L’invention concerne un matériau et un procédé de préparation d’un matériau, tel qu’un vitrage, comprenant un substrat transparent revêtu d’un revêtement fonctionnel agissant sur le rayonnement infrarouge et/ou thermique. 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. L'invention concerne en particulier des vitrages isolants bas émissifs dits « low-e ».

Dans la suite de la description, le terme « fonctionnel » qualifiant « revêtement fonctionnel » signifie « pouvant agir sur le rayonnement infrarouge et/ou thermique ».

Un revêtement fonctionnel comprend en général au moins une couche fonctionnelle. On entend par couche "fonctionnelle", au sens de la présente demande, la (ou les) couche(s) qui confère au revêtement l'essentiel de ses propriétés thermiques. La couche fonctionnelle agit sur le rayonnement solaire et/ou thermique essentiellement par réflexion et/ou absorption du rayonnement infrarouge proche (solaire) ou lointain (thermique).

Un revêtement fonctionnel comprend en général un empilement d’une ou plusieurs couches fonctionnelles, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques comprenant généralement plusieurs couches diélectriques (ci-après revêtements diélectriques) qui permettent d’ajuster les propriétés optiques de l’empilement. Les revêtements fonctionnels agissent sur le flux de rayonnement solaire traversant ledit vitrage, par opposition aux autres revêtements diélectriques ayant plus souvent principalement pour fonction une protection chimique ou mécanique desdites couches fonctionnelles.

Les vitrages munis de revêtement fonctionnel sont regroupés sous la désignation de vitrage de contrôle solaire. Ils sont commercialisés et utilisés essentiellement :

- soit pour assurer une protection de l’habitacle (automobile) ou de l’habitation du rayonnement solaire et en éviter une surchauffe, de tels vitrages étant qualifiés dans le métier d’antisolaire,

- soit pour assurer une isolation thermique de l’habitacle ou de l’habitation et éviter les déperditions de chaleur, ces vitrages étant qualifiés de vitrages isolants.

Par isolant thermique, on entend au sens de la présente invention un vitrage muni d’au moins une couche fonctionnelle lui conférant une déperdition énergétique diminuée, ladite couche présentant des propriétés de réflexion du rayonnement IR compris entre 5 et 50 micromètres. Les couches fonctionnelles utilisées dans cette fonction présentent un coefficient de réflexion du rayonnement IR élevé et sont dites bas-émissives (ou le plus souvent low-e selon le terme anglais).

Un paramètre classique pour évaluer cette capacité est l'émissivité normale £ _n du vitrage, telle que calculée dans la norme EN12898. Plus cette valeur est faible, plus le revêtement fonctionnel réfléchit l’IR thermique et meilleure est l’isolation thermique conférée par le matériau.

Par conséquent, une voie pour améliorer les performances thermiques consiste à développer des revêtements fonctionnels présentant une émissivité abaissée.

Par ailleurs, ces matériaux doivent fréquemment subir des traitements thermiques à température élevée, destinés à améliorer les propriétés du substrat et/ou du revêtement fonctionnel. Il peut par exemple s’agir, dans le cas de substrats de verre, de traitements de trempe thermique destinés à renforcer mécaniquement le substrat. Ces traitements peuvent modifier certaines propriétés de l’empilement, notamment les propriétés énergétiques et optiques.

Avantageusement, les matériaux doivent être capables de subir, une fois revêtu du revêtement fonctionnel, un traitement thermique du type trempe, recuit ou encore bombage, sans variation significative, ou au moins sans dégradation, de leurs propriétés optiques et/ou énergétiques. En particulier, après le traitement thermique, les matériaux doivent conserver une transmission lumineuse acceptable et présenter une émissivité de préférence sensiblement améliorée, ou tout au moins sensiblement inchangée.

Selon les applications visées et notamment selon les propriétés recherchées, ces vitrages peuvent être sous forme de vitrage monolithique ou simple vitrage, de vitrage multiple, de vitrage feuilleté ou de vitrage multiple et feuilleté.

De manière conventionnelle, les faces d'un vitrage sont désignées à partir de l'extérieur du bâtiment et en numérotant les faces des substrats de l'extérieur vers l'intérieur de l'habitacle ou du local qu'il équipe. Cela signifie que la lumière solaire incidente traverse les faces dans l’ordre croissant de leur numéro.

Parmi les revêtements fonctionnels traditionnellement utilisés, les revêtements comprenant une couche fonctionnelle à base de nitrure de titane sont particulièrement intéressants. En effet, le nitrure de titane présente une dureté élevée, une haute stabilité chimique et confère une basse émissivité.

Par conséquent, les couches à base de nitrure de titane sont utilisées comme couches fonctionnelles dans des revêtements haute performance destinés à des environnements agressifs où des couches fonctionnelles plus fragiles telles que des couches à base d’argent seraient dégradées. En particulier, des revêtements à base de nitrure de titane sont désormais utilisés en vitrage feuilleté et en simple vitrage car ils sont suffisamment résistants pour être situés sur une face d’un substrat directement au contact de l’air ambiant. L’obtention d’une basse émissivité est une propriété importante notamment pour des applications en simple vitrage. L’émissivité impacte directement les performances énergétiques du vitrage, en diminuant le coefficient de transfert thermique (« Ug ») ainsi que le facteur solaire (g).

Les revêtements fonctionnels connus comprennent une couche de nitrure de titane située entre deux couches diélectriques qui sont classiquement des couches de nitrure de silicium.

L’objectif de l’invention est d’améliorer les performances énergétiques conférées par les revêtements à base de nitrure de titane. Ces propriétés doivent avantageusement être obtenues avec ou sans traitement thermique de type trempe ou bombage.

L'invention consiste donc en la mise au point de nouveaux matériaux, en vue de fabriquer des vitrages de protection solaire améliorés. L'amélioration visée est notamment une diminution de l’émissivité tout en maintenant les autres propriétés notamment la résistance chimique et mécanique élevées.

Enfin, un autre but est de fournir un matériau muni d’un revêtement fonctionnel apte à supporter les traitements thermiques sans dommage. Cela se traduit par une absence de variation, voir une amélioration de ses propriétés thermiques et optiques avant et après traitement thermique, notamment du type trempe.

Le demandeur a découvert de manière surprenante que le choix de la nature des couches constituant le revêtement diélectrique situé au-dessous de la couche de nitrure de titane permet d’améliorer significativement les performances énergétiques. Cela se traduit notamment par une amélioration de l’émissivité et/ou de la conductivité.

L’invention concerne donc un matériau comprenant un substrat revêtu d’un revêtement fonctionnel comprenant au moins une couche fonctionnelle à base de nitrure de titane et au moins deux revêtements diélectriques, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce que : le revêtement diélectrique situé directement en-dessous d’une couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :

- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou

- une couche à base d’oxyde de zinc.

Selon un mode de réalisation avantageux, le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend : - une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,

- une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc,

- éventuellement une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium, la couche fonctionnelle est située au contact de la couche à base d’oxyde de zinc ou de la couche à base de nitrure d’aluminium.

Le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle comprend bien une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :

- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou

- une couche à base d’oxyde de zinc.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, la couche à base de nitrure d’aluminium est déposée par pulvérisation cathodique magnétron a une pression de dépôt inférieure à 5,0 pbar.

L’utilisation d’une couche à base d’oxyde de zinc au contact de la couche fonctionnelle de nitrure de titane est particulièrement avantageuse lorsque le matériau ne subit pas de traitement thermique à température élevée.

L’oxyde de zinc cristallise à température ambiante lorsqu’il est déposé par dépôt magnétron. Sa présence en-dessous et au contact de la couche de nitrure de titane pourrait favoriser la cristallisation de ladite couche. La couche d’oxyde de zinc jouerait alors le rôle de couche de croissance épitaxiale. L’amélioration de la cristallisation du nitrure de titane peut contribuer à une diminution significative de l’émissivité et de la résistivité en l’absence de traitement thermique.

Toutefois, selon ce mode de réalisation, les bonnes performances énergétiques ne sont pas conservées lorsque le matériau subit un traitement à température élevée. Cela peut être attribué à des phénomènes variés notamment des réactions d'oxydation ou de diffusion tels que l’oxydation de la couche fonctionnelle par la couche d’oxyde de zinc.

L’utilisation d’une couche à base de nitrure d’aluminium au contact de la couche fonctionnelle de nitrure de titane est particulièrement avantageuse lorsque le matériau subit un traitement thermique à température élevée. Les phénomènes régissant cette amélioration ne sont pas bien connus. Plusieurs hypothèses ont été avancées :

- diminution des contraintes de l’empilement complet attribuable à la présence de nitrure d’aluminium, et/ou

- lissage de l’interface ou interdiffusion d’aluminium et de titane à l’interface AIN/TiN.

L’utilisation de la séquence couche d’oxyde de zinc / couche à base de nitrure d’aluminium / couche fonctionnelle de nitrure de titane, est particulièrement avantageuse peu importe que le matériau subisse ou non un traitement thermique à température élevée. La présence de la couche d’oxyde de zinc en-dessous et au contact de la couche de nitrure d’aluminium favorise la cristallisation de ladite couche. La couche d’oxyde de zinc semble alors jouer le rôle de couche de croissance épitaxiale pour la couche de nitrure d’aluminium et pour la couche de nitrure de titane.

Une synergie est obtenue pour ce mode de réalisation. La diminution de l’émissivité est supérieure à celle obtenue avec une couche d’oxyde de zinc seule ou avec une couche de nitrure d’aluminium seule.

L’effet avantageux lié à la présence de la couche d’oxyde de zinc, avant ou sans traitement thermique, est obtenu. L’effet avantageux lié à la présence de la couche de nitrure d’aluminium après traitement thermique est également obtenu. La couche de nitrure d’aluminium joue alors également le rôle de couche barrière prévenant la dégradation de la couche de nitrure de titane par la couche d’oxyde de zinc.

Selon l'invention, un matériau présentant les caractéristiques suivantes a pu être obtenu notamment lorsqu’il est utilisé en simple vitrage:

- une transmission lumineuse, par ordre de préférence croissant, supérieure ou égale à 35 %, supérieure ou égale à 40 %, supérieure ou égale à 45 %, supérieure ou égale à 50%, comprise entre 50 et 60 %,

- une émissivité inférieure ou égale à 50 %,

- une bonne durabilité chimique et mécanique.

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,

- 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.

L’invention concerne donc un vitrage comprenant au moins un matériau selon l’invention sous forme de vitrage monolithique, feuilleté et/ou multiple, en particulier double vitrage ou triple vitrage.

L'application plus particulièrement visée par l'invention est en premier lieu les vitrages monolithiques et les vitrages feuilletés.

Les vitrages de l’invention peuvent être utilisés dans des véhicules, comme les verres latéraux, les toits-autos, les lunettes arrières. Les vitrages de l’invention peuvent être utilisés dans le domaine du bâtiment, en tant que vitrage de contrôle solaire. Un vitrage pour le bâtiment délimite en général deux espaces, un espace qualifié d’« extérieur » et un espace qualifié d’« intérieur ». On considère que la lumière solaire entrant dans un bâtiment va de l’extérieur vers l’intérieur.

Selon l’invention, on inclut également dans les applications « bâtiment », les vitrages utilisés comme élément constitutif de balustrades, de balcons et/ou de rambardes.

Le revêtement fonctionnel est déposé par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique (procédé magnétron). Selon ce mode de réalisation avantageux, toutes les couches du revêtement fonctionnel sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique.

L’invention concerne également le procédé d’obtention d’un matériau et d’un vitrage selon l’invention, dans lequel on dépose les couches des revêtements par pulvérisation cathodique magnétron.

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 procédé selon l’invention.

Toutes les caractéristiques lumineuses et thermiques présentées dans la présente description sont obtenues selon les principes et méthodes décrits dans les normes européennes EN 410 et EN 673 se rapportant à la détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages utilisés dans le verre pour la construction.

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).

De manière conventionnelle, les indices de réfraction sont mesurés à une longueur d’onde de 550 nm.

Sauf mention contraire, les épaisseurs évoquées dans le présent document sans autres précisions sont des épaisseurs physiques, réelles ou géométriques dénommées Ep et sont exprimées en nanomètres (et non pas des épaisseurs optiques).

Dans la présente description, sauf autre indication, l’expression « à base de », utilisée pour qualifier un matériau ou une couche quant à ce qu’il ou elle contient, signifie que la fraction massique du constituant qu’il ou elle comprend est d’au moins 50%, en particulier au moins 70%, de préférence au moins 90%.

Les empilements selon l’invention ne comprennent pas de couche fonctionnelle à base d’argent, ou encore du type or ou platine ou encore cuivre. D’une manière plus générale, les empilements selon l’invention ne contiennent pas de tels métaux précieux, ou alors en quantités très négligeables, notamment sous formes d’impuretés inévitables.

De préférence, les couches de nitrure de titane sont à base de nitrure de titane ou de préférence encore sont constituées de nitrure de titane.

Des couches à base de nitrure de titane selon l’invention comprennent par exemple plus de 50% en poids de nitrure de titane, de préférence plus de 80%, ou même plus de 90% en poids de nitrure de titane.

Le nitrure de titane selon l’invention n’est pas nécessairement stoechiométrique (ratio atomique Ti/N de 1 ) mais peut être sur- ou sous-stœchiométrique. Selon un mode avantageux, le ratio N/Ti est compris entre 1 et 1 ,2. Egalement, le nitrure de titane selon l’invention peut comprendre une quantité mineure d’oxygène, par exemple entre 1 et 10% molaire d’oxygène, notamment entre 1 et 5% molaire d’oxygène.

Selon un mode particulièrement préféré, les couches en nitrure de titane selon l’invention répondent à la formule générale TiN _x O _y , dans laquelle 1 ,00 < x < 1 ,20 et dans laquelle 0,01 < y < 0,10.

Le revêtement fonctionnel 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.

Le revêtement fonctionnel peut comprendre au moins deux couches fonctionnelles à base de nitrure de titane 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.

Le revêtement fonctionnel peut comprendre au moins trois couches fonctionnelles à base de nitrure de titane 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.

Selon l’invention, un revêtement diélectrique correspond à une séquence de couches comprenant au moins une couche diélectrique, située entre le substrat et la première couche fonctionnelle, entre deux couches fonctionnelles ou au-dessus de la dernière couche fonctionnelle. Si un revêtement diélectrique est composé de plusieurs couches diélectriques, l'épaisseur physique du revêtement diélectrique correspond à la somme des épaisseurs physiques des différentes couches diélectriques constituant le revêtement diélectrique.

Les revêtements diélectriques ont une épaisseur comprise entre 2 et 200 nm.

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.

De préférence, les matériaux diélectriques présentent une résistivité initialement supérieure à 10 ¹⁰ ohms. mètres (Q.m) à 25°C.

Les couches diélectriques des revêtements présentent les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison :

- elles sont déposées par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique, et/ou

- 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, et/ou

- elles sont choisies parmi : les couches d’oxyde d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le titane, le silicium, l’aluminium, le zirconium, le fer, le chrome, le cobalt, le manganèse, le tungstène, le niobium, le bismuth, le tantale, le zinc et/ou l’étain, les couches de nitrure d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le zirconium et l’aluminium, les couches d’oxynitrure d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le zirconium et l’aluminium, et/ou

- elles sont choisies parmi les couches comprenant du silicium,

- elles ont une épaisseur supérieure à 2 nm, de préférence comprise entre 4 et 100 nm.

Selon l’invention, le revêtement diélectrique situé directement en-dessous d’une couche fonctionnelle comprend une couche diélectrique située au contact de la couche fonctionnelle choisie parmi :

- une couche à base de nitrure d’aluminium et/ou

- une couche à base d’oxyde de zinc.

Les couches à base de nitrure d’aluminium, 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 d’aluminium par rapport à la masse totale de tous les éléments constituant la couche à base de nitrure d’aluminium à l’exclusion de l’oxygène et de l’azote. Les couches à base de nitrure d’aluminium peuvent comprendre un ou plusieurs éléments choisis parmi le silicium, le bore, le zirconium, etc.

A priori, la couche à base de nitrure d’aluminium n’est pas oxydée, cependant des traces peuvent exister.

La couche à base de nitrure d’aluminium comprend, par ordre de préférence croissant, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 %, au moins 98 %, au moins 100 %, en masse d’azote par rapport à la masse totale de l’oxygène et de l’azote.

La couche à base de nitrure d’aluminium est déposée à partir d’une cible métallique dans une atmosphère comprenant de l’azote.

Le demandeur a mis en évidence que l’optimisation des paramètres de dépôt par pulvérisation cathodique magnétron de l’ensemble des couches du revêtement fonctionnel permet une amélioration significative de l’émissivité. Toutefois, cet effet est particulièrement marqué pour les couches de nitrure d’aluminium.

Le demandeur a mis en évidence que lors du dépôt par pulvérisation cathodique magnétron de la couche à base de nitrure d’aluminium, l'application d'une pression particulièrement faible dans la chambre de dépôt concourt à obtenir des revêtements présentant une émissivité abaissée par rapport à un même revêtement comprenant une couche de nitrure d’aluminium déposée à plus haute pression. Cet effet avantageux est obtenu avec ou sans traitement thermique.

La couche à base de nitrure d’aluminium est déposée par pulvérisation cathodique magnétron à une pression de dépôt avantageusement inférieure à 5,0 pbar, notamment 4,0 pbar, voire 3,0 pbar, et même 2,7 pbar. Par « pression de dépôt », on entend la pression régnant dans la chambre où est réalisé le dépôt de cette couche. Des pressions trop faibles, difficiles à atteindre sur une machine de dépôt industrielle, n'apportent toutefois pas d'avantage supplémentaire en termes de résistance au vieillissement. Ainsi, la pression de dépôt lors du dépôt de la couche barrière à l'oxygène est de préférence supérieure à 1 ,0 pbar, notamment 1 ,5 pbar.

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.

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. 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.

Les couches à base d’oxyde de zinc peuvent être éventuellement dopées à l’aide d’au moins un autre élément, comme l’aluminium.

A priori, la couche à base d’oxyde de zinc n’est pas nitrurée, cependant des traces peuvent exister.

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.

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.

Les couches d’oxyde de zinc ont, par ordre de préférence croissant, une épaisseur :

- d'au moins 3,0 nm, d'au moins 4,0 nm, d'au moins 5,0 nm, et/ou

- d’au plus 25 nm, d’au plus 10 nm, d’au plus 8,0 nm.

L’empilement peut comprendre au moins une couche comprenant du silicium. Chaque revêtement diélectrique peut comprendre au moins une couche comprenant du silicium.

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 fonctionnelle. Les couches comprenant du silicium contribuent donc également à la non altération des couches fonctionnelles et donc à l’obtention d’une faible émissivité après traitement thermique.

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 couches à base d’oxyde de silicium, les couches à base de nitrure de silicium et les couches à base d’oxynitrure de silicium.

Lorsque chaque revêtement comprend une couche comprenant du silicium, ces couches ne sont pas nécessairement de même nature.

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.

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.

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.

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.

Les couches comprenant du silicium peuvent comprendre au moins 2,0 %, au moins 5,0 % ou au moins 8,0 % 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.

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.

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.

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.

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 de nitrure de silicium.

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’oxynitrure de silicium.

De préférence, les couches à base d’oxyde de silicium se caractérisent par un indice de réfraction à 550 nm, inférieur ou égale à 1 ,55. De préférence, les couches à base de nitrure de silicium se caractérisent par un indice de réfraction à 550 nm, supérieur ou égale à 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 couches à base d’oxynitrure de silicium ont de préférence un indice de réfraction à 550 nm supérieur 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.

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 la présence de dopants, on peut obtenir des couches plus ou moins denses et donc une variation d’indice de réfraction.

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.

De préférence, au moins un revêtement diélectrique comprend une couche comprenant du silicium choisie parmi les couches à base de nitrure de silicium et/ou d’aluminium.

De préférence, chaque revêtement diélectrique comprend une couche comprenant du silicium choisie parmi les couches à base de nitrure de silicium.

De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, dans le revêtement diélectrique situé en-dessous de la couche fonctionnelle est supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.

De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, dans le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 %, supérieure à 80 %, supérieure à 90 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.

De préférence, la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, dans chaque revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle peut être supérieure à 35 %, supérieure à 50 %, supérieure à 60 % supérieure à 70 %, supérieure à 75 %, supérieure à 80 %, supérieure à 90 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.

Le revêtement diélectrique situé directement en dessous de la couche fonctionnelle satisfait une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- il comprend une couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,

- il comprend une première couche comprenant du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium,

- il comprend une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc ou à base de nitrure d’aluminium,

- il est constitué d’une première couche à base de nitrure de silicium et d’une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc ou à base de nitrure d’aluminium,

- il comprend une première couche comprenant du silicium de préférence à base de nitrure de silicium, une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc et une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium,

- il est constitué d’une première couche comprenant du silicium de préférence à base de nitrure de silicium, une deuxième couche, située au-dessus de la première couche, à base d’oxyde de zinc, et une troisième couche, située au-dessus de la deuxième couche, à base de nitrure d’aluminium.

Selon des modes de réalisations préférés de la présente invention, qui peuvent bien évidemment être combinés le cas échéant entre eux :

- la couche de nitrure de titane a une épaisseur supérieure ou égale à 2 nm, supérieure ou égale à 5 nm, supérieure ou égale à 7 nm, supérieure ou égale à 10 nm ou supérieure ou égale à 15 nm,

- la couche de nitrure de titane a une épaisseur inférieure ou égale à 40 nm, inférieure ou égale à 35 nm, inférieure ou égale à 30 nm ou inférieure ou égale à 25 nm,

- les revêtements diélectriques ont une épaisseur comprise entre 2 et 200 nm, de 5 à 100 nm,

- le revêtement diélectrique situé directement en-dessous de la couche fonctionnelle a une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm, entre 5 et 70 nm, entre 10 et 50 nm ; entre 20 et 40 nm ou entre 25 et 35 nm.

- le revêtement diélectrique situé directement au-dessus de la couche fonctionnelle a une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm, entre 5 et 70 nm, entre 10 et 50 nm ; entre 20 et 40 nm ou entre 25 et 35 nm, - la première couche a une épaisseur comprise entre 2 et 40 nm, entre 10 et 30 nm ou entre 15 et 25nm,

- la première couche comprend du silicium, de préférence à base de nitrure de silicium, - la deuxième couche à base d’oxyde de zinc a une épaisseur comprise entre 2 et 15 nm, entre 3 et 10 ou entre 3 et 8 nm,

- la deuxième ou la troisième couche à base de nitrure d’aluminium a son épaisseur comprise entre 2 et 30 nm, entre 2 et 15 nm, entre 3 et 10 nm ou entre 3 et 8 nm.

Le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle satisfait une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- il comprend une couche diélectrique comprenant du silicium, de préférence une couche à base de nitrure de silicium,

- il est constitué d’une couche diélectrique comprenant du silicium, de préférence une couche de nitrure de silicium.

Le revêtement diélectrique situé directement au-dessus de la couche fonctionnelle satisfait une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- il comprend une couche diélectrique comprenant du silicium,

- il comprend une couche diélectrique comprenant du silicium à base de nitrure de silicium,

- la somme des épaisseurs de toutes les couches comprenant du silicium dans le revêtement diélectrique situé au-dessus de la couche fonctionnelle est supérieure à 50 % de l’épaisseur totale du revêtement diélectrique.

L’empilement de couches minces peut éventuellement comprendre une couche de protection. La couche de protection est de préférence la dernière couche du revêtement, c’est-à-dire la couche la plus éloignée du substrat revêtu du revêtement (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. Avantageusement, la couche de protection est une couche d’oxyde de titane, une couche d’oxyde de zinc et d’étain ou une couche à base d’oxyde de titane et de zirconium.

L’invention concerne un simple vitrage comprenant un matériau selon l’invention. Le revêtement est de préférence disposé en face 2 du simple vitrage.

L’invention concerne un vitrage multiple comprenant 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.

L’invention concerne un vitrage feuilleté comprenant un matériau selon l’invention et au moins un substrat additionnel, le matériau et le substrat additionnel sont séparés par au moins un intercalaire de feuilletage. Le revêtement peut être déposé :

- sur la face du substrat tournée vers l’intérieur du bâtiment ou de l’habitacle qu’il équipe ou

- sur la face exposée vers l’extérieur dudit vitrage.

L’invention se rapporte également à un vitrage automobile, en particulier un toit pour automobile, comprenant un matériau tel que décrit précédemment et comprenant un seul substrat, dans lequel ledit substrat est préférentiellement teinté dans sa masse, et dans lequel ledit empilement est préférentiellement positionné vers la face du vitrage exposée vers l’intérieur du véhicule.

L’invention se rapporte également à un vitrage automobile, en particulier toit pour automobile, comprenant un premier substrat, de préférence coloré, lié par intercalaire de feuilletage, notamment en PVB, à un matériau tel que décrit précédemment, dont le substrat est de préférence en verre clair et dans lequel le revêtement est de préférence disposé sur la face exposée vers l’extérieur dudit vitrage.

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).

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 fluorés (FEP) ;

- les résines photoréticulables et/ou photopolymérisables, telles que les résines thiolène, polyuréthane, uréthane-acrylate, polyester-acrylate et

- les polythiouréthanes.

Le substrat sur lequel est déposé le revêtement 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.

Un verre clair ordinaire de 2 à 6 mm d'épaisseur présente les caractéristiques lumineuses suivantes :

- une transmission lumineuse comprise entre 87,5 et 91 ,5 %,

- une réflexion lumineuse comprise entre 7 et 9,5 %,

- une absorption lumineuse comprise entre 0,3 et 5 %.

Par substrat coloré, on entend que le substrat comprend dans sa composition de verre des éléments visant à lui conférer une coloration (i.e. différente de celle d’un verre dit « clair »), notamment des éléments tels que le cobalt, le fer, le sélénium, voire le chrome, qui peuvent également viser à en diminuer la transmission lumineuse.

Selon un mode de réalisation préféré, le substrat est en verre, notamment silico-sodo- calcique ou en matière organique polymérique.

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.

Le substrat revêtu du revêtement ou le revêtement seulement peut être destiné à subir un traitement thermique. Cependant, la présente invention concerne également le substrat revêtu non traité thermiquement.

Le matériau, c’est-à-dire le substrat transparent revêtu de l’empilement, peut être destiné à subir un traitement thermique à température élevée. L'empilement et le substrat peuvent avoir été soumis à un traitement thermique à une température élevée tel qu’une trempe, un recuit ou un bombage.

Les traitements thermiques sont choisis parmi :

- un recuit, par exemple un recuit rapide,

- une trempe et/ou un bombage.

Les matériaux de l’invention peuvent être utilisés à la fois en versions non-trempées et en versions trempées.

L’empilement peut ne pas avoir subi un traitement thermique à une température supérieure à 500 °C, de préférence 300 °C.

L’empilement peut avoir subi un traitement thermique à une température supérieure à 300 °C, de préférence 500 °C.

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. L'empilement et le substrat peuvent avoir été soumis à un traitement thermique à une température élevée supérieure à 500 °C tel qu’une trempe, un recuit ou un bombage. Le substrat revêtu de l'empilement peut être est un verre bombé et/ou trempé.

L'invention et ses avantages sont décrits avec plus de détails, ci-après, au moyen des exemples non limitatifs ci-dessous, selon l’invention et comparatifs. Dans tous les exemples et la description, à moins qu’autrement spécifié, les épaisseurs données sont géométriques.

Exemples

I. Nature des couches et revêtements

Des revêtements fonctionnels définis ci-après sont déposés sur des substrats en verre silico-sodo-calcique clair d’une épaisseur de 4 mm.

Toutes les couches sont déposées de façon connue par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique (souvent appelée magnétron).

La ou les couches fonctionnelles de nitrure de titane sont déposées à partir d’une cible de titane pur métallique dans une atmosphère réactive contenant de l'azote et de l’argon. Les conditions de dépôt des couches, qui ont été déposées par pulvérisation (pulvérisation dite « cathodique magnétron »), sont résumées dans le tableau 1

[tableau 1]

At. = atomique ; hp : haute pression ; Ip : basse pression.

Les conditions de dépôt par magnétron de telles couches sont techniquement bien connues dans le domaine.

II. Revêtements fonctionnels

Le tableau 2 liste les matériaux et les épaisseurs physiques en nanomètres (sauf autre indication) de chaque couche ou revêtement qui constitue les revêtements en fonction de leur position vis-à-vis du substrat porteur de l’empilement (dernière ligne en bas du tableau).

[Tableau 2]

Dans ces exemples, les traitements thermiques sont réalisés au four Naber à une température de 650°C pendant 10 minutes.

III. Propriétés optiques et thermiques

Les caractéristiques thermiques, électriques et optiques des matériaux ont été mesurées selon les principes et normes suivants :

- Transmission lumineuse T :

- Emissivité à incidence normale £ _n mesurée sur la face intérieure du substrat revêtu de l’empilement de couches, selon les conditions décrites dans la norme EN12898,

- Résistance carré Rsq (Q.n), correspondant à la résistance rapportée à la surface, est mesurée par induction avec un Nagy SMR-12.

Pour illustrer les effets avantageux, la variation de résistivité a été déterminée de la façon suivante : ARsq= (Rsq_Cp-1-Rsq_lnv-n)) / Rsq_ Cp-1 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.

[Tableau 4]

BT : Avant traitement thermique ; AT : Après traitement thermique

Les exemples montrent qu’à valeur constante de transmission lumineuse, en remplaçant tout ou partie des couches de nitrure de silicium dans le revêtement diélectrique inférieur, on obtient un gain en émissivité. La configuration optimale dépend de la présence ou de l’absence d’un traitement thermique.

En l’absence de traitement thermique, un revêtement diélectrique comprenant une couche de ZnO est avantageux (lnv-1 vs cp-1 ). Ceci peut être attribué à l’état cristallin du ZnO qui favorise la cristallisation du TiN. En revanche, l’émissivité et la résistivité sont fortement dégradées suite à un traitement thermique. Cet effet peut être attribué à l’oxydation du TiN par l’oxygène du ZnO.

En présence d’un traitement thermique, l’utilisation de nitrure d’aluminium permet d’obtenir une amélioration après traitement thermique (lnv-2 et lnv-3 vs cp-1 ). Cet effet est observé en cas d’utilisation d’un revêtement diélectrique comprenant une couche unique de nitrure d’aluminium ou d’un revêtement diélectrique comprenant une couche de nitrure de silicium et une couche de nitrure d’aluminium.

La combinaison d’une couche de ZnO et d’une couche d’AIN permet d’obtenir à la fois des résultats avantageux avant et après traitement thermique (lnv-4 et lnv-6 vs cp-1 ).

En addition au choix et à l’ordre des couches composant le revêtement diélectrique inférieur, l’optimisation des paramètres de dépôt des matériaux est déterminant pour obtenir les meilleures performances. Le dépôt basse pression des couches d’AIN permet d’obtenir une amélioration significative de l’émissivité et de la résistivité (lnv-5 et lnv-6 vs cp-1 et lnv.2). On obtient ainsi une diminution d’un point d'émissivité dans toutes les configurations, tout autre choses égales.

Enfin, cet effet est attribuable uniquement au revêtement diélectrique situé en dessous de la couche fonctionnelle. Les effets avantageux ne sont pas obtenus pour le revêtement diélectrique supérieur (lnv-2 vs cp-2).

Les effets avantageux semblent pouvoir être attribués à la combinaison de plusieurs phénomènes.

Lorsque l’on utilise une couche à base d’oxyde de zinc en dessous d’une couche de nitrure de titane, cette couche d’oxyde de zinc qui cristallise à température ambiante joue le rôle de couche de croissance. La couche d’oxyde de zinc permet d’améliorer la cristallisation du nitrure de titane situé au-dessus. Or, une meilleure cristallisation conduit à une amélioration de l’émissivité.

De même, lorsque l’on utilise la séquence couche d’oxyde zinc / couche de nitrure d’aluminium / couche de nitrure de titane, cette couche d’oxyde de zinc joue également le rôle de couche de croissance à la fois pour la couche de nitrure d’aluminium et pour la couche de nitrure de titane.

La figure 1.a représente les diagrammes de diffraction des rayons X en géométrie Bragg-Brentano de l’exemple cp-3 (courbe du dessous) et de lnv-7 (courbe du dessus). On observe clairement dans le cas de la présence du ZnO deux pics significatifs de la cristallisation du TiN.

La figure 1.b représente les diagrammes de diffraction des rayons X en géométrie Bragg- Brentano de l’exemple cp-4 (courbe du dessous) et de cp-5 (courbe du dessus). On observe clairement dans le cas de la présence de ZnO, deux pics significatifs de la cristallisation de l’AIN.

La couche de nitrure d’aluminium semble contribuer à une meilleure distribution des contraintes au sein du revêtement. Cet effet semble encore plus marqué lorsque la couche de nitrure d’aluminium est déposée à pression réduite.

Enfin, en cas de traitement thermique la présence d’une couche d’oxyde de zinc au contact de la couche de nitrure de titane est fortement préjudiciable. L’émissivité après traitement thermique est fortement dégradée. Cela peut être attribué à l’oxydation du TiN par l’oxygène du ZnO.