa 95% Si₃N₄, Rest Titannitrid, enthält bzw. enthalten. Es hat sich herausgestellt, daß diese geringe Menge an Titannitrid die bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung gewünschten optischen Eigenschaften, mechanischen Eigenschaften, chemischen Eigenschaften, Farbeigenschaften oder Wärmebehandelbarkeitseigenschaften nicht maßgeblich beeinträchtigt. Ganz analog ist auch Zirconium-, Chrom- oder Hafniumnitrid für die Zwecke der Erzielung von Produktionseffizienz in ungefähr den gleichen Mengen tolerierbar.
Die Erfindung wird nun anhand von bestimmten Beispielen hierfür erläutert:
BEISPIELE
Die folgenden Schichtsysteme wurden unter Verwendung eines oder mehrerer Si-Targets (mit 5% Aluminium dotiert) und herkömmlicher Sputterbeschichtungstechniken wie angegeben durch Sputterbeschichtung auf Klarglassubstrate aufgebracht. Die verwendeten Prüfungen auf chemische Beständigkeit und Dauerhaftigkeit sind weiter oben bereits beschrieben worden. Als Wärmebehandlung kam ein typisches Temperverfahren zur Anwendung, bei dem die Probe 5 Minuten auf 1265°F (685°C) erhitzt wurde. Die Wärmebehandlungsproben waren 3 Zoll × 3 Zoll bzw. 4 Zoll × 4 Zoll große Quadrate.
BEISPIEL 1 (Stand der Technik)
Durch Sputterbeschichtung wurde ein Schichtsystem eines Beispiels des Standes der Technik, wie es in den Schutzbereich der oben aufgeführten eigenen US-PS 5,229,194 fällt, hergestellt. Bei dem so gebildeten Schichtsystem. handelte es sich vom Glas nach außen um SnO₂/MO_x/M/O/MO_x/SnO₂ mit M = Legierung Haynes 214. Das Produkt wies eine hervorragende Wärmebehandelbarkeit und einen R_s von 79 Ohm/Qu. auf. Bei der Prüfung auf chemische Beständigkeit (d. h. Prüfung durch Kochen mit 5%iger HCl bei 220°C über einen Zeitraum von 1 Stunde) fiel es jedoch vor der Wärmebehandlung nach 5 Minuten und nach der Wärmebehandlung nach 12 Minuten durch. Die Taber-Abriebprüfung wurde insofern bestanden, als die Durchlässigkeit sich vor der Wärmebehandlung bei 300 Umdrehungen um 7,6%, nach der Wärmebehandlung bei 300 Umdrehungen aber nur um 1,2% änderte. Daraus gehen recht annehmbare mechanische Dauerhaftigkeitseigenschaften hervor. Trotz seiner etwas niedrigen chemischen Beständigkeit bei der Kochprüfung hat sich dieses Beschichtungssystem des Standes der Technik für viele Anwendungen, bei denen eine sehr stark verringerte Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich gefordert ist und diese Art von chemischer Beständigkeit kaum oder gar nicht von Bedeutung ist, als hervorragend herausgestellt. Als Beispiel hierfür sei die Verwendung in verspiegelten Fenstern in Automobilen genannt. In diesem Zusammenhang weist dieses Beispiel des Standes der Technik eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von etwa 23% auf.
BEISPIELE 2–24
Unter Verwendung von Standardsputterbeschichtungstechniken und innerhalb der oben aufgeführten
Richtlinien liegenden Dicken wurde nun zu

Vergleichszwecken eine Reihe von Schichtfilmen hergestellt. Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten:

Bei- spiel Nr.	Schichtsystem	Wärme- behandlung	Kochen mit Säure
2	SNO₂/214OX/214-O/214OX/SNO₂/Si₃N₄	D	D
3	SNO₂/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄	B	B
4	SNO₂/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄/SNO₂		BB
5	Si₃N₄/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄	B	B
6	Si₃N₄/214/Si₃N₄	B	B
7	Si₃N₄/214-N/Si₃N₄	B	D
8	Si₃N₄/214-N/Si₃N₄	B	D
9	Si₃N₄/214-N/Si₃N₄	B	D
10	Si₃N₄/214/Si₃N₄	B	B
11	Si₃N₄/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄**
12	Si₃N₄/214/Si₃N₄/214/Si₃N₄		BB
13	Si₃N₄/214/Si₃N₄/214/Si₃N₄		BB
14	Si₃N₄/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄	B	B
15	Si₃N₄/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄/214OX/214-O/214OX/Si₃N₄	B	B
16	Si₃N₄/214-O/Si₃N₄	B	B
17	***Si₃N₄/Ni/Si₃N₄	B	B
18	Si₃N₄/Ni/Si₃N₄/Ni/Si₃N₄	B	B
19	Si₃N₄/Ni/Si₃N₄/Ni/Si₃N₄	B	B
20	Si₃N₄/SS-316/Si₃N₄	B	-
21	Si₃N₄/SS-316/SNO₂	B	-
22	Si₃N₄/(80/20)/Si₃N₄	B	B
23	****Si₃N₄/(80/20)-O/Si₃N₄	B	B
24	Si₃N₄/(80/20)-O/Si₃N₄	B	B

Die Beispiele 20 und 21 sind dabei nur Vergleichsbeispiele.

*B = Prüfung bestanden
*BB = Prüfung sowohl vor als auch nach Wärmebehandlung bestanden
*D = Durch die Prüfung gefallen
**Dieses Schichtsystem wurde sowohl vor als auch nach Wärmebehandlung der Taber-Prüfung unterzogen. Die Prüfung wurde jeweils bestanden.
***Dieses Schichtsystem wies eine geringe Emissivität auf (E_n = 17).
****Bei (80/20) handelt es sich um eine Legierung aus 80 Gew.-% Ni und 20 Gew.-% Chrom

Die Beispiele 22–24 in der obigen Tabelle (hier als 2A, B und C aufgeführt) wurden folgendermaßen auf einer Sputterbeschichtungsapparatur ILS-1600 von Airco unter Verwendung von 5/32-Zoll-Klarglas hergestellt. Dabei wurden die folgenen Bedingungen angewandt:

Linie Nr.	Film-Schicht	Basisdruck IG	GAS 1: Ar	GAS 2: N₂(O₂)
Linie Nr.	Film-Schicht	Basisdruck IG	Fluß (sccm)	Kap. Mono.	Fluß (sccm)	Kap. Mono.
1	Si₃N₄	4,1 × 10^–6	25	5,5 × 10^–4	25	8,8 × 10^–9
2A	80/20	2,0 × 10^–6	40	6,9 × 10^–4
2B	80/20-O	1,5 × 10^–6	40	7,1 × 10^–4	3 (O₂)	7,5 × 10^–4
2C	80/20-O	2,0 × 10^–6	40	7,1 × 10	6 (O₂)	7,8 × 10^–4
3	Si₃N₄	2,5 × 10^–6	25	5/8 × 10^–4	25	9,0 × 10^–4

Beispiel 24 wies vor der Wärmebehandlung einen E_n-Wert (bei 10 Mikron) von 0,34 und einen R_s-Wert von 58,1 auf.
Nach der Wärmebehandlung betrug der R_s-Wert 28,0 und der E_n-Wert 0,23. Mit Lichtart C, 2°-Beobachter wurden vor und nach der Wärmebehandlung die folgenden Werte erhalten: Vor der Wärmebehandlung:

TY 19,42 RGY 16,11 RFY 34,48

x 0,2873 x 0,3259 x 0,3459

y 0,2967 y 0,3255 y 0,3556

a –1,24 a –1,87 a –0,96

b –6,77 b –3,53 b +15,11

Nach der Wärmebehandlung:

TY 26,28 RGY 12,61 RFY 28,36

x 0,2869 x 0,3209 x 0,3558

y 0,2986 y 0,3173 y 0,3641

a –2,17 a +2,58 a –0,41

b –7,04 b +1,19 b +17,54
Alle drei Produkte erwiesen sich als wärmebehandelbar, dauerhaft und chemisch beständig.

Beispiel 17 in obiger Tabelle wurde auf ähnliche Art und Weise unter Verwendung von 5/32-Zoll-Klarglas ausgebildet, wobei die Betriebsbedingungen gemäß den nachfolgenden Angaben geringfügig variiert wurden, um 3 Proben a, b und c zu erhalten. Beim Aufsputtern der Ni-Schicht wurde mit 10% O₂ unter 10 Minuten Aufheizen angefahren und dann abgeschaltet. Alle Proben waren wärmebehandelbar, chemisch beständig und dauerhaft. Die folgenden Betriebsbedingungen kamen zur Anwendung:

Linie Nr.	Filmschicht	Basisdruck IG	GAS 1: Ar			GAS 2: N₂
Linie Nr.	Filmschicht	Basisdruck IG	Fluß (sccm)	Kap. Mono.	Fluß (sccm)	Kap. Mono.
1	Si₃N₄	7,8 × 10^–6	25	4,8 × 10^–4	25	7,1 × 10^–4
2a	Ni	6,0 × 10^–6	80	1,6 × 10^–3
2b	Ni	8,4 × 10^–6	80	1,6 × 10^–3
2c	Ni	2,2 × 10^–6	80	1,6 × 10^–3
3	Si₃N₄	8,4 × 10^–6	25	5,4 × 10^–4	25	8,2 × 10^–4

Für Beispiel 17 wurden mit Lichtart C, 2°-Beobachter, vor und nach der Wärmebehandlung die folgenden Werte erhalten: Vor der Wärmebehandlung:

TY 23,48 RGY 12,74 RFY 31,94

x 0,2847 x 0,3369 x 0,3418

y 0,2948 y 0,33444 y 0,3499

a –1,56 a –2,27 a –0,47

b –7,97 b +6,02 b +12,77

Nach der Wärmebehandlung:

TY 22,44 RGY 14,45 RFY 32,41

x 0,2835 x 0,3370 x 0,3390

y 0,2932 y 0,3367 y 0,3461

a –1,41 a +1,78 a –0,17

b –8,37 b +6,72 b +11,48
Der Schichtwiderstand R_s betrug vor der Wärmebehandlung 23,5 und nach der Wärmebehandlung 17,0. Die normale Emissivität (E_n) betrug vor der Wärmebehandlung 0,24 und nach der Wärmebehandlung 0,17. Beispiel 17 war wärmebehandelbar, dauerhaft und chemisch beständig.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Beispiel 11 in obiger Tabelle wurde eine 8 Zoll × 8 Zoll große Probe aus 5/32 Zoll dickem Klarglas hergestellt, wobei die Sputterbeschichtungsapparatur unter den folgenden Bedingungen betrieben wurde:
Der Schichtwiderstand betrug vor der Wärmebehandlung 82,6 und nach der Wärmebehandlung 46,1. Die normale Emissivität (E_n) betrug vor der Wärmebehandlung 0,48 und nach der Wärmebehandlung 0,33. Mit Lichtart C, 2°-Beobachter wurden vorher und nachher die folgenden Werte erhalten: Vor der Wärmebehandlung:

TY 26,04 RGY 12,29 RFY 29,27

x 0,2869 x 0,3319 x 0,3436

y 0,2958 y 0,3327 y 0,3527

a –1,17 a +1,40 a –0,74

b –7,76 b +5,15 b +13,30

Nach der Wärmebehandlung:

TY 28,34 RGY 11,54 RFY 26,69

x 0,2895 x 0,3321 x 0,3395

y 0,2988 y 0,3341 y 0,3472

a –1,34 a +1,09 a –0,31

b –6,88 b +5,32 b +11,09
Die Taber-Prüfung ergab vor der Wärmebehandlung eine Änderung von 7,6%. Nach der Wärmebehandlung betrug die Änderung nur 1,2%. Das Produkt war wärmebehandelbar, dauerhaft und chemisch beständig.
Die Beispiele 12 und 13 aus der obigen Tabelle wurden auf ähnliche Art und Weise hergestellt und wiesen bessere Wärmebehandelbarkeit und hervorragende chemische Beständigkeit auf. Beispiel 12 war dunkel, Beispiel 13 dagegen nicht. Die folgenden Betriebsbedingungen kamen zur Anwendung:
BEISPIEL 25

Auf einer Produktionssputterbeschichtungsapparatur wurde unter Verwendung eines typischen 5/32-Zoll-Floatglases und Haynes 214 als Metall ”M” ein für architektonische Zwecke und Automobilzwecke geeigneter beschichteter Glasgegenstand hergestellt. Das resultierende Schichtsystem ist in 1B dargestellt, wobei die Si₃N₄-Unterschicht eine Dicke von ungefähr 550 Å, die Schicht aus Haynes 214 eine Dicke von ungefähr 100 Å und die Si₃N₄-Oberschicht eine Dicke von ungefähr 275 Å aufwies. Es wurde eine herkömmliche Mehrzonen-Architektursputterbeschichtungsapparatur von Airco(Solar Products)-Temescal gemäß 7 verwendet, deren verschiedene Teile in nachstehendem Beispiel 26 näher erläutert werden. Die folgenden Betriebsbedingungen kamen zur Anwendung:

Beschichtungszone	Kathode Nr.	Material	Volt	Ampere	L (KW)
1	1	Si	417	60,7	25,3
	2	Si	428	97,7	41,8
	3	Si	412	97,0	40,0
	4	Si	419	69,8	29,2
	5	Si	409	90,0	36,8
	6	Si	448	92,9	41,6
2	7	Si	415	70,7	29,3
	8	Si	417	42,5	17,7
	9	Si	431	86,3	37,2
	10	Si	416	81,6	33,9
	11	Si	420	86,3	36,2
	12	Si	430	90,4	38,8
3	31	214	469	36,9	17,3
	32	214	462	36,7	17,0
	33	214	463	36,1	16,7
4	19	214	426	18,9	8,1
5	25	Si	402	30,9	12,4
	26	Si	433	66,1	28,6
	27	Si	410	75,1	30,8
	28	Si	418	49,9	20,9
	29	Si	452	70,8	32,0
	30	Si	424	71,3	30,2

ZONE 1

Gase	Argon und Stickstoff
Gasverhältnis	80% N₂, 20% Ar
Gasflüsse	1448 N₂, 365 Ar
Drosseln	10%
Flußverhältnis	A	B	C	D	E
	21	29	0	29	21	(%)
Druck	2,0 × 10^–3 Torr

ZONE 2

Gase	Argon und Stickstoff
Gasverhältnis	80% N₂, 20% Ar
Gasflüsse	1856 N₂, 433 Ar
Drosseln	9%
Flußverhältnis	A	B	C	D	E
	24	26	0	26	24	(%)
Druck	2,1 × 10^–3 Torr

ZONEN 3 UND 4

Gase	Argon (100%)
Gasfluß	1821 sccm Ar
Drosseln	17%
Flußverhältnis	A	B	C	D	E
	20	20	20	20	20	(%)
Druck	2,0–2,1 × 10^–3 Torr

ZONE 5

Gase	Argon und Stickstoff
Gasverhältnis	80% N₂, 20% Ar
Gasflüsse	1421 N₂, 312 Ar
Drosseln	14%
Flußverhältnis	A	B	C	D	E
	19	31	0	31	19	(%)
Druck	2,2 × 10^–3 Torr

Bei der Prüfung des resultierenden Produkts wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

I. (a) Durchlässigkeit im sichtbaren Be- reich (Lichtart C, 2°-Beobachter):
Vor der Wärmebehandlung	23%
Nach der Wärmebehandlung	22%
(b) Reflexion:
Vor der Wärmebehandlung
Glasseite:	≈ 15–16%
Filmseite:	≈ 22–24%
Nach der Wärmebehandlung
Glasseite:	≈ 14–45%
Filmseite:	≈ 17–18%
(c) Emissivität (E_n):
Vor der Wärmebehandlung	0,50
Nach der Wärmebehandlung	0,55
(d) Schichtwiderstand (Ohm pro Qu.):
Vor der Wärmebehandlung	60,0
Nach der Wärmebehandlung	73,5
II. Dauerhaftigkeit (mechanisch) (nur Taber-Prüfung)
Vor der Wärmebehandlung	8–9%
Nach der Wärmebehandlung	5–6%
III. Chemische Beständigkeit (Kochprüfung)
Vor der Wärmebehandlung	Bestanden
Nach der Wärmebehandlung	Bestanden

BEISPIEL 26
Es wird eine herkömmliche Mehrzonen-Architektursputterbeschichtungsapparatur bekannter Bauart von Airco(Solar Products)-Temescal verwendet. Diese Beschichtungsapparatur ist in 7 schematisch dargestellt. In den Beschichtungszonen 1, 2, 4 und 5 werden drei Kathoden mit jeweils zwei drehbaren Targets verwendet. In Beschichtungszone Nr. 3 werden drei Kathoden mit jeweils einem planaren Target verwendet.
Daraus ergeben sich die Targets 1–27 (z. B. Beschichtungszone Nr. 1, Kathodenraum Nr. 1, Target ”1”). Das hier als Flachglasscheibe (d. h. in Form eines flachen, noch zu biegenden und/oder zu tempernden Teils) dargestellte Glassubstrat (G) wird auf einer Walze durch die Sputterbeschichtungsapparatur von Airco befördert, deren Zonen auf bekannte Art und Weise durch Wände (F) mit einem einstellbaren Tunnel (T) im unteren Ende abgeteilt sind. Üblicherweise sind Vorwäsche (W₁) und Nachwäsche (W₂) vorgesehen.
Mit dieser Apparatur wurde das Schichtsystem gemäß 1B hergestellt, wobei es sich bei dem Metall ”M” um eine weitgehend reine Nickel-Chrom-Metallegierung (Ni:Cr im Gewichtsverhältnis 80:20) handelt. Alle 12 Targets in den Beschichtungszonen Nr. 1 und Nr. 2 bestehen aus dem gleichen Metall (z. B. mit etwa 5% Aluminium dotiertem Silicium), aus dem eine Siliciumnitridschicht gebildet wurde. In diesem Fall wurden Zone 1 und Zone 2 mit einer Atmosphäre aus 80% N₂ und 20% Argon auf ungefähr 2–3 Mikron (2–3 × 10^–3 Torr) eingestellt. Beim Durchlaufen der Zonen Nr. 1 und Nr. 2 bei dem oben aufgeführten Druck wurde auf das Glas G Siliciumnitrid als Schicht ”A” bis zu einer Dicke von ungefähr 500 Å aufgebracht.
Wenn das Glas (G) in Beschichtungszone Nr. 3 gelangt, wird mit Hilfe der Kathoden 7, 8 und 9 in Argon bei einem Druck von 1–2 Mikron (1–2 × 10^–3 Torr) eine Schicht aus reiner Nickel-Chrom-Metallegierung (80–20) aufgesputtert. Dabei wurde eine Dicke von ungefähr 150 Å erhalten.
Das Glas (G) wurde dann durch die Beschichtungszone Nr. 4 bewegt, die mit einer Atmosphäre aus 80% N₂ und 20% Argon auf einen Druck von etwa 2–3 Mikron (2–3 × 10^–3 Torr) eingestellt war. Mit Hilfe der Kathoden 10, 11 und 12 (sechs Targets aus metallischem Silicium) wurde eine Schicht aus Siliciumnitrid aufgebracht. Dann wurde das Glas durch Beschichtungszone Nr. 5 bewegt, die ebenfalls mit einer Atmosphäre aus 80% N₂ und 20% Argon auf einen Druck von ungefähr 2–3 Mikron (2–3 × 10^–3 Torr) eingestellt war. Zum Aufbringen von weiterem Siliciumnitrid werden in dieser Beschichtungszone insgesamt sechs Targets verwendet. Alle Siliciumtargets bestanden aus 95 Gew.-% Si und 5 Gew.-% Al. Die Gesamtdicke der in den Zonen 4 und 5 erzeugten Oberschicht aus Si₃N₄ betrug ungefähr 300 Å. Hiermit wird das wärmebehandelbare Beschichtungssystem vervollständigt.
Die folgenden Verfahrensbedingungen kamen zur Anwendung:

Liniengeschwindigkeit: 200 Zoll/min
Glasdicke und -art: 3,9 mm, Grünstich

Die folgenden optischen Eigenschaften wurden erhalten: Optische Eigenschaften nach Beschichtung, Lichtart ”C”, 2°-Beob.

TY 22,65 RGY 16,02 RFY 22,43

a* –4,53 A* –2,51 a* +1,21

b* –8,82 B* –0,45 b* +27,12

Schichtwiderstand = 65,3 Ohm/Qu.
Normale Emiss. = 0,50

TY 23,04	RGY 15,37	RFY 23,46
a* –4,07	A* –3,52	a* +0,04
b* –7,13	B* +1,15	b* +22,15

Schichtwiderstand = 47,3 Ohm/Qu.
Normale Emiss. = 0,45

ΔT +0,39	ΔRG –0,65	ΔRF +1,03
ΔE 1,87	ΔE 1,09	ΔE 5,90

ΔSchichtwiderstand = –18,0 Ohm/Qu.
ΔNormale Emissivität = –0,05

Nach Beschichtung		Keine Änderung der physikali- schen Eigenschaften nach Kochen (230°F) in 5%iger HCl über einen Zeitraum von einer Stunde
Nach Erhitzen		Keine Änderung der physikali- schen Eigenschaften nach Kochen (230°F) in 5%iger HCl über einen Zeitraum von einer Stunde

Taber-Abriebprüfung: ΔT (Durchlässigkeit) bei 300
Zyklen und 500 Gramm Belastung
Nach Beschichtung ΔT = 8,1%
Nach Erhitzen ΔT = 6,3%
*(Wärmebehandlung erfolgte bei 665°C zyklisiert über einen automatisierten Zeitraum von 16 Minuten)

BEISPIEL 27
Dieses Beispiel wurde auf der in obigem Beispiel 26 beschriebenen Apparatur hergestellt. Dabei wurde unter Beibehaltung der gleichen Kathode, der gleichen Target-Gasverhältnisse, der gleichen Drücke und der gleichen Verfahrensbedingungen wie in Beispiel 26 in den Beschichtungszonen Nr. 1 und 2 eine Unterschicht aus Si₃N₄ (und etwas Aluminiumnitrid aus dem Dotierstoff) mit der gleichen Dicke wie in Beispiel 26 hergestellt. In den Beschichtungszonen Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 wurden die Verfahrensbedingungen jedoch geändert.
Die Gaszusammensetzung in Beschichtungszone Nr. 3 wurde von 100% Argon durch eine Atmosphäre aus 95% Argon und 5% Sauerstoff bei dem gleichen Druck ersetzt, und die Leistung wurde bei den Targets in der Beschichtungszone Nr. 3 erhöht, so daß sich auf dem Glas (G) eine metallische Schicht mit ähnlicher Dicke wie in Beispiel 26 ergab. Das gebildete Schichtsystem entsprach
2B, wobei es sich bei M um die gleiche Ni/Cr-Legierung wie in Beispiel 26 handelte, die aber hier teilweise oxidiert war. Das Glas wurde durch die Beschichtungszonen Nr. 4 und Nr. 5 geführt, wo wie zuvor auf der metallischen, nunmehr teilweise oxidierten Schicht (M/O) eine Siliciumnitridschicht gebildet wurde. Diese Oberschicht aus Si₃N₄ wurde etwas dünner als in Beispiel 26 gehalten, um den wünschenswerten optischen Eigenschaften von Beispiel 26 näherzukommen. Der Vorteil des Beschichtungssystems in diesem Beispiel gegenüber Beispiel 26 besteht darin, daß der Schichtwiderstand (und die normale Emissivität) des Produkts, der nach der Wärmebehandlung tatsächlich erhalten wird, im Bereich typischer Beschichtungen mit geringer Emissivität liegt. Dieses Beschichtungssystem kann somit mehr Infrarotenergie reflektieren als das Beschichtungssystem in Beispiel 26. Die chemische Dauerhaftigkeit ist im Vergleich zu Beispiel 26 nur geringfügig verringert, aber die mechanische Dauerhaftigkeit ist gegenüber der bereits guten Dauerhaftigkeit von Beispiel 26 noch verbessert.
Die folgenden Verfahrensbedingungen kamen zur Anwendung:
Die folgenden optischen Eigenschaften wurden erhalten: Optische Eigenschaften nach Beschichtung, Lichtart ”C”, 2°-Beob.

TY 18,70 RGY 12,76 RFY 25,12

a* –5,06 A* –0,43 a* +0,40

b* –1,04 B* –4,27 b* +24,56

Schichtwiderstand = 104,5 Ohm/Qu.
Normale Emiss. = 0,55

TY 23,59	RGY 10,77	RFY 21,61
a* –5,46	A* –0,36	a* +0,54
b* –3,47	5* –4,84	b* +26,77

Schichtwiderstand = 15,2 Ohm/Qu.
Normale Emiss. = 0,183

ΔT +4,89	ΔRG –1,99	ΔRF –3,51
ΔE 6,03	ΔE 3,45	ΔE 4,74

ΔSchichtwiderstand = –89,3 Ohm/Qu.
ΔNormale Emissivität = –0,37

Nach Beschichtung	Geringe Änderung der physika- lischen Eigenschaften nach Kochen (230°F) in 5%iger HCl über einen Zeitraum von einer Stunde
Nach Erhitzen	Geringe Änderung der physika- lischen Eigenschaften nach Kochen (230°F) in 5%iger HCl über einen Zeitraum von einer Stunde

Taber-Abriebprüfung: ΔT (Durchlässigkeit) bei 300
Zyklen und 500 Gramm Belastung
Nach Beschichtung ΔT = 3,1%
Nach Erhitzen ΔT = 1,8%

Claims

Glasgegenstand, umfassend ein Glassubstrat mit einem durch Sputterbeschichtung darauf aufgebrachten Schichtsystem, das vom Glassubstrat nach außen umfasst: (a) zumindest eine im Wesentlichen metallische Schicht aus Ni, NiCr 80/20 (Gew.-%) oder Haynes 214 Legierung; und (b) eine Oberschicht von Siliziumnitrid (Si₃N₄); wobei (c) dieses Schichtsystem keine metallische Infrarot-reflektierende Schicht, anders als die zumindest eine im Wesentlichen metallische Schicht von Ni, NiCr 80/20 (Gew.-%) oder Haynes 214 Legierung umfasst; und wobei (d) diese zumindest eine im Wesentlichen metallische Schicht und diese Oberschicht von Siliziumnitrid (Si₃N₄) jeweils von ausreichender Dicke sind, so dass bei einem Glassubstrat mit einer Dicke von etwa 1,5–13 mm und dem darauf befindlichen Schichtsystem der so beschichtete Glasgegenstand wärmebehandelbar ist und eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich von etwa 1–80% und eine normale Emmissivität (E_n) von etwa 0,10 bis 0,60 aufweist.
Glasgegenstand nach Anspruch 1, wobei die Schicht (a) weitgehend nitridfrei ist und wobei der so beschichtete Glasgegenstand haltbar und chemisch beständig ist.
Glasgegenstand nach Anspruch 2, wobei das Schichtsystem eine Unterschicht von Siliziumnitrid (Si₃N₄) aufweist, die zwischen der im Wesentlichen metallischen Schicht und dem Glassubstrat angeordnet ist.
Glasgegenstand nach Anspruch 2, wobei die im Wesentlichen metallische Schicht eine geringe Menge eines Metalloxids des Metalls in der metallischen Schicht umfasst.
Glasgegenstand nach Anspruch 4, wobei das Schichtsystem eine Unterschicht von Siliziumnitrid (Si₃N₄) umfasst, die zwischen der im Wesentlichen metallischen Schicht und dem Glassubstrat angeordnet ist.
Glasgegenstand nach Anspruch 5, wobei das Schichtsystem weiter eine im Wesentlichen stöchiometrische Metalloxidschicht über der im Wesentlichen metallischen Schicht umfasst und eine weitere im Wesentlichen stöchiometrische Metalloxidschicht unter der im Wesentlichen metallischen Schicht.
Glasgegenstand nach Anspruch 6, bei dem die Unterschicht und die Oberschicht aus weitgehend stöchiometrischem Metalloxid jeweils an die im Wesentlichen metallische Schicht angrenzen.
Glasgegenstand nach Anspruch 1, bei dem das Schichtsystem mehrere alternierende, im Wesentlichen metallische Schichten aufweist und es sich bei der Schicht aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) um eine zwischen dem Glassubstrat und der ersten der mehreren im Wesentlichen metallischen Schichten angeordnete Unterschicht handelt.
Glasgegenstand nach Anspruch 8, bei dem die Schicht (a) im Wesentlichen nitridfrei ist, und der so beschichtete Glasgegenstand haltbar ist und chemisch beständig.
Glasgegenstand nach Anspruch 9, bei dem wenigstens eine der im Wesentlichen metallischen Schichten eine geringe Menge eines Metalloxids des Metalls in der metallischen Schicht aufweist.
Glasgegenstand nach Anspruch 8, wobei das Metall in jeder der im Wesentlichen metallischen Schichten dieselbe Nickellegierung ist und wobei die Siliziumnitridschichten eine geringe Menge eines leitfähigen Metalls enthalten.
Verfahren zum Wärmebehandeln eines beschichteten Glasgegenstands, umfassend die folgenden Schritte: (a) Sputterbeschichten des Schichtsystems nach Anspruch 1 auf ein Glassubstrat; und danach (b) Unterziehen dieses beschichteten Glassubstrats einer Wärmebehandlung aus der Gruppe bestehend aus Biegen, Tempern, Wärmehärten und Kombinationen davon; (c) wobei nach dieser Wärmebehandlung der resultierende Gegenstand eine normale Emmissivität (E_n) von etwa 0,1 bis 0,60 und eine Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich von etwa 1 bis 80% aufweist und wobei die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und für Sonnenlicht durch die Wärmebehandlung weniger als etwa 20% verändert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und für Sonnenlicht durch die Wärmebehandlung um weniger als etwa 10% geändert wurde, und wobei die Schicht (a) weitgehend nitridfrei ist und wobei der beschichtete Glasgegenstand sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung haltbar ist und chemisch beständig.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und für Sonnenlicht durch die Wärmebehandlung um weniger als etwa 2% verändert wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schichtwiderstand (R_s) durch die Wärmebehandlung um nicht mehr als etwa 10% erhöht wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schichtwiderstand (R_s) durch die Wärmebehandlung nicht erhöht wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schichtwiderstand (R_s) durch die Wärmebehandlung gesenkt wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Schichtsystem keine Silberschicht enthält, wobei die Schicht (a) im Wesentlichen nitridfrei ist, und wobei der beschichtete Glasgegenstand sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung haltbar ist und chemisch beständig.
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Schritte weiter umfassen das Sputterbeschichten einer Unterschicht aus Siliziumnitrid (Si₃N₄), die zwischen der im Wesentlichen metallischen Schicht und dem Glassubstrat angeordnet ist, auf das Substrat.
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei die im Wesentlichen metallische Schicht eine geringe Menge eines Metalloxids des Metalls in dieser metallischen Schicht umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 20, wobei diese Schritte weiter das Sputterbeschichten einer Unterschicht von Siliziumnitrid auf das Substrat umfassen, die zwischen der im Wesentlichen metallischen Schicht und dem Glassubstrat angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei diese Schritte weiter umfassen das Aufsputtern einer im Wesentlichen stöchiometrischen Metalloxidschicht als Oberschicht über der im Wesentlichen metallischen Schicht und das Sput terbeschichten einer weiteren im Wesentlichen stöchiometrischen Metalloxidschicht als Unterschicht unter der im Wesentlichen metallischen Schicht.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Sputterbeschichtung der Unter- und Oberschichten aus im Wesentlichen stöchiometrischen Metalloxiden direkt vor bzw. direkt nach der Sputterbeschichtung der im Wesentlichen metallischen Schicht erfolgt, so dass diese daran angrenzen.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 621,1–1060,9°C (1150°F–1450°F) durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Siliziumnitridschicht eine geringe Menge eines leitfähigen Metalls enthält.