_ An die Qualität von Dünnschichten werden hohe Anforderungen gestellt, z. B. eine sehr gute mechanische und chemische Beständigkeit für einen langzeitstabilen Einsatz bei Fenster- und Fassadengläsern. Die Dicken der Schichten liegen im Bereich von einigen Nanometern bis zu einigen hundert Nanometern und sind damit deutlich dünner als ein menschliches Haar.
Wärmeschutzschichten (LowE-Schichtsysteme), bei denen Silber verwendet wird, sind aufgrund der verwendeten Rohstoffe teuer. Zudem sind silberbasierende LowE-Schichtsysteme relativ empfindlich und müssen vor chemischen und mechanischen Belastungen geschützt werden. Deshalb sitzen LowE-Schichten bei 2-fach-ISO meist auf Position 3 und bei einem 3-fach-Isolierglas auf Position 5.
Üblicherweise werden zwei Silberschichten verwendet, da Silber die Wärmestrahlung sehr gut reflektiert, was den Wärmedurchgang (Ug-Wert) durch die Verglasung nach außen reduziert. Die Verringerung des Wärmedurchgangs lässt sich wiederum durch mehr Silberschichten im Schichtaufbau erreichen. Deshalb werden Wärmeschutzschichten mit 3-fach-Silberschichten ebenfalls standardmäßig am Markt angeboten.
Bei Hochleistungs-Isoliergläsern steigt mit der Reduzierung des Ug-Werts jedoch das Risiko einer Wasser-Kondensation an der Außenscheibe, wenn die Temperatur der Außenscheibe unterhalb des Taupunktes liegt.
Silberfreie Anti-Beschlag-Schichten mit geringer Emissivität wirken dem entgegen. Dafür werden robuste, transparente, elektrisch leitfähige Oxidschichten (TCOs) auf die Position 1 der Verglasung aufgebracht. Durch die gute elektrische Leitfähigkeit der TCOs ist die Reflexion von Wärmestrahlung sehr hoch. Stand der Technik ist für solche Anit-Beschlag-Anwendungen der Einsatz der TCO-Materialien Fluor dotiertes Zinnoxid (FTO) und Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO).
Preiswerte Alternative
FTO ist sehr preiswert und wird direkt nach dem Floatprozess durch Spraypyrolyse online auf das Flachglas aufgebracht.
Da FTO stark toxisches Fluor enthält und ITO seit Jahren teuer ist, wird nach IR-blockenden Materialien gesucht. Hierbei ist Niob dotiertes Titanoxid (TiO2:Nb) in den letzten Jahren in den Fokus von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten gerückt, da es neben der elektrischen Leitfähigkeit eine ganze Reihe interessanter Eigenschaften zeigt, die attraktiv für den Einsatz in Fassaden- und Fensterverglasungen sind [1], [2]. Das Beschichtungsmaterial zeigt eine besondere Beständigkeit gegen Chemikalien und Umwelteinflüssen, ist robust und ungiftig, die Ressourcen sind gut verfügbar und preiswert. Der bläuliche Farbeindruck wirkt auf dem Glassubstrat zudem ästhetisch ansprechend und wird von Architekten farblich geschätzt.
Gegenwärtig werden Konzepte zur großflächigen Beschichtung von Flachglas mit TiO2:Nb erarbeitet. Dafür gibt es drei Verfahren für die thermische Behandlung von Oberflächen. Diese liegen im Zeitbereich von Millisekunden bis Sekunden. Dies ist deutlich schneller als bei herkömmlichen Verfahren [3], [4]. Technologische Hürde ist hier gegenwärtig die großflächige Anwendung der ultraschnellen Temperverfahren, bekannt auch als RTP-Verfahren. Der Vorteil der silberfreien LowE-Schichten liegt eindeutig in der Anwendung einer einzelnen Schicht zur Blockung von thermischer Strahlung.
Die Außenbeschichtung verhindert eine Außenkondensation und wird den Markt sicherlich die nächsten Jahre beschäftigen. Das dies ein großes Thema für die großflächige Float-Glasbeschichtung ist, zeigte auch die starke Resonanz auf den Glass Performance Days 2013 in Finnland.—
Referenzen und Literatur
[1] I. P. Parkin et al., Vortrag „Combinatorial Routes to new Transparent Conducting Oxide Films”, 8th TOEO Konferenz, Tokyo, Japan, 2013;
[2] M. Junghähnel et al., Vortrag „Advanced, cost effective and sustainable low-emittance coatings based on titania”, GPD, Tampere, Finnland, 2013;
[3] M. Neubert et al., (Ultra)-Kurzzeittemperung zur Herstellung TiO2-basierter TCO’s, EFDS-Workshop „Transparente leitfähige Materialien”, https://efds.org/ , Dresden, Germany, 2013;
[4] M. Vinnichenko et al., Vortrag „Modification of Transparent Conductive Materials by Millisecond Laser Processing”, INPLAS-Workshop „Laser- RTP”, https://inplas.de/ , Berlin, Germany, 2013.
Tipp der Redaktion: Ein Porträt von Autorin Dr. Manuela Junghähnel finden Sie auf youtube unter dem Linkhttp://bit.ly/1dXkxtm
Die Autoren
Dr. Manuela Junghähnel entwickelt am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP), Dresden, transparente leitfähige Schichten für Flachglassubstrate.
Dr. Torsten Kopte ist am Fraunhofer FEP Bereichsleiter Plasma I und Abteilungsleiter: Beschichtung von Flachsubstraten.
Der Aufbau eines Wärmeschutzschichtsystems, das auf zwei Silberschichten basiert. Die elektrische Schicht dient der Entspiegelung. Der Infrarot-Reflektor ist eine elektrisch leitfähige Ag-Schicht (Silberschicht) mit hoher Reflexion im infraroten Spektralbereich. Die Blocker-Schicht schützt gegen Oxidation der Ag-Schicht. Optional wird ZnO zur Erhöhung der Leitfähigkeit von Silber und zur Einstellung des Farbeindrucks verwendet. Die Schichten werden im In-Line-Verfahren nacheinander auf das Glas aufgebracht.
Blick in die In-Line-Beschichtungsanlage Fraunhofer FEP. Die Anlage dient zur Forschung und Entwicklung von großflächigen Beschichtungsanwendungen, unter anderem für Flachglassubstrate.