FR3112545A1 - Low emissivity material comprising a thick titanium oxide based layer and a zinc tin oxide based layer - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un matériau comprenant un substrat transparent revêtu d’un empilement de couches comprenant au moins une couche métallique fonctionnelle à base d’argent et au moins deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche métallique fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques. L’empilement comprend : - un revêtement à base d’oxyde de titane comprenant au moins une couche à base d’oxyde de titane située au-dessus et au contact d’une couche métallique fonctionnelle à base d’argent présentant une épaisseur supérieure à 3 nm, - une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain située au-dessus et au contact de la couche à base d’oxyde de titane. The invention relates to a material comprising a transparent substrate coated with a stack of layers comprising at least one silver-based functional metallic layer and at least two dielectric coatings, each dielectric coating comprising at least one dielectric layer, so that that each functional metal layer is placed between two dielectric coatings. The stack comprises: - a coating based on titanium oxide comprising at least one layer based on titanium oxide located above and in contact with a functional metallic layer based on silver having a thickness greater than 3 nm, - a layer based on zinc oxide and tin located above and in contact with the layer based on titanium oxide.
Description
L’invention concerne un matériau comprenant un substrat transparent revêtu d’un empilement de couches minces comprenant une couche métallique fonctionnelle à base d’argent. L'invention concerne également les vitrages comprenant ces matériaux ainsi que l'utilisation de tels matériaux pour fabriquer des vitrages d'isolation thermique et/ou de protection solaire.The invention relates to a material comprising a transparent substrate coated with a stack of thin layers comprising a functional metallic layer based on silver. The invention also relates to glazing comprising these materials as well as the use of such materials for manufacturing thermal insulation and/or solar protection glazing.
Les couches métalliques fonctionnelles à base d’argent (ou couches d’argent) ont des propriétés de conduction électrique et de réflexion des rayonnements infrarouges (IR) avantageuses, d'où leur utilisation dans des vitrages dits « de contrôle solaire » visant à diminuer la quantité d'énergie solaire entrante et/ou dans des vitrages dits « bas émissifs » visant à diminuer la quantité d'énergie dissipée vers l'extérieur d'un bâtiment ou d'un véhicule.The silver-based functional metal layers (or silver layers) have advantageous properties of electrical conduction and reflection of infrared radiation (IR), hence their use in so-called "solar control" glazing aimed at reducing the amount of incoming solar energy and/or in so-called “low-emission” glazing aimed at reducing the amount of energy dissipated outwards from a building or vehicle.
Ces couches d'argent sont déposées entre des revêtements à base de matériaux diélectriques comprenant généralement plusieurs couches diélectriques (ci-après « revêtements diélectriques ») permettant d’ajuster les propriétés optiques de l’empilement. Ces couches diélectriques permettent en outre de protéger la couche d’argent des agressions chimiques ou mécaniques.These silver layers are deposited between coatings based on dielectric materials generally comprising several dielectric layers (hereinafter “dielectric coatings”) making it possible to adjust the optical properties of the stack. These dielectric layers also make it possible to protect the silver layer from chemical or mechanical attack.
Fréquemment, de tels matériaux doivent subir des traitements thermiques, destinés à améliorer les propriétés du substrat et/ou de l’empilement de couches minces. Il peut par exemple s’agir, dans le cas de substrats en verre, de traitement de trempe thermique destinés à renforcer mécaniquement le substrat en créant de fortes contraintes de compression à sa surface.Frequently, such materials must undergo heat treatments, intended to improve the properties of the substrate and/or of the stack of thin layers. For example, in the case of glass substrates, it may involve thermal toughening treatment intended to mechanically reinforce the substrate by creating high compressive stresses on its surface.
L’invention vise tout particulièrement des matériaux comprenant un substrat revêtu d’un empilement, destinés à subir un traitement thermique à température élevée, présentant une faible émissivité ou une faible résistivité par carré. L’émissivité et la résistivité (ou résistance) par carré varient de manière proportionnée. Par conséquent, il est souvent possible d’évaluer l’émissivité d’un matériau en évaluant sa résistance par carré.The invention relates more particularly to materials comprising a substrate coated with a stack, intended to undergo a heat treatment at high temperature, having a low emissivity or a low resistivity per square. Emissivity and resistivity (or resistance) per square vary proportionately. Therefore, it is often possible to assess the emissivity of a material by evaluating its resistance per square.
L’invention s’intéresse également à l’obtention de ces matériaux présentant une faible émissivité sans modification significative de l’absorption suite au traitement thermique.The invention is also concerned with obtaining these materials having a low emissivity without significant modification of the absorption following the heat treatment.
Enfin, il demeure essentiel que les propriétés avantageuses d’émissivité et d’absorption soient obtenues sans nuire :
- à la résistance mécanique notamment à la résistance aux rayures et à la brosse, de préférence, avant et après traitement thermique,
- à la résistance à la corrosion à chaud, et
- à la transparence se traduisant par l’absence de flou après traitement thermique.Finally, it remains essential that the advantageous properties of emissivity and absorption are obtained without harming:
- mechanical resistance, in particular scratch and brush resistance, preferably before and after heat treatment,
- resistance to hot corrosion, and
- transparency resulting in the absence of blur after heat treatment.
Les propriétés optiques et électriques telles que l’émissivité des matériaux dépendent directement de la qualité des couches d’argent telle que leur état cristallin, leur homogénéité ainsi que de leur environnement. On entend par « environnement », la nature des couches à proximité de la couche d’argent et la rugosité de surface des interfaces avec ces couches.The optical and electrical properties such as the emissivity of the materials depend directly on the quality of the silver layers such as their crystalline state, their homogeneity as well as their environment. “Environment” means the nature of the layers close to the silver layer and the surface roughness of the interfaces with these layers.
Les traitements thermiques à température élevée tels qu’un recuit, un bombage et/ou une trempe provoquent des modifications au sein de la couche d’argent.High temperature heat treatments such as annealing, bending and/or quenching cause changes within the silver layer.
De plus, les traitements thermiques à température élevée rendent en général les empilements plus sensibles aux rayures. D’autre part, lorsque des rayures sont créées sur un matériau avant traitement thermique, leur visibilité augmente de manière considérable après traitement thermique.In addition, heat treatments at high temperature generally make the stacks more sensitive to scratches. On the other hand, when scratches are created on a material before heat treatment, their visibility increases considerably after heat treatment.
Pour améliorer la qualité des couches métalliques fonctionnelles à base d’argent, il est connu d’utiliser sous les couches d’argent des revêtements diélectriques comprenant des couches diélectriques à fonction stabilisante destinées à favoriser le mouillage et la nucléation de la couche d’argent. Des couches diélectriques à base d’oxyde de zinc cristallisé sont notamment utilisées à cette fin. En effet, l'oxyde de zinc déposé par le procédé de pulvérisation cathodique cristallise sans nécessiter de traitement thermique additionnel. La couche à base d’oxyde de zinc peut donc servir de couche de croissance épitaxiale pour la couche d’argent.To improve the quality of functional metal layers based on silver, it is known to use under the silver layers dielectric coatings comprising dielectric layers with stabilizing function intended to promote wetting and nucleation of the silver layer. . Dielectric layers based on crystallized zinc oxide are notably used for this purpose. Indeed, the zinc oxide deposited by the sputtering process crystallizes without requiring additional heat treatment. The layer based on zinc oxide can therefore serve as an epitaxial growth layer for the silver layer.
Une autre piste pour prévenir la dégradation des couches d’argent réside sur le choix de la couche située au-dessus et au contact de la couche d’argent. Parmi les propositions connues figurent l’utilisation des couches dites de blocage ou des couches diélectriques à base d’oxyde de zinc cristallisé. L’objectif est de protéger les couches fonctionnelles d’une éventuelle dégradation lors du dépôt du revêtement diélectrique supérieur et/ou lors d’un traitement thermique.Another way to prevent the degradation of the silver layers lies in the choice of the layer located above and in contact with the silver layer. Among the known proposals is the use of so-called blocking layers or dielectric layers based on crystallized zinc oxide. The objective is to protect the functional layers from possible degradation during the deposition of the upper dielectric coating and/or during a heat treatment.
Les couches de blocage sont généralement à base d’un métal choisi parmi le nickel, le chrome, le titane, le niobium, ou d’un alliage de ces différents métaux. Les différents métaux ou alliages cités peuvent également être partiellement oxydés, notamment présenter une sous-stoechiométrie en oxygène (par exemple TiOx ou NiCrOx).The blocking layers are generally based on a metal chosen from nickel, chromium, titanium, niobium, or an alloy of these various metals. The various metals or alloys mentioned can also be partially oxidized, in particular have an oxygen sub-stoichiometry (for example TiOx or NiCrOx).
Ces couches de blocage sont très fines, normalement d’une épaisseur inférieure à 2 nm et sont susceptibles à ces épaisseurs d’être partiellement oxydées pendant un traitement thermique. D’une manière générale, ces couches de blocage sont des couches sacrificielles, susceptibles de capter l’oxygène provenant de l’atmosphère ou du substrat, évitant ainsi l’oxydation de la couche d’argent.These blocking layers are very thin, normally less than 2 nm thick, and are susceptible at these thicknesses to being partially oxidized during heat treatment. In general, these blocking layers are sacrificial layers, capable of capturing oxygen coming from the atmosphere or from the substrate, thus avoiding the oxidation of the silver layer.
L’utilisation de ces fines couches de blocage ne permet pas d’obtenir des matériaux suffisamment performants présentant notamment une résistivité suffisamment faible.The use of these thin blocking layers does not make it possible to obtain sufficiently high-performance materials having in particular a sufficiently low resistivity.
De bon résultats en terme de résistivité ont été obtenus jusqu’alors avec un matériau ne comprenant pas de couche de blocage. La couche d’argent est située au contact des deux couches d’oxyde de zinc cristallisé située respectivement au-dessus et en dessous de la couche d’argent. Des matériaux comprenant la séquence ZnO/Ag/ZnO sont qualifiés de matériau de référence dans la présente demande.Good results in terms of resistivity have been obtained so far with a material that does not include a blocking layer. The silver layer is located in contact with two layers of crystallized zinc oxide located respectively above and below the silver layer. Materials comprising the sequence ZnO/Ag/ZnO are qualified as reference material in the present application.
Cette solution consistant à utiliser uniquement des couches à base d’oxyde de zinc cristallisé en-dessous et au-dessous de l’argent permet d’obtenir des valeurs de résistivité avantageuse. Toutefois, les inconvénients suivants demeurent :
- apparition de flou après traitement thermique,
- apparition de points de corrosion après traitement thermique.This solution consisting in using only layers based on crystallized zinc oxide below and below the silver makes it possible to obtain advantageous resistivity values. However, the following disadvantages remain:
- appearance of blur after heat treatment,
- appearance of corrosion spots after heat treatment.
Le demandeur a découvert que l’utilisation d’une couche d’oxyde de titane épaisse située au-dessus et au-contact de la couche fonctionnelle à base d’argent, dans un empilement particulier, permet de pallier ces inconvénients.The applicant has discovered that the use of a thick layer of titanium oxide located above and in contact with the silver-based functional layer, in a particular stack, makes it possible to overcome these drawbacks.
De manière surprenante, cette solution permet en outre de diminuer encore davantage la résistivité après traitement thermique par rapport à un matériau de référence.Surprisingly, this solution also makes it possible to further reduce the resistivity after heat treatment compared with a reference material.
Cette solution permet d’obtenir après traitement thermique des valeurs de résistivité avantageuses, sans flou, ni apparition de point de corrosion. On observe également une amélioration significative des propriétés mécaniques de résistance aux rayures suite au traitement thermique se traduisant par :
- des rayures moins visibles et
- si présentes, l’absence de corrosion à chaud de ces rayures existantes.This solution makes it possible to obtain, after heat treatment, advantageous resistivity values, without blurring or the appearance of corrosion points. A significant improvement in the mechanical properties of scratch resistance is also observed following the heat treatment, resulting in:
- less visible scratches and
- if present, the absence of hot corrosion of these existing scratches.
Toutefois, la seule présence d’une couche d’oxyde de titane épaisse ne permet pas :
- de limiter l’augmentation de l’absorption avant traitement thermique,
- d’obtenir une résistance mécanique satisfaisante au test de résistance à la brosse avant et après traitement thermique.However, the mere presence of a thick layer of titanium oxide does not allow:
- to limit the increase in absorption before heat treatment,
- to obtain satisfactory mechanical resistance to the brush resistance test before and after heat treatment.
Le demandeur a donc cherché comment améliorer ces propriétés. Il a découvert de manière surprenante que l’utilisation d’une couche à base d’oxyde de titane associée avec une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain particulière permettait de pallier ces inconvénients mais également d’apporter en outre d’autres propriétés avantageuses.The applicant has therefore sought how to improve these properties. He discovered surprisingly that the use of a layer based on titanium oxide associated with a layer based on zinc oxide and particular tin made it possible to overcome these drawbacks but also to bring additional other advantageous properties.
L’invention concerne donc un matériau comprenant un substrat transparent revêtu d’un empilement de couches comprenant au moins une couche métallique fonctionnelle à base d’argent et au moins deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche métallique fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, l’empilement comprend :
- un revêtement à base d’oxyde de titane comprenant au moins une couche à base d’oxyde de titane située au-dessus et au contact d’une couche métallique fonctionnelle à base d’argent présentant une épaisseur supérieure à 3 nm,
- une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain comprenant au moins 20 % en masse d’étain par rapport à la masse totale de zinc et d’étain, située au-dessus et au contact de la couche à base d’oxyde de titane.The invention therefore relates to a material comprising a transparent substrate coated with a stack of layers comprising at least one functional metallic layer based on silver and at least two dielectric coatings, each dielectric coating comprising at least one dielectric layer, so as to that each functional metal layer is placed between two dielectric coatings, the stack comprises:
- a coating based on titanium oxide comprising at least one layer based on titanium oxide located above and in contact with a functional metallic layer based on silver having a thickness greater than 3 nm,
- a layer based on zinc oxide and tin comprising at least 20% by mass of tin relative to the total mass of zinc and tin, located above and in contact with the layer based on titanium oxide.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux le revêtement à base d’oxyde de titane est un revêtement comprenant un gradient d’oxydation (ci-après revêtement à gradient d’oxydation) situé au-dessus et au contact d’une couche métallique fonctionnelle à base d’argent. La partie du revêtement à gradient d’oxydation en contact avec la couche fonctionnelle est moins oxydée que la partie de ce revêtement plus éloignée de la couche fonctionnelle.According to a particularly advantageous embodiment, the coating based on titanium oxide is a coating comprising an oxidation gradient (hereinafter oxidation gradient coating) located above and in contact with a functional metal layer at silver basis. The part of the oxidation gradient coating in contact with the functional layer is less oxidized than the part of this coating further from the functional layer.
Ce mode de réalisation combinant un revêtement à base d’oxyde de titane à gradient d’oxydation et une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain permet d’obtenir les meilleures performances.This embodiment combining a coating based on titanium oxide with an oxidation gradient and a layer based on zinc and tin oxide makes it possible to obtain the best performance.
La solution de l’invention permet d’obtenir par rapport au matériau de référence :
- une amélioration de la résistivité avec l’obtention de gain en résistance carré d’au moins 5%, voire de 10 % ou plus, pour certaines structures de l’invention, à la fois avant et après traitement thermique,
- une amélioration des propriétés mécaniques de résistance à la brosse avant et après traitement thermique.The solution of the invention makes it possible to obtain, compared to the reference material:
- an improvement in the resistivity with the obtaining of a square resistance gain of at least 5%, or even 10% or more, for certain structures of the invention, both before and after heat treatment,
- an improvement in the mechanical properties of brush resistance before and after heat treatment.
Dans certains modes de réalisation, l’amélioration de la résistivité est obtenue sans augmentation de l’absorption, et ce, avant et après traitement thermique. Cela signifie que, dans certains modes de réalisation, l’amélioration de la résistivité est obtenue sans augmentation de l’absorption, et ce, avant et après traitement thermique.In certain embodiments, the improvement in resistivity is obtained without an increase in absorption, before and after heat treatment. This means that, in certain embodiments, the improvement in resistivity is obtained without an increase in absorption, before and after heat treatment.
La solution de l’invention permet également d’obtenir ces propriétés avantageuses, sans flou, ni apparition de point de corrosion. On observe également une amélioration significative des propriétés mécaniques de résistance aux rayures suite au traitement thermique se traduisant par :
- des rayures moins visibles et
- si présentes, l’absence de corrosion à chaud de ces rayures existantes.The solution of the invention also makes it possible to obtain these advantageous properties, without blurring or the appearance of corrosion spots. A significant improvement in the mechanical properties of scratch resistance is also observed following the heat treatment, resulting in:
- less visible scratches and
- if present, the absence of hot corrosion of these existing scratches.
L’invention permet également d’obtenir une amélioration du facteur solaire. Cette amélioration est en partie lié à la présence d’une couche haut-indice au contact de la couche d’argent. L’effet sur le facteur solaire permet d’obtenir :
- pour une épaisseur donnée d’agent, un plus haut facteur solaire, ou
- pour une émissivité donnée, une plus faible épaisseur pour la couche d’argent.The invention also makes it possible to obtain an improvement in the solar factor. This improvement is partly linked to the presence of a high-index layer in contact with the silver layer. The effect on the solar factor makes it possible to obtain:
- for a given thickness of agent, a higher solar factor, or
- for a given emissivity, a lower thickness for the silver layer.
L'invention permet donc la mise au point d’un matériau comprenant un substrat revêtu d’un empilement comprenant au moins une couche fonctionnelle à base d’argent présentant, suite à un traitement thermique de type bombage, trempe ou recuit, par rapport à un matériau de référence à même épaisseur de couche d’argent :
- une faible émissivité sans augmentation de l’absorption,
- un facteur solaire et une transmission lumineuse plus élevés,
- une faible visibilité de rayures (si présente) suite au traitement thermique,
- une bonne résistance au test à la brosse, et
- une résistance à la corrosion à chaud significativement améliorée.The invention therefore allows the development of a material comprising a substrate coated with a stack comprising at least one functional layer based on silver having, following a heat treatment of the bending, quenching or annealing type, with respect to a reference material with the same silver layer thickness:
- low emissivity without increased absorption,
- higher solar factor and light transmission,
- low visibility of scratches (if present) following heat treatment,
- good resistance to the brush test, and
- significantly improved resistance to hot corrosion.
L'invention permet donc la mise au point d’un matériau comprenant un substrat revêtu d’un empilement comprenant au moins une couche fonctionnelle à base d’argent présentant, avant ou sans traitement thermique :
- une faible émissivité sans augmentation de l’absorption et
- une bonne résistance au test à la brosse.The invention therefore allows the development of a material comprising a substrate coated with a stack comprising at least one functional layer based on silver having, before or without heat treatment:
- low emissivity without increased absorption and
- good resistance to the brush test.
La solution de l’invention convient tout particulièrement dans le cas d’empilements à plusieurs couches fonctionnelles à base d’argent, notamment les empilements à deux ou trois couches fonctionnelles qui sont particulièrement fragiles du point de vue des rayures.The solution of the invention is particularly suitable in the case of stacks with several functional layers based on silver, in particular stacks with two or three functional layers which are particularly fragile from the point of view of scratches.
La présente invention convient également tout particulièrement dans le cas d’empilements à une seule couche fonctionnelle à base d’argent destinés à des applications où les empilements sont fortement sujets à la corrosion à chaud.The present invention is also particularly suitable in the case of stacks with a single functional layer based on silver intended for applications where the stacks are highly subject to hot corrosion.
L’invention concerne également :
- un vitrage comprenant un matériau selon l’invention,
- un vitrage comprenant un matériau selon l’invention monté sur un véhicule ou sur un bâtiment, et
- le procédé de préparation d’un matériau ou d’un vitrage selon l’invention,
- l’utilisation d’un vitrage selon l’invention en tant que vitrage de contrôle solaire et/ou bas émissif pour le bâtiment ou les véhicules,
- un bâtiment, un véhicule ou un dispositif comprenant un vitrage selon l’invention.The invention also relates to:
- a glazing comprising a material according to the invention,
- a glazing comprising a material according to the invention mounted on a vehicle or on a building, and
- the process for preparing a material or a glazing according to the invention,
- the use of a glazing according to the invention as solar control and/or low emissive glazing for the building or the vehicles,
- A building, a vehicle or a device comprising a glazing according to the invention.
Dans toute la description le substrat selon l'invention est considéré posé horizontalement. L’empilement de couches minces est déposé au-dessus du substrat. Le sens des expressions « au-dessus » et « en-dessous » et « inférieur » et « supérieur » est à considérer par rapport à cette orientation. A défaut de stipulation spécifique, les expressions « au-dessus » et « en-dessous » ne signifient pas nécessairement que deux couches et/ou revêtements sont disposés au contact l'un de l'autre. Lorsqu’il est précisé qu’une couche est déposée « au contact » d’une autre couche ou d’un revêtement, cela signifie qu’il ne peut y avoir une (ou plusieurs) couche(s) intercalée(s) entre ces deux couches (ou couche et revêtement).Throughout the description, the substrate according to the invention is considered laid horizontally. The stack of thin layers is deposited above the substrate. The meaning of the expressions “above” and “below” and “lower” and “higher” should be considered in relation to this orientation. In the absence of specific stipulation, the expressions “above” and “below” do not necessarily mean that two layers and/or coatings are arranged in contact with one another. When it is specified that a layer is deposited "in contact" with another layer or a coating, this means that there cannot be one (or more) interposed layer(s) between these two layers (or layer and coating).
Toutes les caractéristiques lumineuses décrites sont obtenues selon les principes et méthodes de la norme européenne EN 410 se rapportant à la détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages utilisés dans le verre pour la construction.All the luminous characteristics described are obtained according to the principles and methods of the European standard EN 410 relating to the determination of the luminous and solar characteristics of the glazing used in glass for construction.
On considère que la lumière solaire entrant dans un bâtiment va de l’extérieur vers l’intérieur.Sunlight entering a building is considered to flow from the exterior to the interior.
Selon l’invention, les caractéristiques lumineuses sont mesurées selon l’illuminant D65 à 2° perpendiculairement au matériau monté dans un double vitrage :
- TL correspond à la transmission lumineuse dans le visible en %,
- Rext correspond à la réflexion lumineuse extérieure dans le visible en %, observateur côté espace extérieur,
- Rint correspond à la réflexion lumineuse intérieure dans le visible en %, observateur coté espace intérieur,
- a*T et b*T correspondent aux couleurs en transmission a* et b* dans le système L*a*b*,
- a*Rext et b*Rext correspondent aux couleurs en réflexion a* et b* dans le système L*a*b*, observateur côté espace extérieur,
- a*Rint et b*Rint correspondent aux couleurs en réflexion a* et b* dans le système L*a*b*, observateur côté espace intérieur.According to the invention, the luminous characteristics are measured according to the illuminant D65 at 2° perpendicular to the material mounted in a double glazing:
- TL corresponds to the light transmission in the visible in %,
- Rext corresponds to the external light reflection in the visible in %, observer outside space side,
- Rint corresponds to the interior light reflection in the visible in %, observer on the interior space side,
- a*T and b*T correspond to the colors in transmission a* and b* in the L*a*b* system,
- a*Rext and b*Rext correspond to the colors in reflection a* and b* in the L*a*b* system, observer on the outer space side,
- a*Rint and b*Rint correspond to the colors in reflection a* and b* in the L*a*b* system, observer on the interior space side.
Les caractéristiques préférées qui figurent dans la suite de la description sont applicables aussi bien au matériau selon l’invention que, le cas échéant, au vitrage ou au procédé selon l’invention.The preferred characteristics which appear in the remainder of the description are applicable both to the material according to the invention and, where applicable, to the glazing or to the method according to the invention.
Le matériau, c’est-à-dire le substrat transparent revêtu de l’empilement, est destiné à subir un traitement thermique à température élevée. Par conséquent, l'empilement et le substrat ont de préférence été soumis à un traitement thermique à une température élevée tel qu’une trempe, un recuit ou un bombage.The material, that is to say the transparent substrate coated with the stack, is intended to undergo heat treatment at high temperature. Therefore, the stack and the substrate have preferably been subjected to a heat treatment at a high temperature such as quenching, annealing or bending.
L’empilement est déposé par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique (procédé magnétron). Selon ce mode de réalisation avantageux, toutes les couches de l’empilement sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique.The stack is deposited by cathode sputtering assisted by a magnetic field (magnetron process). According to this advantageous embodiment, all the layers of the stack are deposited by cathodic sputtering assisted by a magnetic field.
Sauf mention contraire, les épaisseurs évoquées dans le présent document sont des épaisseurs physiques et les couches sont des couches minces. On entend par couche mince, une couche présentant une épaisseur comprise entre 0,1 nm et 100 micromètres.Unless otherwise stated, the thicknesses referred to in this document are physical thicknesses and the layers are thin layers. By thin layer is meant a layer having a thickness of between 0.1 nm and 100 micrometers.
Le revêtement à base d’oxyde de titane peut comprendre au moins une couche à base d’oxyde de titane. Dans certain mode de réalisation, le revêtement comprend plusieurs couches à base d’oxyde de titane.The coating based on titanium oxide can comprise at least one layer based on titanium oxide. In certain embodiment, the coating comprises several layers based on titanium oxide.
Le revêtement à base d’oxyde de titane présente une épaisseur :
- supérieure à 3 nm, supérieure à 4 nm, supérieure ou égale à 5 nm,
- inférieure ou égale à 30 nm, inférieure ou égale à 25 nm, inférieure ou égale à 20 nm, inférieure ou égale à 15 nm, inférieure ou égale à 10 nm, inférieure ou égale à 8 nm.The titanium oxide-based coating has a thickness:
- greater than 3 nm, greater than 4 nm, greater than or equal to 5 nm,
- less than or equal to 30 nm, less than or equal to 25 nm, less than or equal to 20 nm, less than or equal to 15 nm, less than or equal to 10 nm, less than or equal to 8 nm.
Les couches à base d’oxyde de titane comprennent au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 70 %, au moins 80 %, au moins 95,0 %, au moins 96,5 % et mieux au moins 98,0 % en masse de titane par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de titane autre que de l’oxygène.The layers based on titanium oxide comprise at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 95.0%, at least 96.5% and better still at least 98.0 % by mass of titanium relative to the mass of all the elements constituting the layer based on titanium oxide other than oxygen.
Les couches à base d’oxyde de titane peuvent comprendre ou être constituées d’éléments autres que le titane et l’oxygène. Ces éléments peuvent être choisis parmi le silicium, le chrome et le zirconium. De préférence, les éléments sont choisis parmi le zirconium.The layers based on titanium oxide can include or consist of elements other than titanium and oxygen. These elements can be chosen from silicon, chromium and zirconium. Preferably, the elements are chosen from zirconium.
De préférence, la couche à base d’oxyde de titane comprend au plus 35 %, au plus 20 % ou au plus 10 % en masse d’éléments autres que du titane par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de titane autres que de l’oxygène.Preferably, the layer based on titanium oxide comprises at most 35%, at most 20% or at most 10% by mass of elements other than titanium relative to the mass of all the elements constituting the layer based on titanium oxide other than oxygen.
Les couches à base d’oxyde de titane peuvent avoir une épaisseur :
- supérieure ou égale à 2 nm, supérieure ou égale à 3 nm, supérieure ou égale à 4 nm, supérieure ou égale à 5 nm, et/ou
- inférieure ou égale à 30 nm, inférieure ou égale à 25 nm, inférieure ou égale à 20 nm, inférieure ou égale à 15 nm, inférieure ou égale à 10 nm, inférieure ou égale à 8 nm, inférieure ou égale à 4 nm.The layers based on titanium oxide can have a thickness:
- greater than or equal to 2 nm, greater than or equal to 3 nm, greater than or equal to 4 nm, greater than or equal to 5 nm, and/or
- less than or equal to 30 nm, less than or equal to 25 nm, less than or equal to 20 nm, less than or equal to 15 nm, less than or equal to 10 nm, less than or equal to 8 nm, less than or equal to 4 nm.
Les couches à base d’oxyde de titane peuvent être obtenues :
- par pulvérisation cathodique,
- à partir d’une cible métallique de titane ou d’une cible céramique à base d’oxyde de titane de préférence sous stœchiométrique.The layers based on titanium oxide can be obtained:
- by sputtering,
- from a metallic titanium target or a ceramic target based on titanium oxide, preferably substoichiometric.
Lorsque la couche à base d’oxyde de titane est obtenue à partir d’une cible métallique, l’atmosphère de dépôt comprend des proportions importantes d’oxygène.When the titanium oxide-based layer is obtained from a metal target, the deposition atmosphere includes significant proportions of oxygen.
Les couches à base d’oxyde de titane sont de préférence obtenues à partir d’une cible céramique d’oxyde de titane, de préférence sous stœchiométrique en oxygène, dans une atmosphère comprenant de l’oxygène ou sans oxygène. La quantité d’oxygène dans l’atmosphère de dépôt peut être adaptée en fonction des propriétés recherchées.The layers based on titanium oxide are preferably obtained from a ceramic target of titanium oxide, preferably under stoichiometric in oxygen, in an atmosphere comprising oxygen or without oxygen. The quantity of oxygen in the deposition atmosphere can be adapted according to the desired properties.
Delon la mode de réalisation préféré, une couche à base d’oxyde de titane est déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère contrôlée comprenant de l’oxygène.According to the preferred embodiment, a layer based on titanium oxide is deposited from a ceramic target, in particular substoichiometric, in a controlled atmosphere comprising oxygen.
La couche à base d’oxyde de titane peut être déposée à partir d'une cible céramique de TiOxavec x compris entre 1,5 et 2.The layer based on titanium oxide can be deposited from a ceramic target of TiO x with x between 1.5 and 2.
La couche à base d’oxyde de titane peut être déposée à partir d'une cible céramique de TiOxsous stœchiométrique, où x est un nombre différent de la stœchiométrie de l'oxyde de titane TiO2, c'est-à-dire différent de 2 et de préférence inférieur à 2, en particulier compris entre 0,75 fois et 0,99 fois la stœchiométrie normale de l'oxyde. TiOx peut être en particulier tel que 1,5 < x < 1,98 ou 1,5 < x < 1,7, voire 1,7 < x < 1,95.The layer based on titanium oxide can be deposited from a ceramic target of sub-stoichiometric TiO x , where x is a number different from the stoichiometry of the titanium oxide TiO 2 , that is to say different from 2 and preferably less than 2, in particular between 0.75 times and 0.99 times the normal stoichiometry of the oxide. TiOx may in particular be such that 1.5<x<1.98 or 1.5<x<1.7, or even 1.7<x<1.95.
La couche à base d’oxyde de titane peut être déposée dans une atmosphère ne contenant pas d’oxygène ou dans une atmosphère contrôlée comprenant de l’oxygène.The layer based on titanium oxide can be deposited in an atmosphere not containing oxygen or in a controlled atmosphere comprising oxygen.
Selon l’invention, on entend par « atmosphère contrôlée comprenant de l’oxygène », une atmosphère comprenant une quantité optimisée d’oxygène pour obtenir après traitement thermique un gain en résistivité sans nuire à l’absorption d’une part, et à la résistance à la brosse avant et après recuit (EBT), d’autre part.According to the invention, the term “controlled atmosphere comprising oxygen” means an atmosphere comprising an optimized quantity of oxygen to obtain, after heat treatment, a gain in resistivity without harming the absorption on the one hand, and the brush resistance before and after annealing (EBT), on the other hand.
L’atmosphère de dépôt comprend un mélange de gaz noble (He, Ne, Xe, Ar, Kr) et d’oxygène. Le gaz noble est de préférence de l’argon.The deposition atmosphere comprises a mixture of noble gases (He, Ne, Xe, Ar, Kr) and oxygen. The noble gas is preferably argon.
Les paramètres suivants permettent de définir les conditions d’un dépôt par pulvérisation cathodique :
- la pression de dépôt,
- la composition des gaz en débit volumique (unité sccm « standard centimètre cube par minute »).The following parameters are used to define the conditions for sputtering deposition:
- the deposition pressure,
- the composition of the gases in volume flow (unit sccm "standard cubic centimeter per minute").
L’atmosphère contrôlée permettant d’obtenir les effets avantageux de l’invention a été notamment obtenue avec les paramètre suivants :
- la pression dans l’enceinte de dépôt est comprise entre 1 et 15 µbar, de préférence 2 et 10 µbar ou 2 et 8 µbar,
- l’atmosphère de dépôt comprend un mélange d’argon et d’oxygène.The controlled atmosphere making it possible to obtain the advantageous effects of the invention was obtained in particular with the following parameters:
- the pressure in the deposition chamber is between 1 and 15 µbar, preferably 2 and 10 µbar or 2 and 8 µbar,
- the deposition atmosphere comprises a mixture of argon and oxygen.
L’atmosphère contrôlée permettant d’obtenir les effets avantageux de l’invention a été obtenue avec un pourcentage en débit volumique d’oxygène compris entre 0 et 10 %, entre 0,1 et 10%, entre 0,1 et 5 %, entre 0,1 et 4%, entre 0,5 et 3 %, entre 1 et 2,5 % ou entre 1,5 et 2 %.The controlled atmosphere making it possible to obtain the advantageous effects of the invention was obtained with a percentage by volume flow of oxygen of between 0 and 10%, between 0.1 and 10%, between 0.1 and 5%, between 0.1 and 4%, between 0.5 and 3%, between 1 and 2.5% or between 1.5 and 2%.
Le seuil maximal d’oxygène peut varier dans une certaine mesure en fonction, par exemple :
- de la nature de la cible de TiOx, notamment de sa sous-stœchiométrie en oxygène ou
- de la puissance.The maximum oxygen threshold may vary to some extent depending on, for example:
- the nature of the TiOx target, in particular its oxygen sub-stoichiometry or
- power.
En effet, si une faible puissance de dépôt est utilisée, les quantités en débit volumique d’oxygène pouvant être utilisées lors du dépôt seront plus faibles car le TiOx se dépose plus lentement et est donc plus susceptible de s’oxyder.Indeed, if a low deposition power is used, the volume flow quantities of oxygen that can be used during the deposition will be lower because the TiOx is deposited more slowly and is therefore more likely to oxidize.
L’homme du métier est en mesure de définir une atmosphère contrôlée satisfaisante en faisant varier dans une certaine mesure ces paramètres. L’homme du métier est notamment parfaitement en mesure de déterminer la puissance à appliquer à la cible et les débits volumiques d’oxygène et de gaz nobles.A person skilled in the art is able to define a satisfactory controlled atmosphere by varying these parameters to some extent. A person skilled in the art is in particular perfectly able to determine the power to be applied to the target and the volume flow rates of oxygen and noble gases.
Pour cela, pour une pression de dépôt donnée, l’homme du métier est en mesure de réaliser des ajouts croissants d’oxygène afin de déterminer la gamme de proportion d’oxygène qui permet d’abaisser la résistivité après traitement thermique sans nuire à l’absorption.For this, for a given deposition pressure, the person skilled in the art is able to make increasing additions of oxygen in order to determine the range of proportion of oxygen which makes it possible to lower the resistivity after heat treatment without harming the 'absorption.
De préférence, le revêtement à base d’oxyde de titane comprend une première couche à base d’oxyde de titane au contact de la couche fonctionnelle à base d’argent déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère oxydante dont le pourcentage en débit volumique d’oxygène représente entre 0 et 5 %, entre 0 et 4 %, entre 0,1 et 4 %, entre 0,5 et 4 %, entre 0 et 3 %, entre 0,1 et 3 %, entre 0,5 et 3 %, entre 0,1 et 2,5 % ou entre 0,5 et 2 %.Preferably, the coating based on titanium oxide comprises a first layer based on titanium oxide in contact with the functional layer based on silver deposited from a ceramic target, in particular under stoichiometric, in an atmosphere oxidant whose percentage by volume flow of oxygen represents between 0 and 5%, between 0 and 4%, between 0.1 and 4%, between 0.5 and 4%, between 0 and 3%, between 0.1 and 3%, between 0.5 and 3%, between 0.1 and 2.5% or between 0.5 and 2%.
Selon un mode de réalisation avantageux, le revêtement à base d’oxyde de titane est un revêtement comprenant un gradient d’oxydation à base d’oxyde de titane situé au-dessus et au contact d’une couche métallique fonctionnelle à base d’argent, la partie du revêtement à gradient d’oxydation en contact avec la couche fonctionnelle est moins oxydée que la partie de ce revêtement plus éloignée de la couche fonctionnelle.According to an advantageous embodiment, the coating based on titanium oxide is a coating comprising an oxidation gradient based on titanium oxide located above and in contact with a functional metallic layer based on silver , the part of the oxidation gradient coating in contact with the functional layer is less oxidized than the part of this coating further from the functional layer.
Selon l’invention, le revêtement d’oxyde de titane est décrit tel qu’il est déposé, c’est à dire avant un éventuel traitement thermique ou avant un éventuel stockage long. En effet, un traitement thermique à température élevée ou un stockage long peuvent générer des modifications au sein de couches ou revêtement. Ces modifications peuvent notamment correspondre à un réarrangement des atomes d’oxygène au sein du revêtement rendant plus difficile l’observation du gradient.According to the invention, the titanium oxide coating is described as it is deposited, that is to say before any heat treatment or before any long storage. Indeed, a heat treatment at high temperature or a long storage can generate modifications within layers or coating. These modifications may in particular correspond to a rearrangement of the oxygen atoms within the coating, making it more difficult to observe the gradient.
Le revêtement à gradient d’oxydation peut comprendre :
- une couche d’oxyde de titane comprenant un gradient en oxygène,
- au moins deux couches d’oxyde de titane comprenant des proportions d’oxygène différentes.The oxidation gradient coating may include:
- a layer of titanium oxide comprising an oxygen gradient,
- at least two layers of titanium oxide comprising different proportions of oxygen.
Les couches à base d’oxyde de titane sont de préférence déposées à partir d’une cible céramique d’oxyde de titane dans les conditions définies ci-avant.The layers based on titanium oxide are preferably deposited from a ceramic target of titanium oxide under the conditions defined above.
Le revêtement à gradient d’oxydation peut comprendre au moins une couche à base d’oxyde de titane déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère contrôlée comprenant de l’oxygène, de préférence dans une atmosphère contrôlée comprenant de l’oxygène. La couche à base d’oxyde de titane peut être déposée avec un pourcentage d’oxygène en débit volumique représentant entre 0,1 et 10 %.The oxidation gradient coating may comprise at least one layer based on titanium oxide deposited from a ceramic target, in particular substoichiometric, in a controlled atmosphere comprising oxygen, preferably in a controlled atmosphere comprising oxygen. The layer based on titanium oxide can be deposited with a percentage of oxygen in volume flow representing between 0.1 and 10%.
Le revêtement à gradient d’oxydation peut comprendre au moins deux couches d’oxyde de titane comprenant chacune des proportions d’oxygène différentes, c’est à dire des degrés d’oxydation différents.The oxidation gradient coating may comprise at least two layers of titanium oxide each comprising different proportions of oxygen, that is to say different degrees of oxidation.
Dans ce cas, le revêtement est obtenu par dépôt d’au moins deux couches consécutives à base d’oxyde de titane. Ce dépôt en plusieurs étapes permet d’obtenir majoritairement dans le revêtement une couche d’oxyde de titane avec une grande quantité d’oxygène, tout en protégeant la couche fonctionnelle à base d’argent d’une première couche d’oxyde de titane faiblement oxydée. L’absorption de l’empilement avant traitement thermique est alors fortement réduite.In this case, the coating is obtained by depositing at least two consecutive layers based on titanium oxide. This deposition in several stages makes it possible to obtain mainly in the coating a layer of titanium oxide with a large quantity of oxygen, while protecting the functional layer based on silver from a first layer of titanium oxide weakly oxidized. The absorption of the stack before heat treatment is then greatly reduced.
Le revêtement à gradient d’oxydation peut également comprendre une première couche déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère sans oxygène.The oxidation gradient coating can also comprise a first layer deposited from a ceramic target, in particular substoichiometric, in an oxygen-free atmosphere.
Le revêtement à gradient d’oxydation peut comprendre une première couche à base d’oxyde de titane déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère oxydante dont le pourcentage en débit volumique d’oxygène représente entre 0 et 5 %, entre 0 et 4 %, entre 0,1 et 4 %, entre 0,5 et 4 %, entre 0 et 3 %, entre 0,1 et 3 %, entre 0,5 et 3 %, entre 0,1 et 2,5 % ou entre 0,5 et 2 %.The oxidation gradient coating may comprise a first layer based on titanium oxide deposited from a ceramic target, in particular substoichiometric, in an oxidizing atmosphere whose percentage by volume flow of oxygen represents between 0 and 5 %, between 0 and 4%, between 0.1 and 4%, between 0.5 and 4%, between 0 and 3%, between 0.1 and 3%, between 0.5 and 3%, between 0.1 and 2.5% or between 0.5 and 2%.
La quantité d’oxygène dans la première couche à base d’oxyde de titane doit être relativement faible pour ne pas dégrader la couche fonctionnelle à base d’argent. Pour cela on peut utiliser une première couche déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère sans oxygène ou avec très peu d’oxygène. Toutefois, utiliser un peu d’oxygène contribue à une meilleure résistance au test à la brosse sans induire de pénalité en absorption trop importante, notamment avant traitement thermique.The amount of oxygen in the first layer based on titanium oxide must be relatively low so as not to degrade the functional layer based on silver. For this, we can use a first layer deposited from a ceramic target, in particular under stoichiometric, in an atmosphere without oxygen or with very little oxygen. However, using a little oxygen contributes to a better resistance to the brush test without inducing too great a penalty in absorption, especially before heat treatment.
L’épaisseur de la première couche à base d’oxyde de titane peut être aussi fine que celle d’une couche de blocage standard (<1nm), tant que la couche fonctionnelle à base d’argent ne s’avère pas dégradée par l’oxygène présent pendant le dépôt de la couche suivante à base d’oxyde de titane, déposée avec plus d’oxygène que la première.The thickness of the first layer based on titanium oxide can be as thin as that of a standard blocking layer (<1nm), as long as the functional layer based on silver does not prove to be degraded by the oxygen present during the deposition of the next layer based on titanium oxide, deposited with more oxygen than the first.
La première couche a une épaisseur comprise entre 0,2 et 4nm. La première couche peut avoir une épaisseur comprise inférieure à 3 nm, inférieure à 2 nm, inférieure à 1 nm ou inférieure à 0,5 nm.The first layer has a thickness between 0.2 and 4 nm. The first layer can have a thickness of less than 3 nm, less than 2 nm, less than 1 nm or less than 0.5 nm.
Le revêtement à gradient d’oxydation comprend une deuxième couche à base d’oxyde de titane déposée à partir d’une cible céramique, notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère comprenant des proportions d’oxygène plus élevées que celle utilisées pour la première couche.The oxidation gradient coating comprises a second layer based on titanium oxide deposited from a ceramic target, in particular substoichiometric, in an atmosphere comprising higher proportions of oxygen than that used for the first layer.
La deuxième couche à base d’oxyde de titane peut être déposée à partir d’une cible métallique ou d’une cible céramique.The second layer based on titanium oxide can be deposited from a metal target or a ceramic target.
La deuxième couche à base d’oxyde de titane peut être déposée à partir d’une cible céramique notamment sous stœchiométrique, dans une atmosphère oxydante dont le pourcentage d’oxygène en débit volumique représente entre 1 et 10 %, entre 1,5 et 8 %, entre 2 et 5 %.The second layer based on titanium oxide can be deposited from a ceramic target in particular under stoichiometric, in an oxidizing atmosphere whose percentage of oxygen in volume flow represents between 1 and 10%, between 1.5 and 8 %, between 2 and 5%.
La deuxième couche à base d’oxyde de titane a une épaisseur comprise entre 0,2 et 30 nm, entre 2 et 20 nm ou entre 5 et 15 nm.The second layer based on titanium oxide has a thickness between 0.2 and 30 nm, between 2 and 20 nm or between 5 and 15 nm.
La deuxième couche à base d’oxyde de titane peut avoir une épaisseur :
- supérieure à 0,5 nm, supérieure à 1 nm, supérieure à 2 nm, supérieure à 3 nm, supérieure à 4 nm, supérieure à 5 nm,
- inférieure à 30 nm, inférieure à 20 nm, inférieure à 15 nm ou inférieure à 10 nm.The second layer based on titanium oxide can have a thickness:
- greater than 0.5 nm, greater than 1 nm, greater than 2 nm, greater than 3 nm, greater than 4 nm, greater than 5 nm,
- less than 30 nm, less than 20 nm, less than 15 nm or less than 10 nm.
Le revêtement à gradient d’oxydation peut également comprendre une seule couche d’oxyde de titane comprenant un gradient en oxygène.The oxidation gradient coating can also comprise a single layer of titanium oxide comprising an oxygen gradient.
Un revêtement à base d’oxyde de titane comprenant une seule couche à gradient en oxygène peut être obtenu :
- par pulvérisation cathodique,
- dans une atmosphère comprenant un mélange de gaz neutre et d’oxygène, en augmentant progressivement les débits d’oxygène présent dans l’atmosphère,
- à partir d’une cible métallique de titane ou d’une cible céramique à base d’oxyde de titane de préférence sous stœchiométrique.A coating based on titanium oxide comprising a single layer with an oxygen gradient can be obtained:
- by sputtering,
- in an atmosphere comprising a mixture of neutral gas and oxygen, by gradually increasing the flow rates of oxygen present in the atmosphere,
- from a metallic titanium target or a ceramic target based on titanium oxide, preferably substoichiometric.
Dans ce cas, on augmente progressivement le débit volumique d’oxygène dans l’atmosphère de dépôt au fur et à mesure que la couche à base d’oxyde de titane se dépose. La partie du revêtement à gradient d’oxydation en contact avec la couche fonctionnelle est moins oxydée que la partie de ce revêtement plus éloignée de la couche fonctionnelle.In this case, the volume flow rate of oxygen in the deposition atmosphere is gradually increased as the layer based on titanium oxide is deposited. The part of the oxidation gradient coating in contact with the functional layer is less oxidized than the part of this coating further from the functional layer.
Typiquement, lorsque la cible est une cible céramique sous stœchiométrique en oxygène, les proportions d’oxygène dans l’atmosphère de dépôt peuvent varier de 0% à 10%, de préférence de 0 à 5%.Typically, when the target is a ceramic target under stoichiometric in oxygen, the proportions of oxygen in the deposition atmosphere can vary from 0% to 10%, preferably from 0 to 5%.
Selon l’invention, l’empilement comprend au moins une couche métallique fonctionnelle à base d'argent.According to the invention, the stack comprises at least one functional metallic layer based on silver.
La couche métallique fonctionnelle à base d’argent, avant ou après traitement thermique, comprend au moins 95,0 %, de préférence au moins 96,5 % et mieux au moins 98,0 % en masse d’argent par rapport à la masse de la couche fonctionnelle.The silver-based functional metallic layer, before or after heat treatment, comprises at least 95.0%, preferably at least 96.5% and better still at least 98.0% by mass of silver with respect to the mass of the functional layer.
De préférence, la couche métallique fonctionnelle à base d’argent avant traitement thermique comprend moins de 1,0 % en masse de métaux autres que de l’argent par rapport à la masse de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent.Preferably, the silver-based functional metal layer before heat treatment comprises less than 1.0% by mass of metals other than silver relative to the mass of the silver-based functional metal layer.
L'épaisseur de la couche fonctionnelle à base d’argent est comprise de 5 à 25 nm, 8 à 20 nm ou de 8 à 15 nm.The thickness of the silver-based functional layer is between 5 to 25 nm, 8 to 20 nm or 8 to 15 nm.
L’empilement de couches minces comprend au moins une couche fonctionnelle et au moins deux revêtements diélectriques comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques.The stack of thin layers comprises at least one functional layer and at least two dielectric coatings comprising at least one dielectric layer, so that each functional layer is placed between two dielectric coatings.
L’empilement de couches minces peut comprendre au moins deux couches fonctionnelles métalliques à base d’argent et au moins trois revêtements diélectriques comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques.The stack of thin layers can comprise at least two metallic functional layers based on silver and at least three dielectric coatings comprising at least one dielectric layer, so that each functional layer is placed between two dielectric coatings.
L’empilement de couches minces peut comprendre au moins trois couches fonctionnelles et au moins quatre revêtements diélectriques comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques.The stack of thin layers can comprise at least three functional layers and at least four dielectric coatings comprising at least one dielectric layer, so that each functional layer is placed between two dielectric coatings.
L’empilement est situé sur au moins une des faces du substrat transparent.The stack is located on at least one of the faces of the transparent substrate.
Par « revêtement diélectrique » au sens de la présente invention, il faut comprendre qu’il peut y avoir une seule couche ou plusieurs couches de matériaux différents à l’intérieur du revêtement. Un « revêtement diélectrique » selon l’invention comprend majoritairement des couches diélectriques. Cependant, selon l’invention ces revêtements peuvent comprendre également des couches d’autre nature notamment des couches absorbantes ou des couches métalliques autre que des couches fonctionnelles à base d’argent. Par exemple, le revêtement le plus éloigné du substrat peut comprendre une couche de protection déposée sous forme métallique.By "dielectric coating" within the meaning of the present invention, it should be understood that there may be a single layer or several layers of different materials inside the coating. A “dielectric coating” according to the invention mainly comprises dielectric layers. However, according to the invention, these coatings can also comprise layers of another nature, in particular absorbent layers or metallic layers other than functional layers based on silver. For example, the coating farthest from the substrate may comprise a protective layer deposited in metallic form.
On considère qu’un « même » revêtement diélectrique se situe :
- entre le substrat et la première couche fonctionnelle,
- entre chaque couche métallique fonctionnelle à base d’argent,
- au-dessus de la dernière couche fonctionnelle (la plus éloignée du substrat).It is considered that a "same" dielectric coating is located:
- between the substrate and the first functional layer,
- between each functional metal layer based on silver,
- above the last functional layer (furthest from the substrate).
Par « couche diélectrique » au sens de la présente invention, il faut comprendre que du point de vue de sa nature, le matériau est « non métallique », c’est-à-dire n’est pas un métal. Dans le contexte de l’invention, ce terme désigne un matériau présentant un rapport n/k sur toute la plage de longueur d’onde du visible (de 380 nm à 780 nm) égal ou supérieur à 5. n désigne l’indice de réfraction réel du matériau à une longueur d’onde donnée et k représente la partie imaginaire de l’indice de réfraction à une longueur d’onde donnée ; le rapport n/k étant calculé à une longueur d’onde donnée identique pour n et pour k.By "dielectric layer" within the meaning of the present invention, it should be understood that from the point of view of its nature, the material is "non-metallic", that is to say is not a metal. In the context of the invention, this term designates a material having an n/k ratio over the entire visible wavelength range (from 380 nm to 780 nm) equal to or greater than 5. n designates the index of real refraction of the material at a given wavelength and k represents the imaginary part of the refractive index at a given wavelength; the ratio n/k being calculated at a given wavelength identical for n and for k.
L’épaisseur d’un revêtement diélectrique correspond à la somme des épaisseurs des couches le constituant.The thickness of a dielectric coating corresponds to the sum of the thicknesses of the layers constituting it.
Selon l’invention, les couches à base d’oxyde de titane font parties d’un revêtement diélectrique. Cela signifie que lorsque l’on détermine l’épaisseur d’un revêtement diélectrique, on prend en considération l’épaisseur de ces couches.According to the invention, the layers based on titanium oxide form part of a dielectric coating. This means that when determining the thickness of a dielectric coating, the thickness of these layers is taken into consideration.
De préférence, les revêtements diélectriques présentent une épaisseur supérieure à 10 nm, supérieure à 15 nm, comprise entre 15 et 200 nm, comprise entre 15 et 100 nm ou comprise entre 15 et 70 nm.Preferably, the dielectric coatings have a thickness greater than 10 nm, greater than 15 nm, between 15 and 200 nm, between 15 and 100 nm or between 15 and 70 nm.
Les couches diélectriques des revêtements présentent les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison :
- elles sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique,
- elles sont choisies parmi les oxydes ou nitrures d’un ou plusieurs éléments choisi(s) parmi le titane, le silicium, l’aluminium, le zirconium, l’étain et le zinc,
- elles ont une épaisseur supérieure à 2 nm, de préférence comprise entre 2 et 100 nm, entre 5 et 50 nm ou entre 5 et 30 nm.The dielectric layers of the coatings have the following characteristics alone or in combination:
- they are deposited by cathodic sputtering assisted by a magnetic field,
- they are chosen from oxides or nitrides of one or more elements chosen from titanium, silicon, aluminium, zirconium, tin and zinc,
- they have a thickness greater than 2 nm, preferably between 2 and 100 nm, between 5 and 50 nm or between 5 and 30 nm.
Certaines couches diélectriques présentent une fonction barrière. On entend par couches diélectriques à fonction barrière (ci-après couche barrière), une couche en un matériau apte à faire barrière à la diffusion de l'oxygène et de l’eau à haute température, provenant de l'atmosphère ambiante ou du substrat transparent, vers la couche fonctionnelle.Some dielectric layers have a barrier function. By dielectric layers with barrier function (hereinafter barrier layer) is meant a layer made of a material capable of forming a barrier to the diffusion of oxygen and water at high temperature, coming from the ambient atmosphere or from the substrate. transparent, towards the functional layer.
De telles couches diélectriques sont choisies parmi :
- les couches comprenant du silicium et/ou de l’aluminium et/ou du zirconium et sont choisis par exemple parmi les oxydes tels que SiO2, les nitrures tels que les nitrure de silicium Si3N4 et les nitrures d'aluminium AIN, et les oxynitrures SiOxNy, éventuellement dopé à l’aide d’au moins un autre élément,
- les couches à base d’oxyde de zinc et d’étain,
- les couches à base d’oxyde de titane.Such dielectric layers are chosen from:
- the layers comprising silicon and/or aluminum and/or zirconium and are chosen for example from oxides such as SiO2, nitrides such as silicon nitride Si3N4 and aluminum nitrides AIN, and oxynitrides SiOxNy, optionally doped with at least one other element,
- layers based on zinc and tin oxide,
- layers based on titanium oxide.
Le matériau comprend une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain comprenant au moins 20 % en masse d’étain par rapport à la masse totale de zinc et d’étain, située au-dessus et au contact de la couche à base d’oxyde de titane.The material comprises a layer based on zinc oxide and tin comprising at least 20% by mass of tin relative to the total mass of zinc and tin, located above and in contact with the layer at titanium oxide base.
La couche à base d’oxyde de zinc et d’étain comprend en masse d’étain par rapport à la masse totale de zinc et d’étain :
- au moins 30 %, au moins 40 %, au moins 45 %, au moins 50 % ou au moins 55 %,
- au plus 70 %, au plus 65 % ou au plus 60 % en masse de zinc.The layer based on zinc oxide and tin comprises by mass of tin relative to the total mass of zinc and tin:
- at least 30%, at least 40%, at least 45%, at least 50% or at least 55%,
- at most 70%, at most 65% or at most 60% by mass of zinc.
La couche à base d’oxyde de zinc et d’étain présente une épaisseur :
- supérieure à 5 nm, supérieure à 10 nm, supérieure à 15 nm, supérieure à 18 nm,
- inférieure à 40 nm, inférieure à 30 nm, inférieure à 25 nm.The layer based on zinc oxide and tin has a thickness:
- greater than 5 nm, greater than 10 nm, greater than 15 nm, greater than 18 nm,
- less than 40 nm, less than 30 nm, less than 25 nm.
L’empilement peut comprendre au moins une couche comprenant du silicium. Chaque revêtement diélectrique peut comprendre au moins une couche comprenant du silicium.The stack may comprise at least one layer comprising silicon. Each dielectric coating may include at least one layer comprising silicon.
Les couches comprenant du silicium sont extrêmement stables aux traitements thermiques. Par exemple, on n’observe pas de migrations des éléments les constituant. Par conséquent, ces éléments ne sont pas susceptibles d’altérer la couche d’argent. Les couches comprenant du silicium contribuent donc également à la non altération des couches d’argent et donc à l’obtention d’une faible émissivité après traitement thermique.Layers comprising silicon are extremely stable to heat treatments. For example, no migration of the constituent elements is observed. Therefore, these elements are not likely to alter the silver layer. Layers comprising silicon therefore also contribute to the non-alteration of the silver layers and therefore to obtaining a low emissivity after heat treatment.
Les couches comprenant du silicium peuvent être choisies parmi les couches à base d’oxyde, à base de nitrure ou à base d’oxynitrure de silicium telles que les couche à base d’oxyde de silicium, les couches à base de nitrure de silicium et les couches à base d’oxynitrure de silicium.The layers comprising silicon can be chosen from layers based on oxide, based on nitride or based on silicon oxynitride such as layers based on silicon oxide, layers based on silicon nitride and layers based on silicon oxynitride.
Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre ou être constituées d’éléments autres que le silicium, l’oxygène et l’azote. Ces éléments peuvent être choisis parmi l’aluminium, le bore, le titane, et le zirconium.The layers comprising silicon can comprise or consist of elements other than silicon, oxygen and nitrogen. These elements can be chosen from among aluminum, boron, titanium, and zirconium.
Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 65 %, au moins 70 % au moins 75,0 %, au moins 80 % ou au moins 90 % en masse de silicium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche comprenant du silicium autres que de l’azote et de l’oxygène.The layers comprising silicon can comprise at least 50%, at least 60%, at least 65%, at least 70% at least 75.0%, at least 80% or at least 90% by mass of silicon with respect to the mass of all the elements constituting the layer comprising silicon other than nitrogen and oxygen.
De préférence, la couche comprenant du silicium comprend au plus 35 %, au plus 20 % ou au plus 10 % en masse d’éléments autres que du silicium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche comprenant du silicium autres que de l’oxygène et l’azote.Preferably, the layer comprising silicon comprises at most 35%, at most 20% or at most 10% by mass of elements other than silicon relative to the mass of all the elements constituting the layer comprising silicon other than oxygen and nitrogen.
Selon un mode de réalisation, les couches comprenant du silicium comprennent moins de 35%, moins de 30 %, moins de 20 %, moins de 10 %, moins de 5 % ou moins de 1 % en masse de zirconium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de silicium autres que de l’oxygène et l’azote.According to one embodiment, the layers comprising silicon comprise less than 35%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5% or less than 1% by mass of zirconium with respect to the mass of all the elements constituting the layer based on silicon oxide other than oxygen and nitrogen.
La couche comprenant du silicium peut comprendre au moins 2 %, au moins 5,0 % ou au moins 8 % en masse d’aluminium par rapport à la masse de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de silicium autres que de l’oxygène et l’azote.The layer comprising silicon may comprise at least 2%, at least 5.0% or at least 8% by mass of aluminum relative to the mass of all the elements constituting the layer based on silicon oxide other than oxygen and nitrogen.
Les quantités d’oxygène et d’azote dans une couche sont déterminées en pourcentages atomiques par rapport aux quantités totales d’oxygène et d’azote dans la couche considérée.The amounts of oxygen and nitrogen in a layer are determined in atomic percentages relative to the total amounts of oxygen and nitrogen in the layer under consideration.
Selon l’invention :
- les couches à base d’oxyde de silicium comprennent essentiellement de l’oxygène et très peu d’azote,
- les couches à base de nitrure de silicium comprennent essentiellement de l’azote et très peu d’oxygène,
- les couches à base d’oxynitrure de silicium comprennent un mélange d’oxygène et d’azote.According to the invention:
- layers based on silicon oxide mainly contain oxygen and very little nitrogen,
- the layers based on silicon nitride essentially comprise nitrogen and very little oxygen,
- the layers based on silicon oxynitride comprise a mixture of oxygen and nitrogen.
Les couches à base d’oxyde de silicium comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’oxygène par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxyde de silicium.Silicon oxide based layers include at least 90% atomic percent oxygen relative to the oxygen and nitrogen in the silicon oxide based layer.
Les couches à base nitrure de silicium comprennent au moins 90 % en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxyde de silicium.The silicon nitride based layers include at least 90% atomic percent nitrogen relative to the oxygen and nitrogen in the silicon oxide based layer.
Les couches à base d’oxynitrure de silicium comprennent 10 à 90 % (bornes exclues) en pourcentage atomique d’azote par rapport à l’oxygène et l’azote dans la couche à base d’oxyde de silicium.The layers based on silicon oxynitride include 10 to 90% (limits excluded) in atomic percentage of nitrogen relative to the oxygen and nitrogen in the layer based on silicon oxide.
De préférence, les couches à base d’oxyde de silicium se caractérise par un indice de réfraction à 550 nm, inférieur ou égale à 1,55.Preferably, the layers based on silicon oxide are characterized by a refractive index at 550 nm, less than or equal to 1.55.
De préférence, les couches à base de nitrure de silicium se caractérise par un indice de réfraction à 550 nm, supérieur ou égale à 1,95.Preferably, the layers based on silicon nitride are characterized by a refractive index at 550 nm, greater than or equal to 1.95.
De préférence, les couches à base d’oxynitrure de silicium se caractérisent par un indice de réfraction à 550 nm intermédiaire entre une couche d’oxyde non nitrurée et une couche de nitrure non oxydée. Les couche à base d’oxynitrure de silicium ont de préférence un indice de réfraction à 550 nm supérieure à 1,55, 1,60 ou 1,70 ou compris entre 1,55 et 1,95, 1,60 et 2,00, 1,70 et 2,00 ou 1,70 et 1,90.Preferably, the layers based on silicon oxynitride are characterized by a refractive index at 550 nm intermediate between a layer of non-nitrided oxide and a layer of non-oxidized nitride. The layers based on silicon oxynitride preferably have a refractive index at 550 nm greater than 1.55, 1.60 or 1.70 or between 1.55 and 1.95, 1.60 and 2.00 , 1.70 and 2.00 or 1.70 and 1.90.
Ces indices de réfraction peuvent varier dans une certaine mesure selon les conditions de dépôts. En effet, en jouant sur certains paramètres tels que la pression ou présence de dopants, on peut obtenir des couches plus ou moins denses et donc une variation d’indice de réfraction.These refractive indices may vary to some extent depending on the deposition conditions. Indeed, by playing on certain parameters such as the pressure or the presence of dopants, it is possible to obtain more or less dense layers and therefore a variation in refractive index.
Les couches comprenant du silicium peuvent être des couches de nitrure de silicium et d’aluminium et éventuellement de zirconium. Ces couches de nitrure de silicium et d’aluminium et/ou de zirconium peuvent également comporter, en poids par rapport au poids de silicium, aluminium et zirconium :
- 50 à 98 %, 60 à 90 %, 60 à 70 % en poids de silicium,
- 2 à 10 % en poids d’aluminium,
- 0 à 30 %, 10 à 30 % ou 15 à 27 % en poids de zirconium.The layers comprising silicon can be layers of silicon and aluminum nitride and optionally of zirconium. These layers of silicon and aluminum and/or zirconium nitride may also comprise, by weight relative to the weight of silicon, aluminum and zirconium:
- 50 to 98%, 60 to 90%, 60 to 70% by weight of silicon,
- 2 to 10% by weight of aluminium,
- 0 to 30%, 10 to 30% or 15 to 27% by weight of zirconium.
La somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans chaque revêtement diélectrique est supérieure ou égale à 5 nm, supérieure ou égale à 10 nm, voire supérieure ou égale à 15 nm.The sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon in each dielectric coating is greater than or equal to 5 nm, greater than or equal to 10 nm, or even greater than or equal to 15 nm.
Ces couches comprenant du silicium ont, par ordre de préférence croissant, une épaisseur :
- inférieure ou égale à 40 nm et/ou
- supérieure ou égale à 5 nm, supérieure ou égale à 10 nm ou supérieure ou égale à 15 nm.These layers comprising silicon have, in increasing order of preference, a thickness:
- less than or equal to 40 nm and/or
- greater than or equal to 5 nm, greater than or equal to 10 nm or greater than or equal to 15 nm.
Les revêtements diélectriques peuvent comporter d’autres couches que ces couches comprenant du silicium.The dielectric coatings can comprise other layers than these layers comprising silicon.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans le revêtement diélectrique situé entre le substrat et la première couche d’argent est supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.Preferably, the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon in the dielectric coating located between the substrate and the first layer of silver is greater than 35%, greater than 50%, greater than 60%, greater than 70%, greater than to 75% of the total thickness of the dielectric coating.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium à base de nitrure de silicium dans le revêtement diélectrique situé entre le substrat et la première couche d’argent est supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.Preferably, the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon based on silicon nitride in the dielectric coating located between the substrate and the first silver layer is greater than 35%, greater than 50%, greater than 60% greater than 70%, greater than 75% of the total thickness of the dielectric coating.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans chaque revêtement diélectrique situé au-dessus de la première couche métallique fonctionnelle à base d’argent peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.Preferably, the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon in each dielectric coating located above the first silver-based functional metal layer can be greater than 35%, greater than 50%, greater than 60% greater at 70%, greater than 75% of the total thickness of the dielectric coating.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium à base de nitrure de silicium dans chaque revêtement diélectrique situé au-dessus de la première couche métallique fonctionnelle à base d’argent peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.Preferably, the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon based on silicon nitride in each dielectric coating located above the first functional metal layer based on silver can be greater than 35%, greater than 50% , greater than 60% greater than 70%, greater than 75% of the total thickness of the dielectric coating.
De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans chaque revêtement diélectrique peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.Preferably, the sum of the thicknesses of all the layers comprising silicon in each dielectric coating may be greater than 35%, greater than 50%, greater than 60%, greater than 70%, greater than 75% of the total thickness of the dielectric coating.
De préférence, l’empilement ne comprend pas de couche de blocage métallique ou à base d’oxyde de titane en-dessous et au contact de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent. Dans ce cas, la couche métallique fonctionnelle à base d’argent est située au-dessus et au contact d’une couche diélectrique du revêtement diélectrique. De préférence, cette couche diélectrique est une couche stabilisante ou de mouillage en un matériau apte à stabiliser l'interface avec la couche fonctionnelle. Ces couches sont en général à base d’oxyde de zinc.Preferably, the stack does not include a metallic blocking layer or one based on titanium oxide below and in contact with the functional metallic layer based on silver. In this case, the silver-based functional metallic layer is located above and in contact with a dielectric layer of the dielectric coating. Preferably, this dielectric layer is a stabilizing or wetting layer made of a material capable of stabilizing the interface with the functional layer. These layers are generally based on zinc oxide.
La couche fonctionnelle métallique peut donc être déposée au-dessus et au contact d’une couche à base d’oxyde de zinc.The metallic functional layer can therefore be deposited above and in contact with a layer based on zinc oxide.
Les couches à base d’oxyde de zinc, peuvent comprendre, au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 70 %, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 96 %, au moins 97 %, au moins 98 %, au moins 99 % ou 100 % en masse de zinc par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de zinc à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote.The layers based on zinc oxide, can comprise, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% or 100% by mass of zinc relative to the total mass of all the elements constituting the layer based on zinc oxide excluding oxygen and 'nitrogen.
Pour être correctement cristallisées par dépôt par pulvérisation cathodique, les couches à base d’oxyde de zinc comprennent avantageusement au moins 80 %, voire au moins 90 % en masse de zinc par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base d’oxyde de zinc à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote.To be correctly crystallized by sputtering deposition, the layers based on zinc oxide advantageously comprise at least 80%, even at least 90% by mass of zinc relative to the total mass of all the elements constituting the layer based zinc oxide excluding oxygen and nitrogen.
Les couches à base d’oxyde de zinc peuvent comprendre un ou plusieurs éléments choisis parmi l’aluminium, le titane, le niobium, le zirconium, le magnésium, le cuivre, l’argent, l’or, le silicium, le molybdène, le nickel, le chrome, le platine, l’indium, l’étain et l’hafnium, de préférence l’aluminium.The layers based on zinc oxide can comprise one or more elements chosen from among aluminum, titanium, niobium, zirconium, magnesium, copper, silver, gold, silicon, molybdenum, nickel, chromium, platinum, indium, tin and hafnium, preferably aluminum.
Les couches à base d’oxyde de zinc peuvent être éventuellement dopée à l’aide d’au moins un autre élément, comme l’aluminium.Layers based on zinc oxide can optionally be doped with at least one other element, such as aluminum.
A priori, la couche à base d’oxyde de zinc n’est pas nitrurée, cependant des traces peuvent exister.A priori, the layer based on zinc oxide is not nitrided, however traces may exist.
La couche à base d’oxyde de zinc comprend, par ordre de préférence croissant, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 98 %, au moins 100 %, en masse d’oxygène par rapport à la masse totale de l’oxygène et de l’azote.The layer based on zinc oxide comprises, in increasing order of preference, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 100%, by mass of oxygen with respect to the total mass of oxygen and nitrogen.
De préférence, le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche métallique fonctionnelle à base d’argent comporte au moins une couche diélectrique cristallisée, notamment à base d’oxyde de zinc, éventuellement dopé à l’aide d’au moins un autre élément, comme l’aluminium. La couche fonctionnelle métallique est déposée au-dessus et au contact d’une couche à base d’oxyde de zinc.Preferably, the dielectric coating located directly below the silver-based functional metal layer comprises at least one crystallized dielectric layer, in particular based on zinc oxide, optionally doped with at least one other element, such as aluminum. The metallic functional layer is deposited above and in contact with a layer based on zinc oxide.
La couche à base d’oxyde de zinc est déposée à partir d’une cible céramique, avec ou sans oxygène ou à partir d’une cible métallique.The zinc oxide-based layer is deposited from a ceramic target, with or without oxygen or from a metal target.
Les revêtements diélectriques situé entre le substrat et la première couche d’argent peut être uniquement constitué de couches comprenant du silicium et de couches à base d’oxyde de zinc.The dielectric coatings located between the substrate and the first silver layer can only consist of layers comprising silicon and layers based on zinc oxide.
Dans tous les empilements, le revêtement diélectrique le plus proche du substrat est appelé revêtement inférieur et le revêtement diélectrique le plus éloigné du substrat est appelé revêtement supérieur. Les empilements à plus d’une couche d’argent comprennent également des revêtements diélectriques intermédiaires situés entre le revêtement inférieur et supérieur.In all stacks, the dielectric coating closest to the substrate is called the bottom coating and the dielectric coating furthest from the substrate is called the top coating. Stacks with more than one silver layer also include intermediate dielectric coatings located between the bottom and top coating.
De préférence, les revêtements inférieurs ou intermédiaires comprennent une couche diélectrique cristallisée à base d’oxyde de zinc située directement au contact de la couche métallique à base d’argent.Preferably, the lower or intermediate coatings comprise a crystallized dielectric layer based on zinc oxide located directly in contact with the metallic layer based on silver.
Les couches d’oxyde de zinc ont une épaisseur :
- d'au moins 1,0 nm, d'au moins 2,0 nm, d'au moins 3,0 nm, d'au moins 4,0 nm, d'au moins 5,0 nm, d'au moins 6,0 nm et/ou
- d’au plus 25 nm, d’au plus 10 nm, d’au plus 8,0 nm.The zinc oxide layers have a thickness:
- at least 1.0 nm, at least 2.0 nm, at least 3.0 nm, at least 4.0 nm, at least 5.0 nm, at least 6.0 nm and/or
- at most 25 nm, at most 10 nm, at most 8.0 nm.
La somme des épaisseurs de toutes les couches à base d’oxyde présentes dans le revêtement diélectrique situé en dessous de la première couche métallique fonctionnelle peut être inférieure à 70 %, inférieure à 60 %, inférieure à 50 %, inférieure à 40 % inférieure à 30 %, inférieure à 25 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.The sum of the thicknesses of all the oxide-based layers present in the dielectric coating located below the first functional metal layer may be less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 25% of the total thickness of the dielectric coating.
La somme des épaisseurs de toutes les couches à base d’oxyde présentes dans chaque revêtement diélectrique situé au-dessus de la première couche métallique fonctionnelle peut être inférieure à 70 %, inférieure à 60 %, inférieure à 50 %, inférieure à 40 % inférieure à 30 %, inférieure à 25 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.The sum of the thicknesses of all the oxide-based layers present in each dielectric coating located above the first functional metal layer can be less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40% at 30%, less than 25% of the total thickness of the dielectric coating.
L’empilement de couches minces peut éventuellement comprendre une couche de protection. La couche de protection est de préférence la dernière couche de l’empilement, c’est-à-dire la couche la plus éloignée du substrat revêtu de l’empilement (avant traitement thermique). Ces couches ont en général une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 nm, entre 1 et 5 nm, entre 1 et 3 nm ou entre 1 et 2,5 nm. Cette couche de protection peut être choisie parmi une couche de titane, de zirconium, d’hafnium, de silicium, de zinc et/ou d’étain, ce ou ces métaux étant sous forme métallique, oxydée ou nitrurée.The stack of thin layers can optionally include a protective layer. The protective layer is preferably the last layer of the stack, that is to say the layer farthest from the coated substrate of the stack (before heat treatment). These layers generally have a thickness of between 0.5 and 10 nm, between 1 and 5 nm, between 1 and 3 nm or between 1 and 2.5 nm. This protective layer can be chosen from among a layer of titanium, zirconium, hafnium, silicon, zinc and/or tin, this or these metals being in metallic, oxidized or nitrided form.
Selon un mode de réalisation, la couche de protection est à base d’oxyde de zirconium et/ou de titane, de préférence à base d’oxyde de zirconium, d’oxyde de titane ou d’oxyde de titane et de zirconium.According to one embodiment, the protective layer is based on zirconium oxide and/or titanium, preferably based on zirconium oxide, titanium oxide or titanium oxide and zirconium.
Lorsque l’on détermine l’épaisseur d’un revêtement diélectrique, on prend en compte l’épaisseur de la couche de protection.When determining the thickness of a dielectric coating, the thickness of the protective layer is taken into account.
Le matériau de l’invention peut comprendre :
- une couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- une couche à base d’oxyde de zinc,
- une couche à base d’argent,
- un revêtement à base d’oxyde de titane,
- une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain,
- une couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,
- éventuellement une couche de protection.The material of the invention may comprise:
- a layer comprising silicon, preferably based on silicon nitride,
- a layer based on zinc oxide,
- a silver-based layer,
- a coating based on titanium oxide,
- a layer based on zinc and tin oxide,
- a layer comprising silicon, preferably based on silicon nitride,
- possibly a protective layer.
Le substrat revêtu de l’empilement ou l’empilement seulement peut être destiné à subir un traitement thermique. Cependant, la présente invention concerne également le substrat revêtu non traité thermiquement.The substrate coated with the stack or the stack only can be intended to undergo a heat treatment. However, the present invention also relates to the unheat-treated coated substrate.
Les matériaux de l’invention peuvent être utilisés à la fois en version non-trempées et en version trempées.The materials of the invention can be used both in untempered version and in tempered version.
L’empilement peut ne pas avoir subi un traitement thermique à une température supérieure à 500 °C, de préférence 300 °C.The stack may not have undergone heat treatment at a temperature above 500°C, preferably 300°C.
L’empilement peut avoir a subi un traitement thermique à une température supérieure à 300 °C, de préférence 500 °C.The stack may have undergone a heat treatment at a temperature above 300°C, preferably 500°C.
Les traitements thermiques sont choisis parmi un recuit, par exemple par un recuit thermique rapide (« Rapid Thermal Process ») tel qu’un recuit laser ou lampe flash, une trempe et/ou un bombage. Le recuit thermique rapide est par exemple décrit dans la demande WO2008/096089. Il est également possible de combiner les traitements thermiques. Par exemple, il est possible de réaliser un recuit thermique rapide suivi d’une trempe.The heat treatments are chosen from annealing, for example by rapid thermal annealing (“Rapid Thermal Process”) such as laser or flash lamp annealing, quenching and/or bending. Rapid thermal annealing is for example described in application WO2008/096089. It is also possible to combine heat treatments. For example, it is possible to perform rapid thermal annealing followed by quenching.
La température de traitement thermique (au niveau de l’empilement) est supérieure à 300 °C, de préférence supérieure à 400 °C, et mieux supérieure à 500 °C.The heat treatment temperature (at the level of the stack) is greater than 300°C, preferably greater than 400°C, and better still greater than 500°C.
Le substrat revêtu de l'empilement peut être est un verre bombé ou trempé.The coated substrate of the stack can be bent or tempered glass.
Les substrats transparents selon l’invention sont de préférence en un matériau rigide minéral, comme en verre, ou organiques à base de polymères (ou en polymère).The transparent substrates according to the invention are preferably made of a rigid mineral material, such as glass, or organic based on polymers (or polymer).
Les substrats transparents organiques selon l’invention peuvent également être en polymère, rigides ou flexibles. Des exemples de polymères convenant selon l’invention comprennent, notamment :
- le polyéthylène,
- les polyesters tels que le polyéthylène téréphtalate (PET), le polybutylène téréphtalate (PBT), le polyéthylène naphtalate (PEN) ;
- les polyacrylates tels que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ;
- les polycarbonates ;
- les polyuréthanes ;
- les polyamides ;
- les polyimides ;
- les polymères fluorés comme les fluoroesters tels que l’éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), le polyfluorure de vinylidène (PVDF), le polychlorotrifluorethylène (PCTFE), l’éthylène de chlorotrifluorethylène (ECTFE), les copolymères éthylène-propylène fluores (FEP) ;
- les résines photoréticulables et/ou photopolymérisables, telles que les résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, polyester-acrylate et
- les polythiouréthanes.The organic transparent substrates according to the invention can also be made of polymer, rigid or flexible. Examples of polymers suitable according to the invention include, in particular:
- polyethylene,
- polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN);
- polyacrylates such as polymethyl methacrylate (PMMA);
- polycarbonates;
- polyurethanes;
- polyamides;
- polyimides;
- fluorinated polymers such as fluoroesters such as ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polychlorotrifluorethylene (PCTFE), ethylene chlorotrifluorethylene (ECTFE), fluorinated ethylene-propylene copolymers (FEP);
- photocrosslinkable and/or photopolymerizable resins, such as thiolene, polyurethane, urethane-acrylate, polyester-acrylate and
- polythiourethanes.
Le substrat est de préférence une feuille de verre ou de vitrocéramique.The substrate is preferably a glass or glass-ceramic sheet.
Le substrat est de préférence transparent, incolore (il s’agit alors d’un verre clair ou extra-clair) ou coloré, par exemple en bleu, gris ou bronze. Le verre est de préférence de type silico-sodo-calcique, mais il peut également être en verre de type borosilicate ou alumino-borosilicate.The substrate is preferably transparent, colorless (it is then a clear or extra-clear glass) or colored, for example blue, gray or bronze. The glass is preferably of the silico-sodo-lime type, but it can also be of borosilicate or alumino-borosilicate type glass.
Selon un mode de réalisation préféré, le substrat est en verre, notamment silico-sodo-calcique ou en matière organique polymérique.According to a preferred embodiment, the substrate is made of glass, in particular silico-sodo-lime or of polymeric organic material.
Le substrat possède avantageusement au moins une dimension supérieure ou égale à 1 m, voire 2 m et même 3 m. L’épaisseur du substrat varie généralement entre 0,5 mm et 19 mm, de préférence entre 0,7 et 9 mm, notamment entre 2 et 8 mm, voire entre 4 et 6 mm. Le substrat peut être plan ou bombé, voire flexible.The substrate advantageously has at least one dimension greater than or equal to 1 m, or even 2 m and even 3 m. The thickness of the substrate generally varies between 0.5 mm and 19 mm, preferably between 0.7 and 9 mm, in particular between 2 and 8 mm, or even between 4 and 6 mm. The substrate can be flat or curved, even flexible.
L’invention concerne également un vitrage comprenant au moins un matériau selon l’invention. L’invention concerne un vitrage pouvant être sous forme de vitrage monolithique, feuilleté et/ou multiple, en particulier double vitrage ou triple vitrage.The invention also relates to a glazing comprising at least one material according to the invention. The invention relates to glazing which may be in the form of monolithic, laminated and/or multiple glazing, in particular double glazing or triple glazing.
Un vitrage monolithique comporte 2 faces, la face 1 est à l'extérieur du bâtiment et constitue donc la paroi extérieure du vitrage, la face 2 est à l'intérieur du bâtiment et constitue donc la paroi intérieure du vitrage.Monolithic glazing has 2 faces, face 1 is outside the building and therefore constitutes the outer wall of the glazing, face 2 is inside the building and therefore constitutes the inner wall of the glazing.
Un vitrage multiple comprend au moins un matériau selon l’invention et au moins un substrat additionnel, le matériau et le substrat additionnel sont séparés par au moins une lame de gaz intercalaire. Le vitrage réalise une séparation entre un espace extérieur et un espace intérieur.A multiple glazing unit comprises at least one material according to the invention and at least one additional substrate, the material and the additional substrate are separated by at least one spacer gas layer. The glazing creates a separation between an exterior space and an interior space.
Un double vitrage comporte 4 faces, la face 1 est à l'extérieur du bâtiment et constitue donc la paroi extérieure du vitrage, la face 4 est à l'intérieur du bâtiment et constitue donc la paroi intérieure du vitrage, les faces 2 et 3 étant à l'intérieur du double vitrage.Double glazing has 4 faces, face 1 is outside the building and therefore constitutes the outer wall of the glazing, face 4 is inside the building and therefore constitutes the inner wall of the glazing, faces 2 and 3 being inside the double glazing.
Un vitrage feuilleté comporte au moins une structure de type premier substrat / feuille(s) / deuxième substrat. La feuille polymérique peut notamment être à base de polyvinylbutyral PVB, éthylène vinylacétate EVA, polyéthylène téréphtalate PET, polychlorure de vinyle PVC. L’empilement de couches minces est positionné sur l’une au moins des faces d’un des substrats.A laminated glazing comprises at least one structure of the first substrate/sheet(s)/second substrate type. The polymer sheet may in particular be based on polyvinyl butyral PVB, ethylene vinyl acetate EVA, polyethylene terephthalate PET, polyvinyl chloride PVC. The stack of thin layers is positioned on at least one of the faces of one of the substrates.
Ces vitrages peuvent être montés sur un bâtiment ou un véhicule.These glazings can be mounted on a building or a vehicle.
Les exemples suivants illustrent l’invention.The following examples illustrate the invention.
Exemples
I. Préparation des substrats : Empilements, conditions de dépô t
Des empilements de couches minces définis ci-après sont déposés sur des substrats en verre sodo-calcique clair d’une épaisseur de 2 ou 4 mm. Dans les exemples de l'invention :
- les couches fonctionnelles sont des couches d’argent (Ag),
- les couches diélectriques sont à base de nitrure de silicium, dopé à l’aluminium (Si3N4: Al), d’oxyde de zinc et d’étain et d’oxyde de zinc (ZnO).
Les couches d’oxyde de titane TiOx sont déposées à partir d’une cible céramique de TiOx avec ou sans oxygène dans l’atmosphère de dépôt.
Les conditions de dépôt des couches, qui ont été déposées par pulvérisation (pulvérisation dite « cathodique magnétron »), sont résumées dans le tableau 1. Examples
I. Preparation of substrates : Stacks, deposit conditions you
Stacks of thin layers defined below are deposited on clear soda-lime glass substrates with a thickness of 2 or 4 mm. In the examples of the invention:
- the functional layers are layers of silver (Ag),
- the dielectric layers are based on silicon nitride, doped with aluminum (Si3NOT4: Al), zinc and tin oxide and zinc oxide (ZnO).
TiOx titanium oxide layers are deposited from a TiOx ceramic target with or without oxygen in the deposition atmosphere.
The deposition conditions of the layers, which were deposited by sputtering (so-called "magnetron cathodic" sputtering), are summarized in Table 1.
%wt : % en poids%wt: % by weight
Les tableaux 2, 3 et 4 ci-dessous liste les matériaux et les épaisseurs physiques en nanomètres (sauf autres indications) de chaque couche ou revêtement qui constitue les empilements en fonction de leurs positions vis-à-vis du substrat porteur de l’empilement.Tables 2, 3 and 4 below list the materials and the physical thicknesses in nanometers (unless otherwise indicated) of each layer or coating which constitutes the stacks according to their positions with respect to the carrier substrate of the stack .
TiOx : 1,7 % O2
TiOx : 0% O2TiOx: 5% O2
TiOx: 1.7% O2
TiOx: 0% O2
-
--
-
-
5
--
5
-
-
23
-
2
5
--
5
-
TiOx : 0% O2TiOx: 3.5% O2
TiOx: 0% O2
50
5
55
5
510
5
515
5
TiOx : 1,7 % O2TiOx: 5% O2
TiOx: 1.7% O2
510
5
510
5
Les empilements de l’invention comprennent une couche de SnZnO (20nm) au-dessus et en contact avec une couche ou un revêtement à base d’oxyde de titane.
Les empilements 2-1, 2-2 et 2-3 comprennent des revêtements à base d’oxyde de titane (revêtement à gradient d’oxygène) comprenant au moins deux couches d’oxyde de titane comprenant des proportions d’oxygène différentes. La première couche est déposée en contact de la couche d’argent et dans une atmosphère sans oxygène avec une épaisseur de 5 nanomètres. Cette couche est donc sous oxydée. La deuxième couche à base d’oxyde de titane est déposée dans une atmosphère avec 3,3% d’oxygène en débit volumique et présente une épaisseur variant de 0 à 15 nanomètres. Cette couche est donc plus oxydée que la première.
L’empilement 3-1 comprend un revêtement à gradient d’oxygène comprenant au moins deux couches d’oxyde de titane comprenant des proportions d’oxygène différentes. Les deux couches sont déposées à partir d’une cible céramique avec oxygène. La deuxième couche est plus oxydée que la première.The stacks of the invention comprise a layer of SnZnO (20 nm) above and in contact with a layer or a coating based on titanium oxide.
Stacks 2-1, 2-2 and 2-3 comprise coatings based on titanium oxide (oxygen gradient coating) comprising at least two layers of titanium oxide comprising different proportions of oxygen. The first layer is deposited in contact with the silver layer and in an oxygen-free atmosphere with a thickness of 5 nanometers. This layer is therefore under-oxidized. The second layer based on titanium oxide is deposited in an atmosphere with 3.3% oxygen by volume flow and has a thickness varying from 0 to 15 nanometers. This layer is therefore more oxidized than the first.
Stack 3-1 comprises an oxygen gradient coating comprising at least two layers of titanium oxide comprising different proportions of oxygen. Both layers are deposited from a ceramic target with oxygen. The second layer is more oxidized than the first.
II. Evolution de la résis tance carré et de l’absorption
1. Cas général
La résistance carré Rsq, correspondant à la résistance rapportée à la surface, est mesurée par induction avec un Nagy SMR-12.
La résistance carrée et l’absorption ont été mesurées avant traitement thermique (BT) et après des traitements thermiques à une température de 650°C pendant 10 min (AT).
La variation de résistance carré a été déterminée de la façon suivante : II. Evolution of resistance square tance and absorption
1. General case
The square resistance Rsq, corresponding to the resistance referred to the surface, is measured by induction with a Nagy SMR-12.
The square resistance and the absorption were measured before heat treatment (BT) and after heat treatments at a temperature of 650°C for 10 min (AT).
The square resistance variation was determined as follows:
∆Rsq(n)= (RsqRef.0-RsqEmp(n)) / RsqRef X 100.
Le gain est positif lorsque la résistance par carré est améliorée et négatif lorsque la résistance par carré est détériorée suite au traitement thermique.
Le tableau 5 ci-dessous présente les mesures de Rsq et d’absorption.∆Rsq(n)= (RsqRef.0-RsqEmp(n)) / RsqRef X 100.
The gain is positive when the resistance per sheet is improved and negative when the resistance per sheet is deteriorated following the heat treatment.
Table 5 below shows the Rsq and absorbance measurements.
BT : Avant traitement thermique, AT après traitement thermique.BT: Before heat treatment, AT after heat treatment.
Avant traitement thermique, la résistance carré des empilements comprenant une couche à base d’oxyde de titane TiOx_1,7 % (sans et avec SnZnO) est dégradée comparée à celle de l’empilement de référence (5,01-5,61 Ω/□ vs. 4,50 Ω/□). La présence d’oxygène pendant le dépôt de la couche de TiOx semble contribuer à dégrader la couche d’argent.
Après traitement thermique, la résistance carré de l’empilement de l’invention est meilleure de celle de l’empilement de référence Ref.0 (3,07 Ω/□ vs. 3,42 Ω/□).
En revanche, l’insertion de la couche de SnZnO permet de faire baisser l’absorption et ce, avant et après traitement thermique (comparaison Ref.1 et Emp.1-1). Avant traitement thermique, l’absorption passe de 10,7% à 9,2% avec l’ajout de SnZnO, mais reste plus élevée que celle de l’empilement référence (9,2% vs. 8,5%). Après traitement thermique, l’absorption de l’empilement de l’invention (5,6%) est plus basse que celle de l’empilement Ref.1 (6,2%) et aussi plus basse que la référence Ref.0 avec Ag/ZnO (6,5%). La présence d’une couche de SnZnO au contact de la couche à base d’oxyde de titane, permet de diminuer l’absorption de la couche de TiOx_1,7 % et ainsi de l’empilement complet.Before heat treatment, the sheet resistance of the stacks comprising a layer based on titanium oxide TiOx_1.7% (without and with SnZnO) is degraded compared to that of the reference stack (5.01-5.61 Ω/ □ vs. 4.50Ω/□). The presence of oxygen during the deposition of the TiOx layer seems to contribute to degrading the silver layer.
After heat treatment, the sheet resistance of the stack of the invention is better than that of the reference stack Ref.0 (3.07 Ω/□ vs. 3.42 Ω/□).
On the other hand, the insertion of the SnZnO layer makes it possible to lower the absorption, before and after heat treatment (comparison Ref.1 and Emp.1-1). Before heat treatment, the absorption increases from 10.7% to 9.2% with the addition of SnZnO, but remains higher than that of the reference stack (9.2% vs. 8.5%). After heat treatment, the absorption of the stack of the invention (5.6%) is lower than that of the stack Ref.1 (6.2%) and also lower than the reference Ref.0 with Ag/ZnO (6.5%). The presence of a layer of SnZnO in contact with the layer based on titanium oxide makes it possible to reduce the absorption of the layer of TiOx_1.7% and thus of the complete stack.
2 . Influence de la présence d’un revêtement à base d’oxyde de titane présentant un gradient d’oxygène
Le tableau 6 ci-dessous présente les mesures de Rsq et d’absorption des matériaux en fonction de l’épaisseur de la deuxième couche d’oxyde de titane suroxydé. 2 . Influence of the presence of a coating based on titanium oxide presenting an oxygen gradient
Table 6 below presents the measurements of Rsq and absorption of the materials as a function of the thickness of the second layer of superoxidized titanium oxide.
Dans cet empilement la couche à base d’oxyde de zinc et d’étain est directement au contact de la couche à base d’oxyde de titane sous oxydée.
La présence d’une couche d’oxyde de titane sur-oxydée, peu importe son épaisseur, permet d’abaisser significativement la résistance carré avant traitement thermique (3,47 vs. 4,01) et après traitement thermique (2,85 vs. 3,44). Cette résistance carré est améliorée peu importe l’épaisseur de la couche d’oxyde de titane suroxydée.
Après traitement thermique, la Rsq demeure élevée pour l’emp.2-0 comprenant une couche de SnZnO en contact direct avec une couche de TiOx sous oxydé avec un gain entre la résistance carré obtenue AT vs. BT faible.
Lorsqu’une couche d’oxyde de titane suroxydée est insérée entre la couche d’oxyde de titane sous oxydée et la couche d’oxyde de zinc et d’étain, la résistance carré demeure faible, avec un gain entre la résistance carré obtenu AT vs. BT pouvant atteindre 25%.
Lorsqu’une couche oxydée d’oxyde de titane est introduite entre le SnZnO et TiOx(0%), on améliore donc la résistance carré. Plus la couche d’oxyde de titane suroxydée est épaisse, plus cette amélioration est importante. Le gain de Rsq augmente de 18 à 25% lorsque l’épaisseur de la couche d’oxyde de titane suroxydée augmente de 5 à 15 nm. Les meilleurs résultats pour la résistance carré après traitement thermique sont obtenus pour la couche d’oxyde de titane la plus épaisse.
L’augmentation de l’épaisseur de la couche d’oxyde de titane suroxydée de 5 nm à 15 nm permet en revanche d’améliorer cette absorption (10,3% vs. 11,7%) avant recuit.
Après traitement thermique, la couche d’oxyde de titane suroxydée d’épaisseur 15 nm associée à la couche à base d’oxyde de zinc et d’étain permet de faire nettement baissée l’absorption : 5,4% vs. 7,7%.In this stack, the layer based on zinc oxide and tin is directly in contact with the layer based on under-oxidized titanium oxide.
The presence of an over-oxidized layer of titanium oxide, regardless of its thickness, makes it possible to significantly lower the square resistance before heat treatment (3.47 vs. 4.01) and after heat treatment (2.85 vs. 3.44). This square resistance is improved regardless of the thickness of the superoxidized titanium oxide layer.
After heat treatment, the Rsq remains high for the emp.2-0 comprising a layer of SnZnO in direct contact with a layer of under-oxidized TiOx with a gain between the square resistance obtained AT vs. Low BT.
When a layer of over-oxidized titanium oxide is inserted between the layer of under-oxidized titanium oxide and the layer of zinc and tin oxide, the square resistance remains low, with a gain between the square resistance obtained AT vs. BT up to 25%.
When an oxidized layer of titanium oxide is introduced between the SnZnO and TiOx(0%), the sheet resistance is therefore improved. The thicker the superoxidized titanium oxide layer, the greater this improvement. The gain of Rsq increases from 18 to 25% when the thickness of the overoxidized titanium oxide layer increases from 5 to 15 nm. The best results for square strength after heat treatment are obtained for the thickest layer of titanium oxide.
Increasing the thickness of the overoxidized titanium oxide layer from 5 nm to 15 nm, on the other hand, makes it possible to improve this absorption (10.3% vs. 11.7%) before annealing.
After heat treatment, the over-oxidized titanium oxide layer with a thickness of 15 nm combined with the layer based on zinc and tin oxide makes it possible to significantly reduce absorption: 5.4% vs. 7.7%.
Le tableau 7 ci-dessous présente les mesures de résistance carré et d’absorption dans le cas de matériau comprenant un revêtement à gradient d’oxygène avec deux couches de TiOx déposées avec oxygène.Table 7 below presents the square resistance and absorption measurements in the case of material comprising an oxygen gradient coating with two layers of TiOx deposited with oxygen.
Avant traitement thermique, la Rsq n’est ni améliorée ni dégradée comparée à l’empilement de référence (4,50 Ω/□ vs. 4,55 Ω/□).
Après traitement thermique, la Rsq est plus basse dans le cas de l’empilement de l’invention Emp.3-1 comprenant la séquence Ag/TiOx_1,7 %/TiOx_5 %/SnZnO (3,20 Ω/□) par rapport à Emp.3-0 ne comprenant pas de couche de SnZnO (3,42 Ω/□).
L’absorption est plus basse dans le cas de l’empilement Ag/TiOx_1,7%/TiOx_5%/SnZnO et ce, avant (7,8% vs. 8,5%) et après traitement thermique (5,4% vs. 6,5%). Les deux couches de TiOx sont déposées avec de l’oxygène et sont donc peu absorbantes. Cette faible absorption des deux couches de TiOx est aussi visible dans l’empilement Ag/TiOx_1,7 %/TiOx_5 % comparée à Ag/ZnO référence : 6,2% vs. 6,5%.
En affinant encore plus l’épaisseur de la première couche de TiOx déposée avec O2 (e.g., 1 nm, voire moins comme l’épaisseur d’un bloqueur de TiOx), on peut espérer réduire encore plus l’absorption de l’empilement avant traitement thermique. Dans l’optique d’utiliser ce type de structure pour un produit « annealed » (couche non recuite), il est fondamental de pouvoir réduire l’absorption autant que faire se peut.Before heat treatment, the Rsq is neither improved nor degraded compared to the reference stack (4.50 Ω/□ vs. 4.55 Ω/□).
After heat treatment, the Rsq is lower in the case of the stack of the invention Emp.3-1 comprising the sequence Ag/TiOx_1.7%/TiOx_5%/SnZnO (3.20 Ω/□) compared to Emp.3-0 not comprising a layer of SnZnO (3.42 Ω/□).
The absorption is lower in the case of Ag/TiOx_1.7%/TiOx_5%/SnZnO stacking, before (7.8% vs. 8.5%) and after heat treatment (5.4% vs. 6.5%). The two layers of TiOx are deposited with oxygen and are therefore not very absorbent. This weak absorption of the two TiOx layers is also visible in the Ag/TiOx_1.7%/TiOx_5% stack compared to the reference Ag/ZnO: 6.2% vs. 6.5%.
By further refining the thickness of the first layer of TiOx deposited with O2 (eg, 1 nm, or even less like the thickness of a TiOx blocker), one can hope to further reduce the absorption of the stack before thermal treatment. In view of using this type of structure for an “annealed” product (non-annealed layer), it is essential to be able to reduce the absorption as much as possible.
III. Observations microscopiques : Corrosion à chaud et flou
La morphologie des empilements est analysée par microscopie optique (grossissement x50) après traitement thermique. Le tableau 8 liste les images prises après traitement thermique. III. Microscopic observations : hot corrosion and blurry
The morphology of the stacks is analyzed by optical microscopy (x50 magnification) after heat treatment. Table 8 lists the images taken after heat treatment.
Les observations au microscope après traitement thermique ne montrent aucun point de corrosion à chaud pour les empilements selon l’invention avec une couche de TiOx. Par ailleurs, les empilements de l’invention ne présentent pas non plus de flou.
La présence de la couche d’oxyde de titane en sur couche au contact de l’argent permet d’empêcher la présence de flou.Observations under a microscope after heat treatment show no point of hot corrosion for the stacks according to the invention with a layer of TiOx. Furthermore, the stacks of the invention do not exhibit any blurring either.
The presence of the layer of titanium oxide as an overlayer in contact with the silver makes it possible to prevent the presence of haze.
IV. Caractérisation du comportement mécanique
Des tests de résistance à la brosse ont été réalisés avant et après traitement thermique (« Erichsen brush test » avant traitement thermique EBT et après traitement thermique TT-EBT).
Chaque échantillon est observé après un certain nombre de cycles : 50, 100, 200, 300 cycles.
Le tableau ci-dessous reprend l’ensemble des résultats, Rsq, Abs après traitement thermique, et tests EBT et TT_TT_EBT.
Les cases Ok indiquent une bonne tenue au test EBT ou TT-EBT après 300 cycles. Le chiffre indiqué à coté correspond au nombre de cycles auquel l’échantillon a été soumis.
Les cases Nok indiquent une mauvaise tenue au test EBT ou TTEBT après 300 cycles. Le chiffre indiqué à coté correspond au nombre de cycles à partir duquel le test devient mauvais (Nok).
Les résultats sont repris dans le tableau 9 ci-dessous. IV. Characterization of mechanical behavior
Brush resistance tests were carried out before and after heat treatment (“Erichsen brush test” before EBT heat treatment and after TT-EBT heat treatment).
Each sample is observed after a certain number of cycles: 50, 100, 200, 300 cycles.
The table below shows all the results, Rsq, Abs after heat treatment, and EBT and TT_TT_EBT tests.
The Ok boxes indicate good resistance to the EBT or TT-EBT test after 300 cycles. The figure next to it corresponds to the number of cycles to which the sample has been subjected.
The Nok boxes indicate poor resistance to the EBT or TTEBT test after 300 cycles. The number indicated next corresponds to the number of cycles from which the test becomes bad (Nok).
The results are shown in Table 9 below.
ATRsq Ω/□
AT
300 Cyc.EBT
300 Cycles
300 Cyc.TT_EBT
300 Cycles
L’empilement comprenant une couche d’oxyde de titane déposé en atmosphère oxydante 1,7 % (Emp.0-1) présente un bon EBT, lié à la présence de O2, mais un mauvais TT-EBT.
L’empilement de l’invention Emp.1-1 comprenant en plus une couche d’oxyde de zinc et d’étain permet de maintenir un bon EBT, mais surtout, d’obtenir également un bon TT-EBT. L’insertion de SnZnO en surcouche permet ainsi d’avoir un bon TT-EBT. Cet exemple permet de mettre en évidence le rôle de la combinaison des couches TiOx/SnZnO dans le test mécanique EBT.
On observe une bonne tenue de l’empilement de l’invention Emp.3-1 TiOx gradient /SnZnO à l’EBT et au TT_EBT. En comparant les deux empilements 3-0 et 3-1 différant par la présence de la couche de SnZnO, on constate que cette couche permet bien l’amélioration du test EBT.The stack comprising a layer of titanium oxide deposited in an oxidizing atmosphere 1.7% (Emp.0-1) has a good EBT, linked to the presence of O 2 , but a poor TT-EBT.
The stack of the invention Emp.1-1 additionally comprising a layer of zinc oxide and tin makes it possible to maintain a good EBT, but above all, to also obtain a good TT-EBT. The insertion of SnZnO as an overlayer thus makes it possible to have a good TT-EBT. This example highlights the role of the combination of TiOx/SnZnO layers in the EBT mechanical test.
Good resistance of the stack of the invention Emp.3-1 TiOx gradient/SnZnO to EBT and TT_EBT is observed. By comparing the two stacks 3-0 and 3-1 differing by the presence of the SnZnO layer, it is observed that this layer indeed allows the improvement of the EBT test.
V. Caractérisation du comportement à la rayure après traitement thermique
1. Visibilité des rayures : Test EST-TT
Des images des rayures après EST à différentes force suivie d’un traitement thermique à 650°C (EST-TT) ont été réalisées. Cela illustre le comportement à la rayure de l’empilement après traitement thermique.
Les graphiques des figures 2 et 3 explicités par le tableau 11 et le tableau 10 ci-dessous illustrent la visibilité des rayures (en unité arbitraire) en fonction de la force appliquée (en newton) pour réaliser le test EST-TT. V. Characterization of scratch behavior after heat treatment
1. Visibility of scratches: EST-TT test
Images of the scratches after EST at different forces followed by heat treatment at 650°C (EST-TT) were taken. This illustrates the scratch behavior of the stack after heat treatment.
The graphs of FIGS. 2 and 3 explained by table 11 and table 10 below illustrate the visibility of the scratches (in arbitrary units) as a function of the force applied (in newtons) to carry out the EST-TT test.
Une nette amélioration dans le cas des empilements 1-1 et 3-1 de l’invention est observée par rapport à l’empilement de référence Ref.0.
Les rayures faites entre 0,3 et 5 N sur l’empilement de référence sont bien plus visibles que les rayures faites à la même force sur les empilements de l’invention.A clear improvement in the case of the 1-1 and 3-1 stacks of the invention is observed compared to the reference stack Ref.0.
The scratches made between 0.3 and 5 N on the reference stack are much more visible than the scratches made at the same force on the stacks of the invention.
2. Observation de la corrosion à chaud des rayures
Les figures 4 et 5 explicité par le tableau 12 représentent des images prises au microscope (grossissement X50) des rayures réalisées à 5N. Cela met en évidence la corrosion des rayures après traitement thermique pour l’empilement de référence et l’absence de corrosion pour les empilements de l’invention Emp.1-1 et Emp.3-1. 2. Observation of hot corrosion of scratches
FIGS. 4 and 5, explained by table 12, represent images taken under a microscope (x50 magnification) of the scratches made at 5N. This highlights the corrosion of the scratches after heat treatment for the reference stack and the absence of corrosion for the stacks of the invention Emp.1-1 and Emp.3-1.
VI. Impact sur le facteur solaire et sur l’épaisseur de la couche d’argent
Sur la base des gains en résistance par carré communément observés dans les exemples expérimentaux (gain supérieur à 10%), une étude basée sur des simulations en vue d’optimiser le facteur solaire g a été réalisée.
Ces résultats ont été obtenus en considérant que :
- les matériaux sont montés en double vitrage avec l’empilement en face 3 dans une configuration type (verre 4mm, Ar 90%, verre 16mm),
- le matériau revêtu de l’empilement a subi un traitement thermique de type trempe.
Afin d’évaluer l’impact de l’invention sur le facteur solaire, sur la transmission lumineuse et sur la possibilité d’affinée la couche fonctionnelle à base d’argent, trois cas ont été considérés. Ces cas diffèrent par le choix du gain en résistance par carré obtenu entre un empilement de référence et un empilement de l’invention correspondant à :
- une absence de gain en résistance par carré,
- un gain en résistance par carré de 5 %,
- un gain en résistance par carré de 10 %.
Objectivement, au regard des résultats expérimentaux obtenus ci-dessus, les simulations avec un gain de 10 % sont vraisemblablement les plus proches de la réalité.
Les matériaux selon l'invention et les matériaux de référence ont tous des couleurs qui satisfont les critères définis dans des « colorbox » de référence.
La résistance par carré Rsq est fixée, c’est à dire toujours la même avec 1,97 Ohm/carré pour les empilements à couche d’argent d’environ 16 nm et 3,79 Ohm/carré pour les empilements à couche d’argent d’environ 10 nm. VI. Impact on the solar factor and on the thickness of the silver layer
Based on the gains in resistance per square commonly observed in the experimental examples (gain greater than 10%), a study based on simulations in order to optimize the solar factor g was carried out.
These results were obtained by considering that:
- the materials are mounted in double glazing with the stack facing 3 in a standard configuration (4mm glass, Ar 90%, 16mm glass),
- the material coated with the stack has undergone a quenching-type heat treatment.
In order to evaluate the impact of the invention on the solar factor, on the light transmission and on the possibility of refining the silver-based functional layer, three cases were considered. These cases differ by the choice of the gain in resistance per square obtained between a reference stack and a stack of the invention corresponding to:
- no gain in resistance per square,
- a gain in resistance per square of 5%,
- a gain in resistance per square of 10%.
Objectively, with regard to the experimental results obtained above, the simulations with a gain of 10% are probably the closest to reality.
The materials according to the invention and the reference materials all have colors which satisfy the criteria defined in reference “colorboxes”.
The resistance per square Rsq is fixed, i.e. always the same with 1.97 Ohm/square for stacks with a silver layer of approximately 16 nm and 3.79 Ohm/square for stacks with a layer of silver of about 10 nm.
5.1. Empilements à couche d’argent 16 nm
La color box pour les empilements comprenant une couche d’argent de 16 nm est la suivante :
TL (-2,5<a*T<-0,5) et (0,9<b*T<2,9)
RInt (0<a*Rint<4) et (-10,5<b*Rint<-5,5)
Rext (0<a*Rint<4) et (-10,5<b*Rext<-5,5). 5.1. 16 nm silver layer stacks
The color box for stacks comprising a 16 nm silver layer is as follows:
TL (-2.5<a*T<-0.5) and (0.9<b*T<2.9)
RInt (0<a*Rint<4) and (-10.5<b*Rint<-5.5)
Rext (0<a*Rint<4) and (-10.5<b*Rext<-5.5).
Les tableaux 13, 14, 15 et 16 listent les empilements simulés.Tables 13, 14, 15 and 16 list the simulated stacks.
CF : Couche fonctionnelle ; RD : Revêtement diélectriqueCF: Functional layer; RD: Dielectric Coating
Le tableau 17 ci-dessous reprend les valeurs de facteur solaire et de résistance par carré des matériaux définis ci-dessus ainsi que la variation de facteur solaire (∆g) entre un empilement de référence et un empilement de l’invention différant par la présence de la couche de TiOx au contact de l’argent à la place de la couche de ZnO.Table 17 below shows the values of solar factor and resistance per square of the materials defined above as well as the variation in solar factor (∆g) between a reference stack and a stack of the invention differing by the presence of the TiOx layer in contact with the silver instead of the ZnO layer.
Dans tous les cas, on constate que la baisse de Rsq induite par la solution de l’invention comprenant la séquence Ag/TiOx permet, pour une Rsq donnée fixée, d’abaisser l’épaisseur de la couche d’argent.
La solution de l’invention permet pour des valeurs de résistance par carré fixées, d’affiner jusqu’à 7,5 % les épaisseurs de la couche d’argent. Cela a pour effet avantageux supplémentaire d’améliorer le facteur solaire (augmentation de g) et d’augmenter dans la plupart des cas la transmission lumineuse.In all cases, it is found that the drop in Rsq induced by the solution of the invention comprising the Ag/TiOx sequence makes it possible, for a given fixed Rsq, to lower the thickness of the silver layer.
The solution of the invention makes it possible, for fixed values of resistance per square, to refine the thicknesses of the silver layer by up to 7.5%. This has the additional beneficial effect of improving the solar factor (increase in g) and in most cases increasing the light transmission.
Matériau sans couche haut indice d’épaisseur supérieure à 5 nm au-dessus de l’argent
Un matériau selon l’invention comprenant une couche d’argent d’environ 16 nm, présente une augmentation du facteur solaire de +1 à +3,8 points de pourcentage par rapport à un matériau de référence comprenant une couche d’argent de 16 nm, monté de la même façon (Emp.6-0, 6-5, 6-10 par rapport à Ref.6 et Emp.7-0, 7-5, 7-10 par rapport à Ref.7). Non-layered high index material thicker than 5nm above silver
A material according to the invention comprising a silver layer of approximately 16 nm, exhibits an increase in the solar factor of +1 to +3.8 percentage points compared to a reference material comprising a silver layer of 16 nm, mounted the same way (Emp.6-0, 6-5, 6-10 compared to Ref.6 and Emp.7-0, 7-5, 7-10 compared to Ref.7).
Matériau avec couche haut indice d’épaisseur supérieure à 5 nm au-dessus de l’argent
Un matériau selon l’invention comprenant une couche d’argent d’environ 16 nm, présente une augmentation du facteur solaire de +0,7 à +3,5 points de pourcentage par rapport à un matériau de référence comprenant une couche d’argent de 16 nm, monté de la même façon (Emp.4-0, 4-5, 4-10 par rapport à Ref.4 et Emp.5-0, 5-5, 5-10 par rapport à Ref.5). Material with high index layer thickness greater than 5 nm above the silver
A material according to the invention comprising a silver layer of approximately 16 nm, exhibits an increase in the solar factor of +0.7 to +3.5 percentage points compared to a reference material comprising a silver layer of 16 nm, mounted in the same way (Emp.4-0, 4-5, 4-10 compared to Ref.4 and Emp.5-0, 5-5, 5-10 compared to Ref.5) .
5.2. Empilements à couche d’argent 10 nm
La color box pour les empilements comprenant une couche d’argent de 10 nm est la suivante :
TL (-3<a*T<-1) et (2<b*T<5)
RInt (0<a*Rint<4) et (-14,5<b*Rint<-9,5)
RExt (0<a*Rext<4) et (-13,5<b*Rext<-8,5). 5.2. 10 nm silver layer stacks
The color box for stacks comprising a 10 nm silver layer is as follows:
TL (-3<a*T<-1) and (2<b*T<5)
RInt (0<a*Rint<4) and (-14.5<b*Rint<-9.5)
RExt (0<a*Rext<4) and (-13.5<b*Rext<-8.5).
Les tableaux 18, 19, 20 et 21 listent les empilements simulés.Tables 18, 19, 20 and 21 list the simulated stacks.
CF : Couche fonctionnelle ; RD : Revêtement diélectriqueCF: Functional layer; RD: Dielectric Coating
Le tableau 22 ci-dessous reprend les valeurs de facteur solaire et de résistance par carré des matériaux définis ci-dessus ainsi que la variation de facteur solaire (∆g) entre un empilement de référence et un empilement de l’invention différant par la présence de la couche de TiOx au contact de l’argent à la place da le couche de ZnO.Table 22 below shows the values of solar factor and resistance per square of the materials defined above as well as the variation in solar factor (∆g) between a reference stack and a stack of the invention differing by the presence of the TiOx layer in contact with the silver instead of the ZnO layer.
Dans tous les cas, on constate que la baisse de Rsq induite par la solution de l’invention comprenant la séquence Ag/TiOx permet, pour une Rsq donnée fixée, d’abaisser l’épaisseur de la couche d’argent.
La solution de l’invention permet pour des valeurs de résistance par carré fixées, d’affiner jusqu’à 7,5 % les épaisseurs de la couche d’argent. Cela a pour effet avantageux supplémentaire d’améliorer le facteur solaire (augmentation de g) et d’augmenter dans la plupart des cas la transmission lumineuse.In all cases, it is found that the drop in Rsq induced by the solution of the invention comprising the Ag/TiOx sequence makes it possible, for a given fixed Rsq, to lower the thickness of the silver layer.
The solution of the invention makes it possible, for fixed values of resistance per square, to refine the thicknesses of the silver layer by up to 7.5%. This has the additional beneficial effect of improving the solar factor (increase in g) and in most cases increasing the light transmission.
Matériau sans couche haut indice d’épaisseur supérieure à 5 nm au-dessus de l’argent
Un matériau selon l’invention comprenant une couche d’argent d’environ 10 nm, présente une augmentation du facteur solaire de +0,3 à 1,9 points de pourcentage par rapport à un matériau de référence comprenant une couche d’argent de 10 nm, monté de la même façon (Emp.8-0, 8-5, 8-10 par rapport à Ref.8 et Emp.9-0, 9-5, 9-10 par rapport à Ref.9). Non-layered high index material thicker than 5nm above silver
A material according to the invention comprising a silver layer of approximately 10 nm, exhibits an increase in the solar factor of +0.3 to 1.9 percentage points compared to a reference material comprising a silver layer of 10 nm, mounted the same way (Emp.8-0, 8-5, 8-10 compared to Ref.8 and Emp.9-0, 9-5, 9-10 compared to Ref.9).
Matériau avec couche haut indice d’épaisseur supérieure à 5 nm au-dessus de l’argent
Un matériau selon l’invention comprenant une couche d’argent d’environ 10 nm, présente une augmentation du facteur solaire de +0,4 à +1,6 points de pourcentage par rapport à un matériau de référence comprenant une couche d’argent de 10 nm, monté de la même façon (Emp.10-0, 10-5, 10-10 par rapport à Ref.10 et Emp.11-0, 11-5, 11-10 par rapport à Ref.11). Material with high index layer thickness greater than 5 nm above the silver
A material according to the invention comprising a silver layer of approximately 10 nm, exhibits an increase in the solar factor of +0.4 to +1.6 percentage points compared to a reference material comprising a silver layer of 10 nm, mounted in the same way (Emp.10-0, 10-5, 10-10 compared to Ref.10 and Emp.11-0, 11-5, 11-10 compared to Ref.11) .
Conclusion :
Les exemples montrent que la combinaison de l’invention permet :
- de ne pas augmenter l’absorption après traitement thermique,
- d’obtenir un gain en résistance carré,
- pour une Rsq donnée d’abaisser l’épaisseur de la couche d’argent et permettre une augmentation de la transmission lumineuse et du facteur solaire,
- d’obtenir une bonne résistance à la corrosion et l’absence de flou,
- d’obtenir une bonne résistance au test à la brosse après traitement thermique.
De plus, l’introduction d’une faible quantité d’oxygène (<5%) pendant le dépôt de la première couche de TiOx à partir d’une cible céramique permet d’obtenir après traitement thermique un gain en Rsq de 10-15%, une absorption similaire, voire inférieure à celle d’un empilement Ag/ZnO, ainsi qu’une amélioration du TT_EBT. Conclusion :
The examples show that the combination of the invention allows:
- not to increase absorption after heat treatment,
- to obtain a gain in square resistance,
- for a given Rsq to lower the thickness of the silver layer and allow an increase in light transmission and solar factor,
- to obtain a good resistance to corrosion and the absence of haze,
- to obtain good resistance to the brush test after heat treatment.
In addition, the introduction of a small quantity of oxygen (<5%) during the deposition of the first layer of TiOx from a ceramic target makes it possible to obtain, after heat treatment, a gain in Rsq of 10-15 %, an absorption similar or even lower than that of an Ag/ZnO stack, as well as an improvement in the TT_EBT.
Claims (15)
- un revêtement à base d’oxyde de titane comprenant au moins une couche à base d’oxyde de titane située au-dessus et au contact d’une couche métallique fonctionnelle à base d’argent présentant une épaisseur supérieure à 3 nm,
- une couche à base d’oxyde de zinc et d’étain comprenant au moins 20 % en masse d’étain par rapport à la masse totale de zinc et d’étain, située au-dessus et au contact de la couche à base d’oxyde de titane.Material comprising a transparent substrate coated with a stack of layers comprising at least one silver-based functional metallic layer and at least two dielectric coatings, each dielectric coating comprising at least one dielectric layer, so that each functional metallic layer is placed between two dielectric coatings, the stack comprises:
- a coating based on titanium oxide comprising at least one layer based on titanium oxide located above and in contact with a functional metallic layer based on silver having a thickness greater than 3 nm,
- a layer based on zinc oxide and tin comprising at least 20% by mass of tin relative to the total mass of zinc and tin, located above and in contact with the layer based on titanium oxide.
- supérieure à 5 nm,
- inférieure à 40 nm.Material according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer based on zinc oxide and tin has a thickness:
- greater than 5 nm,
- less than 40 nm.
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