CN1800067A - 基于金红石相TiO2的可钢化低辐射镀膜玻璃及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低辐射镀膜玻璃，在镀膜后可以进行钢化处理工艺，而不对外观、光学性能和热学性能产生影响；利用双极脉冲电源溅射技术生产的金红石相的TiO₂作为基层电介质层，其中：基层电介质层由两层构成，一层是采用双极中频脉冲电源沉积的金红石结构的二氧化钛TiO₂，另一层为ZnO；合理选择其他各层的厚度和膜层成分，生产出可以进行高温热处理的低辐射镀膜玻璃。

Description

基于金红石相TiO2的可钢化低辐射镀膜玻璃及其工艺

技术领域

本发明涉及采用双极中频脉冲电源溅射金红石相的二氧化钛TiO₂，为基层电介质层，生产可进行钢化处理的低辐射镀膜玻璃及其生产工艺。

背景技术

低辐射镀膜玻璃(又称LOW-E玻璃)，是在玻璃表面镀制包括银层在内的多层金属或其他化合物组成的膜系产品。由于银层具有低辐射率的特性，低辐射玻璃对可见光有较高的透射率，对红外线有很高的反射率，具有良好的隔热性能。

采用真空磁控溅射法生产普通低辐射玻璃的膜层结构一般为：玻璃/基层电介质层/银层/阻隔层/上层电介质层。

基层电介质层的材料一般为金属或非金属的氧化物或氮化物，如SnO₂，ZnO，Nb₂O₅，TiO₂，Si₃N₄等；

阻隔层一般为NiCr或者NiCrOx；

上层电介质层的材料一般为金属或非金属的氧化物或氮化物，如SnO₂，ZnO，Nb₂O₅，TiO₂，Si₃N₄等；

但是，在传统的低辐射玻璃加工中，只能对玻璃采用先钢化再镀膜的加工方式，这是因为：

1.先镀膜后钢化，加热过程中玻璃中含有的纳离子等物质活性增强会渗透到膜系中，破坏电介质层和银层；

2.先镀膜后钢化，银层中的银粒子会受热迁移，凝聚，产生雾化现象；

3.先镀膜后钢化，热环境下氧气容易渗过化合物保护层，使银层部分或者全部氧化。

钠离子的渗入，银粒子凝聚和银层氧化，会使镀膜玻璃产生斑点，雾化，降低低辐射性能。

随着现代建筑的发展，出于美观节能等考虑，越来越多的要求低辐射玻璃在镀膜后可以进行钢化处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于，生产出来的低辐射玻璃，在镀膜后可以进行钢化处理工艺，而不影响产品的质量；利用双极脉冲电源溅射技术生产的金红石相的TiO₂作为基层电介质层，合理选择其他各层的厚度和膜层成分，生产出可以进行高温热处理的低辐射镀膜玻璃。

该玻璃的膜层结构为：玻璃/基层电介质层/银层/阻隔层/上层电介质层；基层电介质层由两层构成，一层是采用双极中频脉冲电源沉积的金红石结构的氧化钛TiO₂，另一层为氧化锌ZnO；

氧化钛TiO₂的膜层厚度为25nm～30nm；

氧化锌ZnO的膜层厚度为4nm～6nm；

银层：膜层厚度为12nm；

阻隔层：主要材料为镍铬合金，膜层厚度为2～3nm；

上层电介质层：，膜层厚度为25～30nm。

金红石相TiO₂的可钢化低辐射镀膜玻璃的生产工艺，膜层镀膜采用真空磁控溅射镀膜，氧化钛TiO₂采用双极中频脉冲电源沉积的金红石结构氧化钛，在氩氧氛围中沉积，功率为40kw～50kw，脉冲电源频率为15kHz～25kHz，占空比为4∶10～6∶10；

氧化锌ZnO镀层：在氩氧氛围中沉积，功率为15kw～20kw；

银层Ag：在氩气氛围中沉积，功率为5kw；

阻隔层：在氩氧氛围中溅射镍铬合金，功率为5kw；

上层电介质层：在氮氩氛围溅射硅铝合金，功率为70kw。

自然界TiO2有锐钛矿(anatase)、金红石(rutile)和板钛矿(brookite)三种结构类型，和锐钛矿相相比，金红石结构氧化钛具有更高的折射率，更加致密的微观结构。

但是，金红石结构并不能通过普通的磁控溅射方法获得。通常情况下，TiO₂的溅射产物主要为锐钛矿结构或者锐钛矿和金红石的共生结构。锐钛矿在高温下为非稳定结构，在加热时，会产生相变过程，即由锐钛矿相的氧{112}假密堆积面转化为金红石相的{100}密堆积面，钛氧键断裂，钛离子和氧离子进行重排。在单纯锐钛矿向金红石的相变过程中，氧离子框架结构的体积收缩率约为8％左右，会产生氧空缺，然而，对于不同的TiO2颗粒大小，不同晶相结构的比例以及含杂质的不同，转变温度、最终形成的晶相结构及产生的缺陷程度都有很大的不同，这样，如果锐钛矿或者含有大量锐钛矿结构的TiO₂作为低辐射镀膜的基层电介质层在进行热处理时，一方面，锐钛矿结构的TiO₂不够致密，另一方面，热处理过程中膜层会产生体积变小和氧空缺，这样，玻璃中的钠离子会渗透到更深层的膜层以至于银层中，钢化或热弯过程中热环境中的氧也会渗入膜层中，这样的综合效果就是膜层的成分和结构被破坏，镀膜玻璃的光学外观和热学效果会被部分或全部破坏，外观产生雾化现象，低辐射性能减弱。

本发明采用脉冲磁控溅射的方法，控制溅射电源的频率和占空比，使沉积的TiO₂为金红石结构，借助于其在热处理中稳定的物理、化学性能，保证低辐射镀膜玻璃经过热钢化或者热弯后，镀膜玻璃的颜色、透射率、反射率和低辐射率都不会产生较大的变化，仍然保持的良好外观效果和光热性能。

附图说明

附图1是本发明示出二个磁控管输入脉冲电源示意图。

附图2是本发明镀制各膜层的工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明各个膜层的镀膜厚度及镀膜工艺如下：

基层电介质层：

基层电介质层由两层构成，一层是采用双极中频脉冲电源沉积的金红石结构的TiO₂，另一层为ZnO。

二氧化钛TiO₂镀层：TiO₂在氩氧氛围中沉积，功率为40kw～50kw，膜层厚度为25nm～30nm，脉冲电源频率为15kHz～25kHz，电压脉冲的占空比为4∶10～6∶10。

ZnO层：ZnO在氩氧氛围中沉积，功率为15kw～20kw，膜层厚度为4nm～6nm。

银层：Ag在氩气氛围中沉积，功率为5kw，膜层厚度为12nm左右。

阻隔层：在氩氧氛围中溅射镍铬合金，功率为5kw，膜层厚度为2～3nm。

上层电介质层：在氮氩氛围溅射硅铝合金，功率为70kw，膜层厚度为25～30nm。

请参阅附图1，双极脉冲电源如图所示，在1^#磁控管中，每个周期t1中，有t2时间的脉冲正方波电压，而在2^#磁控管中，在每个周期t2中，相应于1^#磁控管中t2的相同时间内，有一个脉冲负向方波电压。这样，当一个阴极为正相位时，另一个阴极则为负相位。

t2与t1的比值称为占空比。可以通过脉冲模式来设置两个电压相位间的占空比，对于不同的占空比，对膜层性能有很大的影响。本发明中，为了满足溅射产物为金红石相，占空比在4∶10～6∶10之间。脉冲电源的频率范围在15kHz～25kHz之间。

用上述工艺参数制出的玻璃光学性能如下：

玻璃可见光透过率T＝80.0％

可见光玻璃面反射率＝8.0％

可见光玻璃面色坐标a^*值＝-1.8

            色坐标b^*值＝-7.0

玻璃的辐射率ε＝0.1。

热处理对光学性能的影响：

玻璃可见光透过率变化值：ΔT＜1.5％

可见光玻璃面反射率变化值：ΔR＜1.5％

可见光玻璃面色坐标a^*变化值：Δa^*＜1.0

            色坐标b^*值变化值：Δb^*＜1.0

玻璃的辐射率变化值：Δε＜0.02。

后续工序对外观性能的影响：

磨边：可以经受磨边工艺处理，边部没有不可接受的划伤和脱膜。

水洗：镀膜玻璃钢化前后水洗后没有不可接受的划伤和脱膜。

Claims (2)

1.一种基于金红石相TiO₂的可钢化低辐射镀膜玻璃，其征在于，该玻璃的膜层结构为：玻璃/基层电介质层/银层/阻隔层/上层电介质层；基层电介质层由两层构成，一层是采用双极中频脉冲电源沉积的金红石结构的氧化钛TiO₂，另一层为氧化锌ZnO；

氧化钛TiO₂的膜层厚度为25nm～30nm；

氧化锌ZnO的膜层厚度为4nm～6nm；

银层：膜层厚度为12nm；

阻隔层：主要材料为镍铬合金，膜层厚度为2～3nm；

上层电介质层：，膜层厚度为25～30nm。

2.一种基于金红石相TiO₂的可钢化低辐射镀膜玻璃的生产工艺，其征在于，膜层镀膜采用真空磁控溅射镀膜，氧化钛TiO₂采用双极中频脉冲电源沉积的金红石结构氧化钛，在氩氧氛围中沉积，功率为40kw～50kw，脉冲电源频率为15kHz～25kHz，占空比为4∶10～6∶10；

氧化锌ZnO镀层：在氩氧氛围中沉积，功率为15kw～20kw；

银层Ag：在氩气氛围中沉积，功率为5kw；

阻隔层：在氩氧氛围中溅射镍铬合金，功率为5kw；

上层电介质层：在氮氩氛围溅射硅铝合金，功率为70kw。