Способ изготовления покрытого изделия, имеющего антибактериальное и/или противогрибковое покрытие, и конечный продукт



 


Владельцы патента RU 2582344:

ГАРДИАН ИНДАСТРИЗ КОРП. (US)

Изобретение относится к антибактериальным и противогрибковым средствам. Для изготовления изделия, имеющего антибактериальное и/или противогрибковое покрытие осуществляют предоставление первой мишени для распыления, включающей Zr; предоставление второй мишени для распыления, включающей Zn; и совместное распыление из по меньшей мере первой и второй мишеней для формирования слоя, содержащего ZnxZryO2 на стеклянной основе. Покрытое изделие с антибактериальными и/или противогрибковыми свойствами имеет слой, содержащий ZnxZryOz на стеклянной основе, в количествах от 0,25% до 15% (атомных) Zn, от 20% до 50% (атомных) Zr и от 40% до 80%. Изобретение позволяет повысить антибактериальные и противогрибковые свойства изделия. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способу изготовления покрытого изделия, имеющего противогрибковое/антибактериальное покрытие, поддерживаемое основой, и конечному покрытому изделию в качестве продукта. Покрытые изделия в соответствии с разными вариантами осуществления этого изобретения могут быть использованы для окон, столешниц, покрытий рам для картин, стекол для мебели и т.п.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Окна транспортных средств (например, ветровые стекла, задние стекла, прозрачные люки в крыше автомобилей и боковые стекла) известны в данной области. Например, ветровые стекла транспортных средств обычно включают пару изогнутых стеклянных основ, наслоенных одна на другую посредством промежуточного слоя из полимера, такого как поливинилбутираль (PVB).

Окна с изоляционным стеклом (IG) также известны в данной области. Обычные стеклопакеты с изоляционными стеклами (IG) включают по меньшей мере первую и вторую стеклянные основы (одна из которых может иметь покрытие для регулирования поступления солнечного излучения на ее внутренней поверхности), которые соединены одна с другой с помощью по меньшей мере одного уплотнения или прокладки. Результирующее пространство или зазор между стеклянными основами может быть или может не быть заполнено газом и/или вакуумировано до низкого давления в разных случаях. Многие стеклопакеты с изоляционными стеклами (IG) отпущены. Термическая закалка стеклянных основ для таких стеклопакетов с изоляционными стеклами (IG) обычно требует нагревания стеклянных основ до температуры по меньшей мере примерно 580°C в течение периода времени достаточного, чтобы сделать возможным термическую закалку. Монолитные архитектурные окна для домов или зданий также известны в данной области. Распашные окна в домах, такие как дверцы душевых кабин, могут быть сделаны из стеклянных листов. Кроме того, монолитные окна часто термически закаливаются в целях безопасности.

Другие виды покрытых изделий также иногда подвергаются термообработке (HT) (например, закалке, изгибанию в нагретом состоянии и/или закале) в определенных видах применения. Например и без ограничения, стеклянные столешницы, покрытия рам для картин и т.п. могут быть подвергнуты термообработке в определенных случаях.

Микроорганизмы вызывают все большую озабоченность во всем мире, особенно ввиду большого числа международных поездок, имеющих место в современном обществе. Существует потребность в данной области в покрытых изделиях для применения в окнах, столешницах и/или т.п., которые способны к киллингу микроорганизмов, вирусов и/или бактерий, уменьшая тем самым вероятность заболевания людей. Было бы выгодно, если такие характеристики покрытого изделия могли быть объединены с устойчивостью к царапанию в определенных типичных вариантах осуществления.

В определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения существует потребность в данной области в покрытом изделии (например, для применения в окне, двери душевой кабины и/или стеклянной столешнице), обладающем противогрибковыми и/или антибактериальными свойствами. В определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения может также быть желательно, чтобы покрытое изделие обладало устойчивостью к царапанию. В определенных типичных неограничивающих случаях являлось бы выгодным предоставление покрытого изделия, которое как устойчиво к царапанию, так и может убивать определенные бактерии и/или грибки, которые соприкасаются с покрытым изделием, в результате чего уменьшается вероятность заболевания людей.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ПРИМЕРОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Определенные типичные варианты осуществления этого изобретения относятся к способу изготовления покрытого изделия, обладающего противогрибковыми/антибактериальными свойствами, и конечному продукту. В определенных типичных неограничивающих вариантах осуществления представлен способ изготовления покрытого изделия (например, окна, такого как окно для транспортного средства или здания, стеклянной двери душевой кабины, окна автобуса, окна вагона метро, столешницы, покрытия рамы для картины или т.п.), которое может быть термообработано таким образом, что после термообработки покрытое изделие устойчиво к царапанию в большей степени, чем непокрытое стекло, а также в большей степени препятствует размножению бактерий и грибковому росту, чем непокрытое стекло. Покрытое изделие может быть или может не быть термообработано в различных вариантах осуществления этого изобретения.

В определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения, ZrO2 и ZnO совместно напыляются на стеклянную основу, чтобы сформировать слой, содержащий оксид цинка-циркония (например, ZnxZryOz). Стеклянная основа может быть или может не быть снабжена барьерным слоем, представленным между стеклянной основой и слоем, содержащим оксид цинка-циркония. Например и без ограничения, тонкий барьерный слой может содержать нитрид кремния, оксид кремния и/или оксинитрид кремния. Слой на базе оксида цинка-циркония, нанесенный совместным распылением, может быть предоставлен непосредственно на стеклянную основу или на стеклянную основу поверх другого слоя или слоев, таких как барьерный слой. Наряду с тем, что основа может быть стеклом в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения, другие материалы, такие как кварц, могут быть использованы вместо этого для основы в альтернативных вариантах осуществления. Покрытые изделия, описанные в данном документе, могут быть или могут не быть термически отпущены и/или орнаментированы в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения. Кроме того, понятно, что слово «на», как использовано в данном документе, (например, слой «на» чем-либо) охватывает как непосредственно на чем-либо, так и не непосредственно на чем-либо; например, слой, находящийся как непосредственно на чем-либо, так и не непосредственно на чем-либо с другим вместе с другим слоем или слоями, возможно расположен между ними.

В некоторых типичных вариантах осуществления предоставляется способ изготовления покрытого изделия, данный способ включает: предоставление первой мишени для распыления, содержащей Zr; предоставление второй мишени для распыления, содержащей Zn; и совместное распыление по меньшей мере первой и второй мишеней для распыления, чтобы сформировать слой, содержащий нитрид Zr, легированный Zn, на стеклянной основе, при этом данный слой содержит от примерно 0,25% до 20% (атомных) Zn. Слой из нитрида Zr, легированного Zn, или включающий такой нитрид, затем термообрабатывается (например, термически закаливается), что вызывает преобразование данного слоя в слой, содержащий или основанный на оксиде цинка-циркония (например, ZnxZryOz).

В некоторых типичных вариантах осуществления оксид циркония в слое, содержащем оксид цинка-циркония, является в основном кристаллическим, и аморфный оксид цинка «скрыт» в матрице из оксида циркония (например, ZrO2) и, например, может высвобождаться постепенно к поверхности, так что покрытие обладает устойчивыми противомикробными свойствами. Матрица из оксида циркония (например, ZrO2) может быть кубической или в основном кубической по своей структуре, так что она предоставляет возможность частицам цинка мигрировать или диффундировать через нее к внешней поверхности покрытия на протяжении длительного периода времени. Когда частицы цинка достигают внешней поверхности покрытого изделия по существу непрерывным образом с течением времени, они функционируют таким образом, что убивают по меньшей мере некоторые бактерии и/или грибки, которые могут приходить в соприкосновение с цинком или приближаться к цинку на поверхности покрытого изделия.

В некоторых типичных вариантах осуществления цинк защищен от окружающей среды пористым слоем или слоями, предоставленными поверх слоя, содержащего оксид цинка-циркония (например, ZnxZryOz). В других типичных вариантах осуществления слой, включающий оксид цинка-циркония (например, ZnxZryOz), может содержать, состоять в основном или состоять из Zn, Zr и O.

Для того чтобы достигнуть желательной структуры, в некоторых типичных вариантах осуществления цинк или оксид цинка может быть «скрыт» в скелете или матрице оксида циркония. Для того чтобы «скрыть» цинк или оксид цинка таким образом, покрытие может быть нанесено совместным распылением (или, в некоторых случаях, распылением из единственной, смешанной мишени) регулируемым путем, как описано ниже.

В первом типичном варианте осуществления цинк распыляется из мишени с угловым расположением. Более конкретно, мишень, включающая Zr, в основном перпендикулярна основе, а мишень, включающая Zn, отклонена от нормали на угол тета (θ). Это расположение способствует формированию слоя с цинком или оксидом цинка, «скрытым» в матрице на базе оксида циркония, и помогает поддерживать стабильность кристаллической формации в покрытии после опциональной термообработки. Как использовано в данном документе, «мишень из Zr» включает мишень, содержащую цирконий и/или оксид циркония, и «мишень из Zn» включает мишень, содержащую цинк и/или оксид цинка. В некоторых типичных вариантах осуществления мишень из Zr может содержать или состоять по существу из Zr, и мишень из Zn может содержать или состоять по существу из Zn. В каждую мишень могут быть включены небольшие количества других элементов.

Во втором типичном варианте осуществления покрытие осаждается посредством совместного распыления с регулированием мощности. В этом варианте осуществления мишени из Zr и Zn могут быть по существу параллельны или расположены под углом по отношению одна к другой, однако распыляются при использовании разных величин мощности, чтобы регулировать состав и кристалличность покрытия желательным образом.

В третьем типичном варианте осуществления одна мишень может содержать цирконий и цинк (и возможно оксиды одного или обоих) в соотношении, которое способствует регулированию состава и кристалличности покрытия. Например, мишень может содержать цирконий и цинк в виде небольших участков или в виде иного рисунка, чтобы обеспечить то, что каждый соответствующий элемент осаждается в желательном количестве и находится в основном в кристаллической форме (или в формации, которая становится кристаллической при термообработке). Мишень может содержать любой рисунок, который будет создавать подходящие соотношение и структуру при распылении.

Способ осаждения оксида(ов) циркония и/или цинка не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления. Может быть использован любой другой способ осаждения, который мог бы создавать и поддерживать матрицу из или на основе ZnxZryOz, в подходящем соотношении. Кроме того, при этом первый, второй и третий варианты осуществления могут быть или могут не быть использованы в комбинации один с другим.

В некоторых типичных вариантах осуществления совместно распыляемые оксиды циркония и цинка приводят к образованию слоя, включающего оксид цинка-циркония, который предоставляет превосходную устойчивость к царапанию, объединенную с антибактериальными и/или противомикробными свойствами. Он может выдерживать 20 фунтов (9,07 кг) при тестировании с помощью боросиликатной сферы, так что продукт является более устойчивым к царапанию, чем подобный продукт без покрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой вид поперечного сечения противомикробного покрытия в соответствии с типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 2 представляет собой таблицу, сравнивающую противомикробные свойства оксида цинка-циркония, нанесенный совместным распылением, со свойствами серебра, традиционного материала противомикробного покрытия, и непокрытого стекла, в соответствии с типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 3 представляет собой полученный рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией (XPS) профиль распределения примесей по глубине для типичного состава слоя, включающего оксид цинка-циркония, в соответствии с типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 4 представляет собой полученные рентгеновской дифрактометрией (XRD) результаты для кристалличности типичного слоя на базе оксида цинка-циркония после термообработки/термической закалки в соответствии с типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 5 показывает угловое расположение мишени из Zn в соответствии с типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 6 показывает совместное распыление с регулируемой мощностью из мишени из Zn и мишени из Zr в соответствии с другим типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 7 показывает распыление цинка и циркония из одной мишени с рисунком, в соответствии с другим типичным вариантом осуществления этого изобретения.

Фиг. 8a, 8b и 8c показывают пример последовательного совместного распыления, в соответствии с еще одним типичным вариантом осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТИПИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения, ZrO2 и ZnO совместно напыляются на стеклянную основу 1, чтобы сформировать слой 3, содержащий оксид цинка-циркония, который может быть наружным слоем покрытого изделия. Стеклянная основа может быть или может не быть снабжена размещенным на ней барьерным слоем 2, при том, что данный барьерный слой опционально расположен между стеклянной основой 1 и антибактериальным и/или противомикробным слоем 3, содержащим оксид цинка-циркония. Например и без ограничения, этот тонкий барьерный слой 2 может содержать нитрид кремния, оксид кремния и/или оксинитрид кремния в типичных вариантах осуществления. Слой 3 на базе оксида цинка-циркония, нанесенный совместным распылением, может быть предоставлен непосредственно на стеклянную основу 1 или на стеклянную основу 1 поверх другого слоя или слоев, таких как барьерный слой 2. Наряду с тем, что основа 1 может быть стеклом в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения, другие материалы, такие как кварц, пластик или т.п., могут быть использованы вместо этого для основы в альтернативных вариантах осуществления. Покрытое изделие, описанное в данном документе, может быть или может не быть термически отпущено и/или орнаментировано в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения.

Серебро представляет собой известный антибактериальный агент. Однако у него отсутствуют противогрибковые свойства. По сравнению с серебром ZrO2/ZnO (например, формирование слоя на базе ZnxZryOz) в соответствии с определенными типичными вариантами осуществления этого изобретения может обеспечивать сравнимые антибактериальные свойства и хорошие противогрибковые свойства. Соответственно, улучшенные противогрибковые свойства могут быть предоставлены в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения.

В некоторых типичных вариантах осуществления слой 3 может быть первоначально осажден как состоящий из или включающий Zn-ZrN, который представляет собой нитрид циркония, легированный Zn. Например, нитрид циркония может быть легирован Zn от примерно 0,25%, более предпочтительно от примерно 0,25% до 15% Zn, более предпочтительно от примерно 1 до 15% Zn, более предпочтительно от примерно 1 до 10% или от 1 до 5% Zn. Затем, когда стеклянная основа 1, поддерживающая покрытие из Zn-ZrN, термически закаливается (например, термообрабатывается при температурах по меньшей мере примерно 580°C или более предпочтительно по меньшей мере примерно 600°C), Zn-ZrN будет преобразовываться в Zn-ZrO2 или возможно другую форму оксида циркония, легированного такими же самыми количествами Zn, как было рассмотрено выше. Это будет также иметь результатом формирование слоя 3 на базе ZnxZryOz в соответствии с типичными вариантами осуществления этого изобретения. Естественно, слой 3 может быть первоначально осажден как ZnxZryOz или Zn-ZrO2 в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения.

Имеются два основных промышленных стандарта для тестирования противомикробных свойств изделия. Тесты представляют собой тест JIS (который тестирует антибактериальные свойства) и тест ASTM (который тестирует противогрибковые свойства). Тест JIS использует величину, называемую «R», чтобы оценить антибактериальные свойства испытуемого материала. Величина R поверхности или изделия, подвергаемых испытанию, представляет собой логарифм соотношения концентрации(й) микробов на покрытом и непокрытом продуктах. Например (и без ограничения), если R=2, то это означает, что концентрация микробов в конце испытания в 100 раз меньше на покрытом продукте, чем на непокрытом продукте. Величина R=2 и выше определяется как биоцидная. В тесте ASTM грибковый рост оценивается в интервале 0-4. 0 определяется как в основном отсутствие грибкового роста, 1 определяется как следы роста (менее чем 10%), 2 определяется как легкий рост (10-30%), 3 определяется как средний рост (30-60%), и 4 определяется как бурный рост (от 60% до полного покрытия).

Противомикробный и/или антибактериальный слой 3, содержащий оксид цинка-циркония, в соответствии с определенными типичными вариантами осуществления является поразительно эффективным, поскольку было найдено, что данный слой может убивать по меньшей мере примерно 80%, более предпочтительно по меньшей мере примерно 90%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 99,99% E.Coli (R=5,31), и по меньшей мере примерно 80%, более предпочтительно по меньшей мере примерно 90%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 99,94% S. Aureusi (R=3,23) в тесте JIS. Кроме того, в тесте на противогрибковые свойства (ASTM) он показывает по существу отсутствие роста. Оценка слоя 3 на базе ZnxZryOz, сформированного в соответствии с определенными типичными вариантами осуществления, составляет в основном 0. Этот неожиданный и эффективный результат указывает, что слой 3, включающий оксид цинка-циркония, предоставляет по существу отсутствие грибкового роста в противоположность таким материалам как серебро, которое оценивается между 1 и 2 по шкале ASTM (рост вплоть до 30%). Таблица 1 сравнивает противогрибковые и антимикробные свойства слоя 3 на базе ZnxZryO2 со свойствами серебра и стекла.

В некоторых типичных вариантах осуществления цинк в слое 3 на базе ZnxZryOz защищен от окружающей среды пористым слоем(ями), предоставленным(и) поверх слоя на базе оксида цинка-циркония. Также в некоторых типичных вариантах осуществления тонкий барьерный слой 2, такой как нитрид кремния, оксид кремния и/или оксинитрид кремния, может быть предоставлен под слоем 3 на базе оксида цинка-циркония, чтобы предотвратить миграцию щелочи из стеклянной основы 1 в покрытие во время опциональной термообработки.

В некоторых типичных вариантах осуществления оксид циркония в слое 3 является кристаллическим и аморфный оксид цинка «скрыт» в матрице из оксида циркония (например, ZrO2) в слое 3 и, например, может высвобождаться постепенно к внешней поверхности слоя 3, так что покрытие обладает устойчивыми противомикробными свойствами. Матрица из оксида циркония (например, ZrO2) может быть кубической или в основном кубической по своей структуре, так что она предоставляет возможность частицам цинка мигрировать или диффундировать через нее к внешней поверхности слоя 3 на протяжении значительных периодов времени. Когда частицы цинка достигают поверхности покрытого изделия по существу непрерывным образом с течением времени, они функционируют таким образом, что убивают по меньшей мере некоторые бактерии и/или грибки, которые могут приходить в соприкосновение с цинком или приближаться к цинку на поверхности покрытого изделия.

Для того чтобы «скрыть» оксид цинка таким образом, слой 3 на базе оксида цинка-циркония может быть нанесен совместным распылением (или, в других случаях, распылением из смешанной, единственной мишени) регулируемым путем в соответствии с определенными типичными вариантами осуществления. Как использовано в данном документе, «совместное распыление» может относиться к по существу одновременному распылению из по меньшей мере двух мишеней или последовательному распылению из по меньшей мере двух мишеней.

Мишени для распыления, рассматриваемые ниже в типичных вариантах осуществления, могут быть плоскими мишенями, вращающимися цилиндрическими магнетронными мишенями или их комбинацией. Могут быть использованы металлические или керамические мишени.

В первом типичном варианте осуществления цинк распыляется из мишени с угловым расположением. Пример этого представлен на фиг. 5. Более конкретно, мишень из Zr в основном перпендикулярна основе, а мишень из Zn отклонена на угол тета (θ), как показано на Фиг. 5. Это расположение способствует формированию слоя 3 с оксидом цинка, «скрытым» в матрице из оксида циркония, и помогает поддерживать стабильность кристаллической формации в покрытии после опциональной термообработки. Как использовано в данном документе, «мишень из Zr» включает мишень, содержащую цирконий и/или оксид циркония, и «мишень из Zn» включает мишень, содержащую цинк и/или оксид цинка. Кроме того, в каждую мишень могут быть включены небольшие количества других элементов.

Угол тета (θ) между мишенями из Zr и из Zn, как показано на Фиг. 5, составляет от примерно 0 до примерно 60 градусов, более предпочтительно от примерно 10 до примерно 50 градусов и наиболее предпочтительно от примерно 30 до примерно 45 градусов. Это может быть выполнено посредством размещения мишени из Zr в основном перпендикулярно плоскости основы 1 и наклона мишени из Zn таким образом, что угол между двумя мишенями составляет тета (θ), как показано на Фиг. 5. В определенных типичных вариантах осуществления вышеуказанные интервалы приводят к хорошему наложению частиц Zn и Zr в слое 3, что, в свою очередь, образует хорошо перемешанную матрицу из оксида циркония, в которой «скрыт» оксид цинка.

Во втором типичном варианте осуществления покрытие осаждается посредством совместного распыления с регулированием мощности. В этом варианте осуществления мишени из Zr и из Zn могут быть или могут не быть в основном параллельными и распыляются при использовании разных мощностей, чтобы регулировать состав и кристалличность слоя 3 желательным образом.

Например, в определенных неограничивающих вариантах осуществления при осаждении слоя 3 мощность, используемая для мишени из Zn, составляет от примерно 0,6 до 4,6 кВт, более предпочтительно от примерно 1,6 до 3,6 кВт, наиболее предпочтительно от примерно 2,1 до 3,1 кВт, при типичной величине 1,6 кВт. Для мишени из Zr мощность, используемая для осаждения слоя 3, может составлять от примерно 0,5 до 4,5 кВт, предпочтительно от примерно 1,5 до 3,5 кВт, более предпочтительно от примерно 2,0 до 3,0 кВт, при типичной величине 1,5 кВт. Мощность для каждой из мишеней может быть в основном постоянной на протяжении осаждения или может быть варьируемой.

В третьем типичном варианте осуществления одна мишень, используемая для осаждения слоя 3, может содержать цирконий и цинк (и возможно оксиды каждого из них) при определенном соотношении, которое способствует регулированию состава и кристалличности слоя 3. Например, мишень может содержать цирконий и цинк в виде рисунка из небольших участков, чтобы обеспечить то, что каждый соответствующий элемент осаждается в желательном количестве и находится в основном в кристаллической форме (или в формации, которая становится кристаллической при термообработке). Мишень может также содержать любой рисунок, который будет создавать подходящие соотношение и структуру при распылении. Первый, второй и третий варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть или могут не быть использованы в комбинации один с другим.

Другой типичный вариант осуществления включает последовательное распыление из отдельных мишеней из Zn и из Zr. В этом варианте осуществления могут быть сформированы тонкие перемежающиеся слои циркония (или оксида циркония) и цинка (или оксида цинка). Например, на Фиг. 8a слой 4 на базе оксида циркония напыляется первым на стеклянную основу 1. Затем, на Фиг. 8b, напыляется вторым слой 5 на базе оксида цинка. Фиг. 8c иллюстрирует пример последующего напыления циркония второй раз, чтобы сформировать другой слой оксида циркония поверх слоя 5 оксида цинка. Фиг. 8a, 8b, и 8c представляют отдельные слои, сформированные последовательным напылением перед термообработкой, лишь в качестве примера; и порядок, в котором эти слои напыляются, может быть изменен. В этом варианте осуществления отдельные слои формируются перед термической закалкой. Возможно, что цинк может быть напылен первым в других типичных вариантах осуществления. Во время термической закалки может иметь место миграция или диффузия между слоями в варианте осуществления по Фиг. 8. С помощью подхода, описанного в данном документе, возможно, что взаимная диффузия между отдельными слоями 4, 5 во время закалки/термообработки может приводить к получению покрытия с желательными противомикробными свойствами. После термообработки, например, может образовываться слой, содержащий оксид цинка-циркония, как описано выше в отношении любых других вариантов осуществления в данном документе.

Также, в любом из вышеописанных вариантов осуществления могут быть использованы мишени из металла или керамики. Мишени могут быть плоскими мишенями, вращающимися цилиндрическими магнетронными мишенями или их комбинацией.

Способ осаждения оксида цинка-циркония не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления. Может быть использован любой способ осаждения, который приводит к образованию подходящей структуры и состава слоя на базе оксида цинка-циркония.

Отношение циркония к цинку (не включая любой кислород, который может присутствовать) в слое, содержащем оксид цинка-циркония, в любом типичном варианте осуществления этого изобретения может составлять от примерно 2,5 до 200 в типичных вариантах осуществления, более предпочтительно примерно от 3,33 до 100 и наиболее предпочтительно от примерно 6,67 до 50. Осаждение может выполняться в присутствии кислорода, аргона и/или других газов. Расход кислорода, используемый при осаждении распылением оксида цинка и/или оксида циркония, может составлять между примерно 8 и примерно 28 станд. см3/мин в определенных типичных вариантах осуществления; более предпочтительно от примерно 13 до 23 станд. см3/мин; и наиболее предпочтительно от примерно 16 до 21 станд. см3/мин. Если присутствует аргон, то расход аргона, используемый при осаждении распылением оксида цинка и/или оксида циркония, может составлять от примерно 10 до 200 станд. см3/мин, более предпочтительно от примерно 25 до 175 станд. см3/мин и наиболее предпочтительно от примерно 50 до 150 станд. см3/мин. Следует заметить, что хотя оксид циркония и оксид цинка могут быть представлены как ZrO2 и ZnO соответственно и сформированный слой может быть представлен как являющийся или содержащий ZnxZryOz, слой и/или покрытие не обязательно является полностью окисленным и стехиометрическим. Возможны частичное окисление и полное окисление этого слоя и/или покрытия. Больше или меньше кислорода будет присутствовать в слое зависит от нескольких факторов, включая расход кислорода во время осаждения.

Сформированный слой может иметь формулу оксида цинка-циркония. Перед и/или после термообработки в слое, содержащем оксид цинка-циркония, цинк может составлять от примерно 0,25% до 15% (атомных) слоя, более предпочтительно от примерно 0,5% до 10% и наиболее предпочтительно от примерно 1% до 8% слоя. Перед и/или после термообработки цирконий может составлять от примерно 20% до примерно 50% (атомных) слоя, содержащего оксид цинка-циркония, более предпочтительно примерно от 25% до 45% и наиболее предпочтительно от примерно 30% до 40% слоя. Перед и/или после термообработки кислород может составлять от примерно 40% до 80% (атомных) слоя, содержащего оксид цинка-циркония, более предпочтительно от примерно 50% до 70% слоя и наиболее предпочтительно от примерно 55% до примерно 65% слоя. Эти интервалы являются выгодными, поскольку, например, и без ограничения, если концентрация цинка слишком низкая, то может быть недостаточно цинка на поверхности, чтобы в достаточной мере предотвращать размножение бактерий и грибковый рост, а если концентрация цинка слишком высокая, то будут ухудшаться химическая стабильность и долговечность покрытия в условиях окружающей среды.

Толщина слоя, содержащего оксид цинка-циркония, описанного в представленных выше вариантах осуществления, может составлять от примерно 10 до 1000 Å в некоторых типичных вариантах осуществления, более предпочтительно от примерно 200 до 800 Å, наиболее предпочтительно от примерно 400 до 600 Å, при типичной толщине, составляющей примерно 550 Å в типичном варианте осуществления.

Слой, описанный в представленных выше вариантах осуществления, не ограничивается цинком, цирконием и кислородом. Другие материалы могут присутствовать в этом слое, и другие слои могут быть предоставлены поверх или под слоем на базе оксида цинка-циркония. Однако в некоторых типичных вариантах осуществления слой может содержать, состоять в основном или состоять из ZnxZryO2.

Это покрытие и стекло, составляющие покрытое изделие, могут быть или могут не быть термообработаны в определенных типичных вариантах осуществления. Термины «термообработка» и «термообработанный», как использовано в данном документе, означают нагревание изделия до температуры, достаточной для предоставления возможности термической закалки, изгибания и/или закалки стекла. Это включает, например, нагревание изделия до температуры по меньшей мере примерно 580 или 600°C в течение достаточного периода времени, чтобы предоставить возможность закалки и/или закалки.

В некоторых типичных вариантах осуществления совместно распыляемые оксиды циркония и цинка приводят к образованию слоя на базе оксида цинка-циркония, который предоставляет превосходную устойчивость к царапанию, объединенную с антибактериальными и/или противомикробными свойствами. В простом тесте на царапание, в котором боросиликатная сфера диаметром 1/8 дюйма (3,175 мм) протягивается по поверхности покрытого изделия, нагрузка, которая вызывает видимую царапину на покрытой поверхности, может быть такой высокой как 10, 15 или 20 фунтов (4,53, 6,80 или 9,07 кг). По сравнению с этим, непокрытое стекло не выдерживает этот тест при менее чем 0,5 фунтах (0,23 кг). Слой, содержащий оксид цинка-циркония, может проходить тест на царапание с помощью боросиликатной сферы при 10 фунтах, 15 фунтах и/или 20 фунтах (4,53, 6,80 и/или 9,07 кг) без образования царапины в определенных типичных вариантах осуществления этого изобретения.

Несмотря на то, что данное изобретение было описано в отношении того, что в настоящее время рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный вариант осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается описанным вариантом осуществления, а напротив, предполагает охватывание различных модификаций и эквивалентных устройств, включенных в сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ изготовления покрытого изделия, включающий:
предоставление первой мишени для распыления, содержащей Zr;
предоставление второй мишени для распыления, содержащей Zn; и
последовательное распыление по меньшей мере из первой и второй мишеней для распыления на стеклянную основу, чтобы сформировать по меньшей мере первый слой, содержащий Zr, и второй слой, содержащий Zn и расположенный непосредственно на первом слое, содержащем Zr; и
термическую закалку стеклянной основы со сформированными на ней указанными первым и вторым слоями, чтобы образовать покрытое изделие, содержащее слой, содержащий оксид цинка-циркония с антибактериальными и/или противогрибковыми свойствами.

2. Способ изготовления антибактериального и/или противогрибкового покрытого изделия, включающий:
напыление Zn и Zr на стеклянную основу в присутствии по меньшей мере кислорода; и
формирование слоя, содержащего ZnxZryOz, на стеклянной основе, при этом указанный слой содержит от 0,25% до 15% (атомных) Zn, от 20% до 50% (атомных) Zr и от 40% до 80% (атомных) О, и в котором слой сдерживает размножение бактерий и рост грибков.

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий термическую закалку покрытого изделия.

4. Способ по п. 2, дополнительно включающий предоставление барьерного слоя под слоем, содержащим ZnxZryOz.

5. Способ изготовления покрытого изделия, включающий:
предоставление первой мишени для распыления, содержащей Zr;
предоставление второй мишени для распыления, содержащей Zn; и
совместное распыление по меньшей мере из первой и второй мишеней для распыления, чтобы сформировать слой на стеклянной основе, содержащий ZnxZryOz, при этом первая и вторая мишени для распыления отклонены одна от другой на угол тета (θ), который больше нуля градусов.

6. Способ по п. 5, в котором угол тета (θ) более 5 градусов и менее 60 градусов.

7. Способ по п. 5, в котором угол тета (θ) составляет от 30 до 45 градусов.

8. Способ по п. 5, далее включающий термическую закалку покрытого изделия.

9. Способ по п. 5, в котором слой содержит от 0,25% до 15% (атомных) Zn, от 20% до 50% (атомных) Zr и от 40% до 80% (атомных) О.

10. Покрытое изделие с антибактериальными и/или противогрибковыми свойствами, содержащее:
слой, содержащий ZnxZryOz на стеклянной основе, данный слой обладает антибактериальными и/или противогрибковыми свойствами и при этом указанный слой содержит от 0,25% до 15% (атомных) Zn, от 20% до 50% (атомных) Zr и от 40% до 80% (атомных) О.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии изготовления светоотражающих элементов сложной формы и может быть использовано для получения высокоточных светоотражающих оптических элементов астрономических зеркал.

Изобретение относится к полимерной пленке, поверхность которой покрыта слоем неорганического нанопокрытия, за счет чего обеспечиваются такие усовершенствования, как улучшенная способность к металлизации, низкая стоимость, низкое содержание полимерных добавок и модификаторов, более высокая пригодность к переработке для вторичного использования и хорошие рулонные свойства.

Изобретение относится к способу и устройству для нанесения на подложку сплава, состоящего из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава с переменным их соотношением и к мишени для нанесения на подложку сплава.

Изобретение относится к способу получения покрытия на поверхности металлического изделия и может быть использовано для обработки поверхностей лопаток компрессора газотурбинных двигателей и установок.

Изобретение относится к области изготовления многослойных магнитных пленочных материалов и может быть использовано в технологии получения сред для записи информации или при производстве датчиков.
Изобретение относится к технологии нанесения ионно-плазменных покрытий и может быть использовано для обработки поверхности металлических изделий, таких как детали трения в компрессоре газотурбинных двигателей и установок.

Изобретение относится к получению изделий из порошковых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Мишень для получения покрытий ионно-плазменным напылением состоит из профилированной металлической пластины, с которой посредством слоя металлического припоя через промежуточный слой в виде таблетки на основе керамического материала соединен рабочий распыляемый слой в виде таблетки на основе керамического материала.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к мишени из диборида титана, и может быть использовано при формировании покрытий. Мишень из диборида титана для физического осаждения из паровой фазы содержит углерод и частицы одного или более металлов из группы, состоящей из железа, никеля, кобальта и хрома.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью. Способ нанесения жаростойкого металлокерамического покрытия на изделие из жаропрочного сплава включает нанесение на поверхность упомянутого изделия чередующихся керамических слоев тугоплавких окислов металлов и разделение этих слоев промежуточными компенсационными слоями пластичного металла.

Изобретение может быть использовано при восстановительном ремонте лопаток газотурбинных двигателей, а также других подобных деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к способу изготовления стального поршневого кольца (1′) с износоустойчивым покрытием (8, 9) для двигателя внутреннего сгорания, при котором формируют базовое тело (1), предназначенное для образования камеры (2) в двигателе внутреннего сгорания стороной рабочей поверхности (3).

Изобретение относится к вакуумной обработке поверхностей заготовок. Способ нанесения покрытия на металлические заготовки осуществляют в установке вакуумирования, содержащей выполненный в виде мишени первый электрод, который является частью источника испарения электрической дугой и через который подают дуговой разряд с током дугового разряда, посредством которого испаряют материал мишени, и второй электрод, который выполнен в виде держателя заготовок и вместе с заготовками образует электрод смещения, на который подают напряжение смещения.

Изобретение относится к нанесению износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к вакуумной камере для установок для нанесения покрытии. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам нанесения теплозащитных покрытий на рабочие лопатки газотурбинных двигателей и энергетических установок.

Изобретение относится к области пучково-плазменных технологий улучшения эксплуатационных свойств конструкционных материалов, а также изготовленных из данных материалов изделий за счет модификации их поверхности плазмой в вакууме.

Изобретение относится к химико-термической обработке изделий из стали и сплавов и может быть использовано в авиационной и космической технике, энергомашиностроении, электронике и в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области нанотехнологий, используемых для нанесения покрытий, и может быть использовано в машиностроительной промышленности, а именно в ракетостроении и авиастроении.

Изобретение относится к слоистым системам, наносимым методом PVD, а именно дуговым испарением. .

Изобретение относится к способам получения тонкопленочных материалов, в частности тонких пленок на основе оксида европия(III), и может быть использовано для защиты функционального слоя EuO.
Наверх