CN103818046A - 一种具有高透过率的低辐射玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有高透过率的低辐射玻璃及其制备方法，该低辐射玻璃，包括玻璃基片和功能膜层，所述功能膜层包括YZO膜层和Ag层，其中，YZO膜层指的是氧化锌掺钇膜层。本发明提供的高透过率的低辐射玻璃的反射率较低，能有效的解决光污染的现象；能够提高玻璃的整体透过率，而且通用性强，可以在80%的主流膜系中使用。

Description

一种具有高透过率的低辐射玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于镀膜玻璃技术领域，尤其涉及一种具有高透过率的低辐射玻璃及其制备方法。

背景技术

玻璃是重要的建筑材料，随着对建筑物装饰性要求的不断提高，玻璃在建筑行业中的使用量也不断增大。然而，当今人们在选择建筑物的玻璃门窗时，除了考虑其美学和外观特征外，更注重其热量控制、制冷成本和内部阳光投射舒适平衡等问题。这就使得镀膜玻璃家族中的新贵——low-e玻璃即低辐射玻璃脱颖而出，成为人们关注的焦点。Low-e玻璃两大关键点是透过和隔热性能，如何在保证隔热性能的情况下，提高透过是本领域的主要技术突破点。可见光透射比（Tvis）是在可见光谱（380nm至780nm）范围内，透过玻璃的光强度与入射光强度的百分比（又叫可见光透过率、透光率）。

目前市场上最高单片low-e透过率是80%，而且基本上是单银low-e居多。目前市场上常见的单银结构是SiNx/NiCr/Ag/NiCr/SiNx，目前该结构的镀膜玻璃可以通过降低前后阻挡层NiCr的厚度来提高可见光透过率。但是此方法有较大的局限性，如果一味降低NiCr厚度带来的隐患是导致Ag层被氧化，或者是与底层SiNx连接不好导致脱膜，所以一味降低抵挡层厚度的做法是不可取的。

目前市场上提供了一种透过率接近80%双银low-e，其结构是：SiNx/ZnAlO_x/Ag/NiCr/SiNx/ZnAlO_x/Ag/NiCr/AZO/SiNx,本结构的特点是1.使用双银结构，有效的提高了玻璃的隔热系数U值。2.将Ag层前面的NiCr层去除，有效的提高透过率。3.使用了有良好的导电性能的AZO膜层，使得当减薄NiCr层时可以阻隔SiAl靶氮化气体串扰，防止Ag被氮气干扰，更好的保护Ag层。掺铝氧化锌（AZO），作为一种新的溅射材料，因其性能优异而得到广泛使用，如导电性、高透过性、高红外反射性能等，这种材料已经广泛投入到各个领域，发挥其优越性能。相关实验证明：在潮湿恶劣的环境下，它表现出很好的耐久性，其膜层之间稳定性、粘结性很好，内应力较低，膜层分布均匀，与Ag之间的相互刻蚀现象较少，减少了功能层Ag的损失，而且在低功率下，有较快的溅射速率。除隔热系数外，镀膜产品整体性能主要关注其选择系数，即T（透过）/S_c（遮阳）的比值。而AZO的优点在于它可以增大透过，同时减小遮阳系数，从而增大选择系数。AZO材料除了在光学性能方面有着很优越的性能之外，在耐热性，抗氧化性方面同样具备优势。

但是在实际生产中，AZO也有很多弊端，主要缺点如下：

1、不能直接作为Ag层的打底层与Ag直接相连，容易脱膜；

2、AZO陶瓷靶容易放电。

3、AZO靶材在使用中容易出现表面结瘤，容易掉渣，影响玻璃成品率，且无法长时间高功率使用。

4、容易产生飞灰，影响成膜质量。

还有一种方法是使用新的膜层结构如：SiN_x/ZnAlO_x/Ag/NiCr/ZnSnO_x/SiN_x，此膜层结构是将底层的NiCr去除，从而提高透过，但是此方法只能将单片提高到80%，很难突破80%。在市场多元化的今天，上述几种技术已经不能满足市场需要。一种透过极高、隔热性能良好的low-e已经是市场所期待的产品。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种具有高透过率的低辐射玻璃及其制备方法，能够提高玻璃的整体透过率，提高玻璃的生产效率，有效解决光污染的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有高透过率的低辐射玻璃，包括玻璃基片和功能膜层，所述功能膜层包括YZO膜层和Ag层，其中，YZO膜层指的是氧化锌掺钇膜层。

优选的，所述YZO膜层是以YZO陶瓷靶为原材料，通过磁控溅射方法制备而成，制备过程中真空度达到4～8×10^-3mbar后，使用中频交流电源溅射YZO陶瓷靶制备YZO膜层，其中YZO陶瓷靶中的Y₂O₃的质量分数为1-3%，Al₂O₃的质量分数为0%-1%，其余成分为ZnO，且其中的Y₂O₃、ZnO以及Al₂O₃的纯度分别为99.99%以上。Al₂O₃可以改善YZO陶瓷靶的导电性，但是靶材中掺入较多的Al₂O₃时，膜层的可见光透过率相对于常用的AZO膜层改善不大。

优选的，所述功能膜层由SiN_x/YZO/Ag/YZO/SiN_x膜层结构组成。

优选的，功能膜层中各膜层的厚度依次为36.1nm、8.5nm、9.3nm、8.2nm、29.3nm。

一种制备如上所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射阶段，Ag层是通过直流脉冲电源磁控溅射沉积，其余膜层是使用中频交流电源加旋转阴极溅射沉积；Ag层中气体流量为，Ar为1000sccm；SiNx层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm。

优选的，所述功能膜层由所述功能膜层由SiN_x/ZnAlO_x/Ag/YZO/SiN_x/ZnAlO_x/Ag/NiCr/SiN_x膜层结构组成。

优选的，所述功能膜层中各膜层的厚度依次为16.7nm、17.7nm、7.5nm、15.8nm、14.1nm、52.7nm、12.9nm、1.2nm、18.8nm。

一种制备如上所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射阶段，Ag层和NiCr层是通过平面靶直流脉冲电源溅射沉积，其余膜层是旋转靶中频电源加旋转阴极溅射沉积；其中ZnAlOx层是通过对ZnAl靶进行反应溅射制备而成，也就是需要通入反应气体，ZnAlOx层溅射气氛为Ar：500sccm，O₂：800sccm；NiCr靶和Ag靶为纯氩溅射制备相应膜层，Ar气流量为1000sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm；SiN_x层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm。

优选的，所述功能膜层SnZnO/ZnAlO_x/Ag/YZO/ZnAlO_x/Ag/YZO/SiN_x膜层结构组成.

优选的，功能膜层中各膜层的厚度依次为22.4nm、17.7nm、8.3nm、54.3nm、14.1nm、11.2nm、8.1nm、18.0nm。

一种制备如上所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射，Ag层是通过平面靶直流脉冲电源溅射沉积，其余膜层是旋转靶中频电源加旋转阴极溅射沉积；SnZnO和ZnAlOx层分别是通过对ZnSn靶和ZnAl靶进行反应溅射制备而成，也就是说需要通入反应气体，ZnAl和ZnSn靶的溅射气氛为Ar：500sccm，O₂：800sccm；Ag层为纯氩溅射制备相应膜层，Ar气流量为1000sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm；SiNx层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供的高透过率的低辐射玻璃的反射率较低，能有效的解决光污染的现象；能够提高玻璃的整体透过率，而且通用性强，可以在80%的主流膜系中使用；YZO陶瓷靶溅射效率快，能提高玻璃生产效率；该YZO陶瓷靶不容易出现结瘤等问题；该YZO陶瓷靶在无明显串气的情况下，不会出现靶中毒现场。

附图说明

图1是实施例一中使用YZO时的低辐射玻璃的透过光谱图；

图2是实施例一中使用AZO时的低辐射玻璃的透过光谱图；

图3是实施例二中使用YZO时的低辐射玻璃的透过光谱图；

图4是实施例二中使用AZO时的低辐射玻璃的透过光谱图；

图5是实施例三中的低辐射玻璃的反射光谱图；

图6是实施例三中的低辐射玻璃的透过光谱图；

具体实施方式

实施例一

一种具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层由SiN_x/YZO/Ag/YZO/SiN_x膜层结构组成。其中功能膜层中各膜层的厚度依次为36.1nm、8.5nm、9.3nm、8.2nm、29.3nm。

所述YZO膜层是以YZO陶瓷靶为原材料，通过磁控溅射方法制备而成，制备过程中真空度达到4×10^-3mbar后，使用中频交流电源溅射YZO陶瓷靶制备YZO膜层，其中YZO陶瓷靶中的Y₂O₃的质量分数为3%，可掺杂Al₂O₃改善靶材导电性，Al₂O₃的含量为1wt%，且其中的Y₂O₃、ZnO以及Al₂O₃的纯度分别为99.99%以上。

制作的单层YZO进行TEM透射电镜，发现其结构为六角纤锌矿结构，和ZnO结构一致，但是部分Zn的位置被钇取代，整体晶型规整。通过靶材使用功率的大小、玻璃的走速以及膜层的厚度计算得出YZO膜层的生长速率为4.96nm m/min/kw/m，也就是指在一千瓦时的功率密度下玻璃走速为一米每分钟时，溅射的膜厚为4.96纳米。

一种制备如上所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射阶段，Ag层是通过直流脉冲电源磁控溅射沉积，其余膜层是使用中频交流电源加旋转阴极溅射沉积；Ag层中气体流量为，Ar为1000sccm；SiNx层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm。

如图1所示，由测量的玻璃透过光谱得出，本实施例中低辐射玻璃在使用YZO膜层的情况下，透过率为85%。

将上述其它膜层和厚度不变，将YZO膜层用AZO膜层替换，如图2所示，透光率降低为80%。

经过试验证明，使用YZO能使玻璃透过率升高约5个百分点，而且用此方法制备镀膜玻璃电阻率为6.0×10^-4Ω，且该玻璃经过钢化后电阻率下降至3.0-2.5×10-⁴Ω。

实施例二

一种具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层由所述功能膜层由SiN_x/ZnAlO_x/Ag/YZO/SiN_x/ZnAlO_x/Ag/NiCr/SiN_x膜层结构组成。所述功能膜层中各膜层的厚度依次为16.7nm、17.7nm、7.5nm、15.8nm、14.1nm、52.7nm、12.9nm、1.2nm、18.8nm。

其中所述YZO膜层是以YZO陶瓷靶为原材料，通过磁控溅射方法制备而成，制备过程中真空度达到7×10^-3mbar后，使用中频交流电源溅射YZO陶瓷靶制备YZO膜层，其中YZO陶瓷靶中的Y₂O₃的质量分数为2%，可掺杂Al₂O₃改善靶材导电性，Al₂O₃的含量为0.5wt%。且其中的Y₂O₃、ZnO以及Al₂O₃的纯度分别为99.99%以上。制作单层YZO进行TEM透射电镜，发现其结构为六角纤锌矿结构，和ZnO结构一致，但是部分Zn的位置被钇取代，整体晶型规整。通过靶材使用功率的大小、玻璃的走速以及膜层的厚度计算得出YZO膜层的生长速率为4.96nm m/min/kw/m。

一种制备如上所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，特征在于：包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射阶段，Ag层和NiCr层是通过平面靶直流脉冲电源溅射沉积，其余膜层是旋转靶中频电源加旋转阴极溅射沉积；其中，ZnAlOx层是通过对ZnAl靶进行反应溅射制备而成，ZnAlOx层溅射气氛为Ar：500sccm，O₂：800sccm；NiCr靶和Ag靶为纯氩溅射制备相应膜层，Ar气流量为1000sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm；SiNx层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm。

如图3所述，本实施中低辐射玻璃在使用YZO膜层的情况下，透过率为81%。

将上述其它膜层和厚度不变，将YZO膜层用AZO膜层替换，如图4所示，透光率降低为78%。

实施例三

一种具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层由SnZnO/ZnAlO_x/Ag/YZO/ZnAlO_x/Ag/YZO/SiN_x膜层结构组成，优选的，功能膜层中各膜层的厚度依次为22.4nm、17.7nm、8.3nm、54.3nm、14.1nm、11.2nm、8.1nm、18.0nm。

其中所述YZO膜层是以YZO陶瓷靶为原材料，通过磁控溅射方法制备而成，制备过程中真空度达到8×10^-3mbar后，使用中频交流电源溅射YZO陶瓷靶制备YZO膜层，其中YZO陶瓷靶中的Y₂O₃的质量分数为1%，Al₂O₃的含量应控制在0.2wt%。且其中的Y₂O₃、ZnO以及Al₂O₃的纯度分别为99.99%以上。制作单层YZO进行TEM透射电镜，发现其结构为六角纤锌矿结构，和ZnO结构一致，但是部分Zn的位置被钇取代，整体晶型规整。通过靶材使用功率的大小、玻璃的走速以及膜层的厚度计算得出YZO膜层的生长速率为4.96nm m/min/kw/m。

一种制备如上所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射，Ag层是通过平面靶直流脉冲电源溅射沉积，其余膜层是旋转靶中频电源加旋转阴极溅射沉积；其中SnZnO和ZnAlOx层分别是通过对ZnSn靶和ZnAl靶进行反应溅射制备而成，ZnAl和ZnSn靶的溅射气氛为Ar：500sccm，O₂：800sccm；Ag层为纯氩溅射制备相应膜层，Ar气流量为1000sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm；SiNx层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm。

由图5所示，可知其反射较低，而且对红色光的反射明显，能有效的解决光污染现象。

通过光度计测量得出，该玻璃的玻面颜色为反射Yg：4.88%，亮度L*g：26.4，红绿颜色值a*g：-0.6（a*值为正表示为红色，为负则为绿色，0为中性色），蓝黄颜色值b*g：-0.3（b*值为正表示为黄色，为负则为蓝色，0为中性色），整体接近中性色。

由图6所示，本实施例的低辐射玻璃的透过率为82%。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种具有高透过率的低辐射玻璃，包括玻璃基片和功能膜层，其特征在于：所述功能膜层包括YZO膜层和Ag层，其中，YZO膜层指的是氧化锌掺钇膜层。

2.根据权利要求1所述的具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述YZO膜层是以YZO陶瓷靶为原材料，通过磁控溅射方法制备而成，制备过程中真空度达到4～8×10^-3mbar后，使用中频交流电源溅射YZO陶瓷靶制备YZO膜层，其中YZO陶瓷靶中的Y₂O₃的质量分数为1-3%，Al₂O₃的质量分数为0%-1%，其余成分为ZnO，且其中的Y₂O₃、ZnO以及Al₂O₃的纯度分别为99.99%以上。

3.根据权利要求1或2所述的具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层由SiN_x/YZO/Ag/YZO/SiN_x膜层结构组成。

4.根据权利要求3所述的具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：功能膜层中各膜层的厚度依次为36.1nm、8.5nm、9.3nm、8.2nm、29.3nm。

5.根据权利要求1或2所述的具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层由SiN_x/ZnAlO_x/Ag/YZO/SiN_x/ZnAlO_x/Ag/NiCr/SiN_x膜层结构组成。

6.根据权利要求5所述的具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层中各膜层的厚度依次为16.7nm、17.7nm、7.5nm、15.8nm、14.1nm、52.7nm、12.9nm、1.2nm、18.8nm。

7.根据权利要求1或2所述的具有高透过率的低辐射玻璃，其特征在于：所述功能膜层由SnZnO/ZnAlO_x/Ag/YZO/ZnAlO_x/Ag/YZO/SiN_x膜层结构组成，优选的，功能膜层中各膜层的厚度依次为22.4nm、17.7nm、8.3nm、54.3nm、14.1nm、11.2nm、8.1nm、18.0nm。

8.一种制备如权利要求3或4所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，其特征在于：包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射阶段，Ag层是通过直流脉冲电源磁控溅射沉积，其余膜层是使用中频交流电源加旋转阴极溅射沉积；Ag层中气体流量为，Ar为1000sccm；SiN_x层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm。

9.一种制备如权利要求5或6所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，其特征在于：包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射阶段，Ag层和NiCr层是通过平面靶直流脉冲电源溅射沉积，其余膜层是旋转靶中频电源加旋转阴极溅射沉积；ZnAlOx层溅射气氛为Ar：500sccm，O₂：800sccm；NiCr靶和Ag靶为纯氩溅射制备相应膜层，Ar气流量为1000sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm；SiN_x层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm。

10.一种制备如权利要求7所述的具有高透过率的低辐射玻璃的方法，其特征在于：包括如下步骤，玻璃基片清洗—进入真空腔室—逐层进行磁控溅射—恢复大气—下片；其中，逐层进行磁控溅射，Ag层是通过平面靶直流脉冲电源溅射沉积，ZnAlOx层和SnZnO层分别是通过对ZnAl靶和ZnSn靶进行反应溅射制备而成，其余膜层是旋转靶中频电源加旋转阴极溅射沉积；ZnAl和ZnSn靶的溅射气氛为Ar：500sccm，O₂：800sccm；Ag层为纯氩溅射制备相应膜层，Ar气流量为1000sccm；YZO层中的气体流量为，Ar为1200sccm；SiN_x层中的气体流量是：Ar为600sccm，N₂为600sccm。

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