CN104118175A - 具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃，其特征在于，所述镀膜玻璃中具有ZrSiNx膜层，0≤x≤4；所述ZrSiNx薄膜由硅锆合金在通入氮气N₂和氩气Ar的氛围下磁控溅射沉积形成。本发明ZrSiNx薄膜可以在玻璃基片上均匀沉积成膜，ZrSiNx薄膜呈非晶态，沉积速率快，可充当镀膜玻璃的任意电介质层，可以改善镀膜玻璃的可加工性能和抗氧化性能，提高机械性能。

Description

具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃及其制备方法

 

技术领域

本发明涉及镀膜玻璃制造技术领域，尤其涉及一种具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃及其制备方法。

背景技术

目前，现有的商业化膜系例如：玻璃基底/Si3N4/NiCr/Ag/NiCr/Si3N4，或玻璃基底/Si3N4/NiCr/Si3N4中，Ag和NiCr均作为该功能膜系的阳光远红外反射层。例如，美国专利US5837108所揭露之技术方案，所述NiCr亦可采用氮化处理的NiCrNx进行替代。           

现有膜系虽然可提供优异的阳光控制特性，但是作为商业化的膜系却仍然存在以下不足：（a）耐碱性腐蚀性能差，特别是针对高温条件；（b）抗划伤机械性能差。根据建筑物所在位置，不同的湿度环境、酸碱条件等对所述建筑玻璃都带来了致命影响。例如，玻璃基底中所含Na+会发生扩散进入所述功能膜系，进而造成所述建筑玻璃呈现污点。更严重地，当作为电介质层的Si3N4为硬质膜层时，由于所述Si3N4的高表面摩擦系数和粗糙度，所述Si3N4更易于被刮伤，进而导致内部膜层被侵蚀。所以现有Si3N4膜层虽然提供了良好的光学选择特性，而且膜层硬质，但是作为电介质层对抗划伤机械性能和抗腐蚀性能改善甚微。

将膜系架构为玻璃基底/Si3N4/NiCr/Si3N4的实验板放入NaOH溶液（浓度为0.4%mol/L，温度为195F）进行水煮实验，通过ASTM D 1308-87进行观测，可明显的观察到脱膜现象。更一般地，本领域常用的TiO2或者SnO2作为电介质层，其机械性能较Si3N4更差。由此可见，传统的镀膜玻璃存在着抗酸碱腐蚀性能和抗划伤性机械能差等缺陷。

发明内容

    为了解决上述问题，本发明提出了一种具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃，其特征在于，所述镀膜玻璃中具有ZrSiNx膜层，0≤x≤4；所述ZrSiNx薄膜由硅锆合金在通入氮气N₂和氩气Ar的氛围下磁控溅射沉积形成。

    较优地，所述硅锆合金中锆Zr的质量百分比为10-45%，硅Si的质量百分比为55-90%。  

    较优地，所述硅锆合金中锆Zr的质量百分比为17%，硅Si的质量百分比为83%。

较优地，所述ZrSiNx膜层设置在镀膜玻璃的膜层之间，作为中间电介质层。     

较优地，所述ZrSiNx膜层直接镀制在玻璃基底上，作为底层电介质层。

    较优地，所述ZrSiNx膜层设置镀膜的最外层，作为顶层电介质层。

    较优地，所述ZrSiNx膜层的膜层厚度为10-90nm。

    本发明还提出一种具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃的制备方法，其特征在于：在镀膜玻璃的制备过程中，还包括如下步骤：

步骤S1：在工艺腔室内通入工艺气体氩气Ar和氮气N2；

步骤S2：以硅锆合金为靶材，在Ar、N2的工作氛围下，磁控溅射沉积形成ZrSiNx薄膜。

    较优地，所述Ar气体的流量为300～2000sccm，所述N2气体的流量为400～2000sccm。。

较优地，所述真空磁控溅射的工艺气压为：8.0E-3mbar～1.0E-3mbar、溅射功率为10-100KW。

综上所述，本发明具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃可以在玻璃基片上均匀沉积成膜，ZrSiNx薄膜呈非晶态，沉积速率快。ZrSiNx薄膜可充当镀膜玻璃的任意电介质层，可以很好地改善镀膜玻璃的抗划伤性能和抗氧化性能，提高镀膜玻璃的可加工性能。

附图说明

图1为本发明ZrSiNx薄膜的制备方法的流程图；           

    图2为本发明具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃的第一实施例结构示意图；

图3为本发明具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃的第二实施例结构示意图；

图4为本发明具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃的第三实施例结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。  

本发明针对现有技术中，传统的镀膜玻璃存在着抗酸碱腐蚀性能和抗划伤性机械能差等缺陷，提供一种具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃，所述ZrSiNx薄膜以硅锆合金为靶材，并在Ar、N2的工艺氛围下，采用磁控溅射方式制备获得。如图1所示，制备本发明的ZrSiNx薄膜包括如下步骤：步骤S1：在工艺腔室内通入工艺气体氩气Ar和氮气N2；步骤S2：以硅锆合金为靶材，在Ar、N2的工作氛围下，磁控溅射沉积形成ZrSiNx薄膜。在制备镀膜玻璃的过程中，在使用ZrSiNx薄膜作为膜层时使用上述的步骤将ZrSiNx薄膜形成在镀膜玻璃中。其中，硅锆合金中Si的质量百分比为55-90%、Zr的质量百分比为10-45%。优选地，硅锆合金中锆和硅的质量百分比为Zr：Si=17：83%。通过本发明磁控溅射方式制备的ZrSiNx薄膜中，其中0≤x≤4。作为本领域技术人员，容易理解地，ZrSiNx薄膜可作为镀膜玻璃的任一电介质层，即ZrSiNx膜层可设置在镀膜玻璃的膜层之间充当中间层电介质层，或者设置在膜层与玻璃基底之间充当底层电介质层，或者设置在功能膜层的外侧充当顶层电介质层，对镀膜玻璃起到保护作用。优选地，ZrSiNx薄膜的厚度为10-90nm。

实施例一：

如图2所示，在本发明的第一实施例中，ZrSiNx薄膜直接镀覆于玻璃基层上，即ZrSiNx薄膜为底层电介质层，其保护玻璃基层的同时又降低了玻璃的反射率。在工艺气压为2.5E-3mbar，溅射功率为38KW的真空环境下，通入500sccm的N2气体、400sccm的Ar气体，以Si的质量百分比为55%，Zr的质量百分比为45%的硅锆合金靶进行磁控溅射，获取膜厚为32nm的ZrSiNx薄膜。然后再继续后面膜层的制备。在玻璃基板上充当底层电介质层的ZrSiNx薄膜可以应用在阳光控制玻璃、低辐射镀膜玻璃之中。

 实施例二：

 如图3所示，在本发明的第二实施例中，ZrSiNx薄膜为中间电介质层，其粘合玻璃的上下膜层。在镀膜玻璃的制备过程中，在制备ZrSiNx薄膜时，在工艺气压为3.0E-3mbar，溅射功率为68KW的真空环境下，通入600sccm的N2气体、500sccm的Ar气体，以Si的质量百分比为83%，Zr的质量百分比为17%的硅锆合金靶进行磁控溅射，获取膜厚为68nm的ZrSiNx薄膜。然后再继续后面膜层的制备。充当中间层电介质层的ZrSiNx薄膜可以应用在阳光控制玻璃、低辐射镀膜玻璃之中。    

实施例三：

如图4所示，在本发明的第三实施例中，ZrSiNx薄膜镀覆于镀膜层的最外层，即ZrSiNx薄膜为顶层电介质层，为了提高玻璃的耐刮伤性、耐磨性和耐化学侵蚀性，保证了其机械性能。在镀膜玻璃的制备过程中，在其他膜层镀制好后，在工艺气压为2.8E-3mbar，溅射功率为50KW的真空环境下，通入550sccm的N2气体、450sccm的Ar气体，以Si的质量百分比为90%，Zr的质量百分比为10%的硅锆合金靶进行磁控溅射，获取膜厚为40nm的ZrSiNx薄膜。充当顶层电介质层的ZrSiNx薄膜可以应用在阳光控制玻璃、低辐射镀膜玻璃之中。

作为本领域的技术人员，容易理解地，ZrSiNx薄膜具有热稳定好，耐摩擦性能佳等特性，故可作为功能玻璃或者功能器件的钝化层。非限制性的列举，ZrSiNx薄膜作为低辐射镀膜玻璃的电介质层，可以改善镀膜玻璃的可加工性能和抗氧化性能，提高镀膜玻璃的机械性能。

为了更直观的揭露本发明的技术方案，凸显本发明的有益效果，现以具有ZrSiNx膜层的镀膜玻璃和不具有ZrSiNx膜层的镀膜玻璃进行对比实验。在对比实验中，镀膜玻璃的其它各功能层仅为列举，不应视为对本技术方案的限制。

表1为研磨前后透过率（Tr）的比照

 

由表1可知，具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃在研磨前后，其透光Tr变化较小，由此可知：ZrSiNx薄膜具有很好地耐研磨特性。

表2为酒精布擦拭试验及铅笔硬度试验结果的比照

 

由表2可知，具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃的酒精布擦拭试验及铅笔硬度值明显优于不具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃。

由表1和表2可知，具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃的表面耐擦伤，抗划伤能力强。

表3为抗氧化性能测试的比照

具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃的抗氧化时间久于不具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃。由此证明，具有ZrSiNx薄膜的低辐射镀膜玻璃抗氧化能力性能好，不易氧化。

综上所述,本发明的ZrSiNx薄膜可以在玻璃基片上均匀沉积成膜，ZrSiNx薄膜呈非晶态，沉积速率快，可充当镀膜玻璃的任意电介质层，可以改善镀膜玻璃的可加工性能和抗氧化性能，提高机械性能。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1. 一种具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃，其特征在于，所述镀膜玻璃中具有ZrSiNx膜层，0≤x≤4；所述ZrSiNx薄膜由硅锆合金在通入氮气N₂和氩气Ar的氛围下磁控溅射沉积形成。

2.如权利要求1所述的镀膜玻璃，其特征在于，所述硅锆合金中锆Zr的质量百分比为10-45%，硅Si的质量百分比为55-90%。

3.如权利要求2所述的镀膜玻璃，其特征在于，所述硅锆合金中锆Zr的质量百分比为17%，硅Si的质量百分比为83%。

4.如权利要求1所述的镀膜玻璃，其特征在于，所述ZrSiNx膜层设置在镀膜玻璃的膜层之间，作为中间电介质层。

5.如权利要求1所述的镀膜玻璃，其特征在于，所述ZrSiNx膜层直接镀制在玻璃基底上，作为底层电介质层。

6.如权利要求1所述的镀膜玻璃，其特征在于，所述ZrSiNx膜层设置镀膜的最外层，作为顶层电介质层。

7.如权利要求1所述的镀膜玻璃，其特征在于，所述ZrSiNx膜层的膜层厚度为10-90nm。

8.一种如权利要求1-7之一所述的具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃的制备方法，其特征在于：在镀膜玻璃的制备过程中，还包括如下步骤：

步骤S1：在工艺腔室内通入工艺气体氩气Ar和氮气N2；

步骤S2：以硅锆合金为靶材，在Ar、N2的工作氛围下，磁控溅射沉积形成ZrSiNx薄膜。

9.如权利要求8所述的具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述Ar气体的流量为300～2000sccm，所述N2气体的流量为400～2000sccm。

10.如权利要求8所述的具有ZrSiNx薄膜的镀膜玻璃的制备方法，其特征在于，所述真空磁控溅射的工艺气压为：8.0E-3mbar～1.0E-3mbar、溅射功率为10-100KW。