具有金属光泽的无线电波可穿透层的制作方法

本发明涉及一种涂层，或者具体地涉及一种具有金属光泽的无线电波可穿透涂层，以便使本发明的涂层可以保护SCC雷达，同时无线电波可以穿透该涂层。
背景技术：
：智能巡航控制(SCC)系统使用安装在车辆前部的雷达来探测在前车辆的移动，从而控制发动机和刹车以与在前的车辆保持距离。SCC雷达，其是该系统的必要部件，最优选装备在车辆前部中央以确保优良的性能。通常在车辆前部中央安置有散热器格栅或者车辆制造商的标志或装饰。通常，散热器格栅由金属制成并且镀有铬以防腐蚀。然而，由于金属的无线电波可穿透性低，其对SCC雷达的无线电波的传播有不利影响，并且扰乱了其接收。因此，已经做出了努力以用单独的雷达罩来代替散热器格栅的一部分，以保证预定的无线电波穿透性，由此平稳地传播并接收无线电波。然而，已在没有金属的情况下制造了雷达罩，以保证无线电波穿透性。因此，雷达罩在设计上与由金属制成的散热器格栅不具有一致性。为解决这一问题，已经开发了向传统雷达罩的一部分应用具有优良的无线电波穿透性的铟或锡从而实现金属质感的技术。例如，如图1所示，向PC材料的透明层涂覆黑漆以仅使旨在显示为金属质感的部分暴露，将铟沉积在其上，用AES材料使罩的背面经过双重注射成型，由此制造出传统SCC罩。然而，雷达单元的成本可增加，因为铟或锡是相对昂贵的材料，且其中由于材料的低熔点，邻近车辆发动机的罩的耐久性可能降低。为了更好地理解发明背景的目的而提供了作为
背景技术：
描述的详细说明，但是其不被视为承认该详细说明对应于本域技术人员已知的常规技术。技术实现要素：在优选的方面，本发明提供了一种具有金属光泽的涂层，其在高温下不热变形，并且可以使用廉价材料制造。本发明的涂层可以实现金属质感，同时保持预定的无线电波穿透性。在一方面，本发明提供了具有金属光泽的涂层，其可以设置在车辆的前格栅上，并允许雷达的无线电波透过。该涂层可以包括：树脂层，其具有暴露于外部的正面侧和相对于所述正面侧的背面侧；在树脂层背面侧上形成的金属质感层，其包括：i)包含具有不同折射率的金属氧化物的光学薄膜层和ii)配置为反射光线的锗(Ge)层；以及在金属质感层的背面侧上形成的反射层。本文使用的术语“锗(Ge)层”是指包括元素锗的层或者包括含有锗作为主要成分(例如，基于锗层的总重量，大于大约50wt％的量，大于大约60wt％的量，大于大约70wt％的量，大于大约80wt％的量，大于大约90wt％的量，或者大于大约95wt％的量)的化合物的层。优选的Ge层的组成可包括基本上纯的元素锗。本文使用的术语“金属质感层”是指提供得自金属或金属物质的质感的层，而不局限于其形状或拓扑结构。例如，优选的金属质感层可以提供“哑光”、“光滑”、“浮雕”、“刮痕”、“蚀刻”、“凹入”、“粗糙”或者它们的组合的质感，其能通过多种例如包括Ge或Cr的金属化合物的沉积而获得。本文使用的术语“光学薄膜层”是指以厚度小于大约100μm、小于大约50μm、或者特别地小于大约100μm的薄膜形成的层。对薄膜而言优选的厚度可以为大约300nm至大约10μm，而不限制组成光学薄膜层的层数。优选地，树脂层可以为透明的，反射层可以是不透明的。本文使用的术语“无线电波”是指频率为大约76-77GHz的部分电磁辐射。本文使用的术语“透明”材料或者“透明”树脂，可以指对部分光线(如可见光)具有相当程度的透射率的材料。例如，相当量(例如其大约50％、大约60％、大约70％、大约80％、大约90％、大约95％、大约99％或更高)的可见光可以通过透明材料或树脂传输或透过。本文使用的术语“不透明”材料或者“不透明”树脂可以指将部分光线(如可见光)相当程度的传输给阻挡、反射或屏蔽掉的材料。或者，不透明材料或者树脂可以将部分光线相当程度的传输反射。例如，相当量(例如其大约50％、大约60％、大约70％、大约80％、大约90％、大约95％、大约99％或更高)的可见光可以被不透明材料或树脂阻挡或反射。光学薄膜层可以包括含有TiO2或Cr2O3的第一折射层，和含有SiO2的第二折射层。优选地，在光学薄膜层中，第一折射层和第二折射层是交替层叠的。高折射层可以布置为比第二折射层更靠近树脂层。在波长为大约400-700nm的可见光区域内，金属质感层可以具有大约30％或更大的反射率和大约5％P或更小的反射率偏差。优选地，第一折射层和第二折射层各自可具有大约10-200nm的厚度。光学薄膜层可适当地包括三层或更多层，并具有大约300nm至10μm的总厚度。锗层可布置在光学薄膜层的正面侧上、在光学薄膜层的背面侧上或者在交替层叠的第一折射层和第二折射层之间。锗层可适当地具有大约50nm至5μm的总厚度。树脂层可具有平的或弯曲的而没有凹凸部分的前表面，和具有凹陷部分和凸起部分的后表面。涂层还可以包括在树脂层和金属质感层之间形成的底漆层。涂层还可以包括在树脂层和金属质感层之间形成的掩蔽层，以覆盖至少一部分金属质感层。为了覆盖除了具有预定形状的部分之外的剩余部分，掩蔽层可适当地包括不透明漆。还提供了一种车辆部件，其可以包括如本文所述的涂层。示例性的车辆部件可以包括车辆的前格栅。在另一方面，本发明提供了一种制造涂层的方法，其包括以下步骤：使用从氩气转换的等离子体来清洗并活化树脂层的表面；用电子束照射第一折射材料和第二折射材料以在树脂层的表面上形成多层光学薄膜层，用电子束照射锗以形成锗层。优选地，第一折射层可以包括TiO2和/或Cr2O3，第二折射层可以包括SiO2。锗层可以适当地布置在多层光学薄膜层的正面侧上，在多层光学薄膜层的背面侧上，或者在第一折射材料和第二折射材料之间。发明的其他方面在下文公开。根据本发明的示例性实施方式的具有金属光泽的涂层可以提供以下效果。首先，可以在雷达罩上应用包括半导体材料(如陶瓷和锗)的金属氧化物以反射光线，从而显示出金属质感。第二，由于应用在雷达罩上的陶瓷和半导体的高无线电波穿透性，SCC雷达的无线电波可以被平稳地传播和接收。第三，采用具有高熔点的金属氧化物和锗可以防止在高温下的热变形。第四，可以应用反射的光，以显示出与车辆的散热器格栅相同的金属光泽，从而保持与车辆外观的连续性和一致性。第五，虽然涂层具有不平坦和立体的形状，可以保证预定值或更高的反射率和预定值或更小的变化，以便显示出无彩色的金属质感。附图说明本发明的以上和其他目的、特征和优点将从以下结合附图的详细说明中被更清楚地理解，其中：图1示出了现有技术中使用铟沉积物的传统SCC罩；图2示出了根据本发明的示例性实施方式的具有金属光泽的示例性涂层的示例性结构；图3使出了根据本发明的示例性实施方式的具有金属光泽的示例性涂层的示例性结构；图4示出了根据本发明的示例性实施方式的具有金属光泽的示例性涂层的示例性结构；图5是显示无线电波穿透性随着根据本发明的示例性实施方式的示例性光学薄膜层的层数而变化的图；图6是显示无线电波穿透性随着根据本发明的示例性实施方式的示例性锗层的厚度而变化的图；且图7显示了根据本发明的示例性实施方式的比较例7和8以及实施例11在220℃的温度下热处理5分钟之后的表面图。具体实施方式本文使用的专门术语仅是为了描述具体的示例性实施方式的目的，并不意味着对本发明的限制。如本文所用，单数形式的“一”、“一个”和“该”意味着也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。将进一步理解当术语“包括”、“包括的”被用于本发明时，具体说明了规定的特征、整数、步骤、工艺、元素和/或组分的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、工艺、元素、组分、和/或其组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括任何和所有一种或多种相关的所列项目。除非特别规定或从上下文中显而易见，如本文所用，术语“大约”被理解为在本领域正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差之内。“大约”能够被理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％之内。除非从上下文中很清楚，否则本文提供的所有数值通过术语“大约”修饰。本文所用术语“车辆”或“车辆的”或其他类似的术语被理解为包括通常的机动车辆，如包括运动型多用途汽车(SUV)、公交车、货车、多种商用车辆的客车，包括多种船舶和小船的船只，航空器等等，并且包括混合动力汽车、电动汽车、插电式混合动力车、氢动力车以及其他代用燃料车(例如，衍生自除石油之外来源的燃料)。如本文所示，混合动力车是具有两种多种动力源的车辆，例如既是石油动力也是电力的车辆。除非另有定义，本说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本领域技术人员通常会理解的相同的含义。在常用的词典中定义的术语应当被解释为具有与现有技术背景中解释的相同的含义，并且除非在本说明书中另有定义，不应当被解释为具有理想的或者过于正式的含义。在下文中，将参考附图对根据本发明的优选实施方式的可被无线电波穿透并具有金属光泽的涂层进行描述。图2示出了本发明的示例性实施方式的简化的截面图。如图所示，根据本发明的具有金属光泽的示例性涂层可以包括透明树脂层10，反射光线以显示金属质感的金属质感层100a，以及用于改善金属质感层100a的反射率的反射层50。无线电波可穿透层或者涂层还可以包括在树脂层10和金属质感层100a之间的底漆层20。树脂层10可以是透明的，例如，通过包括透明塑料(例如聚碳酸酯和丙烯酸系树脂)，并且可以构成根据本发明的涂层最外层部分。例如，树脂层10可以为车辆前格栅的前表面。优选地，树脂层10可以是透明的。因此，外部光线可以传输至金属质感层100a，同时金属质感层100a得到保护，或者在金属质感层100a上反射以显示出金属光泽的光线可以通过树脂层被传输至外部。树脂层10可适当地具有平坦的平的或弯曲的正面侧，以及具有凹凸部分的不平坦背面侧。例如，不平坦的背面侧可从周围的散热器格栅或者象征车辆制造商的标志或物品连续地延伸。当在树脂层10的不平坦背面侧上形成金属质感层100a时，可以获得具有期望形状的立体金属质感反射光线部分。金属质感层100a可以包括光学薄膜层30a和锗层40a。在光学薄膜层30a中，具有不同折射率的金属氧化物(如陶瓷)可以被交替地层叠。锗层40a可以为包括半导体锗(Ge)的层。金属质感层100a可适当地反射光线，由此显示出金属质感，并可具有比常规的金属材料更小的导电性。因此，金属质感层100a可以具有增加的或者基本上增加的无线电波穿透性。优选地，在金属质感层100a中，多层光学薄膜层30a可以包括包含折射率较大的材料(例如，TiO2或Cr2O3)的第一折射层，以及包含折射率较小的材料(例如，SiO2)的第二折射层。优选地，第一折射层和第二折射层可在其中交替层叠。当第一折射层和第二折射层交替层叠时，可以在可见光波段保持持续反射并获得非彩色的反射光，以显示出金属质感。优选地，当形成多层光学薄膜层30a时，可以布置包括TiO2的第一折射层，使其最靠近树脂层10或者至少比第二折射树脂层更靠近树脂层10。这可能是因为TiO2的粘合强度大于其他材料。当首先将TiO2层叠在树脂层10上时，可以减少树脂层10和多层光学薄膜层30a之间剥落的可能性。包括SiO2的具有更高硬度的第二折射层可以改善多层光学薄膜层30a的耐刮擦性。此外，包括在第二折射层中的SiO2可以实现对光线的反射，这是金属的特征。多层光学薄膜层30a的第一和第二折射层的厚度可以控制在大约10至大约200nm的范围内，其总厚度可以控制在大约300nm至大约10μm的范围内。进而，在光学薄膜层中可以包括三层或更多层的第一和第二折射层，从而根据反射角使颜色的差异最小化并且反射显示出金属质感的光线。可以在多层光学薄膜层30a上布置锗层40a，以反射光线使其进一步显示出独有的金属质感。因为其固有特性，锗显示出深色的金属质感，包括多层光学薄膜层30a和锗层40a的金属质感层100a可以反射光线，显示出比通常的铬反射光略深的铬色金属质感。深铬色可以改善部件的外观。当锗层40a的厚度为大约10μm或更大时，雷达无线电波的穿透性可大大降低。因此，锗层40的厚度可为大约5μm或更小，以防止无线电波穿透性降低。另一方面，当锗层40a的厚度小于大约50nm时，可能无法在多层光学薄膜层30a上获得进一步显示出独特的金属质感的光反射。因此，锗层40a的厚度须落入大约50nm至大约5μm的范围内。锗层40a可以在多层光学薄膜层30a的背面侧上，即，在多层光学薄膜层30a和反射层50之间形成，但是在本发明的另一实施方式中可以在另外的位置处形成。其说明将在下文给出。光线可以被反射，由此显示出金属质感而不显示不同的颜色(一种借此仅能观察到一种特定颜色的现象)。优选地，包括多层光学薄膜层30a和锗层40a的金属质感层100a的总的可见光反射率可以为大约30％或更高，并且在可见光波段的反射率偏差可以为大约5％P或更小。优选地，树脂层的背面侧可以为不平坦的，且在不平坦的背面侧上可以形成金属质感层100a。由于与平面相比，在空间上不平坦的面上容易由反射率偏差引起颜色不同的感觉，只有当满足本发明中设定的反射率和偏差的限制时，光线可以在树脂层10的不平坦背面侧上被反射并且显示为无色的非彩色的金属质感。可以使用不透明漆(优选黑漆)在金属质感层100a的背面侧上形成反射层50。反射层可以改善金属质感层100a的反射率，从而增加反射光的亮度。在形成金属质感层100a之后，可以在金属质感层的背面侧上形成反射层50，从而增加在金属质感层100a上反射的光线的亮度，由此显示出金属质感并保证环境耐性和耐刮擦性。本发明的涂层还可以包括在树脂层10和金属质感层100a之间的底漆层20。底漆层20可以为在金属质感层100a上反射的光线提供光滑或者哑光效果，以显示出金属质感，从而改善涂层的外观。本发明的涂层还可以包括在树脂层10和多层光学薄膜层30a之间的包含不透明漆(优选黑漆)的掩蔽层。掩蔽层可以覆盖多层光学薄膜层30a的至少一部分，由此界定了在其上反射光线以显示金属质感的多层光学薄膜层的部分，从而提供预定结构或图案。该结构可以为用于散热器格栅、标志或者象征的图案或者设计。树脂层10的不平坦背面侧和掩蔽层可以相结合，以保证在其上反射光线以显示金属质感的立体部分。在本发明的实施方式中，掩蔽层可以界定在其上反射光线以显示金属质感的多层光学薄膜层的部分。然而，本发明不限于此，可以采用用于蚀刻金属质感层100a的多种工艺来界定表现金属质感的部分。根据本发明的金属质感层的结构或图案不限于图2所示的一个实施例，而是可以如图3和图4所示进行修改。例如，如图3所示，锗层40b可以在树脂层10和多层光学薄膜层30b之间形成，以构成金属质感层100b。或者，如图4所示，锗层40c可以在多层光学薄膜层30c中形成，以构成金属质感层100c。当在多层光学薄膜层30c之间形成锗层40c时，优选的是在多层光学薄膜层30c的第一折射层和第二折射层之间形成锗层40c。在本发明中用于形成金属质感层100a、100b和100c的方法不受具体限制。然而，例如，可以采用PVD或PACVD工艺将金属质感层沉积在树脂层10之上；或者树脂层10可以经过溅射。例如，可以在真空状态将Ar气转变为等离子体，可以采用偏压(bias)以清洗和活化树脂层10的表面，特别是树脂层的背面侧，从而增加母材和沉积层之间的粘性。可以在高折射材料(TiO2和/或Cr2O3)和低折射材料(SiO2)的样品上照射电子束，以在树脂层表面上形成多层光学薄膜层30a，或者可以在锗(Ge)样品上照射电子束以形成锗层40a。在下文中，将对本发明实施例的效果进行描述。用在车辆外部的常规散热器格栅是镀铬的。因此，可能需要与铬类似的反射率以实现与散热器格栅类似的金属质感。使用Macleod分析程序在可见光区域(波长为400-700nm)中对典型的铬的反射率、现有技术中的锡沉积层的反射率以及根据本发明的示例性涂层的包括多层光学薄膜层30a和锗层40a的金属质感层100a的反射率的变化进行数值计算，且计算值示于表1中。在表1中，比较例1-5为其中在树脂层上形成单层每种材料的样品。实施例1-4为其中如图2顺序地形成树脂层10、底漆层20、多层光学薄膜层30a、锗层40a和不透明反射层50的样品。比较例1-5与实施例1-4仅在多层光学薄膜层30a的数目上不同。表1如表1所示，基于表1中比较例1-3的铬的反射率，在整个可见光区域中反射率为30％或更大，反射率的最大-最小偏差为5％P或更小。这意味着亮度必须为预定值或更大，例如30％或更大，并且在整个可见光区域中反射率可能需要是均匀的，以实现铬的质感。此外，比较例4的锡具有低的反射率偏差，光线在锡上被反射以形成无彩色的金属质感，但是由于总的反射率小于大约30％，亮度较低。另外，比较例5的锗由于其固有的深色而具有低反射率。另一方面，多层光学薄膜层30a的厚度为大约300nm或更高、并包括3层或更多层的实施例1-4满足在可见光区域的反射率为30％或更高以及反射率偏差为5％P或更低的条件。随着多层光学薄膜层30a数目的增加，可见光区域的反射率增加，这增加了反射光的亮度，并且所有实施例中的反射率偏差均为5％P或更低。因此，当光被反射时，可以显示金属质感而没有颜色的差异。图5示出了表1的实施例1-4的无线电波穿透性的测量结果。可以看出，即使当多层光学薄膜层30a的数目增加时，在400000nm的无线电波长范围内(虚线矩形区域)内，用在SCC雷达中的频率为76-77GHz的无线电波的穿透性几乎为100％。这可能是由于多层光学薄膜层30a包括金属氧化物例如陶瓷材料的性质，这不干扰雷达的无线电波，因此，无线电波的穿透性不取决于厚度。同时，如图6所示，当锗层40a的厚度超过5μm并达到10μm时，在400000nm的波长区域内，用在雷达中的频率为76-77GHz的无线电波的穿透性(虚线矩形区域)迅速降低。本文使用的锗为半导体材料，但当具有预定的或更大的厚度时，锗显示出导电性，这妨碍了雷达的无线电波的穿透。因此，锗层40a的厚度可适当地被限制在5μm或更小。制备了根据本发明的金属质感层100a的样品和常规的涂覆铟的样品，测量了关于样品的雷达无线电波的阻尼比和直线度(straightness)。结果在表2中有述。将示例性的涂层沉积在板上，该板具有1mm的厚度并且包括PC材料，由此制备每个样品。在比较例6中沉积铟(In)。在实施例5-7中，包括锗层40a和多层光学薄膜层30a，且多层光学薄膜层30a的数目分别为3、7和15。表2用RAS(雷达对准装置)测量装置在雷达的无线电波频率76-77GHz下测量阻尼比和折射角。如表2所示，不论多层光学薄膜层30a的数目，根据实施例5-7的金属质感层100a的样品的无线电波穿透性与根据比较例6的涂覆铟的样品的无线电波穿透性相同，雷达波束的直线度与比较例6的样品的相同或更大。优选地，基于往返穿透，适用于根据本发明涂层的雷达的阻尼比可以在大约-4db或更小(-4至0db)，基于单程穿透为大约-1.8db或更小(-1.8至0db)。表3制备包括图2-4的实施例的涂层的罩样品，用Macleod分析程序分析每个样品的折射率，结果在表3中详述。在分析期间，样品中多层光学薄膜层30a、30b和30c的数目保持相同(即，5层)，但是将锗层40a、40b和40c放置在不同的面上，即，在多层光学薄膜层的背面侧上(在不透明反射层上)，在多层光学薄膜层的正面侧上(在树脂层上)，以及在多层光学薄膜层之间(在第一和第二折射层之间)。结果，在多层光学薄膜层30b的背面侧上形成的包括多层光学薄膜层30b和锗层40b的金属质感层100b的反射率(即，实施例8的反射率)最大。但在可见光波段内，所有样品的反射率为38-44％，均大于至少30％。此外，在可见光波段内，所有样品的反射率偏差为5％P或更小。因此，当光线被反射时，可以显示出无色金属质感。表4在频率为76-77GHz和波长为400000nm的无线电波的单向穿透期间，用RAS测量装置评估具有表3测定的反射率的样品的阻尼比和直线度。结果在表4中有述。如图4所示，雷达无线电波的阻尼比和直线度并不明显取决于锗层的位置，得到了一致的表现。制造了根据本发明的金属质感层100a的样品和涂覆铟的以及涂覆锗的样品，检验了样品的高温耐久性。结果示于图7。将目标结构沉积在玻璃衬底上以制造每个样品。在比较例7、比较例8和实施例11中分别沉积有铟、锗和具有锗层40a的多层光学薄膜层30a。随后，为了测量高温下的环境耐性，在220℃分别对样品进行5分钟热处理以确认沉积表面的变形程度。从比较例7的表面形成的许多裂纹确认了变形，但是在比较例8或实施例11的表面中并没有形成裂纹。表5应用的材料InGeTiO2SiO2熔点(℃)1569391,6701,975如图7和表5所示，由于锗或金属氧化物例如TiO2或SiO2的熔点高于铟的，即使当暴露于高温环境下时表面也不变形。因为车辆用散热器格栅是位于发动机附近的部件，可能持续地暴露于高温下，本发明的材料可以代替具有低熔点的铟而使用，从而改善耐久性和使用寿命。在仅使用锗的比较例8中并未发生例如表面裂纹的热变形，但是比较例8具有比实施例11更深的颜色。这是因为由于锗的低反射率，反射光线的亮度可降低，如表1中的比较例5。已经参考附图对本发明的多个示例性实施方式进行了描述，但是本领域技术人员将会认识到，在不改变技术主旨和必要特征的情况下，本发明可以以其他具体形式实现。因此，上述示例性和优选的实施方式应当被理解为在各方面是说明性的并且是非限制性的。发明的范围通过所附权利要求、而不是前述详细说明来表示，并且源自所附权利要求的含义、范围和等价概念的所有改变或变形应当被解释为包括在本发明的范围内。当前第1页1 2 3