CN102372445A - 单银低辐射玻璃及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单银低辐射玻璃，膜层结构依次为：玻璃、基层、电介质组合层、第一阻挡层、AgCu层、第二阻挡层、上层电介质组合层。该单银低辐射玻璃采用独特的膜层结构改进传统低辐射镀膜玻璃，使产品具有低反射率、低透射率、低辐射率和良好的选择系数等优点。这种玻璃室内外颜色接近中性低反射色，并且光学性能稳定、颜色多样、耐候性好，便于广泛推广。本发明还提供了一种该单银低辐射玻璃的制造方法。

Description

单银低辐射玻璃及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及特种玻璃领域，尤其涉及一种单银低辐射玻璃及其制造方法。
【背景技术】
低辐射玻璃是一种在玻璃表面沉积一层红外线反射材料，使太阳光中的可见光能够透过，又像红外线反射镜一样，将太阳光中的红外线排除在外同时将物体二次辐射热反射回去的特种玻璃。通过使用低辐射玻璃，可以达到控制阳光、节约能源、热量控制调节及改善环境的效果。
在传统的单银低辐射玻璃加工过程中，为了能实现较好的U值和选择系数Lsg，就必须增加膜层中的银层厚度来降低玻璃膜层的辐射率，以得到理想的选择系数，但是增加银层厚度就意味着可见光反射率升高、外观颜色呈现干扰色，影响玻璃的使用。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种可见光反射率低、外观不呈现干扰色的单银低辐射玻璃。
同时，还有必要提供一种可见光反射率低、外观不呈现干扰色的单银低辐射玻璃的制造方法。
一种单银低辐射玻璃，膜层结构依次为：玻璃、基层、电介质组合层、第一阻挡层、AgCu(银铜合金)层、第二阻挡层、上层电介质组合层。
优选的，电介质组合层、上层电介质组合层由TiO2、ZnSnOx、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；电介质组合层厚度为40～50nm；上层电介质组合层厚度为40～50nm。
优选的，基层由Ni、Cr、Ti和NiCr(镍铬合金)中的一种或几种构成；第一阻挡层、第二阻挡层NiCrOx和NiCrNx中的一种或两种构成；基层厚度为2～3nm；第一阻挡层厚度为0.5～1.5nm；第二阻挡层厚度为0.5～1.5nm；AgCu层由质量组成比Ag为45～55％、Cu为55～45％的银铜合金构成。
优选的，AgCu层厚度关系满足产品外观颜色如下表内的颜色值范围：
  单片外观颜色   玻璃面反射色   膜层面反射色   透射色
  Y   小于10   小于6   小于53
  L*   小于37   小于27   小于79
  a*   0～-1   18～23   -1～-3
  b*   -1～-3   -10～-16   1.0～3.5
更优选的，AgCu层厚度为15～19nm。
优选的，上层电介质组合层包括沉积于第二阻挡层上的第一上层电介质组合层和沉积于第一上层电介质组合层上的第二上层电介质组合层；第一上层电介质组合层由选自TiO2、ZnSnOx、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；第二上层电介质组合层由选自TiO2、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；第一上层电介质组合层的厚度为10～15nm；第二上层电介质组合层的厚度为30～35nm。
上述ZnSnOx、NiCrOx、NiCrNx等不完全氧化物或完全氧化物、不完全氮化物或完全氮化物的化学式中，x大于0，能取的最大值为金属或非金属加入一定氧气或氮气流量(一般加入氧气或氮气流量值相当于该靶溅射功率的15倍)后氧化时的实际值。
一种单银低辐射玻璃的制造方法，包括依次沉积各膜层的步骤，具体如下：
S1、清洗玻璃，干燥后置于磁控溅射区；
S2、直流电源加脉冲溅射沉积基层；
S3、中频电源加旋转阴极溅射沉积电介质组合层；
S4、直流电源加脉冲溅射沉积第一阻挡层；
S5、直流电源加脉冲溅射沉积AgCu层；
S6、直流电源加脉冲溅射沉积第二阻挡层；
S7、中频电源加旋转阴极溅射沉积上层电介质组合层。
优选的，沉积镀膜时，镀膜线配置有保持系统背景真空的真空度在3×10-6mbar以上的无油分子泵；银靶的邻近隔仓位配置有用于吸收水分的低温泵。
优选的，中频电源加旋转阴极溅射是在氩氮或氩氧氛围中进行，频率为40kHz；其中，所述中频电源加旋转阴极溅射在氩氮氛围中进行时，功率为80～90kW，中频电源加旋转阴极溅射在氩氧氛围中进行时，功率为50～60kW；直流电源加脉冲溅射是在氩气氛围中进行，功率为2～3kW。
这种单银低辐射玻璃用AgCu替代Ag以获得中性透射色；电介质组合层为减反射膜层，通过添加电介质组合层，降低了可见光反射率，外观不呈现干扰色，具有良好的市场应用前景。
【附图说明】
图1为一实施方式的单银低辐射玻璃的结构示意图；
图2为一实施方式的单银低辐射玻璃的制造流程图。
【具体实施方式】
如图1所示的一种单银低辐射玻璃，包括依次排列的如下结构：玻璃、基层、电介质组合层、第一阻挡层、AgCu层、第二阻挡层、上层电介质组合层。
电介质组合层、上层电介质组合层由TiO2、ZnSnOx、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；电介质组合层厚度为40～50nm；上层电介质组合层厚度为40～50nm。
优选的，电介质组合层可以为两种不同的化合物依次沉积形成。
基层由Ni、Cr、Ti和NiCr中的一种或几种构成；第一阻挡层、第二阻挡层NiCrOx和NiCrNx中的一种或两种构成；基层厚度为2～3nm；第一阻挡层厚度为0.5～1.5nm；第二阻挡层厚度为0.5～1.5nm；AgCu层由质量组成比Ag为45～55％、Cu为55～45％的银铜合空构成。
优选的，AgCu层厚度关系满足产品外观颜色如下表内的颜色值范围：
  单片外观颜色   玻璃面反射色   膜层面反射色   透射色
  Y   小于10   小于6   小于53
  L*   小于37   小于27   小于79
  a*   0～-1   18～23   -1～-3
  b*   -1～-3   -10～-16   1.0～3.5
更优选的，AgCu层厚度为15～19nm。
优选的，上层电介质组合层包括沉积于第二阻挡层上的第一上层电介质组合层和沉积于第一上层电介质组合层上的第二上层电介质组合层；第一上层电介质组合层由TiO2、ZnSnOx、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；第二上层电介质组合层由TiO2、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；第一上层电介质组合层的厚度为10～15nm；第二上层电介质组合层的厚度为30～35nm。
更优选的，第一、第二上层电介质组合层通常以不同材料交替溅射叠加组成。
特别优选的，第二上层电介质组合层最外层材料至少包含TiO2、SiO2和Si3N4中的一种。
如图2所示的上述单银低辐射玻璃的制造方法，包括依次沉积各膜层的步骤，具体如下：
清洗玻璃，干燥后置于磁控溅射区；
直流电源加脉冲溅射沉积基层；
中频电源加旋转阴极溅射沉积第一电介质组合层；
中频电源加旋转阴极溅射沉积第二电介质组合层；
直流电源加脉冲溅射沉积第一阻挡层；
直流电源加脉冲溅射沉积AgCu层；
直流电源加脉冲溅射沉积第二阻挡层；
中频电源加旋转阴极溅射沉积上层电介质组合层；
成品检验。
优选的，沉积镀膜时，镀膜线配置有保持系统背景真空的真空度在3×10-6mbar以上的无油分子泵；银靶的邻近隔仓位配置有用于吸收水分的低温泵；中频电源加旋转阴极溅射是在功率为80～90kW的氩氮氛围中进行或功率为50～60kW的氩氧氛围中进行，频率为40kHz；直流电源加脉冲溅射是在氩气氛围中进行，功率为2～3kW。
其中，中频电源加旋转阴极溅射沉积形成氧化物层时在氩氧氛围中进行，而沉积形成氮化物时在氩氮氛围内进行；直流电源加脉冲溅射沉积形成金属层或合金层时在氩气氛围中进行，而沉积形成氧化物层时在氩氧氛围中进行。
单银低辐射玻璃的制造采用真空磁控溅射镀膜，每一膜层可以由单一物质沉积形成，也可以由几种不同物质依次沉积形成。
下面结合具体实施例对单银低辐射玻璃及其制造方法作进一步的说明。
实施例1
该单银低辐射玻璃的膜层结构依次为：玻璃、NiCr、Si3N4、ZnSnOx、NiCrOx、AgCu、NiCrOx、ZnSnOx、Si3N4。
本实施例中，基层为NiCr层，厚度为2nm。
本实施例中，电介质组合层由两种化合物依次沉积形成第一电介质组合层和第二电介质组合层；第一电介质组合层为Si3N4层，厚度为30nm；第二电介质组合层为ZnSnOx层，厚度为10nm。
本实施例中，第一阻挡层为NiCrOx层，厚度为2nm。
本实施例中，AgCu厚度为15nm，AgCu层由质量组成比Ag为50％、Cu为50％的银铜合金构成；在其他的实施例中，Ag质量比范围为45～55％。
本实施例中，第二阻挡层为NiCrOx层，厚度为2nm。
本实施例中，上层电介质组合层由两种化合物依次沉积形成第一上层电介质组合层和第二上层电介质组合层；其中，第一上层电介质组合层为ZnSnOX层，厚度为10nm，第二上层电介质组合层为Si3N4层，厚度为35nm。
上述各膜层具体制造工艺为：
Si3N4层沉积采用中频电源加旋转阴极在氩氮氛围中溅射沉积，真空磁控溅射设备功率为80～90kW，中频电源频率为40kHz。
ZnSnOx层沉积采用中频电源加旋转阴极在氩氧氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为50～60kW，中频电源频率为40kHz。
NiCrOx层沉积采用直流脉冲在氩气氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为2kW。
AgCu层沉积采用直流脉冲在氩气氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为2kW。
NiCr层沉积采用直流脉冲在氩气氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为3kW。
该单银低辐射玻璃光学性能和热性能如下：
辐射率≤0.05，中空产品(结构为：6mm镀膜玻璃+12mm空气层+6mm普通白玻)的传热系数＜1.5W/m2·K，透过率≤50％，反射率≤15％，选择系数≥1.3。
其各银铜层厚度关系满足产品外观颜色如下表内的颜色值范围：
  单片外观颜色   玻璃面反射色   膜层面反射色   透射色
  Y   小于10   小于6   小于53
  L*   小于37   小于27   小于79
  a*   0～-1   18～23   -1～-3
  b*   -1～-3   -10～-16   1.0～3.5
实施例2
该单银低辐射玻璃的膜层结构依次为：玻璃、NiCr、Si3N4、ZnSnOx、NiCrOx、AgCu、NiCrOx、ZnSnOx、Si3N4。
本实施例中，基层为NiCr层，厚度为2nm。
本实施例中，电介质组合层由两种化合物依次沉积形成第一电介质组合层和第二电介质组合层；第一电介质组合层为Si3N4层，厚度为30nm；第二电介质组合层为ZnSnOx层，厚度为15nm。
本实施例中，第一阻挡层为NiCr层，厚度为2nm。
本实施例中，AgCu厚度为19nm，AgCu层由质量组成比Ag为50％、Cu为50％的银铜合金构成；在其他的实施例中，Ag质量比范围为45～55％。
本实施例中，第二阻挡层为NiCr层，厚度为2nm。
本实施例中，上层电介质组合层由两种化合物依次沉积形成第一上层电介质组合层和第二上层电介质组合层；其中，第一上层电介质组合层为ZnSnOX层，厚度为15nm，第二上层电介质组合层为Si3N4层，厚度为35nm。
上述各膜层具体制造工艺为：
Si3N4层沉积采用中频电源加旋转阴极在氩氮氛围中溅射沉积，真空磁控溅射设备功率为80～90kW，中频电源频率为40kHz。
ZnSnOx层沉积采用中频电源加旋转阴极在氩氧氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为50～60kW，中频电源频率为40kHz。
NiCrOx层沉积采用直流脉冲在氩气氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为2kW。
AgCu层沉积采用直流脉冲在氩气氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为2kW。
NiCr层沉积采用直流脉冲在氩气氛围中进行，真空磁控溅射设备功率为3kW。
该单银低辐射玻璃光学性能和热性能如下：
辐射率≤0.05，中空产品(结构为：6mm镀膜玻璃+12mm空气层+6mm普通白玻)的传热系数＜1.5W/m2·K，透过率≤50％，反射率≤15％，选择系数≥1.3。
其各银铜层厚度关系满足产品外观颜色如下表内的颜色值范围：
  单片外观颜色   玻璃面反射色   膜层面反射色   透射色
  Y   小于10   小于6   小于53
  L*   小于37   小于27   小于79
  a*   0～-1   18～23   -1～-3
  b*   -1～-3   -10～-16   1.0～3.5
这种单银低辐射玻璃用AgCu替代Ag以获得中性透射色；电介质组合层为减反射膜层，通过添加电介质组合层，降低了可见光反射率。
基层为金属或金属合金薄膜层，通过添加基层，提高膜层吸收率，减缓了因AgCu层加厚导致的高反射率；通过膜层设计，使AgCu层两边的介质层膜层折射率采用前高后低搭配，获取更宽的中性透射色的调色范围。
AgCu层厚度为15～19nm，满足产品外观颜色如下表内的颜色值范围：
  单片外观颜色   玻璃面反射色   膜层面反射色   透射色
  Y   小于10   小于6   小于53
  L*   小于37   小于27   小于79
  a*   0～-1   18～23   -1～-3
  b*   -1～-3   -10～-16   1.0～3.5
这样使得该含银低辐射玻璃外观更好，选择系数更高。
第一、第二上层电介质组合层通常以不同材料交替溅射叠加组成，便于控制膜层均匀性、牢固性和合理光学效果。
第二上层电介质组合层最外层材料至少包含TiO2、SiO2和Si3N4中的一种，使得产品耐磨和耐久性最终符合理化性能标准。
镀膜时镀膜线上配置有高抽速的无油分子泵，保持背景真空在高真空3×10-6mbar以上，系统在几种工艺气氛溅射区之间具有很好的气氛隔离效果，隔离系数大于30，同时具有较好的膜厚均匀性和膜层组成成分均匀性，在大抽速的真空获得系统下，加大工艺气体的压力，采用直流加脉冲的阴极电源进行溅射，并在AgCu靶的邻近隔仓位配置低温泵吸收水分，提高了AgCu层的成膜质量，有效的提高了产品的可见光透过率以及整个辐射膜层的颜色饱和度和耐候性。
电介质组合层为减反射膜层，同时起着连接玻璃和功能层的作用，与玻璃之间粘接性能好，并缓解了整个低辐射膜的内部应力。上层电介质组合层直接增加了所述单银低辐射玻璃抗划伤、耐磨和抗腐蚀的性能。电介质组合层采用频率40kHz的具有良好灭弧性能的中频电源加旋转阴极溅射形成，折射率良好匹配，使产品的反射率和透过率达到理想值。
该单银低辐射玻璃采用独特的膜层结构、新工艺、新方法改进传统低辐射镀膜玻璃，使产品具有低反射率、低透射率、低辐射率和良好的选择系数等优点。这种玻璃室内外颜色接近中性低反射色，并且光学性能稳定、颜色多样、耐候性好，便于广泛推广。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单银低辐射玻璃，其特征在于，该玻璃膜层结构依次为：玻璃、基层、电介质组合层、第一阻挡层、AgCu层、第二阻挡层、上层电介质组合层。
2.如权利要求1所述的单银低辐射玻璃，其特征在于，所述电介质组合层、上层电介质组合层由TiO2、ZnSnOx、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成。
3.如权利要求1所述的单银低辐射玻璃，其特征在于，所述电介质组合层厚度为40～50nm；所述上层电介质组合层厚度为40～50nm。
4.如权利要求1所述的单银低辐射玻璃，其特征在于，所述基层由Ni、Cr、Ti和NiCr中的一种或几种构成；所述第一阻挡层、第二阻挡层NiCrOx和NiCrNx中的一种或两种构成；
所述基层厚度为2～3nm；所述第一阻挡层厚度为0.5～1.5nm；所述第二阻挡层厚度为0.5～1.5nm。
5.如权利要求1所述的单银低辐射玻璃，其特征在于，所述AgCu层由质量组成比Ag为45～55％、Cu为55～45％的银铜合金构成；所述AgCu层厚度为15～19nm。
6.如权利要求1所述的单银低辐射玻璃，其特征在于，所述上层电介质组合层包括沉积于所述第二阻挡层上的第一上层电介质组合层和沉积于所述第一上层电介质组合层上的第二上层电介质组合层；
所述第一上层电介质组合层的厚度为10～15nm；所述第二上层电介质组合层的厚度为30～35nm。
7.如权利要求6所述的单银低辐射玻璃，其特征在于，所述第一上层电介质组合层由TiO2、ZnSnOx、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成；
所述第二上层电介质组合层由TiO2、SnO2、ZnO、SiO2、Ta2O5、BiO2、Al2O3、ZnAl2O4、Nb2O5和Si3N4中的一种或几种构成。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述单银低辐射玻璃的制造方法，其特征在于，包括依次沉积各膜层的步骤，具体如下：
S1、清洗玻璃，干燥后置于磁控溅射区；
S2、直流电源加脉冲溅射沉积基层；
S3、中频电源加旋转阴极溅射沉积电介质组合层；
S4、直流电源加脉冲溅射沉积第一阻挡层；
S5、直流电源加脉冲溅射沉积AgCu层；
S6、直流电源加脉冲溅射沉积第二阻挡层；
S7、中频电源加旋转阴极溅射沉积上层电介质组合层。
9.如权利要求8所述的单银低辐射玻璃的制造方法，其特征在于，沉积镀膜时，镀膜线配置有保持系统背景真空的真空度在3×10-6mbar以上的无油分子泵；
银靶的邻近隔仓位配置有用于吸收水分的低温泵。
10.如权利要求8所述的单银低辐射玻璃的制造方法，其特征在于，所述中频电源加旋转阴极溅射是在氩氮或氩氧氛围中进行，频率为40kHz；其中，所述中频电源加旋转阴极溅射在氩氮氛围中进行时，功率为80～90kW；其中，所述中频电源加旋转阴极溅射在氩氧氛围中进行时，功率为50～60kW；
所述直流电源加脉冲溅射是在氩气氛围中进行，功率为2～3kW。
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