CN106082700B - 一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜及其制备方法，本发明的一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜包括玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜由内向外方向依次为玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层。本发明电加热性能优异，耐候性和耐腐蚀性好，膜层可见光透过率高，颜色柔和，致密均匀，透光率均匀性，可改善电加热防冰防雾性能，提高电加热防冰防雾使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电加热膜制造领域，具体涉及一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜及其制备方法。
背景技术
飞机在飞行过程中，会受到气象环境和飞行状态的影响，在某些表面，如风挡玻璃、机翼前缘、进气道口等表面出现结冰结雾现象，严重威胁飞行安全。特别是风挡玻璃的结冰结雾现象，在很大程度上会影响飞行员的视野和视觉舒适度，长期在结冰结雾状态下飞行，会引起视觉疲劳判断失误等问题。为改善这一现象，在风挡玻璃内侧镀制电加热膜可有效去除结冰和结雾现象，同时，不影响风挡玻璃可见光透过率，提高飞行安全性能。
飞机的传统风挡玻璃防冰防雾技术采用气热和防冰液等，气热采用发动机尾气进行加热，结构复杂效率低，防冰液仅限于地面除冰使用，采用的电加热方式为简单的氧化铟锡单层膜或电阻丝网，在电加热的均匀性和方块电阻上存在一定局限，同时对风挡玻璃的节能性能等辅助功能并无明显提高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种电加热性能好的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜包括玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜由内向外方向依次为玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层。
内结构层用于阻止风挡有机玻璃基底中的杂质进入功能层影响电加热效果，同时增加膜层附着力并具备一定的导电能力，有利于提高防冰防雾性能。外结构层对膜层提供保护作用，提高膜层耐候性和寿命，并满足足够的机械性能。
进一步地，所述玻璃基片为飞机风挡玻璃基片；所述内结构层由内向外依次为第一氧化硅层、氧化铌层和第一氧化锌镓层。
内结构层用于阻止风挡有机玻璃基底中的杂质进入功能层影响电加热效果，同时增加膜层附着力并具备一定的导电能力，有利于提高防冰防雾性能。外结构层对膜层提供保护作用，提高膜层耐候性和寿命，并满足足够的机械性能。
进一步地，所述第一氧化硅层的膜层厚度为20～50nm，所述氧化铌层的膜层厚度为15～23nm，所述第一氧化锌镓层的膜层厚度为12～18nm。
更进一步地，所述电加热功能层由内向外依次为金属金层、第二氧化锌镓层、氧化锌铝层和金属钛层。
电加热功能层采用两层金属层和两层导电氧化物层，共同实现电加热膜层，可根据需求自主调整膜层电加热性能、可见光透光率、颜色柔和度等；两个金属功能层金层和钛层实现低电阻电加热功能，氧化锌镓层和氧化锌铝层为中间过渡层，并具备一定的电加热功能，可进一步降低电阻；
进一步地，所述的金属金层的膜层厚度为7～10nm，所述的第二氧化锌镓层的膜层厚度为18～25nm，所述的氧化锌铝层的膜层厚度为20～35nm，所述的金属钛层的膜层厚度为8～12nm。
进一步地，所述外结构层由内向外依次为氧化铟锡层和第二氧化硅层。
外结构层对膜层提供保护作用，提高膜层耐候性和寿命，并满足足够的机械性能。外结构层的两者结合可提高膜层耐腐蚀能力，保护功能膜层，并具备一定的耐摩擦性能，膜层致密；外结构层综合采用化学性能稳定的氧化铟锡和氧化硅，为整体膜层提供化学保护，并保证优秀的机械性能，氧化铟锡也具有导电性，可辅助提高电加热性能。
更进一步地，所述氧化铟锡层的膜层厚度为28～32nm，所述第二氧化硅层的膜层厚度为120～155nm。
本发明所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)开启镀膜设备真空泵系统，先使各腔室达到本底真空要求：缓冲室真空度<0.1Pa、镀膜室真空度<1×10-3Pa；镀膜设备外部环境为室温18～28℃、湿度<45％、洁净度十万级以上，镀膜设备内部溅射气压维持在0.2Pa～0.55Pa、冷却水温度保持在15～28℃之间；
(2)飞机玻璃基片经过清洗后，以卧式或立式方式进入镀膜设备，缓冲室气压维持在0.1～1.5Pa，充入氩气，同时镀膜室气压维持在0.15～0.75Pa之间；
(3)将玻璃基片待镀膜面正对靶面，连续开启阴极中频或直流电源，等离子体稳定后依次在基片表面上沉积内结构层、电加热功能层、外结构层；
(4)镀膜结束后，基底经过缓冲室、出膜室，镀膜过程中基片传输速度保持平稳均匀，制得用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜。
各膜层根据实际情况可对工艺参数如气压、电源功率等进行适当控制，以改变膜层对应厚度、微观结构实现薄膜性能的主动调整。
进一步地，在步骤(2)中，根据所镀膜层充入氧气。
进一步地，在步骤(3)中，所述工艺气体为氧气或氮气；所述电源为中频或直流电源，采用的恒功率为2～35kw或恒电流为2～38A；在步骤(4)中，速度范围为0.6～3.5m/min。
有益效果：本发明电加热性能优异，耐候性和耐腐蚀性好，膜层可见光透过率高，颜色柔和，致密均匀，透光率均匀性，可改善电加热防冰防雾性能，提高电加热防冰防雾使用寿命。可通过不同膜层的膜层厚度和工艺参数调整，实现膜系的光学控制、电加热性能控制。整个膜系可用于实现低电阻、可见光高透过率的调整，生产过程中，可以根据实际需求，适当调整各层厚度，对颜色、可见光、紫外等透光、反射效果进行调整。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)与传统电加热风挡玻璃相比，本发明的复合式功能层，综合采用了金属金、钛来实现电加热性能，以氧化锆、氧化锌镓、氧化铟锡等化学性能稳定的氧化物共同实现低电阻，保证优异的电加热性能。
(2)电加热功能层由两个不同的金属层和两个中间层组成，可实现低电阻电加热功能，中间层氧化物间距一定的低电阻功能，有效提高电加热性能，内结构层由增加附着力的氧化硅和导电氧化物组成，便于改善膜层颜色和透光率调整，外结构层有耐腐蚀的氧化铟锡和氧化硅组成，耐腐蚀耐磨性优秀，生产成本低、生产工艺过程简单，可综合调整颜色和透光率等性能。
(3)内结构层增加膜层附着力，外结构层采用氧化铟锡和氧化硅，共同实现耐腐蚀、耐摩擦性能，同时可用于光学参数调整及颜色等控制。本发明采用内结构层、电加热功能层、外结构层的复合形式，内结构层以氧化硅为底层，结合具有导电特性的氧化锆氧化锌镓层，在提高膜层附着力的同时，兼具一定程度的电加热性能，且对膜层颜色有一定调整能力。
附图说明
图1为本发明的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的示意图；
其中，1玻璃基片，21第一氧化硅层，22氧化铌层，23第一氧化锌镓层，31金属金层，32第二氧化锌镓层，33氧化锌铝层，34金属钛层，41氧化铟锡层，42第二氧化硅层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明的一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜包括玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜由内向外方向依次为玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层。
内结构层用于阻止风挡有机玻璃基底中的杂质进入功能层影响电加热效果，同时增加膜层附着力并具备一定的导电能力，有利于提高防冰防雾性能。外结构层对膜层提供保护作用，提高膜层耐候性和寿命，并满足足够的机械性能。
所述内结构层由内向外依次为第一氧化硅层21、氧化铌层22和第一氧化锌镓层23。
内结构层用于阻止风挡有机玻璃基底中的杂质进入功能层影响电加热效果，同时增加膜层附着力并具备一定的导电能力，有利于提高防冰防雾性能。外结构层对膜层提供保护作用，提高膜层耐候性和寿命，并满足足够的机械性能。
所述第一氧化硅层21的膜层厚度为20nm，所述氧化铌层22的膜层厚度为23nm，所述第一氧化锌镓层23的膜层厚度为16nm。
所述电加热功能层由内向外依次为金属金层31、第二氧化锌镓层32、氧化锌铝层33和金属钛层34。
电加热功能层采用两层金属层和两层导电氧化物层，共同实现电加热膜层，可根据需求自主调整膜层电加热性能、可见光透光率、颜色柔和度等；两个金属功能层金层和钛层实现低电阻电加热功能，氧化锌镓层和氧化锌铝层为中间过渡层，并具备一定的电加热功能，可进一步降低电阻；
所述的金属金层31的膜层厚度为7nm，所述的第二氧化锌镓层32的膜层厚度为20nm，所述的氧化锌铝层33的膜层厚度为20nm，所述的金属钛层34的膜层厚度为9nm。
所述外结构层由内向外依次为氧化铟锡层41和第二氧化硅层42。
外结构层对膜层提供保护作用，提高膜层耐候性和寿命，并满足足够的机械性能。外结构层的两者结合可提高膜层耐腐蚀能力，保护功能膜层，并具备一定的耐摩擦性能，膜层致密；外结构层综合采用化学性能稳定的氧化铟锡和氧化硅，为整体膜层提供化学保护，并保证优秀的机械性能，氧化铟锡也具有导电性，可辅助提高电加热性能。
所述氧化铟锡层41的膜层厚度为28nm，所述第二氧化硅层42的膜层厚度为135nm。
本发明所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)开启镀膜设备真空泵系统，先使各腔室达到本底真空要求：缓冲室真空度<0.1Pa、镀膜室真空度<1×10-3Pa；镀膜设备外部环境为室温23℃、湿度<45％、洁净度十万级以上，镀膜设备内部溅射气压维持在0.2Pa、冷却水温度保持在15℃；
(2)飞机玻璃基片经过清洗后，以卧式或立式方式进入镀膜设备，缓冲室气压维持在0.1Pa，充入氩气，同时镀膜室气压维持为0.5Pa，根据所镀膜层充入氧气；
(3)将玻璃基片待镀膜面正对靶面，连续开启阴极中频或直流电源，等离子体稳定后依次在基片表面上沉积内结构层、电加热功能层、外结构层；所述工艺气体为氧气或氮气；所述电源为中频或直流电源，采用的恒功率为2kw或恒电流为38A；
(4)镀膜结束后，基底经过缓冲室、出膜室，镀膜过程中基片传输速度保持平稳均匀，速度为0.6m/min。制得用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜。方块电阻在7.8欧姆/□左右，透光率80.5％。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：本发明的一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，所述第一氧化硅层21的膜层厚度为40nm，所述氧化铌层22的膜层厚度为20nm，所述第一氧化锌镓层23的膜层厚度为12nm。
所述的金属金层31的膜层厚度为10nm，所述的第二氧化锌镓层32的膜层厚度为25nm，所述的氧化锌铝层33的膜层厚度为25nm，所述的金属钛层34的膜层厚度为8nm。
所述氧化铟锡层41的膜层厚度为30nm，所述第二氧化硅层42的膜层厚度为120nm。
本发明所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，包括如下步骤：
在步骤(1)中，开启镀膜设备真空泵系统，先使各腔室达到本底真空要求：缓冲室真空度<0.1Pa、镀膜室真空度<1×10-3Pa；镀膜设备外部环境为室温18℃、湿度<45％、洁净度十万级以上，镀膜设备内部溅射气压维持为0.45Pa、冷却水温度保持在20℃；
在步骤(2)中，飞机玻璃基片经过清洗后，以卧式或立式方式进入镀膜设备，缓冲室气压维持在1.1Pa，充入氩气，同时镀膜室气压维持为0.15Pa，根据所镀膜层充入氧气；
在步骤(3)中，将玻璃基片待镀膜面正对靶面，连续开启阴极中频或直流电源，等离子体稳定后依次在基片表面上沉积内结构层、电加热功能层、外结构层；所述工艺气体为氧气或氮气；所述电源为直流电源，采用的恒功率为25kw或恒电流为30A；
在步骤(4)中，镀膜结束后，基底经过缓冲室、出膜室，镀膜过程中基片传输速度保持平稳均匀，速度为2.6m/min。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：本发明的一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，所述第一氧化硅层21的膜层厚度为50nm，所述氧化铌层22的膜层厚度为15nm，所述第一氧化锌镓层23的膜层厚度为18nm。
所述的金属金层31的膜层厚度为8nm，所述的第二氧化锌镓层32的膜层厚度为18nm，所述的氧化锌铝层33的膜层厚度为35nm，所述的金属钛层34的膜层厚度为12nm。
所述氧化铟锡层41的膜层厚度为32nm，所述第二氧化硅层42的膜层厚度为155nm。
本发明所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，包括如下步骤：
在步骤(1)中，开启镀膜设备真空泵系统，先使各腔室达到本底真空要求：缓冲室真空度<0.1Pa、镀膜室真空度<1×10-3Pa；镀膜设备外部环境为室温28℃、湿度<45％、洁净度十万级以上，镀膜设备内部溅射气压维持在0.55Pa、冷却水温度保持在28℃；
在步骤(2)中，飞机玻璃基片经过清洗后，以卧式或立式方式进入镀膜设备，缓冲室气压维持在1.5Pa，充入氩气，同时镀膜室气压维持为0.75Pa，根据所镀膜层充入氧气；
在步骤(3)中，将玻璃基片待镀膜面正对靶面，连续开启阴极中频或直流电源，等离子体稳定后依次在基片表面上沉积内结构层、电加热功能层、外结构层；所述工艺气体为氧气或氮气；所述电源为中频电源，采用的恒功率为35kw或恒电流为2A；
在步骤(4)中，镀膜结束后，基底经过缓冲室、出膜室，镀膜过程中基片传输速度保持平稳均匀，速度为3.5m/min。
尽管本文较多地使用了1玻璃基片，21第一氧化硅层，22氧化铌层，23第一氧化锌镓层，31金属金层，32第二氧化锌镓层，33氧化锌铝层，34金属钛层，41氧化铟锡层，42第二氧化硅层等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，其特征在于：所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜包括玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层，所述用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜由内向外方向依次为玻璃基片、内结构层、电加热功能层和外结构层；所述玻璃基片为飞机风挡玻璃基片；所述内结构层由内向外依次为第一氧化硅层（21）、氧化铌层（22）和第一氧化锌镓层（23）；所述电加热功能层由内向外依次为金属金层（31）、第二氧化锌镓层（32）、氧化锌铝层（33）和金属钛层（34）；所述外结构层由内向外依次为氧化铟锡层（41）和第二氧化硅层（42）。
2.根据权利要求1所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，其特征在于：所述第一氧化硅层（21）的膜层厚度为20～50nm，所述氧化铌层（22）的膜层厚度为15～23nm，所述第一氧化锌镓层（23）的膜层厚度为12～18nm。
3.根据权利要求1所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，其特征在于：所述的金属金层（31）的膜层厚度为7～10nm，所述的第二氧化锌镓层（32）的膜层厚度为18～25nm，所述的氧化锌铝层（33）的膜层厚度为20～35nm，所述的金属钛层（34）的膜层厚度为8～12nm。
4.根据权利要求1所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜，其特征在于：所述氧化铟锡层（41）的膜层厚度为28～32nm，所述第二氧化硅层（42）的膜层厚度为120～155nm。
5.权利要求1至4任一项所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）开启镀膜设备真空泵系统，先使各腔室达到本底真空要求：缓冲室真空度<0.1Pa、镀膜室真空度<1×10-3Pa；镀膜设备外部环境为室温18～28℃、湿度<45%、洁净度十万级以上，镀膜设备内部溅射气压维持在0.2Pa～0.55Pa、冷却水温度保持在15～28℃之间；
（2）飞机玻璃基片经过清洗后，以卧式或立式方式进入镀膜设备，缓冲室气压维持在0.1~1.5Pa，充入氩气，同时镀膜室气压维持在0.15~0.75Pa之间；
（3）将玻璃基片待镀膜面正对靶面，连续开启阴极中频或直流电源，等离子体稳定后依次在基片表面上沉积内结构层、电加热功能层、外结构层；
（4）镀膜结束后，基底经过缓冲室、出膜室，镀膜过程中基片传输速度保持平稳均匀，制得用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜。
6.根据权利要求5所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，根据所述镀膜层充入氧气。
7.根据权利要求6所述的用于飞机风挡玻璃防冰防雾的电加热膜的制备方法，其特征在于：在步骤（3）中，工艺气体为氧气或氮气；所述电源为中频或直流电源，采用的恒功率为2~35kW或恒电流为2~38A；在步骤（4）中，速度范围为0.6~3.5m/min。
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