CN109913847A - Low-e玻璃真空磁控溅射镀膜生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LOW‑E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，包括依次连接的上片区、进口腔室、进口缓冲腔室、进口传送腔室、溅射腔室、出口传送腔室、出口缓冲腔室、出口腔室、质检腔室和卸片区，所述上片区、进口腔室、进口缓冲腔室、进口传送腔室、溅射腔室、出口传送腔室、出口缓冲腔室、出口腔室和卸片区内均设有依次连接的传动台，所述质检腔室内设有镀膜质检区和质检系统，所述出口腔室内传动台与镀膜质检台相连。本发明提供的LOW‑E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线能够实现各类镀膜的大批量、低成本生产，而且溅射沉积速率高，工艺通用性强，特别适合大规模工业化生产。

Description

LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线

技术领域

本发明涉及LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，属于真空镀膜技术领域。

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玻璃脱颖而出，成为人们关注的焦点。

Low-E玻璃又称低辐射玻璃，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。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，具有以下明显优势：

(一)优异的热性能

外门窗玻璃的热损失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50％以上。有关研究资料表明，玻璃内表面的传热以辐射为主，占58％，这意味着要从改变玻璃的性能来减少热能的损失，最有效的方法是抑制其内表面的辐射。普通浮法玻璃的辐射率高达0.84，当镀上一层以银为基础的低辐射薄膜后，其辐射率可降至0.1以下。因此，用Low-E玻璃制造建筑物门窗，可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递，达到理想的节能效果。

室内热量损失的降低所带来的另一个显著效益是环保。寒冷季节，因建筑物采暖所造成的CO2、SO2等有害气体的排放是重要的污染源。如果使用Low-E玻璃，由于热损失的降低，可大幅减少因采暖所消耗的燃料，从而减少有害气体的排放。

(二)良好的光学性能

Low-E玻璃对太阳光中可见光有高的透射比，可达80％以上，而反射比则很低，这使其与传统的镀膜玻璃相比，光学性能大为改观。从室外观看，外观更透明、清晰，即保证了建筑物良好的采光，又避免了以往大面积玻璃幕墙、中空玻璃门窗光反射所造成的光污染现象，营造出更为柔和、舒适的光环境。

Low-E玻璃的上述特性使得其在发达国家获得了日益广泛的应用。我国是一个能源相对匮乏的国度，能源的人均占有量很低，而建筑能耗已经占全国总能耗的27.5％左右。因此，大力开发Low-E玻璃的生产技术并推广其应用领域，必将带来显著的社会效益和经济效益。

目前国内外主要使用的两种Low-E玻璃生产方法分别如下：

(一)在线高温热解沉积法

在线高温热解沉积法是在浮法玻璃冷却工艺过程中完成的，液体金属或金属粉沫直接喷射到热玻璃表面上，随着玻璃的冷却，金属膜层成为玻璃的一部分。固此，该膜层坚硬耐用。这种方法生产的″Low-E″玻璃具有许多优点：它可以热弯，钢化，不必在中空状态下使用，可以长期储存。它的缺点是热学性能比较差。除非膜层非常厚，否则其″u″值只是溅射法″Low-E″镀膜玻璃的一半。如果想通过增加膜厚来改善其热学性能，那么其透明性就非常差。

(二)离线真空溅射法

真空镀膜技术初现于20世纪30年代，四五十年代开始出现工业应用，工业化大规模生产开始于20世纪80年代，在电子、宇航、包装、装潢、烫金印刷等工业中取得广泛的应用。真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的镀膜，从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰灯许多优于固体材料本身的优越性能，达到提高产品质量、延长产品寿命、节约能源和获得显著技术经济效益的作用。需要镀膜的被称为基片，镀的材料被称为靶材。

磁控溅射是利用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。靶材可选用金属靶和陶瓷靶。磁控溅射制备法具有沉积速率高、基片温度低、成膜黏附性好、易控制、成本低、适合大面积制膜的优点。真空蒸镀就是将需要制成薄膜的物质放于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面上析出。真空蒸镀的装置比较简单，工艺参数较少，易控制薄膜的生长，薄膜中杂质含量低。但真空度的高低直接影响薄膜的结构和性能，真空度低，材料受残余气体分子污染严重，薄膜性能变差，提高衬底温度有利于气体分子的解吸。

离线法生产Low-E玻璃，是目前国际上普遍采用真空磁控溅射镀膜技术。和高温热解沉积法不同，采用溅射法生产工艺中，将玻璃水平放在传送辊上，送入10^-1帕数量级的真空环境中，通入适量的工艺气体(惰性气体Ar或反应气体O₂、N₂)，并保持真空度稳定。将靶材Ag、Si等嵌入阴极，并在与阴极垂直的水平方向置入磁场从而构成磁控靶。以磁控靶为阴极，加上直流或交流电源，在高电压的作用下，工艺气体发生电离，形成等离子体。其中，电子在电场和磁场的共同作用下，进行高速螺旋运动，碰撞气体分子，产生更多的正离子和电子；正离子在电场的作用下，达到一定的能量后撞击阴极靶材，被溅射出的靶材沉积在玻璃基片上形成薄膜。为了形成均匀一致的膜层，阴极靶靠近玻璃表面来回移动。为了取得多层膜，必须使用多个阴极，每一个阴极均是在玻璃表面来回移动，形成一定的膜厚。溅射法工艺生产″Low-E″玻璃，需一层纯银薄膜作为功能膜。纯银膜在二层金属氧化物膜之间。金属氧化物膜对纯银膜提供保护，且作为膜层之间的中间层增加颜色的纯度及光透射度。

目前，国产和绝大部分进口磁控溅射镀膜生产线的目标产品均是以镀制单质膜和金属膜为主的阳光控制膜玻璃。这类产品工艺相对简单，对设备的要求较低。因此，这些生产线不能满足镀制LOW-E玻璃的要求。

随着真空镀膜领域中镀膜技术的日新月异，对镀膜产品的要求也越来越高，因此镀膜生产线也出现越来越多的改进，生产线的要求随之提高，现有技术的镀膜生产线的整体稳定性及镀膜均匀性，生产效率低以及相应的设备成本高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供可立式镀膜的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，包括：依次连接的上片区、进口腔室、进口缓冲腔室、进口传送腔室、溅射腔室、出口传送腔室、出口缓冲腔室、出口腔室、质检腔室和卸片区，所述上片区、进口腔室、进口缓冲腔室、进口传送腔室、溅射腔室、出口传送腔室、出口缓冲腔室、出口腔室和卸片区内均设有依次连接的传动台，所述质检腔室内设有镀膜质检区和质检系统，所述出口腔室内传动台与镀膜质检台相连，所述传动台用于传送镀膜基片，所述镀膜质检台用于检测基片质量，所述溅射腔室包括至少一个镀膜分区，每个镀膜分区设有至少一旋转阴极和/或平面阴极。

优选地，所述镀膜质检区包括至少一真空镀膜基片架、一轨道和传动机构，每个所述真空镀膜基片架均在其对应轨道上往返滑动，所述传动机构与真空镀膜基片架连接并为其提供动力，所述真空镀膜基片架上安装有若干基片孔，真空镀膜基片安装于基片孔内。

优选地，所述镀膜质检区包括两个真空镀膜基片架和两条轨道和传动机构，所述两条轨道贴合且并行安装，每个所述真空镀膜基片架均在其对应轨道上往返滑动，所述质检系统的光源与光电探测器分设于轨道两侧。

优选地，所述真空镀膜基片架顶部水平排列有若干基片孔，所述传动机构设于真空镀膜基片架下部或底部，沿轨道走向安装。

优选地，所述传动机构包括发动机、若干传动件和皮带，所述传动件固定连接于真空镀膜基片架下部，各传动轮之间通过皮带连接。

优选地，所述传动机构包括永磁传动电机、磁导向件和磁传动件，所述永磁传动电机与磁导向件和磁传动件磁性连接，所述磁传动件安装于真空镀膜基片架底部，所述磁导向件安装于轨道内部。

优选地，所述质检系统包括顺次连接的一扫描透射光谱测量探头、二个扫描反射光谱测量探头和一个面电阻测量探头，所述测量探头均安装于镀膜质检台上方，基片通过镀膜质检台传送至卸片区的过程中，所述测量探头进行工作，测量基片的透射光谱、透射颜色、基片膜面和非镀膜面的反射光谱和反射颜色，测量基片膜层的面电阻值。

优选地，所述质检系统还包括服务器，所述服务器与测量探头相连，用于将测量探头采集的数据进行分析和对比。

优选地，所述质检系统还包括回收装置，所述服务器与回收装置相连，所述回收装置在收到服务器发送的收取不合格基片的命令时，将锁定的基片回收。

优选地，所述溅射腔室内设有至少一个旋转阴极。

更优选地，作为一种优选实施方式，所述溅射腔室内设有五对旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为SnO₂/Si₃N₄/NiCr/Ag/NiCr/Si₃N₄。

更优选地，作为一种优选实施方式，所述溅射腔室内设有七对旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为SnO₂/Si₃N₄/NiCr/Ag/NiCr/Si₃N₄。

更优选地，作为一种优选实施方式，所述溅射腔室内设有八对旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为Si₃N₄/AZO/NiCr/Ag/NiCr/AZO/Si₃N₄。

更优选地，作为一种优选实施方式，所述溅射腔室内设有十二个旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为SnO₂/SiO₂/TiO₂/NiCr/Ag/NiCr/TiO₂/SiO₂/SnO₂/TiO₂。

更优选地，作为一种优选实施方式，所述溅射腔室内设有十一对旋转阴极，四个平面阴极，镀膜产品膜层为Si₃N₄/SnO₂/AZO/Ag/NiCr/SnO₂/Si₃N₄/AZO/Ag/NiCr/Si₃N₄。

与现有技术相比，本发明提供的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线具备以下优势：

1.采用连续性立式薄膜基材的磁控溅射方式，使得薄膜在镀膜过程中减少了环境中杂质对镀膜质量的影响。

2.旋转靶提高了靶材的利用率和镀膜膜层的均匀性，靶材被轰击时不会出现凹坑，避免了溅射氧化层的形成。靶材利用率高，平均膜厚小，膜层均匀。

3.磁控溅射具有高速沉淀的特点，可以镀几乎所有的金属和合金、导体和绝缘体，并且可以在低熔点的金属和塑料上面镀膜，而且镀膜的速度高。

4.镀膜时多级真空度设置技术能够实现真空度调节，同时在高温镀膜的情况下，保证基片在高真空度时加热的均匀性，节约能耗。

5.传动台及质检台结构简单，通过皮带轮结构进行基片传输，运行可靠，加工制造容易，基片传送平稳度高，摩擦轮更换方便，从而保证了镀膜质量，且能够降低生产线的制造和维护成本，传动行程控制精度偏差非常小。

6.真空获得设备的两级真空泵的设置，真空度抽气时间短，加之操作门的密封效果均匀，溅射腔室极限真空度达到10^-5Pa，适用于各类镀膜生产线。

7.镀膜后直接自动进行质检，将真空镀膜与质检同时实现，提高了生产效率。

总之，本发明提供的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线能够实现各类镀膜的大批量、低成本生产，而且溅射沉积速率高，工艺通用性强。素扩散路径短，无中间产物，无元素蒸发，因而制备速度快、效率高，良品率高达95％以上，特别适合大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明提供的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线的传送布局图；

图2是本发明提供的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线的供气系统示意图；

图3是本发明提供的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线的上片区示意图；

图4是本发明提供的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线的卸片区示意图；

图5是本发明提供的镀膜质检台的一优选实施例示意图；

其中，11、基片架，12、基片孔，13、传动机构。

具体实施方式

下面结合实施例及对比例对本发明作进一步详细、完整地说明。

本发明的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线是用于在平板建筑玻璃上做单银可钢化LOW-E，适用于制备2,540mm x47000mm的玻璃尺寸，最快机械节拍时间为45秒，实际节拍时间取决于阴极布置及所生产的膜系类型，玻璃板由水平输送系统传送。

可镀玻璃规格和产能：

最大规格：9400×2540；

普通规格：4700×2540；

最小规格：300×1100；

厚度范围：5mm-6mm；

产能：460万m²/年。

真空腔室长度约89米，包含外围设备在内的生产线总长度约175米，玻璃传输水平面高度约914毫米，最小净空5米(吊钩净高)，安装设备的车间宽度25米。

本实施例中，LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线的真空部分包括顺次连接的进口腔室、进口缓冲腔室、进口过渡腔室、溅射工艺腔室、出口过渡腔室、出口缓冲腔室、出口腔室和质检腔室；各腔室内采用同步皮带传动机构，传动辊轮中心距为300mm。

本实施例中，进口腔室、进口缓冲腔室、进口过渡腔室、溅射工艺腔室、出口过渡腔室、出口缓冲腔室、出口腔室的真空度由低到高，又由高到低，真空度在溅射工艺腔室达到最高，进口腔室前设有上片区，质检腔室后设有卸片区。每段由11个隔仓组成，每个隔仓的宽度为900mm。隔仓可用于安装分子泵(每个盖扳上最多可安装两排共4台分子泵)，也可用于安装阴极(平面阴极、置入式旋转阴极)，所有真空腔室均用低碳钢制造。

每个真空腔室均配备盖板(可用行车吊起)、传动系统(包括传动密封)及所有必须的法兰，用于真空泵、阀、限位开关、观察窗及真空规等。

本实施例中，溅射工艺腔室安装14个阴极：其中包括11个旋转阴极，配套进口120KW的中频电源共11台；以及3个高功率的平面阴极，配套进口20KW的直流电源3台。

本实施例中，溅射工艺腔室内配合阴极位配置主供气系统外，还在进口缓冲腔室、进口过渡腔室、出口过渡腔室、出口缓冲腔室内各配置一段子供气系统，用于不同腔室的真空度设置，能有效地进行均匀性调整，如图2所示。

本实施例中，上片区的配置如图3所示，与真空腔室相邻的传动台具有横向自动对位功能。

本实施例中，卸片区的配置如图4所示，第一个自动卸片台之前的传动台具有横向自动对位功能。

本实施例中，所述质检腔室内设有镀膜质检区和质检系统，所述出口腔室内传动台与镀膜质检区相连，所述传动台用于传送真空镀膜基片，所述镀膜质检区用于检测基片质量，所述镀膜质检区包括至少一真空镀膜基片架11、一轨道和传动机构13，每个所述真空镀膜基片架11均在其对应轨道上往返滑动，所述传动机构13与真空镀膜基片架11连接并为其提供动力，所述真空镀膜基片架11上安装有若干基片孔12，真空镀膜基片安装于基片孔12内。

本实施例中，所述镀膜质检区包括两个真空镀膜基片架和两条轨道和传动机构，所述两条轨道贴合且并行安装，每个所述真空镀膜基片架均在其对应轨道上往返滑动，所述质检系统的光源与光电探测器分设于轨道两侧。

本实施例中，所述真空镀膜基片架顶部水平排列有若干基片孔，所述传动机构设于真空镀膜基片架下部或底部，沿轨道走向安装。

本实施例中，所述传动机构包括发动机、若干传动件和皮带，所述传动件固定连接于真空镀膜基片架下部，各传动轮之间通过皮带连接。

本实施例中，所述传动机构包括永磁传动电机、磁导向件和磁传动件，所述永磁传动电机与磁导向件和磁传动件磁性连接，所述磁传动件安装于真空镀膜基片架底部，所述磁导向件安装于轨道内部。

本实施例中，质检腔室内配置在线质量检测系统，全线共配置一个扫描透射光谱测量探头、二个扫描反射光谱测量探头，一个面电阻测量探头。

上述光谱测量探头安装在出口腔室后的质检腔室内传动过渡台上，用于测量产品的透射光谱、透射颜色；测量产品膜面和非镀膜面的反射光谱和反射颜色等参数，测量产品膜层的面电阻值。探头可在垂直于玻璃运动方向扫描，表1为在线检测参数数据。

表1

表2为本实施例中生产的一种单银LOW-E玻璃产品的技术指标值。

表2

序号	检测项目	检测结果	评定
				1	可见光透射率	56.0％	合格
2	可见光反射率(膜面)	2.7％	合格
				3	可见光反射率(玻璃面)	19.3％	合格
4	太阳关直接透射率	39.9％	合格
				5	太阳光直接反射率	20.7％	合格
6	太阳光吸收率	39.4％	合格
				7	太阳光总透射率	45.3％	合格
8	遮阳系数	0.52	合格
				9	传热系数(W/m<sup>2</sup>*K)	3.4	合格

由表2可以看出，LOW-E中空玻璃与三玻两腔中空玻璃遮阳系数几乎一致，而传热系数更低，因此保温性能更好。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，其特征在于：依次连接的上片区、进口腔室、进口缓冲腔室、进口传送腔室、溅射腔室、出口传送腔室、出口缓冲腔室、出口腔室、质检腔室和卸片区，所述上片区、进口腔室、进口缓冲腔室、进口传送腔室、溅射腔室、出口传送腔室、出口缓冲腔室、出口腔室和卸片区内均设有依次连接的传动台，所述质检腔室内设有镀膜质检区和质检系统，所述出口腔室内传动台与镀膜质检台相连，所述传动台用于传送镀膜基片，所述镀膜质检台用于检测基片质量，所述溅射腔室包括至少一个镀膜分区，每个镀膜分区设有至少一旋转阴极和/或平面阴极。

2.根据权利要求1所述的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，其特征在于：所述质检系统包括顺次连接的一扫描透射光谱测量探头、二个扫描反射光谱测量探头和一个面电阻测量探头，所述测量探头均安装于镀膜质检台上方，基片通过镀膜质检台传送至卸片区的过程中，所述测量探头进行工作，测量基片的透射光谱、透射颜色、基片膜面和非镀膜面的反射光谱和反射颜色，测量基片膜层的面电阻值。

3.根据权利要求2所述的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，其特征在于：所述质检系统还包括服务器，所述服务器与测量探头相连，用于将测量探头采集的数据进行分析和对比。

4.根据权利要求3所述的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，其特征在于：所述质检系统还包括回收装置，所述服务器与回收装置相连，所述回收装置在收到服务器发送的收取不合格基片的命令时，将锁定的基片回收。

5.根据权利要求1所述的LOW-E玻璃真空磁控溅射镀膜生产线，其特征在于：所述溅射腔室内设有至少一个旋转阴极。

6.根据权利要求5所述的单银LOW-E玻璃镀膜生产线，其特征在于：所述溅射腔室内设有五对旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为SnO₂/Si₃N₄/NiCr/Ag/NiCr/Si₃N₄。

7.根据权利要求5所述的单银LOW-E玻璃镀膜生产线，其特征在于：所述溅射腔室内设有七对旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为SnO₂/Si₃N₄/NiCr/Ag/NiCr/Si₃N₄。

8.根据权利要求5所述的单银LOW-E玻璃镀膜生产线，其特征在于：所述溅射腔室内设有八对旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为Si₃N₄/AZO/NiCr/Ag/NiCr/AZO/Si₃N₄。

9.根据权利要求5所述的单银LOW-E玻璃镀膜生产线，其特征在于：所述溅射腔室内设有十二个旋转阴极，三个平面阴极，镀膜产品膜层为SnO₂/SiO₂/TiO₂/NiCr/Ag/NiCr/TiO₂/SiO₂/SnO₂/TiO₂。

10.根据权利要求5所述的单银LOW-E玻璃镀膜生产线，其特征在于：所述溅射腔室内设有十一对旋转阴极，四个平面阴极，镀膜产品膜层为Si₃N₄/SnO₂/AZO/Ag/NiCr/SnO₂/Si₃N₄/AZO/Ag/NiCr/Si₃N₄。