用于高温应用的氧化物多层和灯制造技术

本文公开了采用包含NbTaZr氧化物的高折射率材料的光学干涉多层涂层。这种涂层提供在高温下有利的光学和物理性质的增强的保持。本文还公开了包含透光外壳的灯，透光外壳的至少一部分表面提供有上述光学干涉多层涂层。当在灯上使用时，这种涂层可有利地为这种灯提供改进的能效。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及光学多层涂层。具体地，本文的一些实施方案涉及具有耐高温性的光学多层涂层以及它们在灯和其它应用中的用途。
技术介绍
光学干涉涂层，有时也称为薄膜光学涂层或滤光器，包含具有不同的折射率的两种或更多种材料的交替的层。一些这样的涂层或膜已用于选择性反射或透射来自电磁辐射波谱的各个部分的光辐射，例如紫外、可见和红外辐射。例如，光学干涉涂层通常在灯行业中用于涂布反射器和灯外壳(envelope)。其中光学干涉涂层有用的一种应用为通过以下改进灯的照明效率或功效将发出的能量(例如，通过灯丝或电弧)朝向灯丝或电弧反射，同时透射通过光源发出的电磁波谱的可见光。这降低光源保持其操作温度所需的电能的量。 光学干涉涂层通常包含两种不同类型的交替的层，一种具有低折射率而另一种具有高折射率。使用这两种具有不同的折射率的材料，可设计可在灯外壳的表面上沉积的光学干涉涂层。在一些情况下，涂层或滤光器透射由光源发出的可见光波谱区中的光，同时其反射红外光。返回的红外光在灯操作期间加热光源，结果是，涂布的灯的流明输出比未涂布的灯的流明输出显著更大。随着白炽灯和卤素灯的潜在能量管制的到来，开发和引入能量有效的产品越来越重要。专利技术概述 本专利技术的一个实施方案涉及一种包含多个交替的第一和第二层的光学干涉多层涂层，第一层具有相对低的折射率而第二层具有比第一层相对更高的折射率。第二层包含至少NbTaZr 氧化物，满足以下原子比Nb/(Nb+Ta+Zr)〈约 30 ;和 Ta/(Nb+Ta+Zr) > 约 50。本专利技术的另一实施方案涉及一种灯，所述灯包含具有表面的透光外壳和至少一个光源，外壳至少部分封装所述至少一个光源。透光外壳的至少一部分表面提供有光学干涉多层涂层。涂层包含多个交替的第一和第二层，第一层具有相对低的折射率而第二层具有比第一层相对更高的折射率。第二层包含至少NbTaZr氧化物，满足以下原子比Nb/(Nb+Ta+Zr) < 约 30 ;和 Ta/ (Nb+Ta+Zr) > 约 50。由以下详细说明可以更好地理解本专利技术的其它特征和优点。附图简述 现在参考附图更详细地描述本专利技术的实施方案。图I为根据本专利技术实施方案的一个示例性灯的示意性描述。图2为比较材料的镜面透射率的图表。图3为根据本专利技术实施方案的一种示例性材料的镜面透射率的图表。图4代表根据本专利技术实施方案的一种示例性材料的X-射线结晶学数据。图5显示比较材料和一种示例性材料的显微照片。专利技术详述根据实施方案，提供包含多个交替的第一和第二层的光学干涉多层涂层。第一层具有相对低的折射率，而第二层具有比第一层相对更高的折射率。在特性上，一些或全部第二层包含至少一些NbTaZr氧化物。在一些实施方案中，全部第二层实质上完全由NbTaZr氧化物组成。本专利技术的实施方案的涂层可用于期望或通常使用光学干涉涂层的各种各样的应用中的任何种类。这些包括例如照明应用(例如，灯)、光学波导、反射器、装饰材料、安全印刷等。本专利技术实施方案的涂层的耐高温性的结果是，它们也可用于需要耐高温性的许多应用，例如在激光应用或其它高温光学(例如在高速航空器或导弹)中。在一些实施方案中，涂层设置为用于选择性反射一部分电磁波谱，同时透射另一部分电磁波谱。例如，涂层可用作“冷镜”或“热镜”。“冷镜”为反射可见光同时允许较长波长的红外能量通过滤光器的光学滤光器。“热镜”为反射红外辐射同时允许较短波长的可见光通过滤光器的光学滤光器。本文中热镜的一种非限制性应用是将红外热量返回到灯的灯丝以提高灯效率。根据本专利技术的实施方案，所用的NbTaZr氧化物的化学组成同时满足以下原子比 两者Nb/(Nb+Ta+Zr)〈约 30 ;和，Ta/(Nb+Ta+Zr) > 约 50。在 NbTaZr 氧化物中，其余的金属可实质上为Zr。在一个更具体的实施方案中，所用的NbTaZr氧化物可同时满足以下原子比两者约 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)〈约 30 ;和，约 80>Ta/(Nb+Ta+Zr) > 约 50。同样，在 NbTaZr氧化物中，其余的金属可实质上为Zr。在另一个更具体的实施方案中，NbTaZr氧化物可满足原子比约 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)〈约 10 ;和，约 75>Ta/(Nb+Ta+Zr) > 约 65 ;和，约 20<Zr/(Nb+Ta+Zr)〈约 25。采用的NbTaZr氧化物可称为混合金属氧化物。本文使用的术语“混合金属氧化物”可定义为金属氧化物的混合物；金属氧化物的固溶体；金属氧化物的化学计量或非化学计量化合物；或前述物质的组合。例如，并且仅通过举例的方式，“NbTaZr氧化物”旨在是指任何一种或多种以下物质(I)包含氧化铌、氧化钽和氧化锆的混合物；(2) Nb2O5, Ta2O5和ZrO2的固溶体；(3)化合物NbaTabZreOd,其中a、b和c为正实数，并且d=2. 5a+2. 5b+2c(当Nb为五价时)或d=l. 5a+2. 5b+2c (当Nb为三价时)；(4)氧缺乏的非化学计量化合物NbaTabZre0d_s，其中a、b、c、d如上所述，并且S小于约0. 2 ; (5)氧过量的非化学计量化合物NbaTabZre0d+s,其中a、b、c、d和S如上所述；或前述物质的组合等。例如,“NbTaZr氧化物”可包括相应的氧化物(例如，在混合物中)的离散的分子；或者可为Nb/Ta/Zr基质的氧化物。如所述的，光学干涉多层涂层的第一层具有相对低的折射率，因此有时称为“低指数”层。这些第一层通常与第二层至少光谱相邻，并且更通常还与第二层物理相邻。通常，但不总是必然，第一和第二层既交替又相邻。通常，当在波长为550 nm的光中测量时，低指数层可由折射率为约I. 35-约1.7的材料组成。通常，这些低指数层可包括独立地选自以下的材料陶瓷材料、耐火材料、硅、金属或准金属的氧化物、金属或准金属的氮化物;金属或准金属的氟化物等。金属的氟化物可包括例如MgF2的化合物。通常，这些低指数层可包括氧化硅，例如玻璃或石英或其它形式的无定形或结晶二氧化硅。由于其低折射率、低成本和有利的热性质，最常采用的低指数材料为一种或多种形式的SiO2 ( 二氧化硅)。通常，第二层(有时称为“高指数”层)由在550 nm下折射率为约I. 7-约2. 8的材料组成。除了上述第二层的NbZrTa氧化物组分以外，另外的高指数材料可独立地选自一种或多种选自Ti、Hf、W、Mo和In的金属的一种或多种氧化物(或混合氧化物)等。根据实施方案，光学干涉多层涂层的几何学厚度可为约0. 001微米(“微米”)_约25微米。更通常，几何学厚度可为约I-约20微米；或约3-约18微米。涂层的这样的厚度的测量通常不包括任何基材的厚度。对于光学干涉多层涂层设置成充当反射红外辐射和透射可见辐射的通带滤光器的应用，相对较厚的总涂层可导致较高的效率。单个的高和低折射率层通常厚度可为约20 nm-约500 nm，或者有时为约10nm-约200 nm。根据实施方案，光学干涉多层涂层可具有任何层数，或者更具体地，约4-约250(含4和250)层的任何整数的总层数。具体预期它们之间的所有整数值。不同的应用需要不同的层数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.30 US 12/627,3181.一种光学干涉多层涂层，所述涂层包含 多个交替的第一和第二层，所述第一层具有相对低的折射率而所述第二层具有比第一层相对更高的折射率，其中所述第二层包含NbTaZr氧化物，满足以下原子比Nb/ (Nb+Ta+Zr)< 约 30和Ta/(Nb+Ta+Zr)> 约 50。2.权利要求I的光学干涉多层涂层，其中在NbTaZr氧化物中其余的金属实质上为Zr。3.权利要求I的光学干涉多层涂层， 其中所述第二层包含NbTaZr氧化物，满足以下原子比 约 5〈Nb/(Nb+Ta+Zr)< 约 10 和约 75>Ta/(Nb+Ta+Zr)> 约 65和约 20〈Zr/ (Nb+Ta+Zr)〈约 25。4.权利要求I的光学干涉多层涂层，其中所述涂层的几何学厚度为约I-约20微米。5.权利要求I的光学干涉多层涂层，其中所述涂层的总层数为4-250。6.权利要求I的光学干涉多层涂层，其中所述涂层在400-750nm波长的可见光中的平均透射率大于约60%。7.权利要求6的光学干涉多层涂层，其中所述涂层在800-1500nm波长的电磁波谱的红外区中的平均反射率大于约50%。8.权利要求6的光学干涉多层涂层，其中所述涂层在1500-2500nm波长的电磁波谱的红外区中的平均反射率大于约40%。9.权利要求6的光学干涉多层涂层，其中所述涂层在2500-3500nm波长的电磁波谱的红外区中的平均反射率大于约30%。10.一种灯，所述灯包含 具有表面的透光外壳；和 至少一个光源，所述外壳至少部分封装所述至少一个光源； 其中透光外壳的至少一部分表面提供有包含多个交替的第一和第二层的光学干涉多层涂层，所述第一层具有相对低的折射率而所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：AI乔扈里，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：