Emissivität

Inhaltsübersicht

Emissionsgradprüfung mit Wirbelstrom | Merkmale | Korrelation von Schichtwiderstand und Emissionsgrad | Prüfgeräte

Emissionsgradprüfung mit Wirbelstrom

Die Emissionsgradprüfung mittels Wirbelstrom nutzt die Korrelation von Emissionsgrad und Schichtwiderstand, die von der Architekturglasindustrie seit Ende der 1980er Jahre angewendet wird. Dabei wird die Fähigkeit der Silberbeschichtung zum Transport von Elektronen bei der Wechselwirkung mit einfallendem sichtbaren Licht genutzt. Sichtbares Licht induziert im Grunde eine elektromagnetische Welle, bei der auf atomarer Skala die Elektronen auf einer bestimmten Umlaufbahn oszillieren müssen, ohne relevanten Energieverlust in isolierenden Materialien wie Glas. Sobald diese elektromagnetische Welle auf eine dünne Silberschicht trifft (z.B. Low Emission), können die Elektronen ihre Position verlassen und beginnen, sich innerhalb der Metallschicht zu bewegen, wo sie schnell ihre Energie verlieren. Daher korreliert die Fähigkeit, Strom zu transportieren, mit der LowE-Leistung. Da Schichtwiderstandsmessungen mit der Wirbelstromprüfung sehr einfach anzuwenden sind, ist diese Technik die Schlüsseltechnologie zur Charakterisierung des Emissionsgrades in der glasverarbeitenden Industrie. Die wichtigsten Vorteile der Wirbelstrom-Emissionsprüfung sind: 

  • Messung durch Verkapselung, z. B. Silberoxid
  • Berührungsfrei
  • Sehr robust
  • Tragbare Prüfgeräte
  • Hochgeschwindigkeitsmessung
  • Hohe Wiederholgenauigkeit und Genauigkeit
  • Große Abstände vom Sensor zum Substrat ermöglichen Inline-Prüfung von dickem und breitem Glas
  • Kein Verschleiß

Merkmale optischer Beschichtungen

Optische Beschichtungen können dünne Schichten erfordern, die die Reflexion (R) signifikanter Teile der Infrarot (IR)-Wellenlängen erhöhen, wie z. B. Sonnenschutz- und Low-Emissivity (LowE)-Anwendungen für Architekturglas und dessen Nachrüstung. Dabei handelt es sich typischerweise um harte (pyrolytische) und weiche (PVD oder MSVD) beschichtete Ag-Dünnschichten, zusätzlich zu Saat- und Oxidschichten. Der Trend zur kohlenstoffdioxidfreien Gesellschaft erfordert eine höhere Leistung von High-Solar-Gain LowE zu Low-Solar-Gain LowE. Dies kann durch einfaches, doppeltes und dreifaches Silber-LowE erreicht werden, das in Zweischeiben- oder Dreischeiben-IGUs (Integrated Glass Unit) an Position 2, 4 oder 6 aufgebracht wird. Schließlich wird die Leistung der LowE-Beschichtung durch den U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient), den Koeffizienten für den solaren Wärmegewinn (SHGC), den Transmissionsgrad für sichtbares Licht (VLT) und das Verhältnis von Licht- zu Sonnengewinn beschrieben. 

Transmition_Wavelength_Graph.png
Spektrale Transmissionskurven für Verglasungen mit drei verschiedenen LowE-Beschichtungstypen. Quelle: Lawrence Berkely National Laboratory.

Korrelation von Schichtwiderstand und Emissionsgrad

Die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen in Materie wird durch die MAXWELL-Gleichungen beschrieben. Aus den Lösungen dieser Gleichungen lassen sich die Werte von Transmissionsgrad, Reflexionsgrad und Absorptionsgrad ableiten. Die Wechselwirkung des sichtbaren Lichts mit den Schichten wurde in Industrie und Wissenschaft sehr gut untersucht und es wurden Vereinfachungen für den Gleichungssatz vorgenommen und bewertet. Die MAXWELL-Gleichungen für den Absorptionsgrad unter Berücksichtigung des KIRCHHOFFschen Gesetzes (Emissionsgrad ε = Absorptionsgrad α) ergeben sich zu εn = αn,IR = 4-R/zo, wobei R□ der Schichtwiderstand und zo = 377 Ω der Wellenwiderstand im Vakuum ist. Daraus ergibt sich εn = (4 / 377 Ω) - R und wird üblicherweise als εn = 0,01061-R geschrieben. Die Industrie fügt typischerweise einen "Sicherheitszuschlag" hinzu, wenn sie diese Formel für die Qualitätssicherung und Prozesskontrolle anwendet. Häufig wird diese Formel verwendet e = 0,0108 Rsq.

Emissivity_vs_Sheet_Resistance_Graph.png
Theoretical correlation: ε n = 0.01061·R       AND          practical correlation: εn = 0.0108·R

Korrelation des Schichtwiderstandes mit der Dicke

Numerische Berechnungen zeigen, dass für Ag-Schichten im Dickenbereich von 5 nm bis 20 nm der Emissionsgrad Ԑ nicht explizit von der Schichtdicke abhängt. Weitere Informationen finden Sie in J. Szczerbowski und A. Dietrich, Evaluation and control of the optical and thermal properties of low-emissivity coatings, SPIE Vol 302 (1988).

Prüfgeräte für Emissionsgradmessungen

Industrie und F&E-Einrichtungen haben unterschiedliche Anforderungen, wenn es um die Anzahl der Messproben pro Tag, die Messpunktdichte und den Automatisierungsgrad geht. Infolgedessen werden in der Architekturglas-, Automobilglas- und Transportglasindustrie üblicherweise verschiedene Arten von Prüfaufbauten verwendet:

Neben den typischen Aspekten der Qualitätsbeurteilung (QS) sind für Unternehmen, die hochwertiges Glas verarbeiten, kurze Hochlaufzeiten und eine schnelle Fehler- und Defekterkennung erforderlich. Die Kontrolle der Homogenität von Beschichtungs- und Vorspannprozessen und die Reduzierung von Ausfallzeiten ermöglicht eine Steigerung von Qualität und Produktivität in den Bereichen Architekturglas, Automobilglas (z. B. Windschutzscheiben) und Transportglas. Die Lösungen adressieren die Anforderungen von Anlagenherstellern für Beschichtungen, von Anlagenherstellern für Vorspannprozesse und von der glasverarbeitenden Industrie.

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