DE2820678C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmestrahlung reflektierendes Glas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Seit einigen Jahren hat sich der Einsatz von Wärmestrahlung reflektierenden Gläsern als Verglasungen im wesentlichen Umfang durchgesetzt, weil mit derartigen Gläsern ein wirtschaftliches Beheizen und Kühlen von Gebäuden und Fahrzeugen ermöglicht wird und im Inneren der Gebäude und Fahrzeuge eine angenehme Umgebung gewährleistet wird. Ferner wird der durch derartige Verglasungen erzeugte Spiegeleffekt in der architektonischen Gestaltung ausgenutzt.

Konventionelle Gläser mit diesen Eigenschaften sind im allgemeinen mit einem Metallfilm aus Chrom, Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber, Gold überzogen oder es werden gefärbte Gläser verwendet, die mit einem Metalloxidfilm (Fe, Co, Cr, Ni, Ti, Sn) überzogen sind. Um mit derartigen Gläsern eine angenehme Innenraumatmosphäre zu erhalten, ist es erforderlich, daß der Transmissionsfaktor für sichtbare Strahlung oberhalb 25% liegt. Diese Bedingung läßt sich bei den konventionellen Gläsern in befriedigender Weise nur mit einer Gold- oder Kupferschicht erreichen. Allerdings besitzen diese Schichten eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen und chemischen Einwirkungen. Somit sind beim Einsatz derartiger Gläser besondere Schutzvorkehrungen zu treffen. Hierzu verwendet man häufig zusätzliche Scheiben, welche unmittelbar vor der Metallschicht angeordnet werden und somit diese gegenüber Abrieb und witterungsbedingten Einflüssen schützen.

Schließlich ist es bekannt (DE-OS 25 26 209), Gläser mit einem Überzug zu versehen, der aus elementarem Silicium besteht. Damit erhält man einen dauerhaften Überzug, mit dem die Sonnenstrahlung bzw. deren Durchlässigkeit beeinflußt werden kann. Hierbei handelt es sich allerdings nicht um ein sog. Wärmeglas, welches mit einer Metalloxidschicht versehen ist.

Schließlich sind Gläser mit mehreren Schichten bekannt (US-PS 39 78 272), bei denen auf dem Glassubstrat eine Schicht aus Silber und darauf eine weitere Schicht aus einem Metalloxid aufgebracht wird. Nach der DE-OS 26 02 256 wird eine Glasoberfläche derart behandelt, daß ein darauf aufgebrachtes Metall in die kontaktierte Glasoberfläche wandert. Als Metall wird hierfür eine Legierung auf Zinnbasis verwendet, wobei eine Legierungskomponente gegebenenfalls Silizium sein kann. Auch hierbei handelt es sich somit um ein mit einer Metalloxidschicht belegtes Glas der bereits oben geschilderten Art.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmestrahlung reflektierendes Glas zu schaffen, welches einen Transmissionsfaktor für sichtbare Strahlung von über 25%, einen Reflexionsfaktor für sichtbare Strahlung von über 40% sowie eine ausreichend hohe chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit der aufgebrachten Schichten aufweist, so daß das Glas als Einfachverglasung verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet.

Durch die Verwendung der beiden erfindungsgemäß gekennzeichneten Schichten miteinander ergibt sich ein Glas mit den gewünschten Eigenschaften mit Hinsicht auf den Transmissions- und Reflexionsfaktor für sichtbare Strahlung, welches zudem eine ausreichend hohe chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit der aufgebrachten Schichten aufweist. Somit entfällt das Erfordernis, vor diesen Schichten zusätzliche Scheiben zum Schutze dieser Schichten zu verwenden. Überraschend hat es sich hierbei gezeigt, daß das mit der Verwendung der beiden erfindungsgemäßen Schichten erzielte Ergebnis sich von den einzelnen Eigenschaften der einzelnen Schichten abhebt bzw. unterscheidet, mithin das Gesamtergebnis nicht eine bloße Addition von Eigenschaften der an sich bekannten einzelnen Schichten darstellt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Gläser zeigen eine höhere Widerstandsfähigkeit als Gläser mit einer unmittelbar aufgebrachten Metalloxidschicht auf. Dies beruht offenbar darauf, daß die zwischen dem Glas und der Metalloxidschicht angeordnete Schicht aus elementarem Silicium die Metalloxidschicht vor dem Angriff der im Glas befindlichen Natriumionen schützt. Zugleich wird die Siliciumschicht von der ausgezeichnete optische Eigenschaften aufweisenden Metalloxidschicht geschützt.

Vorteilhafte optische Eigenschaften und eine hohe chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit wird dadurch begünstigt, wenn die zweite Schicht ein Oxidfilm von Titan, Aluminium, Silicium oder Zinn ist. In diesem Sinne wirkt sich auch die Maßnahme aus, daß die zweite Schicht ferner eine geringe Menge Mangan-, Chrom- oder Eisenoxid enthält.

Für die optischen Eigenschaften ist es vorteilhaft, wenn die zweite Schicht eine Dicke von 30 bis 50 nm aufweist.

Zwar ist es bei der Herstellung von Kaltlichtspiegeln bekannt, eine unmittelbar auf der Glasoberfläche aufgebrachte reflektierende Schicht aus reinstem Silicium zu verwenden, wobei auf diese Schicht mehrere darauf aufgedampfte Dielektrikumsschichten aus abwechselnd höher- und niedrigbrechenden Substanzen vorgesehen sind. Damit lassen sich für Kinoprojektoren angestrebte Reflexionsgrade von über 90% erreichen, wobei jedoch die Herstellung derartiger Gläser mit einem derartigen Aufwand verbunden ist, der für die Herstellung von Gläsern, die als Verglasungen verwendet werden sollen, nicht mehr tragbar ist. Abgesehen davon würde die Vielzahl solcher Schichten zu besonderen Problemen mit Hinsicht auf die Alltagstauglichkeit von Verglasungen führen. Mithin ergeben sich daraus keine Hinweise zur Herstellung einer dauerhaften Beschichtung für eine Einfachverglasung.

Schließlich ist es bekannt (DE-AS 26 46 513), zwischen der Glasoberfläche und einer Metalloxidschicht eine Siliciumoxidschicht (Si₂O₃) zu verwenden, jedoch ergibt sich daraus kein Hinweis auf eine Schicht aus elementarem Silicium.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Gläser ist es zweckmäßig, wenn die erste Schicht aus elementarem Silicium auf der Oberfläche eines Tafelglases in einer sauerstofffreien Atmosphäre nach der Vakuumabscheidungsmethode oder der Dampfphasenabscheidungsmethode aufgebracht wird. Danach wird die zweite Schicht aufgebracht und zwar zweckmäßigerweise in oxidierender Atmosphäre durch Aufbringen einer Lösung, die eine zu dem vorgesehenen Metalloxid thermisch zersetzbare Metallverbindung enthält, wobei beim Aufbringen der Lösung das Glas auf einer Temperatur von 400 bis 640 Grad Celsius gehalten wird.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren einige erfindungsgemäße Beispiele beschrieben. Die Figuren zeigen in

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Anlage zur Herstellung von Wärmestrahlung reflektierenden Gläsern in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Darstellung eines Wärmestrahlung reflektierenden Glases und

Fig. 3 die optischen Eigenschaften, den Koeffizienten der Transmission (T) und des Reflexionsvermögens (R) der Wärmestrahlung reflektierenden Gläser im Vergleich mit dem herkömmlichen Erzeugnis.

Aus einem Glasschmelzofen 1 fließt schmelzflüssiges Glas in einen Behälter 3, der ein Bad von geschmolzenem Zinn 4 enthält. In dem Behälter 3 herrscht eine Atmosphäre wasserstoffhaltigen Stickstoffs. Das Glas wird auf dem geschmolzenen Zinn 4 von etwa 1000 auf etwa 600 Grad C abgekühlt und in ein Glasband 2 überführt.

Dann bewegt sich dieses Band, ganz von einer Ausziehwalze und einem Walzenförderer 6 getragen, gegen einen Rollenkühlofen 7.

Dort, wo die Temperatur des Glasbandes 2 auf dem Weg durch den Behälter 3 auf 640 bis 620 Grad C sinkt, bläst man über die ganze Oberfläche dieses Glasbandes aus einer Leitung 8, deren Austrittsöffnung die gesamte Breite überdeckt, ein erhitztes, Silandämpfe enthaltendes Inertgas. Durch Zersetzung des Silans scheidet sich ein Film 15 elementaren Siliciums auf der Oberfläche des Glasbandes ab.

Die noch nicht zersetzten Dämpfe und die verbrauchten, aus der Zersetzung stammenden Gase werden aus dem Metallschmelzbadbehälter 3 mit Hilfe einer Absaugleitung 9 abgesaugt.

Die Innenwand der Leitung 8 wird durch Wasserkühlung bei etwa 50 Grad C gehalten, so daß die Silandämpfe sich dort nicht zersetzen.

Die Leitung 8 und die Leitung 9 sind auf einem Träger 10 angebracht, der in Richtung der Breite des Glasbandes in einstellbarer Höhe getragen wird, um den Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Leitung und der Glasoberfläche so zu regeln, daß eine filmartige Schicht 15 elementaren Siliciums vorgesehener Dicke erhalten wird.

Das mit der Siliciumschicht überzogene Glasband 2 wird aus dem Behälter 3 abgezogen, und zu einer Station 11 zur Abscheidung einer filmartigen Metalloxidschicht geführt. Letztere besteht aus einer Abzugshaube 12, einer Pistole 13, die eine waagerechte alternierende Bewegung quer zur Bewegungsrichtung des Glases ausführt, und einem Paar Abgasleitungen 14, 14′, die an beiden Seiten der Bahn der Pistole 13 angebracht ist.

Mit Hilfe der Pistole 13 sprüht man eine Lösung, die sich durch thermische Zersetzung in ein Metalloxid umwandelt, auf die Oberfläche des Glasbandes 2, das bereits mit Silicium überzogen ist und den Abschnitt 11 mit einer Temperatur von 640 bis 580 Grad C erreicht. So scheidet sich eine Metalloxidschicht 16 ab. Noch unzersetzte Metallverbindungen und Abgase werden aus dem Abscheidungsabschnitt mit Hilfe von Abgasleitungen 14, 14′ und der Abzugshaube 12 evakuiert.

Dann erreicht das mit der Siliciumschicht 15 und der Metalloxidschicht 16 bedeckte Glasband 2 den Rollenkühlofen 7 und wird wie ein gewöhnliches Scheibenglas gekühlt bzw. entspannt. Dann wird es in Wärmestrahlung reflektierende Glasscheiben, wie in Fig. 2 angegeben, geschnitten.

Die Leitung 8 wurde zum Beispiel dort angebracht, wo die Oberflächentemperatur des Glasbandes 2 von 6 mm Dicke, mit einer Geschwindigkeit von 5,5 m/min über das Zinnschmelzebad 4 gezogen, 620 Grad C betrug und sie wurde mit wasserstoffhaltigem, mit 3,5 Volumenprozent Monosilan SiH₄ beladenem Stickstoff bei einem Durchsatz von 120 l/min versorgt. Es wurde eine Siliciumschicht von 34 nm Dicke erhalten.

Dann wurde in der Station 11 für die Abscheidung des Metalloxidfilms, während die Glastemperatur auf 560 Grad C fiel, eine Xylol-Lösung zerstäubt, die 30 Volumenprozent Titanacetylacetonat enthielt, und zwar bei einem Durchsatz von 650 cm³/min, und es wurde unter Bedeckung der Siliciumschicht eine Titanoxidschicht von 31 nm Dicke erhalten. So wurde eine erfindungsgemäße Probe I erhalten.

Ebenso wurde unter Erhöhung der Zerstäubungsdosis der Xylol-Lösung mit Titanacetylacetonat eine erfindungsgemäße Probe II erhalten, in der der Titanoxidfilm eine Dicke von 51 nm besaß.

Fig. 3 zeigt jeweils die Koeffizienten der Transmission, T₁, T₂, T₃ und des Reflexionsvermögens R₁, R₂, R₃ der Proben I und II und einer Probe eines herkömmlichen Erzeugnisses, bei welchem Glas mit einer Siliciumschicht durch Aufdampfen beschichtet wird. Als Gas für das Aufbringen der Schicht auf das Glas wurde ein Gemisch aus SiH₄ und Stickstoff verwendet.

Die optischen Eigenschaften und die Widerstandsfähigkeit der Proben I und II und der herkömmlichen Probe finden sich in der folgenden Tabelle:

Tabelle

Aus der Tabelle ist abzuleiten, daß im Vergleich mit dem herkömmlichen Erzeugnis die Alkalibeständigkeit der Proben I und II stark verbessert wurde. Ebenso ist aus ihr und der Fig. 3 abzuleiten, daß die Proben I und II eine beträchtliche Schwächung des dominierenden Brauns und eine Erhöhung der Helligkeitstransmission mit einem Gesamt- Transmissionsfaktor der Sonnenstrahlung, der von dem des herkömmlichen Produktes nicht mehr so sehr verschieden ist, aufweisen. Das reflektierte Licht ist leicht gelber, aber das Reflexionsvermögen sinkt nur um 2 bis 3% gegenüber dem des herkömmlichen Erzeugnisses.

Ferner unterscheidet sich der Wärmeisolationskoeffizient der Proben I und II, der die Wärmeisolierfunktion repräsentiert, nicht von dem des herkömmlichen Erzeugnisses, obgleich er einen TiO₂-Film aufweist. Diese Proben zeigen gute Leistungsfähigkeit als Wärmestrahlung reflektierendes Glas.

Claims (4)

1. Wärmestrahlung reflektierendes Glas mit einem Gesamtreflexionsfaktor für sichtbare Strahlung von über 40%, einem Gesamttransmissionsfaktor für sichtbare Strahlung von über 25% und einer ausreichend hohen chemischen und mechanischen Widerstandsfähigkeit der aufgebrachten Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus elementarem Silicium in einer Filmdicke von 30 bis 40 nm besteht und die zweite Schicht aus wenigstens einem der Oxide des Titan, Aluminium, Silicium, Zinn, Wismut, Indium, Cer und Zirkonium in einer Filmdicke von 15 bis 100 nm gebildet ist.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht ein Oxidfilm des Titan, Aluminium, Silicium oder Zinn ist.

3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht außerdem eine geringe Menge Mangan-, Chrom- oder Eisenoxid enthält.

4. Glas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht eine Dicke von 30 bis 50 nm aufweist.