CN102582167B - 一种低辐射玻璃及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低辐射玻璃及其制造方法，该低辐射玻璃包括玻璃基片和附着在所述玻璃基片上的膜层，所述膜层包括依次叠合的底层电介质组合层、功能层、阻挡层和顶层电介质组合层，所述底层电介质组合层贴附在所述玻璃基片上。该制造方法包括如下步骤：玻璃基片准备、沉积底层电介质组合层、沉积功能层、沉积阻挡层和沉积顶层电介质组合层。本发明的玻璃具有良好的外观颜色、膜层不易脱落、不氧化等特点。可单片或合中空使用，也可夹层使用，在中空使用时不用边部除膜，节约了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种低辐射玻璃及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种特种玻璃及其制造方法，特别是一种不含银低辐射玻璃及其制造方法。

背景技术

目前，低辐射镀膜玻璃的生产方法主要有两种。一种是在线镀膜，一般指在浮法玻璃生产过程中，在温度较高的玻璃表面按一定配比喷涂某些化学试剂，使玻璃表面形成具有一定低辐射功能的化合物薄膜，具有较好的物理化学性能，因此较为适合在民用领域推广。另一种是离线镀膜。一般指将辐射率极低的银或其他金属化合物按一定比例通过真空磁控溅射的方式将其镀在玻璃表面。例如，申请号为“200910093267”，名称为“低辐射玻璃”的中国发明专利申请；申请号为“201010594602”，名称为“一种低辐射玻璃”的中国发明专利申请；专利号为“201020252121”，名称为“一种低辐射玻璃”的中国实用新型专利所公开的低辐射玻璃。在线镀膜玻璃受其工艺影响，光学及热学性能相对于离线低辐射镀膜玻璃要差很多，且原色变化及遮阳性能较难控制，颜色单一，所以不如离线镀膜使用广泛。

目前离线镀膜工艺生产的低辐射玻璃主要有两种加工方式：一种是先钢化后镀膜，另一种是先镀膜后钢化。在传统的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透过率降低、外观颜色呈现干扰色，影响玻璃的使用。而市场上所推广的可钢化低辐射镀膜产品，因采用先镀膜后钢化的加工方式，在后续加工过程中会导致如下问题：

1、在钢化热处理过程中，玻璃结构中的碱金属离子活性增强，部分离子会渗透到膜层中，破坏电介子层及银层；

2、在钢化热处理过程中，高温空气中的氧气很容易渗透到膜层中，使膜层部分氧化甚至全部氧化；

3、在生产包装及日后加工运输过程中，为防止银层的氧化采用防潮、隔绝空气包装，加大了生产及运输成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好的外观颜色，膜层不易脱落、不氧化的低辐射玻璃及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低辐射玻璃，包括玻璃基片和附着在所述玻璃基片上的膜层，其中，所述膜层包括依次叠合的底层电介质组合层、功能层、阻挡层和顶层电介质组合层，所述底层电介质组合层贴附在所述玻璃基片上。

上述的低辐射玻璃，其中，所述功能层为掺钨氧化铝锌电介质层。

上述的低辐射玻璃，其中，所述掺钨氧化锌铝电介质层采用化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96∶2∶2的熔铸式靶材。

上述的低辐射玻璃，其中，所述掺钨氧化锌铝电介质层的厚度为190～230nm。

上述的低辐射玻璃，其中，所述底层电介质组合层包括TiO₂、ZnSnOX、SnO₂、ZnO、SiO₂、Ta₂O₅、BiO₂、Al₂O₃、ZnAl₂O₄、Nb₂O₅和Si₃N₄中的一种或几种。

上述的低辐射玻璃，其中，所述底层电介质组合层的厚度为25～35nm。

上述的低辐射玻璃，其中，所述阻隔层的材料包括Ni、Cr、NiCrOX和NiCrNX中的一种或几种。

上述的低辐射玻璃，其中，所述顶层电介质组合层包括TOi₂、ZnSnOX、SnO₂、ZnO、SiO₂、Ta₂O₅、BiO₂、Al₂O₃、ZnAl₂O₄、Nb₂O₅和Si₃N₄中的一种或几种。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种低辐射玻璃的制造方法，其中，包括如下步骤：

a、玻璃基片准备，清洗玻璃基片，干燥后置于磁控溅射区；

b、沉积底层电介质组合层，采用中频电源加旋转阴极溅射在玻璃基片上沉积底层电介质组合层；

c、沉积功能层，采用中频电源加旋转阴极溅射在底层电介质组合层上沉积功能层；

d、沉积阻挡层，采用直流电源加脉冲溅射在功能层上沉积阻挡层；

e、沉积顶层电介质组合层，采用中频电源加旋转阴极溅射在阻挡层上沉积顶层电介质组合层。

上述的低辐射玻璃的加工方法，其中，所述功能层为掺钨氧化锌铝电介质层，采用化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96∶2∶2的熔铸式靶材，将其镀覆在所述底层电介质组合层上。

本发明的技术效果在于：本发明的低辐射玻璃不含银，玻璃通过钢化使掺钨氧化锌铝膜层结构发生改变而具有低辐射功能，钢化后辐射率可达到0.15以下。该玻璃具有良好的外观颜色、膜层不易脱落、不氧化等特点。可单片或合中空使用，也可夹层使用，在中空使用时不用边部除膜，节约了生产成本，提高了生产效率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的低辐射玻璃结构示意图；

图2为本发明一实施例的低辐射玻璃的制造方法流程图。

其中，附图标记

1玻璃基片

2膜层

21底层电介质组合层

22功能层

23阻挡层

24顶层电介质组合层

a～e  步骤

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的低辐射玻璃结构示意图。本发明的低辐射玻璃，包括玻璃基片1和附着在所述玻璃基片1上的膜层2，所述膜层2包括依次叠合的底层电介质组合层21、功能层22、阻挡层23和顶层电介质组合层24，所述底层电介质组合层21贴附在所述玻璃基片1上。

本实施例中，所述功能层22优选为掺钨氧化铝锌电介质层。所述掺钨氧化锌铝电介质层优选采用化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96∶2∶2的熔铸式靶材。所述掺钨氧化锌铝电介质层的厚度优选为190～230nm，更优选的膜层2厚度为200～220nm。

本实施例中，所述底层电介质组合层21可包括TiO₂、ZnSnOX、SnO₂、ZnO、SiO₂、Ta₂O₅、BiO₂、Al₂O₃、ZnAl₂O₄、Nb₂O₅和Si₃N₄中的一种或几种。优选材料SiO₂，即用氧化硅层，并可配选使用ZnAl₂O₄、Si₃N₄等材料，优选的膜层厚度为25～35nm，更优选的膜层厚度为29～33nm，最优选的膜层厚度为30～31nm。所述阻隔层的材料可包括Ni、Cr、NiCrOX和NiCrNX中的一种或几种。

阻挡层23，一般采用材料Ni、Cr、NiCrOX和NiCrNX中的一种或几种构成。优选的材料为NiCr，并可配选Ti等材料，优选膜层厚度为0～5nm，更优选的厚度为1～3nm。

所述顶层电介质组合层24所采用的材料一般为金属氧化物或氮化物，可包括TiO₂、ZnSnOX、SnO₂、ZnO、SiO₂、Ta₂O₅、BiO₂、Al₂O₃、ZnAl₂O₄、Nb₂O₅和Si₃N₄中的一种或几种，优选材料SiO₂，即用氧化硅层，并可配选使用ZnAl₂O₄、Si₃N₄等材料，优选的膜层厚度为33～40m，更优选的膜层厚度为35～38nm，最优选的膜层厚度为36～37nm。

下面，以脉冲磁控溅射方法为例，具体说明本发明无银低辐射玻璃的制备。参见图2，图2为本发明一实施例的低辐射玻璃的制造方法流程图。本发明的低辐射玻璃的制造方法，包括如下步骤：

a、玻璃基片1准备，清洗玻璃基片1，干燥后置于磁控溅射区；

b、沉积底层电介质组合层21，采用中频电源加旋转阴极溅射在玻璃基片1上沉积底层电介质组合层21；

c、沉积功能层22，采用中频电源加旋转阴极溅射在底层电介质组合层21上沉积功能层22；

d、沉积阻挡层23，采用直流电源加脉冲溅射在功能层22上沉积阻挡层23；

e、沉积顶层电介质组合层24，采用中频电源加旋转阴极溅射在阻挡层23上沉积顶层电介质组合层24。

其中，所述功能层22优选为掺钨氧化锌铝电介质层，采用化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96∶2∶2的熔铸式靶材，将其镀覆在所述底层电介质组合层21上。

首先，提供玻璃基片1，并通过清洗机对玻璃基片1进行清洗、吹干处理，将玻璃基片1送入磁控溅射腔室，准备镀膜溅射。沉积镀膜时，镀膜线配置保持系统背景真空真空度在3×10^-6mbar以上的无油分子泵；镍镉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设备功率为30～50kw的氩氮氛围或设备功率为30～50kw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或氩氧氛围中进行，功率为2～6kw。

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，而沉积形成氮化物层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。

本发明低辐射玻璃的制备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，也可以由几种不同的物质依次沉积形成。

本实施例中，在玻璃基片1上溅射镀覆底层电介质组合层21，所用靶材优选SiO₂，功率为30kw～40kw，所用工作气氛为氩气和氮气混合气体，其比例为1∶2，选配其它金属氧化物时，所用工作气氛为氩气和氧气混合气体，比例同样为1∶2，所用工作气氛为氩气和氧气混合气体，比例为500sccm∶1000sccm。生产时工艺真空度优选为2.0×10^-3mbar～8×10^-3mbar，更优选的工艺真空度为2.5×10^-3mbar～3.5×10^-3mbar；

在底层电介质组合层21上溅射镀覆第一层掺钨氧化锌铝电介质阻挡层23，所用功率为190kw～200kw，所用工作气体为纯氩气Ar，气体流量为2000sccm；

在掺钨氧化锌铝电介质阻挡层23上镀覆阻挡层23，优选材料为NiCr，直流电源加脉冲溅射沉积，溅射功率为2kw～6kw，所用工作气体为纯氩气Ar，气体流量为2000sccm；

在最外层溅射镀覆底层电介质组合层21，所用靶材优SiO₂，功率为40kw～50kw，所用工作气氛为氩气和氮气混合气体，其比例为1∶2，选配其它金属氧化物时，所用工作气氛为氩气和氧气混合气体，比例同样为1∶2，所用工作气氛为氩气和氧气混合气体，比例为500sccm∶1000sccm。

在各膜层按顺序镀覆完成后，本实施例中的低辐射玻璃在后续加工中可承受磨边工艺的加工，磨边时玻璃边部不会产生划伤或脱膜现象；可承受680～720℃的高温钢化热处理加工工艺，钢化后膜层2表面无外观缺陷；同时，本发明的低辐射玻璃在钢化热处理工艺后，可承受中空纯水洗刷3次以上而不会产生不可接受的划伤、脱膜等外观缺陷。这说明本发明的低辐射玻璃的膜层结构稳定，理化性能及机械性能优良。

在光学性能方面，本发明实施例单片颜色如下表一。在本发明实施例中，镀膜玻璃的光学性能为美国Hunter lab公司生产的Color QuestXE光学仪器测定，颜色参数为按国际惯例对色度空间的定义。

表一

单片外观颜色	玻璃面反射色	膜层2面反射色	透射色
				Y	小于9	小于9.5	大于60
L*	小于38	小于40	大于83
				a*	-1～-3.5	-1.5～-5.8	-1.4～-2.2
b*	-1～-2	-1～3.5	-1～0.5

本发明低辐射玻璃的玻面反射很低(＜9％)，不会对环境造成光污染，颜色属于中性色调，能够被大众客户所接受，十分有利于民用市场推广。

本发明的低辐射玻璃辐射率由钢化前的0.3变为钢化后的0.12，具有良好的节能效果；这与膜层结构中掺钨氧化锌铝的结构钢化后发生改变有关。

玻璃可将光透过率变化ΔT＜10％，优选ΔT＜6％；

玻璃面可见光反射率变化值ΔR＜3.0％；

玻璃面可见光颜色坐标a*变化值Δa*＜1，优选Δa*＜0.8；

玻璃面可见光颜色坐标b*变化值Δb*＜1.5，优选Δb*＜1.0；

将本实施例中镀膜玻璃与6mm普通白玻合成中空后(中空厚度12mm，填充气体为空气)，测得玻璃中部对流传递系数U＝1.701～1.756W/m2.k，优选的U＝1.801～1.829W/m2.k，遮阳系数Sc＝0.668～0.681，中空可见光透过率Tvis＝65.5％～80％，优选的Tvis＝70.％～75％。

本发明的低辐射玻璃为不含银玻璃，通过钢化使掺钨氧化锌铝层的结构发生改变而具有低辐射功能，钢化后辐射率可达到0.15以下。该玻璃具有良好的外观颜色，膜层2具有不易脱落、不氧化等特点。可单片或合中空使用，也可夹层使用，在中空使用时不用边部除膜，节约了生产成本提高了生产效率。本发明具有以下优点：

1.本玻璃产品可见光透过率较高，通过率T＞65％，辐射率由钢化前的0.3变为钢化后的0.12，具有良好的节能效果；

2.产品性能稳定，适于大规模生产，克服了含银产品在镀膜后进行热处理工序的加工难度，光学及热学性能稳定，钢化前后颜色变化很小，而且具有优良的机械性能；

3.该玻璃具有良好的外观颜色，膜层2不易脱落、不氧化等特点。可单片、夹层或合中空使用，在中空使用时不用边部除膜，节约了生产成本，提高了生产效率。

4.包装及运输成本低，适合远距离运输。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种低辐射玻璃，包括玻璃基片和附着在所述玻璃基片上的膜层，其特征在于，所述膜层包括依次叠合的底层电介质组合层、功能层、阻挡层和顶层电介质组合层，所述底层电介质组合层贴附在所述玻璃基片上，所述功能层为掺钨氧化铝锌电介质层，所述掺钨氧化锌铝电介质层采用化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96:2:2的熔铸式靶材，通过钢化使掺钨氧化锌铝层的结构发生改变而具有低辐射功能，钢化后辐射率可达到0.15以下，采用如下方法制备： 

a、玻璃基片准备，清洗玻璃基片，干燥后置于磁控溅射区； 

b、沉积底层电介质组合层，采用中频电源加旋转阴极溅射在玻璃基片上沉积底层电介质组合层，所述中频电源加旋转阴极溅射的靶材为SiO₂，所述中频电源加旋转阴极溅射的功率为30kw～40kw，所述中频电源加旋转阴极溅射的工作气氛为氩气和氮气混合气体，所述氩气和氮气的混合比例为1:2，所述中频电源加旋转阴极溅射的真空度为2.0×10^-3mbar～8×10^-3mbar； 

c、沉积功能层，采用中频电源加旋转阴极溅射在底层电介质组合层上沉积功能层，所述功能层为掺钨氧化锌铝电介质层，采用化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96:2:2的熔铸式靶材，所述中频电源加旋转阴极溅射的功率为190kw～200kw，所述中频电源加旋转阴极溅射的工作气体为纯氩气，所述纯氩气的气体流量为2000sccm，将所述化学计量比为ZnO/Al₂O₃/W＝96:2:2的熔铸式靶材镀覆在所述底层电介质组合层上，通过钢化所述掺钨氧化锌铝电介质层使其结构发生改变而具有低辐射功能，钢化后所述掺钨氧化锌铝电介质层的辐射率小于0.15； 

d、沉积阻挡层，采用直流电源加脉冲溅射在功能层上沉积阻挡层，所述阻挡层材料为NiCr，所述直流电源加脉冲溅射的溅射功率为2kw～6kw,所述直流电源加脉冲溅射的工作气体为纯氩气，所述纯氩气的气体流量为2000sccm； 

e、沉积顶层电介质组合层，采用中频电源加旋转阴极溅射在阻挡层上沉积顶层电介质组合层，所述顶层电介质组合层的靶材为SiO₂，所述中频电源加旋转阴极溅射的功率为40kw～50kw，所述中频电源加旋转阴极溅射的工作气氛为氩气和氮气混合气体，所述氩气和氮气的混合比例为1:2。 

2.如权利要求1所述的低辐射玻璃，其特征在于，所述掺钨氧化锌铝电介质层的厚度为190～230nm。 

3.如权利要求1或2所述的低辐射玻璃，其特征在于，所述底层电介质组合层的厚度为25～35nm。