專利名稱：采用TiO₂陶瓷靶磁控濺射的膜系玻璃結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍍有雙銀層、TiO2為基層的低反射率鍍膜玻璃。由該新型的膜系 機構(gòu)，使玻璃的光學(xué)性能和熱學(xué)性能達(dá)到最佳的匹配，屬于無機非金屬技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
真空濺射方法用來生產(chǎn)光學(xué)薄膜已經(jīng)有很長的歷史，自20世紀(jì)70年代中期以來， 由于磁控濺射的出現(xiàn)，大幅度地提高了真空濺射方法的鍍膜速度。90年代以來，用真空磁控 濺射生產(chǎn)的低輻射玻璃在歐美發(fā)展很快，其作用是在玻璃表面鍍制可以反射紅外光線的薄 膜，從而降低玻璃表面的輻射率，減少玻璃因熱輻射而造成的傳熱損耗，以提高玻璃窗的保 溫隔熱能力，這種低輻射玻璃配合雙層中空玻璃使用，可以隔絕玻璃傳導(dǎo)、對流、輻射三種 傳熱途徑，為一種非常有實用價值的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。市場上現(xiàn)有的雙銀鍍膜低輻射玻璃，普遍高透低反，遮陽系數(shù)較高，從而目前開發(fā) 新型雙銀鍍膜低輻射玻璃大都圍繞著降低反射為出發(fā)點，而降低反射的一般做法為利用光 的干涉原理，通過膜層中的介質(zhì)層來做到減反的效果。在一些發(fā)明中，還出現(xiàn)了復(fù)合電介 質(zhì)層，或在電介質(zhì)層后面再增加復(fù)合吸收層，等等。如王茂良等人在發(fā)明專利申請公開說 明書CN200710045930[1].9中提出了在底層電介質(zhì)層后增加一層厚度為12nm 14nm的 NiCr/ZnOx陶瓷的復(fù)合吸收層，此復(fù)合吸收層意在提高對可見光的吸收性。而本發(fā)明的不 同在于底層介質(zhì)層的前面與玻璃基片相接觸的為TiO2基層膜，意在降低對可見光的反射； 王等人還提出了復(fù)合電介質(zhì)層作為兩層銀的中間電介質(zhì)層，則與本發(fā)明沒有實質(zhì)性區(qū)別， 王等人的復(fù)合電介質(zhì)層采用的材料為錫/鋅/氧化鈦，本發(fā)明采用錫/鋅鋁，且厚度相對較 薄。采用真空磁控濺射法生產(chǎn)普通低輻射玻璃的膜層結(jié)構(gòu)一般為玻璃/底層電介質(zhì) 層/銀層/阻擋保護層/上層電介質(zhì)層。底層電介質(zhì)層的材料一般為金屬或非金屬的氧化物或氮化物，如Sn02，ZnO, Nb2O5，Si3N4 等;阻隔保護層一般為NiCr或者NiCrOx ；上層和中間電介質(zhì)層的材料一般為金屬或非金屬的氧化物或氮化物，如SnO2, ZnO，Nb2O5，Si3N4 等;但是，這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的低輻射玻璃，不能同時滿足低遮陽系數(shù)和中低反射的條件， 主要是指公共/商用建筑和車輛的側(cè)窗用途。在上述的低輻射產(chǎn)品中，如果要大幅度提高 遮陽能力和節(jié)能效果，只能靠增加銀層厚度來實現(xiàn)，這會使玻璃的反射率增加，顏色發(fā)生變 化，而一般低輻射膜玻璃中的電介質(zhì)在這種情況下，無法有效地調(diào)節(jié)以達(dá)到降低低反射、調(diào) 節(jié)顏色的作用。因為低遮陽系數(shù)往往要求產(chǎn)品有較低的反射率，在降低了遮陽系數(shù)的同時會形成 較高的反射率。隨著目前許多國家和地區(qū)為了限制光污染紛紛出臺限制玻璃的可見光反射 率法規(guī)。這種結(jié)構(gòu)的低輻射玻璃已經(jīng)越來越達(dá)不到客戶的要求。為了同時滿足低遮陽系數(shù)和中低反射的要求，本企業(yè)發(fā)明了一種采用陶瓷TiO2為基層的雙銀膜系，因TiO2有較高折 射率(折射率η = 2. 35 2. 65)，根據(jù)光學(xué)干涉原理，可以更有效的降低銀層反射。在以前 的一些發(fā)明當(dāng)中，人們也在努力的制造中低透射，低反射的玻璃，例如發(fā)明專利申請公開 說明書CN200710045930[1]. 9，采取了一種在底層介質(zhì)層后面增加一層復(fù)合吸收層的方式 來減少反射。本發(fā)明與舉例中的發(fā)明有著明顯的不同之處，舉例中的發(fā)明是在介質(zhì)層后面 增加吸收層，利用的是某些材料的高吸收性；而本發(fā)明是在介質(zhì)層的前面增加陶瓷TiO2基 層膜，利用的是TiO2薄膜的特殊光學(xué)性能來達(dá)到減少反射的目的。此雙銀鍍膜玻璃做到中低透過率時，可以做到較低的反射率?；诖耍_發(fā)出了中 低遮陽的低反射雙銀鍍膜玻璃新產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
為了同時滿足中低遮陽系數(shù)和低反射的要求，本發(fā)明的目的是提供一種采用陶瓷 TiO2膜為基層膜的新型膜系結(jié)構(gòu)玻璃及生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種采用TiO2陶瓷靶磁控濺射的膜系玻璃結(jié)構(gòu)，該玻璃的膜層結(jié)構(gòu)自玻璃板向外 依次為玻璃/TiO2基層/底層電介質(zhì)層/底銀層/底層阻擋保護層層/中間復(fù)合電介質(zhì) 層/頂層銀/頂層阻擋保護層/上層電介質(zhì)層。玻璃結(jié)構(gòu)各膜層的厚度為TiO2基層膜層厚度為15 25nm ；底層電介質(zhì)層膜層厚度為15 20nm ；底層銀膜層厚度為7 9nm ；底層阻擋保護層膜層厚度為1 3nm ；中間復(fù)合電介質(zhì)層Sn 膜層厚度為29 33nm ；中間復(fù)合電介質(zhì)層ZnAl 膜層厚度為41 48nm ；頂層銀膜層厚度為14 17nm ；頂層阻擋保護層膜層厚度為2 3nm ；上層電介質(zhì)層膜層厚度為50 70nm。本發(fā)明采用TiO2陶瓷靶磁控濺射的膜系結(jié)構(gòu)玻璃的生產(chǎn)方法，步驟如下a)基板玻璃清洗、干燥；b)預(yù)真空過渡；c)鍍陶瓷TiO2基層；d)鍍底層電介質(zhì)層；e)鍍底層銀；f)鍍底層阻擋保護層；g)鍍中間復(fù)合電介質(zhì)層；h)鍍頂層銀；i)鍍頂層阻擋保護層；j)鍍上層電介質(zhì)層。
所述的鍍陶瓷TiO2基層是將陶瓷TiO2靶在純氬或氬氧氣氛中進行濺射，濺射氣 壓范圍2 X l(T2mbr 3X 10_4mbr，濺射氬氧混合氣比例為氬氧=90 10 70 30。所述的阻擋保護層的材料為鎳或鎳含量超過50%的鎳合金，鈦或含鈦量高于 80%的鈦合金。所述的底層電介質(zhì)層和中間復(fù)合電介質(zhì)層為金屬氧化物，金屬氧化物的鍍制方法 為采用金屬靶材料在氧氣氛圍或氧氬混合氣氛圍中進行濺射，濺射氣壓范圍2X 10_2mbr 3父10-41111^，濺射氧氬混合氣比例為氬氧=20 80 40 60。所述的上層電介質(zhì)層采用材料為氮化硅，鍍制方法為采用硅靶氮氬混合氣氛圍 中進行濺射，濺射氣壓范圍2X10_2mbr 3X10_4mbr，濺射氮氬混合氣比例為氬氮= 30 70 40 60。本發(fā)明的各層膜的還可以是陶瓷TiO2基層采用交流陰極的陶瓷TiO2圓靶在氬氧氛圍中濺射TiO2，氬氧= 90 10 70 30，脈沖電源頻率為15kHz 25kHz ；底層電介質(zhì)層ΖηΑ1圓靶在過氧狀態(tài)中濺射，Zn Al = 90 10，氬氧= 20 80 40 60 ；銀層在純氬氣氛圍中沉積；阻擋保護層；在純氬氣氛圍中濺射鎳鉻合金NiCr ；中間復(fù)合電介質(zhì)層；通過交流陰極的錫靶或鋅鋁靶，在氬氧氛圍中濺射，氬氧= 20 80 40 60，脈沖電源頻率為15kHz 25kHz ；上層電介質(zhì)層采用SiAl靶，在氮氬氛圍中濺射硅鋁合金，氬氮=30 70 40 60。該發(fā)明的效果是1)在節(jié)能效果成為目前玻璃幕墻發(fā)展的主流的情況下，開發(fā)雙銀低輻射產(chǎn)品是各 工廠單位的前沿工作。2) TiO2有折射率(折射率η = 2. 35 2. 65)高的特點，根據(jù)光學(xué)干涉原理，可以 更有效的降低銀層反射。3) TiO2膜有較強的耐腐蝕性能。4)氧化鋅表面更適合于銀層成膜，在同樣銀層厚度的情況下達(dá)到較低的輻射率， 而在氧化鋅作為底層電介質(zhì)層的情況下，首先鍍制一層陶瓷TiO2則可以結(jié)合兩種材料的優(yōu)
點O


圖1 本發(fā)明工藝流程圖；圖2 本發(fā)明的玻璃結(jié)構(gòu)示意圖。圖3:膜層堆積示意圖；其中①TiO2基層膜②底層電介質(zhì)層③底銀層④底層阻擋保護層
⑤中間復(fù)合電介質(zhì)層(Sn)⑥中間復(fù)合電介質(zhì)層(ZnAl)⑦頂銀層⑧頂層阻擋保護層⑨上層電介質(zhì)。
具體實施例方式實施例1 采用的設(shè)備是德國AMART公司的TerraG系列建筑平板玻璃雙端連續(xù)式鍍膜機，交 流濺射供電柜對每個濺射靶材的最大輸出功率為120kw。所用玻璃基板為普通6mm鈉鈣硅 酸鹽浮法玻璃。實施例1雙銀鍍膜玻璃靶位分布及工藝參數(shù)
權(quán)利要求
一種采用TiO2陶瓷靶磁控濺射的膜系玻璃結(jié)構(gòu)，其特征在于，該玻璃的膜層結(jié)構(gòu)自玻璃板向外依次為玻璃/TiO2基層/底層電介質(zhì)層/底銀層/底層阻擋保護層/中間復(fù)合電介質(zhì)層/頂層銀/頂層阻擋保護層/上層電介質(zhì)層。
2.按權(quán)利要求1所述的玻璃結(jié)構(gòu)，其特征在于各膜層的厚度為 TiO2基層膜層厚度為15 25nm ；底層電介質(zhì)層膜層厚度為15 20nm ； 底層銀膜層厚度為7 9nm ； 底層阻擋保護層膜層厚度為1 3nm ； 中間復(fù)合電介質(zhì)層Sn 膜層厚度為29 33nm ； 中間復(fù)合電介質(zhì)層ZnAl 膜層厚度為41 48nm ； 頂層銀膜層厚度為14 17nm ； 頂層阻擋保護層膜層厚度為2 3nm ； 上層電介質(zhì)層膜層厚度為50 70nm。
3.一種采用TiO2陶瓷靶磁控濺射的膜系結(jié)構(gòu)玻璃的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下a)基板玻璃清洗、干燥；b)預(yù)真空過渡；c)鍍陶瓷TiO2基層；c)鍍底層電介質(zhì)層；d)鍍底層銀；f)鍍底層阻擋保護層；g)鍍中間復(fù)合電介質(zhì)層； f)鍍頂層銀；i)鍍頂層阻擋保護層； j)鍍上層電介質(zhì)層。
4.按權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的鍍陶瓷TiO2基層是將陶瓷TiO2 靶在純氬或氬氧氣氛中進行濺射，濺射氣壓范圍2 X 10_2mbr 3 X 10_4mbr，脈沖電源頻率為 15kHz 25kHz ；濺射氬氧混合氣比例為氬氧=90 10 70 30。
5.按權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的底層阻擋保護層和頂層阻擋保護 層的材料為鎳或鎳含量超過50%的鎳合金，鈦或含鈦量高于80%的鈦合金。
6.按權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的底層電介質(zhì)層和中間復(fù)合電介 質(zhì)層為金屬氧化物，金屬氧化物的鍍制方法為采用金屬靶材料在氧氣氛圍或氧氬混合氣氛 圍中進行濺射，濺射氣壓范圍2X10_2mbr 3X10_4mbr，濺射氧氬混合氣比例為氬氧= 20 80 40 60。
7.按權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的上層電介質(zhì)層采用材料為氮 化硅，鍍制方法為采用硅靶氮氬混合氣氛圍中進行濺射，濺射氣壓范圍2X10_2mbr 3父10-41111^，濺射氮氬混合氣比例為氬氮=30 70 40 60。
8.按權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的底層電介質(zhì)層是ZnAl圓靶在過 氧狀態(tài)中濺射，Zn Al = 90 10。
9.按權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的中間復(fù)合電介質(zhì)層是通過交流 陰極的錫靶或鋅鋁靶，在氬氧氛圍中濺射，脈沖電源頻率為15kHz 25kHz。
10.按權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的上層電介質(zhì)層采用SiAl靶，在 氮氬氛圍中濺射硅鋁合金，氬氮=30 70 40 60。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用TiO2陶瓷靶磁控濺射的膜系玻璃結(jié)構(gòu)及方法；該玻璃的膜層結(jié)構(gòu)自玻璃板向外依次為玻璃/TiO2基層/底層電介質(zhì)層/底銀層/底層阻擋保護層層/中間復(fù)合電介質(zhì)層/頂層銀/頂層阻擋保護層/上層電介質(zhì)層。方法是a)基板玻璃清洗、干燥；b)預(yù)真空過渡；c)鍍陶瓷TiO2基層；d)鍍底層電介質(zhì)層；e)鍍底層銀；f)鍍底層阻擋保護層；g)鍍中間復(fù)合電介質(zhì)層；h)鍍頂層銀；i)鍍頂層阻擋保護層；j)鍍上層電介質(zhì)層。發(fā)明在具有TiO2有折射率高的特點，更有效的降低銀層反射。TiO2膜有較強的耐腐蝕性能。氧化鋅表面更適合于銀層成膜，在同樣銀層厚度的情況下達(dá)到較低的輻射率，在氧化鋅作為底層電介質(zhì)層的情況下，先鍍制一層陶瓷TiO2則結(jié)合了兩種材料的優(yōu)點。
文檔編號C03C17/36GK101935169SQ20101028673
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者岳志峰, 方志堅, 楊桂祥, 趙永進 申請人:天津耀皮工程玻璃有限公司