CN107471785A - 一种高性能双银低辐射节能玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能双银低辐射节能玻璃，属于环保节能建筑材料领域，该节能玻璃膜层结构依次为：玻璃基片、第一层打底层氮化硅层、第二层种子层氧化锌层、第三层功能层银层、第四层保护层镍镉层、第五层介质层氮化硅层、第六层介质层氧化锌锡层、第七层种子层氧化锌层、第八层功能层银层、第九层保护层镍镉层、第十层介质层氧化锌铝层、第十一层氮化硅层、第十二层保护层石墨层。该节能玻璃通过对玻璃基片上镀制膜层材料和膜层厚度设置，可以实现室外反射灰色和蓝色调颜色，同时可见光透过在42%～60%之间。所得产品性能优良，遮阳系数小于0.3，选择系数大于1.4，非常适用于长年环境温度较高，平均日照强烈的气候炎热地区。
Description
技术领域
本发明涉及环保节能建筑材料领域，具体涉及一种高性能双银低辐射节能玻璃。
背景技术
低辐射镀膜玻璃(“Low-E”玻璃)是一种对波长4.5～25um的红外线有较高反射比的镀膜玻璃。这种镀膜玻璃对可见光具有高透光性，保证了室内的采光，又对远红外光具有高反射性，从而做到阻止玻璃吸收室外热量再产生热辐射将热量传入室内，又将室内物体产生的热量反射回来，达到降低玻璃的热辐射通过量的目的。从而实现降低建筑物供暖制冷的能耗。
Low-E玻璃的性能主要靠可见光透过率、遮阳系数以及选择系数来衡量。其中：遮阳系数，玻璃遮挡或抵御太阳光能的能力，英文为Shading Coefficient，实际通过玻璃的热量与通过厚度为3mm厚标准玻璃的热量与的比值；选择系数，镀膜玻璃选择系数是国家承认的，在玻璃行业里面衡量玻璃节能型的重要指标。选择系数＝透过率/遮阳系数。所以，如果low-e玻璃的遮阳系数越低，可见光透过率越高，其节能性就越好。常见单银low-E节能玻璃的选择系数为1.0～1.2，双银low-E节能玻璃的选择系数为1.2～1.5。
现有双银低辐射节能玻璃，由于其不能实现钢化后使用，导致在部分建筑中的弯弧部分无法使用，在一定程度上限制了产品的使用；另外，不可钢化的双银低辐射节能玻璃，只能够先切磨钢后再进行镀膜，由于不同工程产品尺寸 各不相同，致使在生产时，无法实现镀膜设备装载率最大化，导致设备能耗较高；再者，不可钢化的双银低辐射节能玻璃，只能在原厂合完中空后，再运输至安装地，运输成本较高。
中国专利申请CN202344955U与CN202671425U分别公开了两种可钢化双银低辐射镀膜玻璃，虽然都能够满足异地加工使用要求，但是两者都属于高透可钢化双银技术，产品可见光透过率大于60％，高透型产品一般适用于北方寒冷地区，对于气候炎热地区则不太适用。已公布的技术方案尚无低透过率高性能遮阳型，且室外反射色呈灰色或蓝灰色调的可钢化双银产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高性能双银低辐射镀膜玻璃，该节能玻璃可以实现室外反射灰色和蓝色调颜色，同时可见光透过率在42％～60％之间。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种低辐射镀膜玻璃，其特征在于，该玻璃膜层结构依次为：玻璃基片、第一层打底层氮化硅层、第二层种子层氧化锌层、第三层功能层银层、第四层保护层镍镉层、第五层介质层氮化硅层、第六层介质层氧化锌锡层、第七层种子层氧化锌层、第八层功能层银层、第九层保护层镍镉层、第十层介质层氧化锌铝层、第十一层氮化硅层、第十二层保护层石墨层。
进一步地，低辐射镀膜玻璃采用离线磁控溅射或原子沉积技术镀膜制成。
进一步地，第一层打底层氮化硅层的厚度在5nm到10nm之间，第五层介质层氮化硅层厚度在25nm到40nm之间，第十一层氮化硅层厚度在25nm到 35nm之间。在本方案中，根据不同实例的需要，氮化硅层可以是按照化学计量比的Si3N4，也可以是含有富裕Si类型的氮化硅层。镀膜玻璃在钢化时，温度可以达到600℃至700℃，因此，含有自由Si的氮化硅层可以阻挡玻璃中Na离子的迁移，从而避免因Na离子迁移对功能层Ag层产生的破坏作用。在本方案中，氮化硅层含有0～10wt％比例的铝(Al)元素，氮化层的沉积通过Si靶或者SiAl在氩气和氮气气氛条件下溅射生成。
进一步地，第二层种子层氧化锌层的厚度在8nm到15nm之间，第七层种子层氧化锌层厚度在5nm到15nm之间。氧化锌可以提高整个膜层的平整度，以便于功能层Ag的沉积生长，平整连续的Ag层有助于提高整个膜层的红外反射率，减低膜层的面电阻。在本方案中实现的氧化锌层含有1～10wt％的Al元素，Al元素的加入有助于对功能层Ag层的保护，防止其在加热过程中发生氧化，同时可以降低膜层面电阻。上述氧化锌层通过含Al元素的Zn金属在氩气和氧气氛围下溅射生成。
进一步地，第三层功能层银层的厚度在15nm到25nm之间，第八层功能层银层的厚度在5nm到15nm之间。此厚度范围内的银膜能形成连续膜，并且透明，这样能允许大部分的可见光透过，并能反射掉大多数的红外光。为了保证功能层Ag的效果，在Ag层上必须生长一层保护层。
进一步地，第四层保护层镍镉层的厚度在1nm到5nm之间，第九层保护层镍镉层的厚度在1nm到5nm之间。保护层通常位于Ag层之上，介于功能层Ag和介质层SiNx之间，本方案中的保护层为NiCr或者NiCrNx，该层不仅能够保护Ag在玻璃钢化加热过程中免受氧化，还有一定的吸收作用，在产品颜色调节上起到一定的作用。保护层通过NiCr合金靶材在纯氩气分为下进行溅射沉积，Ni 和Cr的比例可以任意，含N的保护层的溅射在氩气和氮气分为下进行溅射，NiCrNx膜层中N元素的含量为0～12wt％。
进一步地，第六层介质层氧化锌锡层的厚度范围在40nm到65nm之间。玻璃在钢化炉高温受热时，氧化锌锡可以有效的提高膜层颜色的稳定性。氧化锌锡层通过ZnSn合金靶在氩气和氧气氛围下进行溅射，Zn和Sn的比例为50∶50。
进一步地，第十层介质层氧化锌铝层的厚度范围在2nm到10nm之间。氧化锌铝，俗称AZO，是一种透明导电氧化物。在膜层中增加氧化锌铝，不仅可以保护产品在钢化加热过程中免受氧气的侵蚀作用，同时还能提升膜层的整体导电率，降低膜层的阻抗，提升膜层的红外反射效果。
进一步地，第十二层保护层石墨层的厚度在3nm到10nm之间。石墨具有良好的润滑作用，将石墨镀制在膜层最上层，可以有效提高膜层的机械性能，防止在运输、加工过程中膜面产生划伤。
上述双银镀膜低辐射玻璃中由于有2个单银膜系叠加在一起，使膜层的辐射率更低，同时也使可见光的透过率有所降低。第三层和第八层功能层银层控制整个膜系的表面电阻，决定膜系的辐射率，并直接影响膜系的透射比和反射比，银层可以反射掉大部分太阳能中的热辐射，起到低辐射节能效果。但由于银膜质软，不耐磨，且与玻璃基体的结合程度也较差，通常在银膜两侧加介质膜。第一层打底介质层提高膜层对玻璃基片表面的附着力；第二层和第七层种子层氧化锌层主要作用是保护膜层；第四层和第九层保护层镍镉层作为在功能层银层与外层介质层之间的阻挡层，能够阻止银层氧化并提高银层与外层介质层的膜层结合力，防止银层在溅射过程中凝结成块，使银层连续化，同时可以有效的提高膜层的化学和机械稳定性；第六层介质层氧化锌锡层作为银层内侧 介质层，能够提高功能层银层与玻璃基片表面的结合强度，同时兼有调节膜系光学性能和颜色的作用；第十层介质层氧化锌铝层作为银层外层介质膜，既是减反射膜也是保护膜，在可见光和近红外太阳能光谱中起减反射作用，以提高此波长范围内的太阳光透射比，同时保护银膜不被氧化，提高膜系的物化性能；第五层和第十一层介质层氮化硅层能够提高膜层的机械性能，可有效防止划伤，而且具有较高的折射率；第十二层保护层石墨层利用石墨良好的润滑特性，可以有效的避免产品在运输和加工过程中膜面产生的损伤。
采用上述顺序膜层镀制的低辐射玻璃，调节膜层厚度，可以改变膜层之间对可见光的透射、吸收和反射比例。光学原理已知不同厚度的薄膜材料组合时，可以使可见光通过膜层后，反射光发生干涉现象。发明人在不经意间发现选用上述膜层材料，按照一定的顺序进行镀膜，在上述膜层厚度范围内，调节薄膜的厚度，能够使各个波长段的自然光得到适宜的反射、透射比，玻璃表现出时尚的蓝灰外观。
与现有技术相比，本发明通过将不同膜层材料进行组合和膜层厚度设置，可以实现室外反射灰色和蓝色调颜色，钢化后室外反射色a*(代表红绿程度，其值越负，颜色越绿，反之则越红)在-2～-5之间，室外反射b*(代表黄蓝程度，其值越负，颜色越蓝，反之则越黄)在-2～-14之间。同时可见光透过率在42％～60％之间。所得产品性能优良，遮阳系数小于0.3，选择系数大于1.4。同时，顶层保护层增加石墨C，利用石墨良好的润滑特性，可以有效的避免产品在运输和加工过程中膜面产生的损伤。
附图说明：
图1为本发明所述高性能可钢化双银低辐射镀膜玻璃的结构图。
图中标记：1-玻璃基片，2-第一层打底层氮化硅层，3-第二层种子层氧化锌层，4-第三层功能层银层，5-第四层保护层镍镉层，6-第五层介质层氮化硅层和第六层介质层氧化锌锡层的组合层，7-第七层种子层氧化锌层，8-第八层功能层银层，9-第九层保护层镍镉层，10-第十层介质层氧化锌铝层和第十一层氮化硅层的组合层，11-第十二层保护层石墨层。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
利用真空离线磁控溅射镀膜设备，在6mm优质浮法玻璃基片上，由内到外依次镀制7nm氮化硅层、9nm氧化锌层、17nm银层、3nm镍铬层、29nm氮化硅层、40nm氧化锌锡层、10nm氧化锌层、12nm银层、3nm镍铬层，5nm陶瓷氧化锌铝层、28nm氮化硅层和5nm石墨层。
实施例2
利用真空离线磁控溅射镀膜设备，在6mm优质浮法玻璃基片上，由内到外依次镀制12nm氮化硅层、10nm氧化锌层、17nm银层、3nm氮化镍铬层、29nm氮化硅层、39nm氧化锌锡层、10nm氧化锌层、7nm银层、3nm镍铬层，5nm陶瓷氧化锌铝层、29nm氮化硅层和5nm石墨层。
对比例1
利用真空离线磁控溅射镀膜设备，在6mm优质浮法玻璃基片上，由内到 外依次镀制16nm氮化硅层、10nm氧化锌层、7nm银层、4nm氧化锌铝层、70nm氧化锌锡层、7nm氧化锌层、21nm银层、4nm镍铬层、31nm氮化硅层。
对比例2
利用真空离线磁控溅射镀膜设备，在6mm优质浮法玻璃基片上，由内到外依次镀制27nm氮化硅层、8nm氧化锌层、5.5nm银层、1.5nm镍铬层、24nm氮化硅层、37nm氧化锌锡层、7nm氧化锌层、12nm银层、5nm镍铬层，4nm陶瓷氧化锌铝层、37nm氮化硅层。
性能测试
按照GB/T18915.1-2002测定上述实施例及对比例制得低辐射玻璃钢化后的光学参数，进行对比，结果见表1。(a*和b*代表色度坐标，其中a*代表红-绿轴，b*代表黄-蓝轴)：表1：
从表1可以看出，本发明实施例1和2制备的钢化后的双银镀膜低辐射玻璃，相较对比例1和2制备的低辐射玻璃，在透光率和选择系数光学参数上有一定提升，同时其遮阳系数较小，能够更好地阻挡阳光热量向室内直接辐射热量。实施例1制备的双银镀膜低辐射玻璃钢化后其颜色值为L*58.61，a*-2.02，b*-3.37，可以向室外反射灰色调。实施例2制备的双银镀膜低辐射玻璃钢化后其颜色值为L*54.44，a*-3.41，b*-12.03，可以向室外反射亮丽的蓝色调。
Claims (9)
1.一种低辐射镀膜玻璃，其特征在于，该玻璃膜层结构依次为：玻璃基片、第一层打底层氮化硅层、第二层种子层氧化锌层、第三层功能层银层、第四层保护层镍镉层、第五层介质层氮化硅层、第六层介质层氧化锌锡层、第七层种子层氧化锌层、第八层功能层银层、第九层保护层镍镉层、第十层介质层氧化锌铝层、第十一层氮化硅层、第十二层保护层石墨层。
2.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述低辐射镀膜玻璃采用离线磁控溅射或原子沉积技术镀膜制成。
3.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第一层打底层氮化硅层的厚度在5nm到10nm之间，第五层介质层氮化硅层厚度在25nm到40nm之间，第十一层氮化硅层厚度在25nm到35nm之间。
4.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第二层种子层氧化锌层的厚度在8nm到15nm之间，第七层种子层氧化锌层厚度在5nm到15nm之间。
5.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第三层功能层银层的厚度在15nm到25nm之间，第八层功能层银层的厚度在5nm到15nm之间。
6.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第四层保护层镍镉层的厚度在1nm到5nm之间，第九层保护层镍镉层的厚度在1nm到5nm之间。
7.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第六层介质层氧化锌锡层的厚度范围在40nm到65nm之间。
8.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第十层介质层氧化锌铝层的厚度范围在2nm到10nm之间。
9.根据权利要求1所述低辐射镀膜玻璃，其特征在于，所述第十二层保护层石墨层的厚度在3nm到10nm之间。
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