具有低太阳热得热系数、增强的化学和机械性能的低发射率涂层和其生产方法

专利名称：具有低太阳热得热系数、增强的化学和机械性能的低发射率涂层和其生产方法
技术领域：
本发明一般而言涉及低发射率(“低e”)涂层，具体而言涉及具有低太阳热得热 系数(SHGC)( “低g”)并具有保留的或增强的机械和化学稳定性的涂层。
背景技术：
此处引用的所有美国专利和专利申请均全文援引加入，包括同时待审的美国申 请号11/648，913、美国申请号11/431，915、美国临时申请号60/680，008、美国临时申请号 60/736，876、和美国临时申请号60/750，782。如有冲突，将以本说明书为准，包括定义。在透明面板或透明衬底上的太阳能控制涂层用以使可见光通过并阻止红外辐射 (IR)。在例如建筑玻璃或汽车车窗上的高可见光透射率、低发射率涂层可以大大节省与环 境控制相关的费用，如采暖和制冷费用。一般说来，提供高可见光透射率和低发射率的涂层由叠层组成，其通常包括透明 衬底和光学涂层。所述叠层包括一层或多层位于抗反射介电层之间的具有高IR反射率和 低透射率的薄金属层。这些系统反射辐射热并隔离寒冷和太阳辐射。大部分今天使用的低 发射率叠层都基于透明绝缘材料。通常，调整介电层的厚度以降低内部和外部反射使得透 光率高(>60%)。IR反射金属层实际上可以为任何反射性金属，如银、铜或金。银(Ag) 因其相对中性的颜色而最常用于此种应用。所述抗反射介电层通常是选择透明材料以提高 可见光透射率。常规的低发射率涂层一般都努力保持在整个可见光谱范围内反射相对固定以使 涂层为“中性”颜色，也就是说，基本为无色。然而，常规的低发射率涂层不能提供某些应用 中因美观或其它原因需要的极端的反射颜色。为在涂层衬底中得到想要的特性，必须认真选择多层涂层中的每一层的组成和厚 度。例如，必须认真选择IR反射层如Ag层的厚度。已知Ag层的发射率容易随着Ag薄层 电阻的下降而下降。因此，为获得低发射率Ag层，Ag层的薄层电阻应尽可能低。然而，增 加Ag层的厚度也将导致可见光透射率下降并可能产生通常不希望的颜色。理想的是能够 通过减小Ag层的厚度而不增加薄层电阻和发射率来增加可见光透射率。薄而透明的Ag金属层在潮湿或湿润环境中，接触到各种腐蚀剂如空气携带的氯 化物、硫化物、二氧化硫等时容易受到腐蚀。为保护Ag层，可在Ag上沉积各种阻挡层。然 而，由常规的阻挡层提供的保护经常是不足的。涂层玻璃用在涂层被暴露于高温下的多种应用中。例如，在自清洁的厨房烘箱中 的玻璃窗上的涂层被反复加热至120-230°C的烹调温度，而且经常在清洁周期中偏离到如 480°C。而且，当回火或者弯曲涂层玻璃时，涂层和玻璃一起被加热至600°C以上的温度长达 数分钟。这些热处理可能导致Ag涂层的光学特性不可逆的破坏。这种破坏可能是由于Ag 被扩散到Ag上层和下层的氧所氧化。这种破坏也可能是由于Ag与从玻璃中迁移出来的碱 性离子如钠(Na+)反应。这种破坏或者在Ag之上和之下的介电层的结构改变可能助长和
5增强氧和碱性离子的扩散。涂层必须能经受这些高温。然而以前所知的使用Ag作为红外 反射膜的多层涂层经常不能在Ag膜不受一些破坏的情况下经受这种温度。低发射率涂层在美国专利号4，749，397和4，995，895中有描述。真空沉积的含银 低发射率涂层目前在门窗设计的市场中有售。美国专利号4，995，895教导了使用可氧化的金属作为减雾外涂层来用于保护可 回火的低e涂层。该专利涉及减少由于暴露在超过600°C的温度下而产生的雾气的方法。金属、金属合金和金属氧化物涂层已经被用于低发射率银涂层以改善涂层物体的 一些特性。美国专利号4，995，895描述了一种金属或金属合金层，其被沉积为玻璃衬底上 的所有层的最外层。该金属或金属合金层被氧化并用作抗反射涂层。美国专利号4，749，397 描述了一种方法，其中将金属氧化层沉积为抗反射层。将银层夹在抗反射层之间使得光透 射最优化。不幸的是，光学涂层经常在运输和处理中被损坏，包括刮擦和暴露在腐蚀性环境 中。银基低发射率涂层特别容易受腐蚀问题影响。大多数目前使用的低发射率叠层都在低 发射率薄层叠层中或叠层上用阻挡层来减轻这些问题。薄阻挡层通常用于降低水蒸气、氧 或其它流体对银层的腐蚀。如果它们形成外涂层，有些借助于它们的硬度或者通过减少磨 擦来降低物理刮擦低发射率叠层导致的损害。对于半沙漠地区以及日照强烈的地区，现有的高透射率低e产品已经带来了优 势，但是热和光负荷依然太强而不能最大化使用这些低e产品的房间和建筑内的温度和视 觉舒适度。也有一些具有较低透光率的低e叠层，但这些产品通常展现出至少下列一种缺 点使其不够美观的高反射、或使其不适于控制热负荷的高遮阳系数。很少有可商用的低e产品兼备理想的光学特性和遮阳系数。那些产品仍需要额外 的改动以使其理想地用于加工和生产。而且，这些低e涂层是软涂层，在储存和加工成绝缘 玻璃单元过程中需要非常小心。理想的是改善这些涂层目前的机械和化学稳定性。在同一涂层机上生产不同的叠层设计也可能经常有问题，因为不同设计的装置要 求不总是相兼容的。理想的是能在一个涂层机上同时生产不同的涂层而不需要停机和改变 涂层机配置。而且，出于安全考虑，现在更多的玻璃被热处理以增加其机械强度并避免破碎时 划伤。对于低SHGC产品尤其如此。当部分涂层暴露于阳光辐射下而部分在阴凉中的时候， 涂层能量吸收的增加使得对lite潜在的热应力增加。一般设计的低e涂层不用来经受热 强化或回火。这样的条件可能完全损坏涂层，破坏其美观，从而使其不能使用。因此，仍然需要能克服这些在现有技术中出现的各种问题的低发射率涂层叠层 (以及其制备方法)。特别是需要具有低太阳热得热系数的低e叠层，如果期望的话，所述 叠层展现出保留的或增加的美观、以及机械和/或化学稳定性，并且可被回火或热强化。而 且，还需要那些无需特定的非标准的涂层机即可被涂敷的叠层。

发明内容
为克服与先前的低发射率涂层有关的问题，本发明提供了改善的涂层，其生成的 叠层具有低的太阳热得热系数(即低g叠层)，并且美观，还展现出与一般低发射率叠层相比相当或更好的化学和机械稳定性。而且，本发明提供的产品与标准生产方法相兼容。特 别地，例如，从标准涂层机转换到低g涂层机不需要通风或其它涂层机配置的改变。此外， 依照本发明涂覆的玻璃衬底令人惊讶地可以被回火或热强化，而这种回火或热强化不会导 致叠层退化或涂层衬底的光学质量的下降，并且不会导致其它在这些工艺与低发射率涂层 一起使用时通常出现的缺陷。本发明通过引入至少一层薄吸收层增加叠层的吸收或通过增加其它层如阻挡层 吸收来克服本领域已知的低e叠层的缺陷。增加叠层的吸收的技术降低了整个透光率而不 增加光反射。光反射增加往往是一个问题，特别是当它发生在面向建筑物内部的窗玻璃上 时。吸收材料的适当选择也使人们能够控制涂层玻璃的透射颜色。在实施方案中，可 以将吸收层插在保护红外反射层的阻挡层与覆盖的介电层之间。在可替换的实施方案中， 也可使阻挡层本身更具有吸收性以获得类似的结果。因此在这种实施方案中，阻挡层既用 作阻挡层，又用作吸收层，在这里就称为“吸收阻挡”层。红外反射层优选是银(Ag)，但是也 可以是任何反射材料，如，不受限制，铜或金。因此，一方面，本发明在衬底上提供一种低发 射率涂层，该涂层自衬底向外的顺序包括第一介电层、第一红外反射层、第一吸收阻挡层、 第二介电层、第二红外反射层、第二吸收阻挡层、第三介电层、以及任选存在的外涂层。在要 受到回火或热处理的实施方案中使用任选存在的外涂层。在优选的实施方案中，成核层在 所述一个或两个红外反射层的下面。虽然优选的实施方案包括上述叠层结构，本发明还提 供具有单层红外反射层而非两层或更多层红外反射层的涂层。因此这样的实施方案将包括 第一介电层；任选存在的成核层；红外反射层；吸收阻挡层；第二介电层；和任选存在的外 涂层。本发明的涂层是通过在衬底上沉积这些层而形成的。优选的方法包括通过磁控溅射 来沉积。


图1描述了根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠层展示出 低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图2描述了另一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠层 展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性，其包括用于改善Ag层特性的成核层。图3描述了又一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠层 展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图4描述了又一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠层 展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图5描述了用于汽车或其它车辆的低发射率叠层的实施方案，所述叠层包括两个 玻璃衬底、PVB层、和根据本发明的涂层。图6A和6B描述了适用作本发明的低g吸收体的典型材料的光学常量数据。图6A 提供了与折射率(η)有关的数据，而图6Β提供了与消光系数(k)有关的数据。图7提供了说明对于SiAlOxNy的两种化学计量的折射率和消光系数的图表数据。图8提供了说明对于在根据本发明的低g叠层中SiAlOxNy的优选η和k值的图表 数据。
图9描述了另一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠层 展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图10描述了又一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠 层展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图11描述了一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠层 展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图12描述了另一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠 层展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性，其包括用于改善Ag层特性的成核层。图13描述了又一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠 层展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。图14描述了又一个根据本发明的外观美观的低发射率叠层的实施方案，所述叠 层展示出低的SHGC和增强的机械和/或化学稳定性。
具体实施例方式在下面的详细描述中，参考了多个可以实施本发明的具体实施方案。这些实施方 案被描述得足够详细，以使得本领域的技术人员能够实施本发明，而且应认识到的是也可 以使用其它的实施方案，并且在不偏离本发明的精神和范围的情况下可作出结构上的改变 和符合逻辑的改变。本发明提供了改善的涂层，其得到的低发射率叠层具有低的太阳热得热系数 (SHGC)，并且美观，还展示出与一般低发射率叠层相比相当或更好的化学和机械稳定性。而 且，本发明提供的产品与标准的生产方法相兼容。特别是，例如，从标准涂层机转换到低g 涂层机不需要通风或其它涂层机配置的改变。而且，根据本发明的实施方案涂覆的玻璃衬 底令人惊讶地可以被回火或热强化，而没有在这些工艺与低发射率涂层一起使用时通常出 现的缺陷。在实施方案中，本发明通过引入至少一层薄吸收层而增加所述叠层的吸收性或者 通过增加其它层如阻挡层的吸收(由此得到“吸收阻挡”层)来获得低e叠层期望的性质。 用于增加叠层的吸收的技术减少了整个透光率，而不增加光反射。光反射增加往往是问题， 特别是当其发生在面向建筑物内部的窗玻璃上时。可通过调整介电层或吸收阻挡层的厚度 或吸收阻挡层的性质来增加回火的耐受性。一方面，本发明在衬底上提供了一种包括涂层的低发射率叠层，所述涂层包括至 少一层吸收层。所述吸收层可以是除阻挡层之外的层。或者，还可以改变阻挡层使其也用 作吸收层，从而变成吸收阻挡层并消除对单独的吸收层和阻挡层的需要。低发射率叠层的 特点为其太阳热得热系数(SHGC)小于约0. 34，优选小于约0. 31。在一些实施方案中，低e 叠层的特点为SHGC是约0. 22-约0. 25。在各种实施方案中，该叠层的透光率为约42% -约 46%。在本文中所描述的一些实施方案中，透光率可以高达约62%。在回火期间，透射率增 加约1-8%。在一些实施方案中，叠层的透射颜色为负f和负b*。在可替换的实施方案中， 叠层具有的透射颜色为负f和正b*。另一方面，本发明在衬底上提供一种低发射率涂层，所述涂层自衬底向外的顺序 包括第一介电层、第一红外反射层、第一吸收阻挡层、第二介电层、第二红外反射层、第二吸收阻挡层、第三介电层、以及任选存在的外涂层。所述第一或第二吸收阻挡层中的任一个是 任选存在的，也就是说，这两层不是必需的。在要受到回火或热处理的实施方案中使用任选 存在的外涂层。在优选的实施方案中，成核层位于一个或多个红外反射层的下面。所述衬底优选为玻璃。在优选的实施方案中，所述两个红外反射层是Ag层并且以 约80%或更高的Agl/Ag2的比例得到很好地平衡。然而，在另外的实施方案中，该比例可能 低至50%。具有平衡的Ag层提供多种优势，特别是从工艺角度而言。因为两个靶以大约相 同的速率腐蚀，作业周期的长度可以最大化。例如，当第二 Ag层(Ag2)比第一层(Agl)厚 很多时，必须在作业早期对涂层机通风，这对生产成本有很大的负面影响。如上所述，本发 明还提供具有单层Ag层而不是双层或多层Ag层的涂层。当作为单独一层存在时，吸收层优选插在保护Ag层的阻挡层和覆盖的介电层之 间。吸收材料可以包括金属、合金、硅化物、吸收性氧化物、吸收性灰色金属、氮化物、或任何 其它达到理想效果的合适的材料。优选的材料包括，但不限于，Ti、TiN, Si、NiCr, NiCrOx, Cr、Zr、Mo、W、和&Si、镍或铬合金、以及过渡金属及其氮化物、低价氮化物、和低价氧化物、 还有硅化物和铝化物。在优选的可回火和不可回火的实施方案中，吸收材料包括NiCr。在 不经回火的一些实施方案中，Ti也是很好的吸收材料。吸收材料的适当选择也使普通技术人员能够控制涂层玻璃的透射颜色。中性颜色 (优选负a*和b*且良好平衡的——对透射和玻璃侧反射的最低要求为负f值和b*值小于 +2)比更深的绿色调和黄色调更加美观。中性透射是非常理想的，因其最大化嵌入玻璃的隔 热玻璃单元(IGU)正确的颜色重现。如果需要的话，本发明还可以得到蓝色调。因此，已经发现在低g设计中某些材料能够降低低e涂层的透射并使叠层颜色调 整到优选的颜色。对可回火的涂层而言，该优选材料在薄膜叠层中也是热稳定的。许多其 它材料可以用来替代上述吸收材料。这些材料可通过折射率(η)和削光系数(k)的范围来 限定，适于执行降低透射的功能。在可回火的低g设计中，吸收层具有合适的光学特性以及 额外的热稳定性能。当不使用单独的吸收层时，可以改进一层或多层阻挡层以增加吸收，从而产生同 样上述期望的光学性质。这种改进优选包括改变这些层中的气体水平，如在下图中所表现 的。这些图表显示了氧气流量与溅射功率(千瓦)的NiCrOx比值和NiCrOx消光系数(k) 之间的关系。第二 y坐标还显示了当将给定的NiCrOx用于如本文所述的双层银低e叠层 时TY或SHGC值。该NiCrOx比值优选是基于用直流电源运行的2879mm长的溅射靶。功率一般为 15-45kw。氩气流量是 300sccm。氧气流量与溅射功率的NiCrOx比值vs消光系数和低e TY 美国专利6，416，872在本申请中全文援引加入，其涉及包含Fabry-Perot型薄膜 叠层(金属/介电层/金属)的太阳能控制设计的用途。其中一种金属为红外反射材料 (银)，一种为光学吸收材料。所述光学吸收材料用一系列合适的光学常数来描述。本发明 的实施方案类似地包括Fabry-Perot叠层，但包括金属/金属/介电层/金属/金属的一 般层结构，或更具体地说，为金属/薄低价氧化物吸收体(阻挡层)/金属/介电层/金属 /薄低价氧化物吸收体(阻挡层)/金属。在每种情况下，金属/金属组合中的一种金属优 选为红外反射金属，而另一种优选为吸收性金属材料。低g吸收性金属材料可以用与美国 专利6，416，872中阐述的相似的光学常数范围来描述。光学上适用作低g吸收体的典型材 料的光学常数如图6A和6B所示。基于图6A中显示的数据，对所示的金属吸收体来说，在 550nm波长下优选的折射率范围为约1_约5.5。基于图6B中显示的数据，对所示的金属吸 收体来说，在550nm波长下消光系数为约1. 75-约4. 5。可用来帮助限定合适材料的范围的 另一参数是在550nm下斜率为正的折射率图。这一特点会将金属材料与低价氧化物和氮化 物区分开，后者作类似绘制时，在550nm下通常具有负的斜率。在本发明的一个实施方案中，当吸收层以单独的层存在时，其被加在叠层的特定
位置。这是为了最优化对制造和加工涂层玻璃很重要的其它特性，特别是整体耐久性和生产的方便性。当存在吸收层时，每个吸收层的厚度优选为约0. Inm-约8nm。如果包括两层吸收 层，优选第一吸收层比第二吸收层厚。第一吸收层的厚度优选为约Inm至约6nm，更优选为 约1. 5nm-约5nm。第二吸收层的厚度优选为约0. Inm-约5nm，更优选为约0. Inm-约4nm。 在另一个实施方案中，第一吸收层的厚度为约3nm。在另一个替换的实施方案中，第二吸收 层的厚度为约0.5nm。在另一个替换的实施方案中，第一吸收层的厚度为约3. 6nm。在另一 个替换的实施方案中，第二吸收层的厚度为约0. lnm。上述的厚度范围类似地适用于吸收阻 挡层，当使用这种层代替单独的吸收层和阻挡层时。阻挡层(无论单独的或者是吸收阻挡层)保护Ag层以防止当在其上溅射介电层 时受到等离子体的攻击。其还通过控制侵蚀性物种如02、0、H20、和Na+的扩散来提高化学 稳定性。在优选的实施方案中，阻挡层是透明的。所述阻挡层可以包括，但不限于，NiCr、 NiCrOx, TiOx, NiCrNxOy, NiCrNx, Ti或其它一种或多种金属、或其低价氮化物或低价氧化物。 优选的阻挡层是NiCrOx。在这种层中，尤其是在第一(即底层)NiCrOx层中，其可以包含约 15至60原子％的氧。优选氧的原子％是20%至55%。当第一 NiCrOx层包含约20原子％ 的氧时，可改善本发明可回火形式的耐热性。在优选的实施方案中，(特别是当改进阻挡层 以使其还具有增加的吸收性能时)，该阻挡层包括NiCrOx且其是自平面靶溅射在银上并沉 积的薄保护层。优选其在氩-氧混合物中被溅射。功率对氧气流量的比值(sccm)是用于估 算溅射的NiCrOx中的氧化的优选方法。对完全氧化的NiCrOx来说，使用的比值是10 1。 在根据本发明的一些涂层中使用的比值优选为7. 5 1到8.0 1。在可替换的优选实施方案中，使用NiCr的吸收阻挡层。类似地，这个薄的保护阻 挡层优选从DC平面靶溅射在银上并且沉积。在这样的实施方案中，MCr层仅仅在氩中被 溅射。所述MCr层可以是完全金属的，除了非故意的杂质之外，如可能由邻近阴极的气体 串扰所引起的。在优选的实施方案中，每个介电层独立地包括氧化物、氮化物、或氧氮化物。当介 电层包括氧化物时，该氧化物优选由Ti、Zn、Sn、ZnSn合金、或Bi靶溅射。该氧化物可以包 括Nb205。该氧化物可以含有至多20重量％，优选至多约10重量％的元素如Al或B，或类似 的这种元素。这些掺杂剂通常用于使硅涂层机靶导电。当介电层包括氮化物或氧氮化物时， 该氮化物或氧氮化物可以为Si、SiAl, SiB, SiZr的氮化物或氧氮化物，或其它达到想要效 果的合适的氮化物或氧氮化物。类似地，该氮化物或氧氮化物可以包含至多约20重量％， 优选至多约10重量％的元素如Al或B，或类似的这种元素用于使涂层机靶导电。在优选的 实施方案中，介电层是SiAlOxNy并且是由硅/10重量％铝可旋转阴极被反应溅射。反应性 气体优选是约90%氮气流和10%氧。尽管层与层之间以及每次生产运行之间发生化学计 量的变化，但是优选材料是亚化学计量的。在优选的实施方案中，对于SiAl而言，在溅射气 体中存在不足的氮和氧以获得完全反应的氧氮化物。在一些实施方案中，在该层中的原子 比大约是Si4Oa 4N5。在使用三种主要介电层的优选实施方案中，至少其中一层介电层为亚化学计量状 态。更优选地，这三层介电层(例如SiAlOxNy)均为亚化学计量状态。使用这种亚化学计量 层可获得多种好处。例如1.如果靶表面化学为亚化学计量的，自SiAl溅射靶的沉积速率更高。对富含硅的表面来说溅射产量比对含有更多氮化硅的表面更高。较高的沉积速率对在更高速度下运转 涂层机是有利的，这样更经济。2.亚化学计量的氮化物更高的折射率使得介电层对于相同光学厚度而言具有更 低的物理厚度。当沉积亚化学计量层时，消耗较少的靶材料，这再次使涂层机运转得更有 效。3.更高的折射率介电层使得低e叠层设计中光学特性更灵活。用更高的折射率介 电层可比用较低的折射率、化学计量的材料更容易得到理想的透射和反射颜色。4.亚化学计量层往往比化学计量的介电层有更好的化学阻挡特性。这使得低e叠 层具有更好的化学稳定性和抗腐蚀性。腐蚀剂较不可能到达脆弱的银层。5.亚化学计量介电层的光吸收帮助降低透射并提高低g叠层的太阳热得热系数。 亚化学计量介电层在可见光中往往是光学吸收性的，而在红外中更透明。因此，这些材料降 低可见光透射但往往不干扰银层的红外反射特性。金属吸收体层在可见光和红外中都是光学吸收性的。当金属材料在低g产品中用 于降低透射时，可见光透射和红外线反射都被降低。对于低e产品理想的是红外反射尽可 能地高。这些优势往往出现在可被用在低e叠层中的亚化学计量的氧化物、亚化学计量的 氧氮化物、和亚化学计量的氮化物上。在根据本发明叠层中的优选介电层中所用的硅对铝的比率为10重量％ Al。也可 使用其它Si Al比率。在一些实施方案中，Si、0和N的原子比为约Si40a4N5。顶层氧氮 化硅介电层的主要功能是用作光学干涉层，这有助于银的抗反射。然而，选择该材料的部分 原因是其阻挡特性和硬度，以及其有助于在机械上和化学上对银的保护。图7描述了氧氮化硅的折射率和消光系数。绘在图上的折射率和消光系数表明了 两个化学计量的SiA10xNy。这代表适于低g涂层的SiAlOxNy化学计量的大致上限和下限。 优选实施方案的化学计量一般都在这两个端值之间。图8描述了在低g叠层中SiAlOxNy的 优选的n&k近似值。在优选实施方案中，介电层在550nm下的折射率为约1. 8_约2. 5，更优选为约 2. 1-约2.3。具体地说，在优选实施方案中，顶层介电层可以比底层或中层介电层具有更低 的折射率。在这样的实施方案中，顶层介电层的折射率为约1. 8-约2. 3，和底层或中层介电 层的折射率为约2. 0-约2. 5。在优选实施方案中，介电层在550nm下的消光系数为约0-约
0.05，更优选为约0. 01-约0. 02。在优选的实施方案中，涂层在第一介电层和第一银层之间还包括成核层。在另外 的优选实施方案中，涂层在第二介电层和第二银层之间还包括第二成核层。所述成核层改 善了银层的特性，其通常是基于Zn氧化物，其它元素例如，但不限于，Al、Sn或其混合物至 多为15重量％。在优选实施方案中，用于沉积ZnO的溅射靶含有约1.5% Al，生成的层 为ZnA10x。这种材料优选从锌/1. 5重量％铝可旋转或平面阴极被反应溅射。溅射气体优 选由氩和足够的氧组成以使氧化物以完全氧化的状态被沉积。用于银的成核层，如在本文 中所描述的那些，通常在低e专利文献中都有描述。在本发明实施方案中成核层的厚度优 选为约2nm-12nm。在优选实施方案中，底层成核层比顶层成核层厚，二者之间的比值为约
1.2-约2. 0。这个结构提高了耐久性，尤其是在热处理或回火之后。
在优选实施方案中，红外反射层包括Ag并且在纯氩中溅射。或者，可以添加少量 氧。氧有助于机械耐久性，尤其是在经受热处理或回火的实施方案中。任选存在的外涂层，如果存在的话，可对化学和/或机械稳定性有正面影响。其 可包括，但不限于，C、SiSn, ZrSi, SiSnO2或硅化物。应注意的是这种命名不用来指不同元 素间的化学计量或原子比例。例如，ZrSi为一种溅射材料，其中ττ的原子百分比从0%到 100%变化，且该层可分级。该层在加热时可被氧化。该外涂层与下面的介电层相比通常具 有相对比的性质。如果介电层为氧化物，则外涂层优选为上述材料的一种、或氮化物或氧氮 化物，如SiN或SixAlyNz0。。或者，当介电层为氮化物或氧氮化物时，外涂层选自上述列表， 或者可为氧化物(例如&02、ZrSiO2, SnO2、或&0xNy、TiO2或其它类似物质，但不限于这里 所述的精确的化学计量比例)。优选的外涂层为碳，并且优选在生产期间用在可回火的产品 中。通常被溅射的这层涂层的厚度优选为约4-8nm，并在回火过程中被烧掉。优选实施方案 使用约3-5nm厚的溅射碳外涂层作为最外层。这种材料优选在氩中被DC磁控溅射。在一个优选的实施方案中，本发明提供了一种在衬底上的低发射率涂层，所述涂 层自衬底向外的顺序包括厚度为至多约25nm，优选至多约23nm的第一介电层；厚度为约 8nm-约15nm的第一银层；厚度为约0. Inm-约4nm的第一吸收阻挡层；厚度为约40nm-约 75nm的第二介电层；厚度为约8nm_约15nm的第二银层；厚度为约0. Inm至约4nm的第二 吸收阻挡层；厚度为约IOnm至约40nm的第三介电层；以及任选存在的外涂层。在另一个 实施方案中，涂层在第一介电层和第一银层之间包括成核层，该成核层的厚度为约4nm-约 12nm。在又一个实施方案中，涂层在第二介电层和第二银层之间包括第二成核层，该第二成 核层的厚度为约2nm-约8nm。第一介电层厚度为约23nm的叠层特别适合回火。在另一个优选的实施方案中，本发明提供了一种在衬底上的低发射率涂层，该涂 层自衬底向外的顺序包括第一介电层，其包括SiAlOxNy ；第一成核层，其包括ZnAlOx;第一 红外反射层，其包括Ag ；第一吸收阻挡层，其包括NiCr ；第二介电层，其包括SiAlOxNy ；第二 成核层，其包括ZnAlOx;第二红外反射层，其包括Ag;第二吸收阻挡层，其包括NiCr ；第三 介电层，其包括SiAlOxNy ；以及任选存在的外涂层。在替换的实施方案中，吸收阻挡层包括 Ni CrOx。在另一个优选的实施方案中，本发明提供了一种在衬底上的低发射率涂层，该涂 层自衬底向外的顺序包括第一介电层，其包括SiAlOxNy，且厚度为至多约25nm，优选至 多约23nm ；第一成核层，其包括ZnAlOx,且厚度为约4nm-约12nm ；第一银层，其厚度为约 8nm-约15nm ；第一吸收阻挡层，其包括NiCr，且厚度为约0. Inm-约4nm ；第二介电层，其 包括SiAlOxNy，且厚度为约40nm-约80nm ；第二成核层，其包括ZnAlOx,且厚度为约2nm-约 8nm;第二银层，其厚度为约8nm-约15nm ；第二吸收阻挡层，其包括NiCr，且厚度为约0. Inm 至约4nm ；第三介电层，其包括SiAlOxNy,且厚度为约IOnm-约40nm ；以及任选存在的外涂 层。在替换的实施方案中，吸收阻挡层包括NiCrOx。第一介电层厚度为约23nm的叠层特别 适合回火。在一个实施方案中，本发明提供了一种在衬底上的低发射率涂层，该涂层自衬底 向外的顺序包括第一介电层，其包括SiAlxNyOw，且厚度为约3nm-约25nm ；第一成核层，其 包括ZnAlyOx，且厚度为约4歷_约12nm ；第一银层，其厚度为约8歷_约12nm ；第一阻挡层， 其包括NiCrOx，且厚度为约Inm-约4nm ；第一吸收层，其包括NiCr，且厚度为约1. 5nm至约4nm ；第二介电层，其包括SiAlxNyOw，且厚度为约55nm-约75nm ；第二成核层，其包括ZnAlOx, 且厚度为约3nm-约IOnm ；第二 Ag层，其厚度为约IOnm-约15nm ；任选存在的第二阻挡层， 其包括NiCrOx，且厚度为约2nm-约4nm ；第二吸收层，其包括NiCr，且厚度为约0. 7nm-约 2. 2nm ；第三介电层，其包括SiAlxNyOw，且厚度为约24歷_约40nm ；以及任选存在的外涂层。 在实施方案中，包括NiCrOx的第二阻挡层是不存在的，使得将第二吸收层直接沉积在第二 Ag层上。可使用共溅射的NiCr和铬、NiCr/Cr双层、或其它吸收性灰金属或合金替代在这 个描述的实施方案中第二吸收层中的NiCr金属。其它的替代物包括，但不限于，包含任意 Ni Cr比的镍铬合金；Ni Cr比值渐变的NiCr层；与氮反应形成NiCrNx的NiCr层；以 及包括NiCr/NiCr的双层光学吸收体，其中任一金属可以为任意比例的Ni和Cr。在另一个实施方案中，如图9所示，本发明提供了在衬底上的低发射率涂层，该涂 层自衬底向外的顺序包括第一介电层、第一成核层、第一 Ag层、第一阻挡层、第一光学吸收 层、第二介电层、第二成核层、第二 Ag层、第二光学吸收层、第三介电层、以及任选存在的优 选耐刮擦的外涂层。层厚度如本文中所述。在替换的实施方案中，如图10所示，该涂层自 衬底向外的顺序包括 SiA10xNy/Zn0/Ag/NiCr0x/NiCr 金属 /SiA10xNy/Zn0/Ag/NiCr 金属 / SiAlOxNy/任选存在的外涂层。因此，在该实施方案中，第二 NiCr金属吸收层直接沉积在第 二 Ag层上。该实施方案可以被回火或热强化，而这种回火或热强化不导致叠层老化或涂层 衬底的光学性能下降或导致其它在低发射率涂层上使用这些工艺时一般会出现的缺陷。除 了改进的可回火性，这种结构(其中第二吸收层直接沉积在第二银层上)表现出增强的机 械耐久性。还注意到的是，在该实施方案中，颜色更易于被调整到优选的设定点。可以使用 共溅射的NiCr和铬、NiCr/Cr双层、或任何吸收性灰金属或合金替代第二吸收层中的NiCr 金属。其它替代物包括，但不限于，包含任意Ni Cr比的镍铬合金；Ni Cr比值渐变的 NiCr层；与氮反应形成NiCrNx的NiCr层；包括NiCr/NiCr的双层光学吸收体，其中任一金 属可以为任意比例的Ni和Cr。本发明还提供了包括至少一层吸收层(如所描述的，其可以是单独的层，或者是 经改进以具有增加的吸收性质的阻挡层)的低发射率叠层，该低发射率叠层的特点是太 阳热得热系数(SHGC)小于约0. 34，优选小于约0.31，以及，在一些优选实施方案中，为约 0. 22-约0. 25。在实施方案中，该叠层包括厚度为约1/8英寸并且透光率为约42% -约 46%的玻璃衬底。还提供了透光率为约50%-约62%的实施方案。在一些实施方案中，叠 层的透射颜色为负a*和负b*。在替换的实施方案，叠层的透射颜色为负f和正b*。本发明还提供了制造上述具有低SHGC的低辐射率叠层的方法，该方法包括在衬 底上沉积本文中所述的涂层。本发明的多层涂层中的那些层可用常规物理和化学气相沉积 技术来沉积。这些技术的细节为本领域所熟知，不在这里重复。合适的沉积技术包括溅射 方法。合适的溅射方法包括使用金属靶的DC溅射、以及使用金属和非金属靶的AC和RF溅 射。所有都可以用磁控溅射。溅射可以在惰性气体中进行，或在反应性气体中反应性地进 行。总气体压力可以保持为5X10-4-8X10_2mbar，优选为1 X 10_3_1 X 10_2mbar。溅射电压 可以为200-1200V，优选为250-1000V。动态沉积速率可以为25-4000nm-mm2/W-sec，优选为 30-700nm-mm2/W-seco 由 Leybold SystemsGmbH 制造的型号为 Typ A 2540 Z 5H/13-22 和 Typ A 2540 Z 5H/20-29的涂层机适用于溅射沉积本发明的多层涂层。在本发明低发射率涂层中的多层银与单层银相比，在反射IR辐射上具有更高的效率，在透射和反射波长之间具有更清楚的界线。本发明的多层涂层被沉积在衬底上并得到衬底的机械支撑。衬底表面用作涂层的 模板，并影响涂层的表面形貌特征。为使可见光的透射最大化，优选衬底表面的粗糙度小于 可见光的波长。这样的光滑表面可以通过，例如凝固熔融衬底来形成。衬底可以为任何发 射率可被本发明的多层涂层降低的材料。对于建筑和汽车应用，衬底优选的材料具有很好 的结构特性并对太阳能集中的可见光和近红外光谱区有最小的吸收。结晶石英、熔融石英、 钠钙硅酸盐玻璃和塑料如聚碳酸酯和丙烯酸酯都为优选的衬底材料。在本说明书中所使用的表达方式“沉积在...上”是指将物质直接或间接地施加 在所指层上。如果间接施加，可插入一层或多层。而且，除非特别说明，在描述本发明的涂 层中使用的格式“[物质1]/[物质2]/[物质3]/... ”或格式“第一[物质1]层；第一[物 质2]层；第二 [物质1]层；第二 [物质2]层；...”等，意思是每种物质按顺序直接或间接 地沉积在之前的物质上。根据本发明不同的实施方案的涂层制品可以被用于建筑窗(例如IG单元)、汽车 窗或其它合适的应用。本文中描述的涂层制品在本发明的不同实施方案中可经过或不经过 热处理。图5描述了适用于汽车或其它车辆应用(如挡风玻璃或类似的层压制品)的本发 明的实施方案。在所述的实施方案中，根据本发明的涂层被加入在还包括两个玻璃衬底和 一层聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层的叠层中。如果该涂层面向PVB，其可以在第一层或第二层 上。某些术语在玻璃涂层领域内普遍使用，尤其是在定义涂层玻璃的性能和太阳光管 理特性时。在本文中所使用的这些术语与它们熟知的意思相符。例如，在本文中所使用的可见波长光反射强度，即“反射率”的定义为百分比并表示为RxY或Rx(意即RY值 指的是光反射率，或在TY情况下为光透射率)，其中“X”对于玻璃侧为“G”或对于薄膜侧为 “F”。“玻璃侧”(如“G”)是指从与涂层所在侧相对的玻璃衬底侧来看，而薄膜侧(即“F”) 是指从涂层所在的玻璃衬底侧来看。颜色特性使用CIE LAB 1976a*、b*坐标和标度(即CIE 1976a*b*图表，D65 10° 观测器)测量和表示，其中L* 为(CIE 1976)亮度单位a* 为(CIE 1976)红-绿单位b* 为(CIE 1976)黄-蓝单位。其它类似坐标也可被同等采用，如下标“h”代表常规使用Hunter方法(或单 位)III. C，10°观测器，或者CIE LUV IiVi坐标。这些标度在本文中按照下列标准所定 义由 ASTM E-308-95, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 06. 01" Standard Method for Computing the Colors of Objects by 10 Using the CIE System“所扩充的禾口 / 或由 IES LIGHTING HANDB00K198IReference Volume 所述的 ASTM D-2244-93" Standard Test Method for Calculation of Color Differences From Instrumentally Measured ColorCoordinates" Sep. 15,1993。术语“发射率”和“透射率”已经为本领域内所熟悉，并在本文中依照其所熟知的 含义使用。因此，例如，本文中的术语“透射率”意指太阳光透射率，其由可见光透射率(Tvis 的TY)、红外能量透射率(Tik)、以及紫外光透射率(Tuv)所组成。总太阳能透射率(TS或Tic
15阳能)可以为这些其它值的加权平均值。关于这些透射率，用于建筑用途的可见光透射率可 以由标准III.D65 10度技术表征；而用于汽车用途的可见光透射率可以由标准III. A 2度 技术表征(对于这些技术，参见例如在本文中援引加入的ASTM E-308-95)。使用特定的红 外线范围(即2，500-40, OOOnm)用于发射率。“发射率”(“E"或"e")是在给定波长下光的吸收和反射的量度或特性。其通 常由下式表示E= 1-反射率wg。对建筑用途，发射率值在红外光谱的所谓的“中区“，有 时也称为“远区”，即约2，500-40, OOOnm中变得相当重要，例如，如下面所参考的Lawrence Berkeley Laboratories 的 WINDOW 4. lprogram，LBL-35298 (1994)中所说明的。因此在本 文中所用的术语“发射率”用来指在由题名是〃 Standard Test Method for Measuring and Calculating Emittance of Architectural Flat Glass Products Using Radiometric Measurements"的ASTM Standard E 1585-93所指明的该红外线范围中测量的发射率值。 该标准和其规定在本文中援引加入。在该标准中，发射率表示为半球发射率(Eh)和法向发 身寸率(En) (normal emissivity)。测量该发射率值的数据的实际累积是常规的并可以通过使用，例如，带有“VW”附 件的 Beckman Model 4260 分光光度计(Beckman Scientific Inst. Corp.)来完成。该分 光光度计测量不同波长的反射率，并由此，用上述ASTM标准1585-93计算得出发射率。术语Ricratg指的是总太阳能反射率(本文中为玻璃侧)，且为IR反射率、可见光反 射率和UV反射率的加权平均值。该术语可以根据已知的用于汽车应用的DIN 410和ISO 13837 (1998年12月)表1，22页和已知的用于建筑应用的ASHRAE 142标准来计算，这两者 都在本文中援引加入。“雾度”如下面所定义。光线在许多方向上漫射导致对比度下降。在本文中“雾度” 根据ASTM D 1003来定义，其定义雾度为在通过中偏离入射光束平均超过2. 5度的光所占 的百分比。“雾度”在本文中可以用BykGardner雾度计来测量(本文中所有的雾度值均由 这种雾度计来测量，并以散射光的百分比表示)。本文中使用的另一术语为“薄层电阻”。薄 层电阻(Rs)为本领域内所熟知的术语，在本文中与其所熟知的含义相一致。在这里表示为 欧姆/方块。一般来说，该术语指的是对玻璃衬底上任意方块的层系统而言，通过该层系统 的电流的电阻欧姆数。薄层电阻指示出了层或层系统反射红外能量的好坏，并因此经常与 发射率一起用作该特性的量度标准。“薄层电阻”可以例如很方便地通过用4点探头欧姆表 来测量，所述4点探头欧姆表如带有Magnetron Instruments Corp.头的可调配4点电阻 率探头，由 Signatone Corp. of Santa Clara, Calif.制造的 Model M-800。在本文中使用的“化学稳定性”与本领域术语“耐化学的”同义。化学稳定性用浸渍 试验来测定，其中在约36°C下将2" X5"或2" X2"的涂层玻璃衬底样品浸入约500ml 含有4. 05% NaCl和1. 5% H2O2的溶液中20分钟。化学稳定性还可以通过Cleveland试验 或气候箱试验来确定，如下所示。Cleveland箱装置对于该试验，将样品剪成4〃 X 12〃或6〃 X 12〃。将水加热至50°C +/_2°C，将 室温维持在23°C+/-3°C (73 T +/-50 T ) 0将样品放在热水浴上方，薄膜侧向下。暴露几 分钟后，样品被覆盖上一厚层冷凝水。随着时间推移，水自样品表面滴下并在样品上形成新 的冷凝。冷凝水在整个试验过程中一直存在于样品上。气候箱装置
对于该试验，将样品剪成4" X6"。对静态湿度试验，将湿度维持在98%相对湿 度(RH)而温度在一小时内在45°C和55°C之间循环。所做的测量在暴露1、3、7天后将样品取出进行测量。测量雾度、发射率和薄膜侧反射率。Δ雾度的计算Δ雾度=试验后雾度-试验前雾度Δ E的计算AE= (AL“2+Aa*A2+Ab*A2)Al/2，其中 AL，Aa*，和 Ab* 为试验前测量值减去 试验后测量值。用下式计算发射率的百分比变化反射率变化=(E试验后-E试验前)/ (E玻璃-E试验前)本文中使用的“耐擦伤性”由下列试验所确定。该试验用Erichsen Model494毛 刷测试器和Scotch Brite 7448研磨剂(由SiC砂砾粘附在长方形垫的纤维上而制成)，其 中标准重的刷子或改良刷子固定器用来固定摩擦样品的研磨剂。使用该刷子或刷子固定器 进行100-500次干或湿行程。刮擦造成的损害可以三种方式测量发射率的变化，雾度，薄 膜侧的E。该试验可以和浸渍试验或热处理结合以使刮痕更可见。在样品上用135g载荷 进行200次干行程可以得到良好结果。如果需要，可以减少行程次数或使用较柔和的研磨 齐U。这是该试验的优势之一，根据样品之间所需分辨等级的不同，可以调整载荷和/或行程 次数。可以进行更强烈的试验以得到更好的分类。本试验的可重复性可以通过在指定的时 间段内测试同一薄膜的多个样品来检查。本文中所用的术语“热处理”意思是将物体加热至足够的温度以能够对含玻璃物 体进行热回火、弯曲或热强化。该定义包括，例如，将涂层制品加热到至少约1100下的温度 (例如，约550°C -700°c的温度)至足够长的时间以能够进行回火、热强化或弯曲。术语“太阳热得热系数(或SHGC) ”( “g”)为本领域内所熟知，指的是相对于入射 太阳辐射，通过窗户系统的总太阳热得热的量度。除非特别说明，下面所列的其它术语在本说明书中具有下列含义。Ag 银TiO2 二氧化钛NiCrOx 含有镍氧化物和铬氧化物的合金或混合物，氧化状态可以从化学计量变 为亚化学计量NiCr含有镍和铬的合金或混合物SiAlNx或SiNx反应溅射的硅铝氮化物。溅射靶通常含1-20重量％的Al。溅射 气体为Ar、N2和O2的混合物。根据气体混合物和溅射功率，该材料的吸收性更大或更小SiAlNxOy或SiNxOy反应溅射的硅铝氧氮化物。溅射靶通常含1_20重量％的Al。 溅射气体通常为Ar、N2和O2的混合物。根据气体混合物和溅射功率，材料的吸收性更大或 更小ZnAlyOx 反应溅射的Zn铝氧化物。溅射靶通常含1_20重量％的Al。溅射气体 为Ar和O2的混合物ZnxSnyAlzOw反应溅射的锌锡(铝)氧化物。溅射靶通常含任选掺杂铝的锌锡合金。所述锌锡合金覆盖从富含锌的合金到富含锡的合金很大的范围。溅射气体为Ar和O2 的混合物Zr 锆光学涂层施加到衬底上的一层或多层涂层，共同影响衬底的光学特性低e叠层具有由一层或多层组成的低热发射率光学涂层的透明衬底阻挡层在加工过程中为保护其它层而沉积的层，尤其热反射银层。可对上层提 供更好的粘附力，在加工结束后可存在或不存在。层具有某种功能和化学组成的一定厚度的材料，在每侧通过界面与有不同的功 能和/或化学组成的一定厚度的另一材料分界。在加工结束后由于加工过程中的反应，沉 积的层可能存在或不存在。此处所使用的“层”包括可以在一侧上由空气或大气分界的一 定厚度的材料(例如，在涂层叠层中其它层之上的顶层或保护性外涂层)共溅射从两种或多种不同材料的两个或多个单独的溅射靶同时溅射到衬底上。 得到的沉积涂层可由这些不同材料的反应产物、或两种靶材料的未反应混合物、或两者组 成。金属间化合物由特定化学计量比例的两种或多种金属元素组成的合金系统中 的某相。所述金属元素为电子或间隙键合而不是存在于标准合金典型的固溶体中。金属间 化合物通常与其元素组分具有截然不同的性能，特别是增加的硬度和脆度。所述增加的硬 度有助于它们比大多数标准金属或金属合金具有更好的耐刮擦性。机械稳定性这个术语是指(除非另作说明)在Erichsen毛刷测试器(Model 494)上使用尼龙刷(订货号0068. 02. 32。刷重450克。单个刷毛直径为0. 3mm。刷毛以 4mm直径按组排列)进行的湿刷子耐久性试验。该测试运行1000次行程(其中一次行程等 于刷子前后运动一次的完整周期)。在涂层侧刷擦样品并在刷擦过程中将样品浸在去离子 水中。在各种实施方案中，本发明的低发射率叠层表现出下列独立的特性透射Y为约 30-约62，优选为约35-约55，最优选为约40-约50 ；透射f值为负，最优选为约_1至约_6 ； 优选b*值为负，最优选为约0至约-6 ；RgY为约8-约20，更优选为约10-约18，最优选为 约11-约17 ；Rga*为负，最优选为约-1至约_7 ；Rgb*值优选为负，最优选为约_1至约_7 ； RfY为约2-约12，更优选为约2-约10，最优选为约2-约8 ；Rfa*为负，最优选为约_2至 约-20 ；Rfb*优选为约-10至约+10，最优选为约-6至约+6 ；以及SHGC为约0. 10-约0. 30， 至多为约0. 34，更优选为约0. 15-约0. 28，最优选为约0. 20-约0. 25。为进一步说明本发明，提供下列非限制性实施例实施例1在该实施例中，如图4所示，将低e涂层沉积在玻璃衬底上以形成具有下列结构 的叠层玻璃/12nm 氧化物/IOnm Ag/2nm NiCr0x/4nmNiCr/72nm 氧化物/13nm Ag/2nm NiCr0x/3nm NiCr/23nm氧化物/7nm SiN0氧化物可以由Ti、Zn、Sn、ZnSn合金或Bi靶溅 射。氧化物可以包括Nb205。氧化物可以含有至多约20重量％，优选至多约10重量％的元 素如Al或B或类似元素以使涂层机靶导电。SiN外涂层为任选存在的。该示例性涂层具 有f和b*值为负的美观透射颜色。SHGC在0.30以下。涂层具有可接受的机械和化学稳 定性。
实施例2在该实施例中，将低e涂层沉积在玻璃衬底上以形成具有下列结构的叠层约1/8 英寸玻璃/0-15nm介电层/2-lOnm成核层/8_15nm Ag/0. l_4nm阻挡层/0. 2_8nm吸收层 /40-75n 介电层/2-10nm 成核层/8-18nm Ag/0. l_4nm 阻挡层/0. 2_8nm 吸收层/10_40nm 介 电层/外涂层。所述介电层可以为Si、SiAl、SiB、Si&的氧化物(如实施例1)或氮化物 或氧氮化物，并且其可以含有至多约20重量％，优选至多约10重量％的元素如Al或B以 使涂层机靶导电。所述成核层改善了 Ag层的性质，并且通常是基于Zn氧化物，并含有至多 15重量％的其它元素如Al、Sn或其混合物。当将介电层溅射其上时，阻挡层保护Ag不受等离子的攻击。它还通过控制侵蚀 性物种如02、0、H20和Na+的扩散而改进化学稳定性。合适的阻挡层包括，但不限于，NiCr、 NiCrOx, NiCrNxOy, TiOx, Ti 和其它金属。所述外涂层是任选存在的。如果存在的话，其对化学和/或机械稳定性有正面影 响。合适的外涂层包括，但不限于，C、ZrSi、或硅化物。通常，外涂层与下面的介电层相比具 有相对比的性质。如果介电层为氧化物，则外涂层为上述材料的一种，或为氮化物或氧氮化 物(如SiN或SixAlyNz0。)。或者，当介电层为氮化物或氧氮化物时，外涂层为氧化物是有利 的，例如，但不限于，ZrO2、ZrSiO2、SnO2、ZrOxNy、或 TiO20实施例3在该实施例中，将低e涂层沉积在玻璃衬底上以形成具有下列结构的叠层约 1/8 英寸玻璃 /3-15nm SiAlxNy0w/3_10nm ZnAly0x/8_12nm Ag/l-4nmNiCrOx/l. 5-3. Onm NiCr/55-65nm SiAlxNy0w/3-10nm ZnAly0x/10-15nm Ag/l-4nm NiCr0x/0. 7-2. 2nm NiCr/24-32nm SiAlxNyOw/任选存在的外涂层。如果包括外涂层的话，外涂层可选自，但不 限于，l-5nm CU-IOnm &02或&3丨02。在该实施例中涂层在I⑶上所测量的透光率为约 42% -约46%，SHGC在约0.30以下，且透射颜色为灰色并可以调整为绿色调至蓝色调。所 述IGU包括涂层在位置2的1/8"涂层玻璃，和带有1/2"间隙的1/8"透明玻璃。该涂层 具有改善的化学和机械稳定性。在这个实施例中双层MCrOymCr对想要获得的特性有正 面影响。因为NiCr的特定位置，该涂层可以在现有的主要用于低e涂层的涂层机上来生产。 其不需要特别隔离NiCr溅射靶。在上述示例叠层中观察到的这些特性汇总在下表中 实施例4该实施例表现了根据本发明优选的具有厚度数据的未回火涂层。厚度用DekTak 轮廓曲线仪测量。在厚度测量中，先测量整个叠层的厚度。然后，将顶层在涂层机中除去， 测量叠层减去SiAlOyNx顶层的厚度。重复该过程，一次除去一层，直至最后单独测量底层 SiA10yNx。测量的精度为约士0. 5nm。 实施例5该实施例表现了根据本发明实施方案优选的包括碳外涂层的可回火涂层。厚度用 DekTak轮廓曲线仪如上面实施例4来测量。在这些测量中，顶层SiAlOxNy和碳外涂层厚度 不分开。碳层估计厚度为约5nm，因此使顶层SiAlOxNy厚度为约33nm。
实施例6下表所示为对根据本发明实施方案对涂层进行的光学和电学测量。“低g A”产品 为未经过任何热处理的退火产品。“低g T”产品为根据本发明包括外涂层的可回火的产品。 “BB”代表在回火前进行的测量而“AB”代表回火后进行的测量。“N/A”表示在该实施例中
未得到测量结果。
21 实施例7本实施例表示的是根据本发明各种涂层规格的汇总。根据本发明某些实施方案的 未回火的和可回火的涂层的光学和电学特性会在下表所列的规格范围之内。 实施例8该实施例表示的是具有根据本发明涂层的衬底。要注意的是，在要经受回火或热 处理的实施方案中可以使用任选存在的碳外涂层(没有描写)且其厚度优选为约3nm-约 5nm。优选在不打算进行回火或热处理的实施方案中不包括任选存在的外涂层。这样的实 施方案在本文中称为“退火”。对于如下显示的示例实施方案，层厚度是近似值。对于介电层和Ag层的精确度为大约士20%的范围之内。NiCr层的厚度可以是正200%负20%。在 退火的涂层中，该ZnAlOx层一般是较薄的并且可以低至如下表所表明的值的60%。
在表中所列的这些材料的说明如下SiAlOX-在由该实施例表示的实施方案中，这种材料是由硅/10重量％铝可旋转 阴极而反应溅射的。反应性气体是约90%氮气流和10%氧。这种材料用于底层、中层和顶 层主要介电层。尽管层与层之间以及每次生产运行之间发生化学计量的变化，但是在该实 施例中所有SiAlOxNy都是亚化学计量的。对于SiAl而言，在溅射气体中存在不足的氮和氧 以获得完全反应的氧氮化物。在该层中的原子比约是Si4Oa4N5。ZnAlCX-在由该实施例表示的实施方案中，这种材料是由锌/1.5重量％铝可旋转 或平面阴极而反应溅射的。溅射气体由氩和足够的氧组成以便使要沉积的氧化物处于完全 氧化的状态中。该层用作银的成核层并且与通常在低e专利文献中所述的这种层相一致。Ag-在由该实施例表示的实施方案中，银层可以在纯氩中溅射或者可以添加少量 的氧。该氧有助于在回火形式中的机械稳定性，但并不总是必要的。里位-在由该实施例所表示的实施方案中，这个溅射在银上的薄保护层或阻挡层 是由DC平面靶沉积的并且仅仅在氩中溅射。在这个实施例中，这些层是完全金属的，除了 非故意的杂质如来自邻近阴极的气体串扰。该示例实施方案的可回火形式使用了 3-5nm厚的溅射碳外涂层作为最外层， 其是在氩中DC磁控溅射的。在该实施例中，所有材料的气体分布在纵向是对称的。在横向方向，为了调整横向 的均勻性，可以改变反应性材料的气体流。
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在本文中所述的各个实施方案中优选顶层Ag层比底层Ag层厚以及底层吸收阻挡 层比顶层吸收阻挡层厚。(在该实施例中，吸收阻挡层是NiCr，但要注意的是，其它实施方 案使用MCrOx。)这样的反向厚度比对实现叠层优选的颜色是有益的。还优选，底层介电 层(在本实施例中SiAlOxNy)比中层和顶层介电层厚。这样的结构对实现优选的颜色同样 是有益的。此外，优选底层成核层(在该实施例中ZnAlOx)比顶层成核层厚。这样的结构 改善了机械和化学稳定性。在优选的实施方案中，叠层的层比值通常落入以下范围内底层Ag/顶层 Ag 约 0.8-约 1.0底层NiCr/ 顶层 NiCr 约 1. 2_ 约 2. 0底层ZnAlOx/ 顶层 ZnAlOx 约 1. 2_ 约 2. 0底层SiAlOxNy/ 顶层 SiAlOxNy 约 0. 4_ 约 0. 8中层SiAlOxNy/ 顶层 SiAlOxNy 约 1. 5_ 约 2. 5。另外对于顶层介电层而言，还有利的是具有比底层或中层介电层低的折射率。优 选的范围包括顶层折射率约1. 8-约2. 3 ；底层或中层约2.0-约2. 5。该实施例显示下列颜色和太阳性能。单片低G 1/8"玻璃的法向入射颜色规格 "NC Rs”是指非接触表面阻力并且该量度的单位是“欧姆/方块”。在回火的实施方案中，对于玻璃侧反射色，回火的颜色改变或ΔΕ大于3。这是由 于碳层的烧尽。实施例9 该实施例表示的是具有根据本发明涂层的衬底。要注意的是，在要经受回火或热 处理的实施方案中可以使用任选存在的碳外涂层(没有描写)且其厚度优选为约3nm-约 5nm。优选在不打算进行回火或热处理的实施方案中不包括任选存在的外涂层。这样的实 施方案在本文中称为“退火”。对于如下表显示的实施方案，层厚度是近似值。对于该示例实施方案，厚度测量是使用Dektak轮廓测定仪来进行的。在具有墨线 的玻片上覆盖整个叠层以获得总叠层厚度。通过每次将最上面的材料阴极关掉，一次一层 直到仅存在底层SiAlOxNy来制备其它样品。用异丙醇去除墨线并且用Dek Tak测量所得 的梯级。通过减去下面的剩余叠层的厚度来计算单层的厚度。因此单层的精度受在它们 下面的层的精度影响。介电层(SiAlOxNy)和银(Ag)的精度在士20%的范围之内。NiCrOx 层的厚度范围是士 100%。根据本发明的退火实施方案往往比可回火形式具有更薄的底层 ZnAlOx。如在该示例实施方案中所列的这些材料的说明如下SiAlOX-在由该实施例表示的实施方案中，这种材料是由硅/10重量％铝可旋转 阴极而反应溅射的。反应性气体是约90%氮气流和10%氧。这种材料用于底层、中层和顶 层主要介电层。在由该实施例表示的实施方案中，这种材料是由锌Λ.5重量％铝可旋转 或平面阴极而反应溅射的。溅射气体由氩和足够的氧组成以便使要沉积的氧化物处于完全 氧化的状态中。该层用作银的成核层并且与通常在低e专利文献中所述的这种层相一致。As-在由该实施例表示的实施方案中，该银层可以在纯氩中溅射或者可以添加少 量的氧。氧有助于在回火形式中的机械稳定性。MSrQ2-在由该实施例所表示的实施方案中，这个溅射在银上的薄保护层或阻挡 层是由平面靶沉积的并且在氩氧混合物中溅射。功率与氧气流量(sccm)的比值是用于评 估在溅射的MCrOx中氧化的方法。完全氧化的MCrOxK使用的比值是10 1。在根据本 示例实施方案优选的涂层中所使用比值为7. 5 1-8.0 1。该示例实施方案的可回火形式使用了 3-5nm厚的溅射碳外涂层作为最外层。 这种材料是在氩中DC磁控溅射的。在该实施例中，所有材料的气体分布在纵向是对称的。在横向方向，为了调整横向的均勻性，可以改变反应性材料的气体流。
本实施例显示了下列光学特性 该实施例显示了下列颜色和太阳性能 "NC Rs”是指非接触表面阻力并且该量度的单位是“欧姆/方块”。在回火实施方案中，ΔΕ如下-对于透射，6颜色单位-对于玻璃侧反射，10颜色单位-对于薄膜侧反射，14颜色单位。该颜色的改变归因于碳层的烧尽。实施例10该实施例包括具有下列结构的涂层，其在NiCr层中使用的氧kw比值为2 1。
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下表中提供工艺试验数据用2 1 NiCrOx可回火的涂层机设置 实施例11在该实施例中，提供了根据本发明涂层的退火形式。在下表中包括对叠层结构和 特性的说明。在该示例实施方案中，使用了包括NiCrOx的吸收阻挡层。
实施例12在该实施例中，提供了根据本发明涂层的可回火形式。在下表中包括对叠层结构 和特性的说明。在该示例实施方案中，使用了包括NiCrOx的吸收阻挡层。
IGU太阳特性特性一般更优选TY(D65,10°)>/=58%>/=60%63.1%a*t(D65,10°)-10-0.0-4.0 至-2.0-1.87b*t(D65,10°)0-4.02.0-4.02.08RgY(D65,10°)4%-20%10%-15%15.9%a*g(D65,10°)-10-0.0-4.0 至-1.0-1.49b*g(D65,10°)-10-0.0-7.0 至-3.0-2.31RfY(D65,10°)4%-20%10%-15%15.0%a*f(D65，10o)-20-0.0-16 至-8.0-9.09b*f(D65,10o)0.0-10.00.0-8.02.28SHGC</=0.35</=0.300.329SC</=0.43</=0.400.38U值0.20-0.300.22-0.250.24Tuv</=0.30</=0.250.248Tuv损失加权(ISO)</=0.49</=0.460.501
虽然已经就特定的实施方案描述了本发明，但是其并不限于阐述的特定细节，而 是包括本领域技术人员可能想到的各种变化和修改，所有这些变化和修改都在由所附权利 要求所限定的范围内。
权利要求
一种在衬底上的低发射率涂层，所述涂层自所述衬底向外的顺序，包括第一介电层；第一成核层；第一Ag层；第一阻挡层；第二介电层；第二成核层；第二Ag层；第二阻挡层；第三介电层；以及选任存在的外涂层。
2.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一介电层、第二介电层或第三介电层中的 至少一层为亚化学计量状态。
3.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层或第二阻挡层中的至少一层是吸 收阻挡层。
4.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层和第二阻挡层均独立地包括选自 以下组中的材料金属、合金、硅化物、吸收性氧化物和氮化物。
5.权利要求4的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层和第二阻挡层均独立地包括选自 以下组中的材料Ti、TiN、Si、NiCr、NiCrOx、Cr、Zr、Mo、W 禾口 ZrSi。
6.权利要求5的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层和第二阻挡层中的至少一层包括 NiCr。
7.权利要求5的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层和第二阻挡层中的至少一层包括 Ni CrOx。
8.权利要求1的低发射率涂层，其中所述至少第一阻挡层或第二阻挡层中的至少一层 能够降低所述涂层的透射。
9.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层或第二阻挡层中的至少一层能够 增加所述涂层的吸收。
10.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第二银层比所述第一银层厚。
11.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层比所述第二阻挡层厚。
12.权利要求10的低发射率涂层，其中所述第一银层的厚度对所述第二银层的厚度的 比值为约0.8至约1.2。
13.权利要求11的低发射率涂层，其中所述第一阻挡层的厚度对所述第二阻挡层的厚 度的比值为约1.2至约2.0。
14.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一成核层比所述第二成核层厚。
15.权利要求14的低发射率涂层，其中所述第一成核层的厚度对所述第二成核层的厚 度的比值为约1.2至约2.0。
16.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第三介电层的折射率低于所述第二介电层 的折射率和所述第一介电层的折射率。
17.权利要求7的低发射率涂层，其中每个所述阻挡层都包括2 1的氧气kw比值。
18.权利要求1的低发射率涂层，其中所述第一介电层、第二介电层、和第三介电层都 独立地包括选自以下的材料氧化物、氮化物和氧氮化物、或其组合。
19.权利要求18的低发射率涂层，其中所述第一介电层、第二介电层和第三介电层中 的至少一层包括氧化物。
20.权利要求19的低发射率涂层，其中所述氧化物包括至多约20wt%的选自Al和B 的元素。
21.权利要求20的低发射率涂层，其中所述氧化物包括至多约10wt%的选自Al和B 的元素。
22.权利要求15的低发射率涂层，其中所述第一介电层、第二介电层和第三介电层中 的至少一层包括氮化物或氧氮化物。
23.权利要求1的低发射率涂层，其中至少一个所述成核层包括ZnA10x。
24.一种在衬底上的低发射率涂层，所述涂层自所述衬底向外的顺序，包括 包括SiAlOxNy的第一介电层；包括ZnAlOx的第一成核层； 包括Ag的第一红外反射层； 包括NiCr的第一吸收阻挡层； 包括SiAlOxNy的第二介电层； 包括ZnAlOx的第二成核层； 包括Ag的第二红外反射层； 包括NiCr的第二吸收阻挡层； 包括SiAlOxNy的第三介电层；以及 选任存在的外涂层。
25.一种在衬底上的低发射率涂层，所述涂层自所述衬底向外的顺序，包括 包括SiAlOxNy的第一介电层；包括ZnAlOx的第一成核层； 包括Ag的第一红外反射层； 包括NiCrOx的第一吸收阻挡层； 包括SiAlOxNy的第二介电层； 包括ZnAlOx的第二成核层； 包括Ag的第二红外反射层； 包括NiCrOx的第二吸收阻挡层； 包括SiAlOxNy的第三介电层；以及 选任存在的外涂层。
26.权利要求1的低发射率涂层，其中所述衬底是玻璃。
27.包括至少一层吸收阻挡层的低发射率叠层，所述低发射率叠层的特征在于太阳热 得热系数(SHGC)小于约0.31。
28.权利要求27的低发射率叠层，其中所述叠层的特征在于太阳热得热系数(SHGC)为 约0. 22至约0. 25。
29.权利要求27的低发射率叠层，其中在IGU上测量的所述叠层的透光率为约42%至3约 46%。
30.权利要求27的低发射率叠层，其中在IGU上测量的所述叠层的透光率为约58%至 约 62%。
31.权利要求27的低发射率叠层，其特征在于所述叠层具有改善的机械或化学稳定性。
32.—种制造具有低太阳热得热系数(SHGC)的低发射率叠层的方法，所述方法包括在 衬底上沉积权利要求1的涂层。
33.权利要求32的方法，其中所述沉积包括磁控溅射。
34.权利要求1的低发射率叠层，其特征在于所述叠层对回火或热强化具有耐受性。
35.权利要求34的低发射率叠层，其中在回火或热强化之后，所述叠层的光学性质不 降低。
36.权利要求27的低发射率叠层，其中所述叠层的透射颜色为负f和负b*。
37.权利要求27的低发射率叠层，其中所述叠层的透射颜色为负f和正b*。
38.一种包括权利要求1的低发射率涂层的汽车窗。
全文摘要
本发明提供一种低发射率叠层，该叠层的特征在于低的太阳热得热系数(SHGC)、增加的美观性、机械和化学稳定性、以及对回火或热强化的耐受性。此外本发明提供低发射率涂层，所述涂层自衬底向外的顺序，包括第一介电层；第一成核层；第一Ag层；第一阻挡层；第二介电层；第二成核层；第二Ag层；第二阻挡层；第三介电层；和任选存在的外涂层；以及在衬底上沉积所述涂层的方法。
文档编号C03C17/36GK101925552SQ200880125369
公开日2010年12月22日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月23日
发明者D·克斯特, D·德克鲁普特, K·格鲁布, P·马诗威茨 申请人:北美Agc平板玻璃公司