CN109704597A - 一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃及其制备方法，玻璃包括基板，基板的表面上设有复合膜层，复合膜层由内之外依序包括内层、过渡层和外层，其特征在于：所述内层为ZnO层，所述过渡层包括从内至外设置的第一过渡层和第二过渡层，第一过渡层为30wt%SiC+70wt%ZnO层，第二过渡层为50wt%SiC+50wt%ZnO层，所述外层为SiC层。本发明的玻璃具有良好的耐磨损、减反射、透明隔热性能，同时膜层间的结合强度高。

Description

一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃及其制备方法。

背景技术

人类社会目前正在飞速发展，快速发展的同时也带来了能源的巨大消耗，提高能源的利用率正成为人们关注的一个焦点。低辐射镀膜玻璃自80年代问世以来，发展至今，虽然时间不长，但性能已大为改进，生产技术也日趋成熟。由于低辐射镀膜玻璃优异的节能效果，使其在欧美及日本等发达国家得到广泛的应用，年使用量的增长率高于20％。在国际市场上，需求量正在增长的低辐射玻璃，除用于建筑门窗及玻璃幕墙以外，另一个不可忽视的市场就是用于汽车的阳光热控的低辐射玻璃。低辐射玻璃具有节能隔热性的新型涂料，其分散稳定性，耐水、耐溶剂性好，透明隔热涂料在功能、使用性能和环境保护等方面还存在一些问题。随着社会对绿色、环保、节能的日益重视，人们对玻璃的透明和隔热性能也提出了越来越高的要求。普通玻璃虽然透明性好，但是隔热效果不佳，造成了很大的能量损失和能源消耗。透明隔热涂料因其具有良好的隔热作用和高的可见光透过率，能起到很好的节能效果，具有极高的应用价值和广阔的市场前景，因而越来越受到人们的关注。因此，研究和开发新型隔热涂料是一个重要的研究课题。

半导体纳米材料涂料技术因其符合环保、节能、清洁生产理念而日益为人们所关注。半导体纳米材料隔热涂料涂施于基材表面可有效降低基材内部温度，并对基材有良好的保护作用。透明隔热涂料是一种对可见光具有高透过性、对红外线或热辐射具有较好的反射性(或阻隔性)的涂料，该涂料主要由对太阳光具有光谱选择性。ZnO作为新一代抗辐射、高频、大功率和高密度紫外发光器件和光探测器件的重要候选材料，引起了人们的广泛关注和深入研究。然而，ZnO通常包含着各种本征缺陷，例如Zn空位、填隙Zn，O空位、填隙O和反位O，这些本征缺陷很大程度上会影响ZnO薄膜的发光特性。普通的透明浮法玻璃、吸热玻璃、阳光控制玻璃的远红外反射率较小，仅在11％左右，不足以满足要求，因此，低辐射玻璃应运而生，它是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品，具有对可见光高透过而对中远红外线(2.5～40μm)高反射的特性，从而具有良好的透光性和优异的隔热效果。目前现有技术中的各种镀膜玻璃不能兼具有良好的增透性、耐磨性和隔热性。多层复合镀膜玻璃是一种兼有良好的透明隔热效果，并且成本在市场可承受范围内的透明隔热涂料，不仅具有重要的理论意义，而且具有广阔的应用价值和市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜层结合强度大、耐磨损、减反射、透明隔热玻璃及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，包括基板，基板的表面上设有复合膜层，复合膜层由内之外依序包括内层、过渡层和外层，所述内层为ZnO层，所述过渡层包括从内至外设置的第一过渡层和第二过渡层，第一过渡层为30wt％SiC+70wt％ZnO层，第二过渡层为50wt％SiC+50wt％ZnO层，所述外层为SiC层。

所述ZnO层的厚度为30-80nm。

所述30wt％SiC+70wt％ZnO层为10-25nm。

所述50wt％SiC+50wt％ZnO层为10-25nm。

所述SiC层为50-100nm。

所述基板的厚度为3-9mm。

本发明耐磨损、减反射、透明隔热玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)对基板进行表面处理；

2)制备内层：将基板送入镀膜室，采用射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气作为保护气体，ZnO为靶，ZnO靶电流4-8A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶与基板间距离为40-80mm；

3)制备第一过渡层：继续射频磁控溅射形成30wt％SiC+70wt％ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气作为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流4-8A，SiC靶电流1-2A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为40-80mm；

4)制备第二过渡层：继续射频磁控溅射形成50wt％SiC+50wt％ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流4-8A，SiC靶电流4-8A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为40-80mm；

5)制备外层：继续射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气作为保护气体，SiC为靶，ZnO靶电流4-8A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶与基板间距离为40-80mm。

步骤1)中对基板进行表面处理的步骤：将基板依次在去离子水、乙醇中分别超声清洗30min，然后用氮气吹干。

其中SiC层具有折射率高，化学性质稳定，膜层附着力强，能与玻璃基板表面产生良好的结合，耐磨性好等特点，同时是理想的减反射材料；在红外光区有高的阻隔率，在可见光区有高的透过率，在紫外区有高的吸收率，具有理想的透明隔热特性。

另外，ZnO层具有高透性，强抗辐射性能，稳定的化学性能，低电阻能有效抑制静电，以及良好的透明隔热性能。

本发明采用以上技术方案具有以下技术效果：

1、本发明由于使用了SiC多层复合玻璃薄膜层作为玻璃强化层，提高了膜层与基板表面的附着力，玻璃表面硬度大，其硬度值可达到1000HV，耐磨性好。由于表面使用多层复合玻璃强化薄膜层，一是具有很好的热阻隔性能，减少了外界热源环境对透明玻璃的影响；二是由于多层复合玻璃强化层，使得玻璃强化薄膜变得更加稳定，透明隔热优良。本发明的耐磨损，减反射透明隔热玻璃可以用于包括建筑的玻璃窗户、玻璃天窗、玻璃幕墙、家庭浴室镜子、汽车挡风玻璃、后视镜、后景玻璃、眼镜片等。

2、本发明的多层复合膜层相邻两个膜层间均有相同的成分进行过渡，采用真空磁控溅射法制得，相比于半导体单层膜，可以有效提高复合膜层与玻璃表面的附着力以及膜层间的结合强度，同时兼有调节膜系光学性能的作用。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，包括基板1，基板1的表面上设有复合膜层，复合膜层由内之外依序包括内层2、过渡层和外层5，所述内层为ZnO层，所述过渡层包括从内至外设置的第一过渡层3和第二过渡层4，第一过渡层3为30wt％SiC+70wt％ZnO层，第二过渡层4为50wt％SiC+50wt％ZnO层，所述外层5为SiC层。

其中，基板的厚度为3-9mm；ZnO层的厚度为30-80nm；30wt％SiC+70wt％ZnO层为10-25nm；50wt％SiC+50wt％ZnO层为10-25nm；SiC层为50-100nm。

实施例1：本发明耐磨损、减反射、透明隔热玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)对基板进行表面处理：将基板依次在去离子水、乙醇中分别超声清洗30min，然后用氮气吹干。

2)制备内层：将基板送入镀膜室，采用射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率100W，Ar气作为保护气体，ZnO为靶，ZnO靶电流4A，Ar气体流量100sccm，基板公转2rpm，溅射时间为10min，ZnO靶与基板间距离为40mm；

3)制备第一过渡层：继续射频磁控溅射形成30wt％SiC+70wt％ZnO层(SiC与ZnO的质量比为：30wt％：70wt％)，用直流电源，溅射功率100W，Ar气作为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流4A，SiC靶电流1A，Ar气体流量100sccm，基板公转2rpm，溅射时间为10min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为40mm；

4)制备第二过渡层：继续射频磁控溅射形成50wt％SiC+50wt％ZnO层(SiC与ZnO的质量比为：50wt％：50wt％)，用直流电源，溅射功率100W，Ar气为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流4A，SiC靶电流4A，Ar气体流量100sccm，基板公转2rpm，溅射时间为10min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为40mm；

5)制备外层：继续射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率100W，Ar气作为保护气体，SiC为靶，ZnO靶电流4A，Ar气体流量100sccm，基板公转2rpm，溅射时间为10min，ZnO靶与基板间距离为40mm。

实施例2：本发明耐磨损、减反射、透明隔热玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)对基板进行表面处理：将基板依次在去离子水、乙醇中分别超声清洗30min，然后用氮气吹干。

2)制备内层：将基板送入镀膜室，采用射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率200W，Ar气作为保护气体，ZnO为靶，ZnO靶电流8A，Ar气体流量200sccm，基板公转4rpm，溅射时间为30min，ZnO靶与基板间距离为80mm；

3)制备第一过渡层：继续射频磁控溅射形成30wt％SiC+70wt％ZnO层(SiC与ZnO的质量比为：30wt％：70wt％)，用直流电源，溅射功率200W，Ar气作为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流8A，SiC靶电流2A，Ar气体流量200sccm，基板公转4rpm，溅射时间为30min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为80mm；

4)制备第二过渡层：继续射频磁控溅射形成50wt％SiC+50wt％ZnO层(SiC与ZnO的质量比为：50wt％：50wt％)，用直流电源，溅射功率200W，Ar气为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流8A，SiC靶电流8A，Ar气体流量200sccm，基板公转4rpm，溅射时间为30min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为80mm；

5)制备外层：继续射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率200W，Ar气作为保护气体，SiC为靶，ZnO靶电流8A，Ar气体流量200sccm，基板公转4rpm，溅射时间为30min，ZnO靶与基板间距离为80mm。

实施例3：本发明耐磨损、减反射、透明隔热玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)对基板进行表面处理：将基板依次在去离子水、乙醇中分别超声清洗30min，然后用氮气吹干。

2)制备内层：将基板送入镀膜室，采用射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率150W，Ar气作为保护气体，ZnO为靶，ZnO靶电流6A，Ar气体流量150sccm，基板公转3rpm，溅射时间为20min，ZnO靶与基板间距离为60mm；

3)制备第一过渡层：继续射频磁控溅射形成30wt％SiC+70wt％ZnO层(SiC与ZnO的质量比为：30wt％：70wt％)，用直流电源，溅射功率150W，Ar气作为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流6A，SiC靶电流1.5A，Ar气体流量150sccm，基板公转3rpm，溅射时间为20min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为60mm；

4)制备第二过渡层：继续射频磁控溅射形成50wt％SiC+50wt％ZnO层(SiC与ZnO的质量比为：50wt％：50wt％)，用直流电源，溅射功率150W，Ar气为保护气体，ZnO及SiC为靶，ZnO靶电流6A，SiC靶电流6A，Ar气体流量150sccm，基板公转3rpm，溅射时间为20min，ZnO靶及SiC靶与基板间距离均为60mm；

5)制备外层：继续射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率150W，Ar气作为保护气体，SiC为靶，ZnO靶电流6A，Ar气体流量150sccm，基板公转3rpm，溅射时间为20min，ZnO靶与基板间距离为60mm。

为了验证本发明制备方法制得的一种耐磨，减反射，透明隔热复合膜层，对上述各实施例中复合膜层进行性能测试，可知，本发明复合膜层与现有传统类碳化硅层薄膜为对比，进行工艺，硬度，耐磨损，微结构，应力检测，附着性测试结果如下表：

Claims (8)

1.一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，包括基板，基板的表面上设有复合膜层，复合膜层由内之外依序包括内层、过渡层和外层，其特征在于：所述内层为ZnO层，所述过渡层包括从内至外设置的第一过渡层和第二过渡层，第一过渡层为30wt%SiC+70wt%ZnO层，第二过渡层为50wt%SiC+50wt%ZnO层，所述外层为SiC层。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，其特征在于：所述ZnO层的厚度为30-80nm。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，其特征在于：所述30wt%SiC+70wt%ZnO层为10-25nm。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，其特征在于：所述50wt%SiC+50wt%ZnO层为10-25nm。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，其特征在于：所述SiC层为50-100nm。

6.根据权利要求1所述的一种耐磨损、减反射、透明隔热玻璃，其特征在于：所述基板的厚度为3-9mm。

7.根据权利要求1所述的玻璃的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

1)对基板进行表面处理；

2）制备内层：将基板送入镀膜室，采用射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气作为保护气体，ZnO为靶，ZnO靶电流4-8A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶与基板间距离为40-80mm；

3）制备第一过渡层：继续射频磁控溅射形成30wt%SiC+70wt%ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气作为保护气体，ZnO及 SiC为靶，ZnO靶电流4-8A，SiC靶电流1-2A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶及 SiC靶与基板间距离均为40-80mm；

4）制备第二过渡层：继续射频磁控溅射形成50wt%SiC+50wt%ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气为保护气体，ZnO及 SiC为靶，ZnO靶电流4-8A，SiC靶电流4-8A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶及 SiC靶与基板间距离均为40-80mm；

5）制备外层：继续射频磁控溅射形成ZnO层，用直流电源，溅射功率100-200W，Ar气作为保护气体，SiC为靶，ZnO靶电流4-8A，Ar气体流量100-200sccm，基板公转2-4rpm，溅射时间为10-30min，ZnO靶与基板间距离为40-80mm。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中对基板进行表面处理的步骤：将基板依次在去离子水、乙醇中分别超声清洗30min，然后用氮气吹干。