Подложка с удаляемым защитным покрытием и соответствующие способы

Подложка с удаляемым защитным покрытием и соответствующие способы

Реферат

Ссылка на родственную заявку

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки SU №09/567934, зарегистрированной 10 мая 2000 г., которая, таким образом, включена в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

Область изобретения

Настоящее изобретение относится в целом к удаляемым защитным покрытиям для подложек с каким-либо функциональным покрытием (покрытиями) или без них и, более конкретно, к удаляемым защитным покрытиям, состоящим преимущественно из какого-либо углеродсодержащего материала.

Уровень техники

Подложки типа стекла, пластика и т.д. могут иметь два основных покрытия, заканчивающихся периферической кромкой, из которых, по меньшей мере, одна поверхность имеет светопропускание в видимой области от 0 до менее 100%. Некоторые из подложек, такие, например, как зеркало, могут иметь одну поверхность, которая пропускает видимый свет, и другую поверхность, которая отражает видимый свет. Подложки могут изготовляться в виде различных изделий или полуфабрикатов.

В стекольной промышленности большие стеклянные листы, например размером 1,2 м × 1,8 м, изготавливаются производителями стекла и направляются на фабрики, где эти листы разрезают на меньшие по размеру подложки, предназначенные для использования в различных промышленных изделиях типа архитектурно-строительных стекол, автомобильных стеклянных деталей, стеклопакетов, зеркал и т.п. Стеклянные подложки могут иметь или не иметь одно или более хорошо известных функциональных покрытий, таких как солнцезащитные покрытия, электропроводящие покрытия, противоотражающие покрытия и/или слабоизлучающие покрытия. С фабрик промышленные изделия отправляют к потребителям.

Как правило, производители стекла направляют стеклянные листы на фабрики партиями без упаковки. Например, стеклянные листы могут собираться кипой и отправляться на каком-либо поддоне или в специализированных какого-либо типа отправочных контейнерах, хорошо известных в технике перевозки стекла. Иногда случается, что в процессе манипулирования, обработки, перевозки или хранения сама подложка и/или функциональное покрытие на подложке получают повреждения.

Настоящее изобретение предлагает новое удаляемое защитное покрытие для подложек, в частности для подложек типа стекла с определенными характеристиками светопропускания в видимой области. Удаляемое защитное покрытие, согласно изобретению изготовляют преимущественно из углеродсодержащего материала.

Раскрытие изобретения

Одним из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления настоящего изобретения является подложка с покрытием, включающая в себя: подложку с некоторой поверхностью и удаляемое защитное покрытие, состоящее преимущественно из углеродсодержащего материала, нанесенного поверх, по меньшей мере, части подложки.

Другим не ограничивающим изобретение вариантом осуществления настоящим изобретением является способ защиты поверхности, включающий: нанесение удаляемого защитного покрытия, состоящего, в основном, из углеродсодержащего материала, на, по меньшей мере, часть подложки.

Описание изобретения

Все числовые выражения, относящиеся к размерам, физическим характеристикам, количествам ингредиентов и т.п., которые использованы в описании и формуле изобретения, следует понимать как снабженные во всех случаях выражением «примерно». Соответственным образом, если не указано противное, численные значения, приведенные в следующих ниже описании и формуле изобретения, могут варьироваться в зависимости от свойств, которые желательно иметь в настоящем изобретении. В самом крайнем случае (и без попыток ограничения применения теории эквивалентов к объему формулы изобретения) каждый численный параметр следует воспринимать, по меньшей мере, в свете приводимых значащих цифр с применением обычных методов округления. Кроме того, все раскрываемые в заявке интервалы значений следует понимать как включающие в себя все относящиеся к ним подинтервалы. Например, приведенный интервал «от 1 до 10» следует рассматривать как включающий любые и все подинтервалы между (и включая их) между минимальным значением, равным 1, и максимальным значением, равным 10, т.е. все подинтервалы, начинающиеся с 1 или более и кончающиеся максимальным значением, равным 10, или менее, например от 1,0 до 7,8, от 3,0 до 4,5, от 6,3 до 10,0.

В рамках понимания настоящей заявки пространственные термины и термины направления, такие как «левый», «правый», «наружный», «выше», «ниже», «верхний», «нижний» и т.п. понимаются как включающие в себя различные альтернативные ориентации и, соответственно, такие термины не следует рассматривать как ограничительные.

В рамках понимания настоящей заявки выражения «на», «нанесенный на/поверх», «образованный на/поверх», «верхний слой» и «приготовленный на/поверх» означают образованный, нанесенный или созданный на поверхности, но не обязательно в контакте с ней. Например, какой либо слой покрытия, «образованный поверх» подложки, не предполагает наличия одного или более других слоев покрытия того же или отличного от него состава, расположенного между этим образованным слоем покрытия и подложкой. Подложка может, например, иметь традиционное покрытие типа тех, которые известны в технике в качестве покрытий для подложек, в частности стеклянных или керамических.

В рамках понимания настоящей заявки выражение «функциональное покрытие» относится к покрытию, которое модифицирует одно или более физических свойств подложки, например: оптическое, термическое, химическое или механическое свойства и которое не предназначено для его удаления с подложки при последующей обработке. Функциональным покрытием является, как правило, постоянное или «неудаляемое» покрытие, т.е. функциональное покрытие рассматривается как неотъемлемое или необходимое для конечного применения подложки с функциональным покрытием.

В рамках понимания настоящей заявки слой покрытия является «гомогенным», если наружное покрытие или часть (т.е. покрытие или часть, наиболее удаленные от подложки), внутреннее покрытие или часть (т.е. покрытие или часть наиболее близкие к подложке) и часть между наружной и внутренней поверхностями имеют практически один и тот же состав.

В рамках понимания настоящей заявки слой покрытия является «градиентным», если слой покрытия характеризуется повышением содержания одного или более компонентов и уменьшением содержания одного или более других компонентов в направлении от внутренней поверхности к наружной поверхности и наоборот.

В рамках понимания настоящей заявки слой покрытия является «негомогенным», если слой покрытия не является гомогенным.

В рамках понимания настоящей заявки выражение «слабоизлучающее покрытие» описывает функциональное покрытие, которое позволяет пропускание через покрытие энергии на длинах волн в видимой области, т.е. видимый спектр от 400 до 780 нм, но отражает энергию на более длинных инфракрасных длинах волн и, как правило, предназначено для улучшения теплоизоляционных свойств архитектурно-строительных стекол. Обычно «слабоизлучающее» покрытие характеризуется излучением до 0,3, например, до 0,2.

Одним из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления настоящего изобретения является подложка с покрытием, имеющая удаляемое защитное покрытие, т.е. покрытие является временным и отсутствует на подложке в ее окончательной форме. Удаляемое защитное покрытие согласно изобретению может быть создано поверх, по меньшей мере, части подложки или поверх, по меньшей мере, части функционального покрытия, образованного на подложке, как описано ниже.

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления удаляемое защитное покрытие состоит преимущественно из углеродсодержащего материала. Как хорошо известно в технике, углерод может существовать в аморфной форме и в виде множества кристаллических структур, таких как алмаз или графит. В рамках понимания настоящей заявки «преимущественно» означает, по меньшей мере, 50 вес.% углерода, например, не менее 75 вес.% углерода или не менее 90 вес.% углерода, или не менее 95 вес.% углерода, где весовые содержания относятся к общему весу удаляемого защитного покрытия. В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления настоящего изобретения количество углерода в материале, который образует удаляемое защитное покрытие, находится в пределах до 100 вес.%.

Согласно настоящему изобретению удаляемое защитное покрытие может наноситься любым традиционным способом, таким как (но не ограничиваясь им) осаждение из паровой фазы методом магнетронного распыления (MSVD), химическое осаждение из паровой фазы (CVD), распылительный пиролиз (т.е. пиролитическое нанесение), химическое осаждение из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD), химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении (LPCVD), усиливаемое плазмой химическое осаждение из паровой фазы (PECVD), осуществляемое с помощью плазмы химическое осаждение из паровой фазы (PACVD), тепловое испарение или испарение под действием пучка электронов, катодно-дуговое нанесение, плазменно-распылительное нанесение и влажное химическое нанесение (например, золь-гелевое, зеркальное серебрение и т.д.), нанесение с помощью электронного пучка, угольно-арочное нанесение и т.д.

Примеры подходящих устройств для нанесения покрытий с помощью CVD и методов раскрыты в патентах США №№3652246, 4351861, 4719126, 4853257, 5356718 и 5776236, которые, таким образом, включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

Примеры подходящих MSDVD-методов покрытия раскрыты в патентах США №№5018759, 4898789, 4948677, 4834857, 4898790 и 4806220, которые, таким образом, включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления подложку покрывают в традиционном покровном MSVD-аппарате. Удаляемое защитное покрытие может наноситься путем распыления углеродсодержащей распыляемой мишени, например, графитовой мишени типа той, которую поставляет на рынок MSI, Co in Columbus, ОН, в одном из катодных отсеков устройства для нанесения покрытий. Углеродная мишень может распыляться любым традиционным способом с целью нанесения поверх подложки удаляемого защитного покрытия.

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления способ MSDVD может осуществляться распылением угольной мишени в атмосфере по существу свободной от кислорода, с целью сведения к минимуму сгорания распыляемого углеродного материала. «Существенно свободной от кислорода» означает не более 20 об.% кислорода, например, не более 10 об.% кислорода или не содержащей кислород. Подходящей не ограничивающей изобретение бескислородной атмосферой является газ аргон.

Удаляемое защитное покрытие может наноситься любой толщины. Например, удаляемое защитное покрытие может наноситься толщиной до 50 µм, например, до 10 µм или до 3 µм, или до 3000 Å, или до 350 Å.

Согласно настоящему изобретению подходящие подложки могут быть изготовлены из любого материала, например стекла, металла, пластика типа полиакрилата, поликарбоната и полиэтилентерефталата (PET), керамики или их смесей или комбинаций.

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления подложкой является стекло. Стеклом может быть, например, традиционное натрий-силикатное стекло, т.е. прозрачное стекло, или же это может быть тонированное стекло или каким-либо другим способом окрашенное стекло, боросиликатное стекло, освинцованное стекло, закаленное, незакаленное, отожженное или термоупрочненное стекло. Стекло может быть любого типа, например традиционное флоат-стекло или плоское стекло, и может иметь любой состав с любыми оптическими свойствами, например, любым светопропусканием в видимой области, ультрафиолетовой области, инфракрасной области и/или суммарным пропусканием солнечной энергии. Примеры подходящих стеклянных подложек для осуществления изобретения раскрыты в патентах США №№4746347, 4792536, 5240886, 5385872 и 5393593, которые включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

Подложка не ограничена какими-либо размерами. Она может, например, иметь размер больше 1,2 м × 1,5 м. Подложка может иметь любую толщину. Например, подложка может иметь толщину в пределах от 1 мм до 50 мм, например, от 2 мм до 13 мм или от 2 мм до 6 мм. Подложка может иметь любую форму. Она может, например, быть искривленной, закругленной или плоской,

Специалисту в данной области нетрудно догадаться, что подложка может быть любого типа, например: жесткой, гибкой или даже устойчивой пленкой или тканью при условии возможности нанесения на эту подложку удаляемого защитного покрытия, согласно изобретению. Например, подложкой может быть традиционное эмалированное стекло типа того, которое используют в местах продажи промышленного стекла.

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления, где подложкой является стекло и она предназначена для изготовления прозрачных деталей автомобиля, таких как ветровое стекло, габаритные фары, фары заднего хода, солнцезащитная крыша, прозрачный люк и т.д., удаляемое защитное покрытие, согласно изобретению может наноситься поверх, по меньшей мере, части всей прозрачной поверхности подложки, например, поверх, по меньшей мере, 50% прозрачной поверхности или поверх, по меньшей мере, 80% прозрачной поверхности или поверх по существу всей прозрачной поверхности.

В другом не ограничивающем изобретение варианте удаляемое защитное покрытие может наноситься на подложку, которая используется для архитектурно-строительного остекления. Удаляемое защитное покрытие может наноситься поверх любой части подложки.

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления настоящего изобретения удаляемое защитное покрытие может наноситься поверх, по меньшей мере, части одного или более функциональных покрытий, которые нанесены поверх, по меньшей мере, части подложки. Функциональные покрытия могут иметь один и тот же состав или функциональность. Функциональное покрытие может состоять из одной или более «пленок».

В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления изобретения функциональным покрытием может быть электропроводящее покрытие типа того, которое раскрыто в патентах США №№5653903 и 5028759, которые включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

В другом не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения функциональным покрытием может быть солнцезащитное покрытие, например покрытие, отражающее или поглощающее энергию в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой области. Не ограничивающие изобретение примеры подходящих солнцезащитных покрытий раскрыты в патентах США №№4898789, 5821001, 4716086, 4610771, 4902580, 4716086, 4806220, 4898790, 4834857, 4948677, 5059295 и 5028759 и в патентной заявке США №09/058440, которые, таким образом, включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

В еще одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения функциональным покрытием может быть слабоизлучающее покрытие. Слабоизлучающим покрытием может быть однослойное или многослойное покрытие. Слабоизлучающее покрытие может содержать один или более металлов, неметаллов, полуметаллов, полупроводников и/или их соединений, композитов, комбинаций или смесей. Не ограничивающие изобретения примеры слабоизлучающих покрытий раскрыты в патентах США №№4952423 и 4504109 и в британском патенте GB 2302102, которые, таким образом, включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.

Не ограничивающие изобретение примеры подходящих для использования в настоящем изобретении функциональных покрытий могут быть приобретены у фирмы PPG Industries, Inc. (Питтсбург, Пенсильвания) в виде семейств покрытий SUNGATE® и SOLARBAN®.

Функциональные покрытия могут наноситься с помощью любых традиционных методов типа тех, которые описаны выше в отношении удаляемого защитного покрытия.

В еще одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения для предотвращения повреждения функционального покрытия удаляемым защитным покрытием поверх функционального слоя наносится блокирующий слой. Более конкретно, если не использовать блокирующий слой, то углеродсодержащее удаляемое защитное покрытие могло бы химически восстанавливать верхнюю часть функционального покрытия, т.е. углерод в удаляемом защитном покрытии мог бы выводить атомы кислорода из функционального покрытия с образованием оксидов углерода. Блокирующий слой содержит материал, который предотвращает химическое восстановление функционального покрытия удаляемым защитным покрытием, но не наносит ущерба светопропусканию или характеристикам видимости изделия с покрытием. В одном из не ограничивающих изобретение вариантов осуществления блокирующий слой выбирают из оксидов, нитридов и оксинитридов кремния, титана, циркония, ниобия, алюминия, гафния, иттрия, лантана и их смесей.

Блокирующий слой может наноситься посредством любых традиционных методов типа тех, которые описаны выше в отношении удаляемого защитного покрытия. Блокирующий слой может наноситься толщиной до 50 µм, например, до 25 µм или до 10 µм, или до 3,0 µм, или до 1,7 µм, или до 0,5 µм.

В еще одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения блокирующий слой включает оксид кремния толщиной от 25 Å до 500 Å, например толщиной 50 Å.

Подложка с покрытием согласно настоящему изобретению может отправляться на фабрику для последующей обработки, как описано выше. Обычно удаляемое защитное покрытие на фабрике удаляется. Удаляемое защитное покрытие может быть удалено без повреждения нижележащей подложки, функционального слоя (слоев) или блокирующего слоя (если он имеется).

В еще одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения удаляемое защитное покрытие может удаляться сгоранием. Например, если подложкой является стеклянный лист, удаляемое защитное покрытие может быть удалено в печи для закалки стекла, которая обычно работает при температуре выше 1000°F (538°С). Температура сгорания удаляемого защитного покрытия не должна быть выше температуры размягчения подложки. В процессе закалки углеродсодержащий материал, из которого состоит удаляемое защитное покрытие, сгорает и удаляется с подложки.

В других не ограничивающих изобретение вариантах осуществления изобретения удаляемое защитное покрытие может удаляться с использованием жидкого растворителя или путем обтирания, опрыскивания или погружения подложки в водные или неводные растворители, например: органические, щелочные или кислотные растворители.

В дополнение к описанным выше подложкам с покрытием настоящее изобретение включает способ изготовления подложки с покрытием. В одном из не ограничивающих изобретение вариантов настоящего изобретения является способ защиты подложки, включающий нанесение удаляемого защитного покрытия, состоящего преимущественно из углеродсодержащего материала, поверх, по меньшей мере, части подложки, как описано выше.

Подложка с покрытием согласно настоящему изобретению, имеющая удаляемое защитное покрытие, которое состоит преимущественно из углеродсодержащего материала, обладает рядом преимуществ перед подложками с покрытием, не имеющими удаляемого защитного покрытия. Во-первых, углеродсодержащий материал может очень хорошо защищать функциональный слой, поскольку углерод является химически инертным при комнатной температуре. Благодаря этому продукт с покрытием обладает увеличенным сроком хранения. Во-вторых, углерод в удаляемом защитном покрытии может усиливать радиационный теплоперенос к подложке вследствие уменьшения объема тепловой энергии, отражаемого от функционального покрытия, и выполнять функцию теплопоглощающего слоя. Это позволяет подложке с покрытием иметь улучшенные характеристики термообработки в процессе закаливания, термоупрочнения, гнутья и т.д. Например, время закаливания для подложки с покрытием согласно настоящему изобретению может быть меньше времени закаливания, требуемого для изделия с покрытием, которое не имеет удаляемого защитного покрытия согласно настоящему изобретению. В-третьих, удаляемое защитное покрытие по изобретению может выполнять роль барьера для некоторых материалов подобных кислороду.

ПРИМЕРЫ

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими не ограничивающими его примерами. Подложка с покрытием согласно настоящему изобретению была изготовлена следующим образом. На прозрачную подложку из флоат-стекла с нанесенным на нее покрытием Sungate®, которое может быть приобретено от PPG Industries, толщиной 1,8 мм наносили покрытие с использованием устройства для нанесения покрытий Airco ILS-1600 с плоскими магнетронными катодами. Операция проводилась на подложке при комнатной температуре.

Поверх подложки наносили блокирующий слой путем перемещения ее под Si-Al-мишенью, содержащей 15 вес.% алюминия и 85 вес.% кремния, в атмосфере, состоящей на 80% из кислорода и на 20% из аргона, при скорости конвейера 300 см/мин. Минимальное базовое давление в камере для нанесения покрытия составляло 10^-5 мм рт.ст., а рабочее давление 4 микрона. Si-Al-мишень работала при установленной мощности 2,0 кВт, напряжении 320 В и токе 6,4 А. После двух перемещений под мишенью светопропускание составляло 70,1% при толщине примерно 60 Å.

После этого удаляемое защитное покрытие согласно настоящему изобретению наносили методом напыления графитовой мишени в атмосфере 100%-ного аргона. Графитовая мишень работала при установленной мощности 4,0 кВт, напряжении 686 В и токе 5,8 А. После 6 перемещений под мишенью светопропускание составляло 29,8% при измеренной толщине 250 Å.

Специалисту в данной области нетрудно догадаться, что, не выходя за рамки раскрытой в приведенном выше описании сути изобретения, в него можно вносить изменения. Соответствующим образом описанные в заявке в деталях варианты осуществления изобретения являются лишь иллюстративными и не ограничивающими объем изобретения, который определяется полным объемом прилагаемой формулы изобретения и каждого и всех ее эквивалентов.

1. Подложка с защитным покрытием на ее поверхности, характеризующаяся тем, что подложка выполнена из закаленного, или незакаленного, или термоупрочненного стекла, а покрытие является удаляемым, состоит из углеродсодержащего материала и нанесено, по меньшей мере, на части подложки.

2. Подложка п.1, у которой удаляемое защитное покрытие содержит, по меньшей мере, 75 вес.% углерода.

3. Подложка по п.1 или 2, у которой углеродсодержащий материал является аморфным.

4. Подложка по п.1 или 2, у которой углеродсодержащий материал содержит структуру кристаллов графита.

5. Подложка п.1, у которой удаляемое защитное покрытие имеет толщину в пределах до 10 мкм.

6. Подложка по п.5, у которой удаляемое защитное покрытие имеет толщину в пределах до 3000 Å.

7. Подложка по п.1, дополнительно имеющая функциональное покрытие, нанесенное поверх подложки, где функциональное покрытие находится между подложкой и удаляемым защитным покрытием.

8. Подложка по п.7, у которой функциональное покрытие включает слабоизлучающее покрытие.

9. Подложка по п.1, дополнительно имеющая блокирующий слой поверх функционального покрытия, где блокирующий слой находится между функциональным покрытием и удаляемым защитным покрытием.

10. Подложка по п.9, где блокирующий слой выбирают из группы, включающей оксиды, нитриды и оксинитриды кремния, титана, циркония, ниобия, алюминия, гафния, иттрия, лантана и их смесей.

11. Подложка по п.9, где блокирующий слой имеет толщину в пределах до 50 мкм.

12. Подложка по п.11, где блокирующий слой имеет толщину в пределах от 25 Å до 500 Å.

13. Способ защиты подложки, включающий нанесение, по меньшей мере, поверх части подложки удаляемого защитного покрытия, состоящего в основном из углеродсодержащего материала.

14. Способ по п.13, дополнительно включающий нанесение функционального покрытия поверх, по меньшей мере, части подложки, где удаляемое защитное покрытие находится над функциональным покрытием.

15. Способ по п.14, в котором функциональное покрытие включает в себя слабоизлучающее покрытие.

16. Способ по п.13, дополнительно включающий нагрев подложки с покрытием до температуры, достаточной для сгорания удаляемого защитного покрытия.

17. Способ по п.13 или 14, в котором подложкой является стекло.

18. Способ по п.13, в котором нанесенное удаляемое защитное покрытие имеет толщину в пределах до 50 мкм.

19. Способ по п.18, в котором нанесенное удаляемое защитное покрытие имеет толщину в пределах до 3000 Å.

20. Способ по п.14, дополнительно включающий нанесение блокирующего слоя поверх функционального покрытия между функциональным покрытием и удаляемым защитным покрытием.

21. Способ по п.20, в котором блокирующий слой выбирают из группы, включающей кремний, титан, цирконий, ниобий, алюминий, а также их оксиды, нитриды и оксинитриды и их смеси.

22. Способ по п.20, в котором нанесенный блокирующий слой имеет толщину в пределах до 50 мкм.

23. Способ по п.13, в котором нанесение удаляемого защитного покрытия включает распыление углеродсодержащей мишени в, по существу, свободной от кислорода атмосфере.