RU2528173C1

RU2528173C1 - Highly reflecting heated mirror

Info

Publication number: RU2528173C1
Application number: RU2013117234/07A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль Тагирович Галяутдинов
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-09-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: highly reflecting heated mirror comprises, arranged in series beginning from a glass substrate, a reflecting current-conducting layer of stainless steel with geometrical thickness of 20-1000 nm, two electric contacts located on the layer of stainless steel, a titanium oxide layer with geometrical thickness of 80-90 nm, a silicon oxide layer with geometrical thickness of 90-96 nm, a titanium oxide layer with geometrical thickness of 50-60 nm, a silicon oxide layer with geometrical thickness of 90-96 nm and a titanium oxide layer with geometrical thickness of 50-60 nm.

EFFECT: invention increases the reflection power of a heated mirror in the visible spectrum with stable electrical resistance of the heating element.

1 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции высокоотражающих зеркал с обогревом, применяется преимущественно для изготовления автомобильных зеркал, обеспечивающих безопасность эксплуатации транспортных средств, может найти применение в качестве декоративных фасадных стекол зданий, а также в качестве зеркальных нагревательных панелей для обогрева помещений.The invention relates to the construction of highly reflective mirrors with heating, it is mainly used for the manufacture of automobile mirrors that ensure the safe operation of vehicles, it can be used as decorative facade glass for buildings, and also as mirror heating panels for heating rooms.

Обогрев внешнего автомобильного зеркала актуален для территорий с влажным и холодным климатом, поскольку является эффективным и универсальным средством, позволяющим удалять с поверхности зеркала не только капли воды, но и иней, снег и лед, кроме этого обогрев зеркала препятствует его обмерзанию при движении автомобиля в холодное время года.The heating of an external car mirror is relevant for areas with a humid and cold climate, since it is an effective and versatile tool that allows you to remove not only drops of water from the surface of the mirror, but also frost, snow and ice, in addition, heating the mirror prevents it from freezing when the car moves in the cold season.

Известно зеркало с обогревом, содержащее непроводящую подложку с отражающим слоем, нанесенным на ее тыльной стороне, причем отражающий слой выполнен из чистого хрома и оксида хрома, соотношение хрома и оксида хрома выбрано так, чтобы сопротивление слоя рассеивало приложенную внешним источником электрическую энергию требуемым образом, см. патент FR 2695789, МПК H05B 3/84, 1994.It is known that a heated mirror contains a non-conductive substrate with a reflective layer deposited on its rear side, the reflective layer made of pure chromium and chromium oxide, the ratio of chromium and chromium oxide selected so that the layer resistance dissipates the applied electric energy in the required manner, cm Patent FR 2695789, IPC H05B 3/84, 1994.

Недостатками известного зеркала являются: невысокий коэффициент отражения, который в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм не превышает 50%, необходимость соблюдения заданной пропорции содержания чистого хрома и оксида хрома.The disadvantages of the known mirror are: low reflection coefficient, which in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 μm does not exceed 50%, the need to comply with a given proportion of the content of pure chromium and chromium oxide.

Известно зеркало с обогревом, содержащее стеклянную подложку с отражающим проводящим слоем из нержавеющей стали на ее тыльной стороне, отражающий слой выполнен в вакуумной камере магнетронным напылением нержавеющей стали, см. патент RU 2248681, МПК H05B 3/84, 2003.A heated mirror is known containing a glass substrate with a reflective conductive layer of stainless steel on its rear side, the reflective layer is made in a vacuum chamber by magnetron sputtering of stainless steel, see patent RU 2248681, IPC H05B 3/84, 2003.

Недостатком представленного зеркала является недостаточно высокий коэффициент отражения, составляющий 50-65% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.The disadvantage of the presented mirror is not a high reflection coefficient of 50-65% in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 μm.

Известно зеркало с обогревом, содержащее стеклянную подложку, отражающий слой и электрические контакты, расположенные на внешней стороне подложки, причем отражающий слой, одновременно являющийся токопроводящим, выполнен из нержавеющей стали и на ее поверхности расположено двухслойное покрытие, которое выполнено из оксида алюминия и оксида титана, см. патент RU 2262215, МПК H05B 3/84, 2004.It is known a heated mirror containing a glass substrate, a reflective layer and electrical contacts located on the outer side of the substrate, the reflective layer being simultaneously conductive, made of stainless steel and on its surface there is a two-layer coating that is made of aluminum oxide and titanium oxide, see patent RU 2262215, IPC H05B 3/84, 2004.

Недостатком известного зеркала является недостаточно высокий коэффициент отражения, составляющий 70-80% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.A disadvantage of the known mirror is the insufficiently high reflection coefficient of 70-80% in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 μm.

Наиболее близким по технической сущности является зеркало с обогревом, содержащее стеклянную подложку, отражающий слой и электрические контакты, расположенные на внешней стороне подложки, причем отражающий слой, одновременно являющийся токопроводящим, выполнен из нержавеющей стали и на ее поверхности расположено двухслойное покрытие, которое выполнено из оксида кремния геометрической толщиной 60-70 нм и оксида титана геометрической толщиной 50-60 нм, см. патент RU 2316155, МПК H05B 3/84, 2006.The closest in technical essence is a heated mirror containing a glass substrate, a reflective layer and electrical contacts located on the outside of the substrate, the reflective layer being simultaneously conductive, made of stainless steel and on its surface there is a two-layer coating made of oxide silicon geometric thickness 60-70 nm and titanium oxide geometric thickness 50-60 nm, see patent RU 2316155, IPC H05B 3/84, 2006.

Недостатком известного зеркала является недостаточно высокий коэффициент отражения, составляющий 80-85% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.A disadvantage of the known mirror is the insufficiently high reflection coefficient, comprising 80-85% in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 μm.

Сущность заявленного решения заключается в том, что высокоотражающее зеркало с обогревом, содержащее стеклянную подложку, отражающий токопроводящий слой из нержавеющей стали геометрической толщиной от 20 нм до 1000 нм, электропроводящие контакты и чередующиеся слои из оксида титана геометрической толщиной 50-60 нм и оксида кремния, характеризуется тем, что количество чередующихся слоев равно пяти, при этом прилегающий к слою из нержавеющей стали слой выполнен из оксида титана геометрической толщиной 80-90 нм, а геометрическая толщина слоев из оксида кремния равна 90-96 нм.The essence of the claimed solution lies in the fact that a highly reflective mirror with heating, containing a glass substrate, a reflective conductive layer of stainless steel with a geometric thickness of 20 nm to 1000 nm, electrically conductive contacts and alternating layers of titanium oxide with a geometric thickness of 50-60 nm and silicon oxide, characterized in that the number of alternating layers is five, while the layer adjacent to the stainless steel layer is made of titanium oxide with a geometric thickness of 80-90 nm, and the geometric thickness of the layers of silicon oxide is equal to 90-96 nm.

Технической задачей изобретения является создание высокоотражающего зеркала с обогревом с большим значением коэффициента отражения.An object of the invention is the creation of a highly reflective mirror with heating with a large value of the reflection coefficient.

Техническая задача решается созданием высокоотражающего зеркала с обогревом, содержащим стеклянную подложку, отражающий токопроводящий слой из нержавеющей стали геометрической толщиной от 20 нм до 1000 нм, электропроводящие контакты и чередующиеся слои из оксида титана геометрической толщиной 50-60 нм и оксида кремния, характеризуется тем, что количество чередующихся слоев равно пяти, при этом прилегающий к слою из нержавеющей стали слой выполнен из оксида титана геометрической толщиной 80-90 нм, а геометрическая толщина слоев из оксида кремния равна 90-96 нм.The technical problem is solved by creating a highly reflective heating mirror containing a glass substrate, reflecting a conductive layer of stainless steel with a geometric thickness of 20 nm to 1000 nm, electrically conductive contacts and alternating layers of titanium oxide with a geometric thickness of 50-60 nm and silicon oxide, characterized in that the number of alternating layers is five, while the layer adjacent to the stainless steel layer is made of titanium oxide with a geometric thickness of 80-90 nm, and the geometric thickness of the layers of oxide is cream The value is 90-96 nm.

Решение технической задачи позволяет увеличить коэффициент отражения зеркала с обогревом до 90%.The solution to the technical problem allows to increase the reflection coefficient of the heated mirror up to 90%.

На фигуре схематично представлено в разрезе заявляемое зеркало. Оно состоит из стеклянной подложки 1, отражающего токопроводящего слоя из нержавеющей стали 2 геометрической толщиной от 20 нм до 1000 нм, двух электрических контактов 3, расположенных на слое 2, слоя из оксида титана 4 геометрической толщиной 80-90 нм, слоя из оксида кремния 5 геометрической толщиной 90-96 нм, слоя из оксида титана 6 геометрической толщиной 50-60 нм, слоя из оксида кремния 7 геометрической толщиной 90-96 нм, слоя из оксида титана 8 геометрической толщиной 50-60 нм, расположенные на внешней поверхности зеркала.The figure schematically shows a sectional view of the inventive mirror. It consists of a glass substrate 1, a reflective conductive layer of stainless steel 2 with a geometric thickness of 20 nm to 1000 nm, two electrical contacts 3 located on layer 2, a layer of titanium oxide 4 with a geometric thickness of 80-90 nm, a layer of silicon oxide 5 geometric thickness 90-96 nm, a layer of titanium oxide 6 geometric thickness 50-60 nm, a layer of silicon oxide 7 geometric thickness 90-96 nm, a layer of titanium oxide 8 geometric thickness 50-60 nm, located on the outer surface of the mirror.

Заявляемое высокоотражающее зеркало с обогревом нагревается за 3-7 секунд до 20°C, в зависимости от температуры окружающей среды, обеспечивая быстрое удаление влаги с поверхности зеркала, его коэффициент отражения составляет 88-90% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.The inventive highly reflective mirror with heating is heated in 3-7 seconds to 20 ° C, depending on the ambient temperature, providing rapid removal of moisture from the surface of the mirror, its reflection coefficient is 88-90% in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 microns.

Изготовление высокоотражающего зеркала с обогревом ведут в вакуумной камере модернизированной вакуумной установки УВН-70-А2. Стеклянную подложку предварительно обезжиривают и помещают в вакуумную камеру, в которой создают давление Р_ост=6,6·10^-3 Па. Затем осуществляют напуск аргона до давления P=0,26 Па. Подложку закрывают заслонкой и зажигают разряд на магнетроне с мишенью из нержавеющей стали. В течение 5 минут горения разряда происходит удаление оксидной пленки с поверхности мишени, а при удалении заслонки происходит напыление отражающего токопроводящего слоя на подложку. Напыление нержавеющей стали проводят до достижения слоем омического сопротивления в диапазоне от 5 Ом до 70 Ом. Закрепляют электропроводящие контакты. Для напыления слоя оксида титана зажигают разряд на магнетроне с титановой мишенью в атмосфере смеси газов аргона и кислорода. Напыление проводят до достижения слоем геометрической толщины 80-90 нм. Для напыления слоя оксида кремния зажигают разряд на магнетроне с кремниевой мишенью в атмосфере смеси газов аргона и кислорода. Напыление проводят до достижения слоем толщины 90-96 нм. Затем напыляют слой оксида титана геометрической толщиной 50-60 нм. Затем напыляют слой оксида кремния геометрической толщиной 90-96 нм. Затем напыляют слой оксида титана геометрической толщиной 50-60 нм.The manufacture of highly reflective mirrors with heating is carried out in the vacuum chamber of the upgraded vacuum installation UVN-70-A2. The glass substrate is pre-degreased and placed in a vacuum chamber, in which create a pressure P _OST = 6.6 · 10 ^-3 PA. Then argon is charged to a pressure of P = 0.26 Pa. The substrate is closed with a shutter and a discharge is ignited on a magnetron with a stainless steel target. Within 5 minutes of burning the discharge, the oxide film is removed from the target surface, and when the shutter is removed, the reflective conductive layer is sprayed onto the substrate. Stainless steel is sprayed until the layer reaches ohmic resistance in the range from 5 ohms to 70 ohms. Fix the conductive contacts. To spray a titanium oxide layer, a discharge is ignited on a magnetron with a titanium target in an atmosphere of a mixture of argon and oxygen gases. Spraying is carried out until the layer reaches a geometric thickness of 80-90 nm. To spray a layer of silicon oxide, a discharge is ignited on a magnetron with a silicon target in an atmosphere of a mixture of argon and oxygen gases. Spraying is carried out until the layer reaches a thickness of 90-96 nm. Then a titanium oxide layer is sprayed with a geometric thickness of 50-60 nm. Then a silicon oxide layer is sprayed with a geometric thickness of 90-96 nm. Then a titanium oxide layer is sprayed with a geometric thickness of 50-60 nm.

Толщину напыления оксида титана и оксида кремния контролируют методом спектрофотометрического контроля, когда по экстремумам отраженного света напыляют требуемую геометрическую толщину покрытия.The thickness of the deposition of titanium oxide and silicon oxide is controlled by spectrophotometric control, when the required geometric coating thickness is sprayed at the extremes of reflected light.

Электрическое сопротивление слоя нержавеющей стали имеет величину от 5 Ом до 70 Ом в зависимости от толщины слоя и размеров зеркала и, следовательно, при источнике напряжением 12 В рассеиваемая мощность на зеркале составит от 2 до 30 Вт. Это позволяет свести к минимуму потери энергии и обеспечить максимальную равномерность нагрева. Все слои наносят на стеклянную подложку путем магнетронного распыления в вакууме на модернизированной вакуумной установке УВН-70-А2. Заявляемое высокоотражающее зеркало с обогревом нагревается за ~3-7 секунды до 20°C, обеспечивая быстрое удаление влаги с поверхности зеркала на уровне прототипа.The electrical resistance of the stainless steel layer has a value from 5 ohms to 70 ohms depending on the layer thickness and mirror size and, therefore, with a 12 V source, the dissipated power on the mirror will be from 2 to 30 watts. This minimizes energy loss and ensures maximum heating uniformity. All layers are applied to a glass substrate by magnetron sputtering in vacuum on a modernized vacuum installation UVN-70-A2. The inventive highly reflective heated mirror heats up in ~ 3-7 seconds to 20 ° C, providing rapid removal of moisture from the mirror surface at the prototype level.

Заявляемое высокоотражающее зеркало с обогревом имеет коэффициент отражения до 90% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.The inventive highly reflective mirror with heating has a reflection coefficient of up to 90% in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 μm.

Заявленное техническое решение иллюстрируется фигурой, на которой схематично, в разрезе представлено заявлено высокоотражающее зеркало с обогревом и следующими примерами конкретного исполнения:The claimed technical solution is illustrated by a figure, which schematically, in the context, shows a highly reflective mirror with heating and the following examples of specific performance:

Пример 1. Высокоотражающее зеркало размером 100×190 мм, имеющее последовательно, начиная с подложки, толщину слоя нержавеющей стали 20 нм, толщину слоя оксида титана 80 нм, толщину слоя оксида кремния 90 нм, толщину слоя оксида титана 60 нм, толщину слоя оксида кремния 96 нм, толщину слоя оксида титана 50 нм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В, рассеивает около 2 Вт, коэффициент отражения такого зеркала составляет 89% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.Example 1. A highly reflective mirror 100 × 190 mm in size, having successively starting from the substrate, a stainless steel layer thickness of 20 nm, a titanium oxide layer thickness of 80 nm, a silicon oxide layer thickness of 90 nm, a titanium oxide layer thickness of 60 nm, a silicon oxide layer thickness 96 nm, a titanium oxide layer thickness of 50 nm, connected to a 12 V current source, scatters about 2 W, the reflection coefficient of such a mirror is 89% in the visible spectral range 0.45–0.65 μm.

Пример 2. Высокоотражающее зеркало размером 100×360 мм, имеющее последовательно, начиная с подложки, толщину слоя нержавеющей стали 300 нм, толщину слоя оксида титана 90 нм, толщину слоя оксида кремния 96 нм, толщину слоя оксида титана 50 нм, толщину слоя оксида кремния 90 нм, толщину слоя оксида титана 60 нм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В, рассеивает около 2 Вт, коэффициент отражения такого зеркала составляет 89% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.Example 2. Highly reflective mirror 100 × 360 mm in size, having successively starting from the substrate, a stainless steel layer thickness of 300 nm, a titanium oxide layer thickness of 90 nm, a silicon oxide layer thickness of 96 nm, a titanium oxide layer thickness of 50 nm, a silicon oxide layer thickness 90 nm, a titanium oxide layer thickness of 60 nm, connected to a 12 V current source, scatters about 2 W, the reflection coefficient of such a mirror is 89% in the visible spectral range 0.45–0.65 μm.

Пример 3. Высокоотражающее зеркало размером 100×640 мм, имеющее последовательно, начиная с подложки, толщину слоя нержавеющей стали 1000 нм, толщину слоя оксида титана 86 нм, толщину слоя оксида кремния 93 нм, толщину слоя оксида титана 54 нм, толщину слоя оксида кремния 93 нм, толщину слоя оксида титана 54 нм, подключенное к источнику тока напряжением 12 В, рассеивает около 2 Вт, коэффициент отражения такого зеркала составляет 90% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм.Example 3. Highly reflecting mirror 100 × 640 mm in size, having successively starting from the substrate, a stainless steel layer thickness of 1000 nm, a titanium oxide layer thickness of 86 nm, a silicon oxide layer thickness of 93 nm, a titanium oxide layer thickness of 54 nm, a silicon oxide layer thickness 93 nm, a titanium oxide layer thickness of 54 nm, connected to a 12 V current source, scatters about 2 W; the reflection coefficient of such a mirror is 90% in the visible spectral range of 0.45–0.65 μm.

Коэффициент отражения высокоотражающего зеркала составляет более 88% в видимой области спектра 0,45÷0,65 мкм при стабильном электрическом сопротивлении нагревательного элемента. Рассеиваемая мощность на зеркале составляет от 2 до 30 Вт при источнике напряжением 12 В.The reflection coefficient of a highly reflecting mirror is more than 88% in the visible region of the spectrum of 0.45 ÷ 0.65 μm with a stable electrical resistance of the heating element. Power dissipation on the mirror is from 2 to 30 W with a voltage source of 12 V.

Заявленное техническое решение просто в изготовлении и удобно при использовании на транспортных средствах и применении его в качестве декоративных фасадных стекол зданий. Решение технической задачи позволяет обеспечить более высокую отражательную способность высокоотражающего зеркала до 90% против 80-85% у прототипа, которая достигается за счет применения заявленной совокупности приведенных признаков.The claimed technical solution is simple to manufacture and convenient when used on vehicles and its use as decorative facade glass of buildings. The solution to the technical problem allows to provide a higher reflectivity of the highly reflective mirror up to 90% against 80-85% of the prototype, which is achieved through the use of the claimed combination of the above features.

Заявленное техническое решение с указанными характеристиками можно также использовать в качестве зеркальных нагревательных панелей для обогрева помещений.The claimed technical solution with the indicated characteristics can also be used as mirror heating panels for space heating.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна» предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного уровня техники заявителем не выявлены технические решения с приведенной в заявленном техническом решении совокупностью признаков.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" presented to the invention, because from the investigated prior art, the applicant has not identified technical solutions with the set of features given in the claimed technical solution.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. не следует явным образом из исследованного заявителем уровня техники.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step" for inventions, because it does not follow explicitly from the prior art examined by the applicant.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. может быть изготовлено на известном оборудовании, посредством применения стандартных приемов и известных материалов.The claimed technical solution meets the criterion of "industrial applicability" to the invention, because can be manufactured using known equipment, using standard techniques and known materials.

Claims

A highly reflective heated mirror containing a glass substrate, a reflective conductive layer of stainless steel with a geometric thickness of 20 nm to 1000 nm, electrically conductive contacts and alternating layers of titanium oxide with a geometric thickness of 50-60 nm and silicon oxide, characterized in that the number of alternating layers is five, while the layer adjacent to the stainless steel layer is made of titanium oxide with a geometric thickness of 80-90 nm, and the geometric thickness of the layers of silicon oxide is 90-96 nm.