一種具有高透過率的低輻射玻璃及其製備方法

2023-09-16 06:15:15

一種具有高透過率的低輻射玻璃及其製備方法
【專利摘要】本發明提供一種具有高透過率的低輻射玻璃及其製備方法，該低輻射玻璃，包括玻璃基片和功能膜層，所述功能膜層包括YZO膜層和Ag層，其中，YZO膜層指的是氧化鋅摻釔膜層。本發明提供的高透過率的低輻射玻璃的反射率較低，能有效的解決光汙染的現象；能夠提高玻璃的整體透過率，而且通用性強，可以在80%的主流膜系中使用。
【專利說明】一種具有高透過率的低輻射玻璃及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鍍膜玻璃【技術領域】，尤其涉及一種具有高透過率的低輻射玻璃及其製備方法。
【背景技術】
[0002]玻璃是重要的建築材料，隨著對建築物裝飾性要求的不斷提高，玻璃在建築行業中的使用量也不斷增大。然而，當今人們在選擇建築物的玻璃門窗時，除了考慮其美學和外觀特徵外，更注重其熱量控制、製冷成本和內部陽光投射舒適平衡等問題。這就使得鍍膜玻璃家族中的新貴——low-e玻璃即低輻射玻璃脫穎而出，成為人們關注的焦點。Low-e玻璃兩大關鍵點是透過和隔熱性能，如何在保證隔熱性能的情況下，提高透過是本領域的主要技術突破點。可見光透射比(Tvis)是在可見光譜(380nm至780nm)範圍內，透過玻璃的光強度與入射光強度的百分比(又叫可見光透過率、透光率)。
[0003]目前市場上最高單片low-e透過率是80%，而且基本上是單銀low-e居多。目前市場上常見的單銀結構是SiNx/NiCr/Ag/NiCr/SiNx，目前該結構的鍍膜玻璃可以通過降低前後阻擋層NiCr的厚度來提高可見光透過率。但是此方法有較大的局限性，如果一味降低NiCr厚度帶來的隱患是導致Ag層被氧化，或者是與底層SiNx連接不好導致脫膜，所以一味降低抵擋層厚度的做法是不可取的。
[0004]目前市場上提供了一種透過率接近80%雙銀low-e,其結構是:SiNx/ZnA10x/Ag/NiCr/SiNx/ZnA10x/Ag/NiCr/AZ0/SiNx,本結構的特點是1.使用雙銀結構，有效的提高了玻璃的隔熱係數U值。2.將Ag層前面的NiCr層去除，有效的提高透過率。3.使用了有良好的導電性能的AZO膜層，使得當減薄NiCr層時可以阻隔SiAl靶氮化氣體串擾，防止Ag被氮氣幹擾，更好的保護Ag層。摻鋁氧化鋅(ΑΖ0)，作為一種新的濺射材料，因其性能優異而得到廣泛使用，如導電性、高透過性、高紅外反射性能等，這種材料已經廣泛投入到各個領域，發揮其優越性能。相關實驗證明:在潮溼惡劣的環境下，它表現出很好的耐久性，其膜層之間穩定性、粘結性很好，內應力較低，膜層分布均勻，與Ag之間的相互刻蝕現象較少，減少了功能層Ag的損失，而且在低功率下，有較快的濺射速率。除隔熱係數外，鍍膜產品整體性能主要關注其選擇係數，即T (透過)/S。(遮陽)的比值。而AZO的優點在於它可以增大透過，同時減小遮陽係數，從而增大選擇係數。AZO材料除了在光學性能方面有著很優越的性能之外，在耐熱性，抗氧化性方面同樣具備優勢。
[0005]但是在實際生產中，AZO也有很多弊端，主要缺點如下:
[0006]1、不能直接作為Ag層的打底層與Ag直接相連，容易脫膜；
[0007]2、AZ0陶瓷靶容易放電。
[0008]3、AZO靶材在使用中容易出現表面結瘤，容易掉渣，影響玻璃成品率，且無法長時間高功率使用。
[0009]4、容易產生飛灰，影響成膜質量。
[0010]還有一種方法是使用新的膜層結構如:S i Nx/ZnA 10x/Ag/Ni Cr/ZnSn0x/S i Nx，此膜層結構是將底層的NiCr去除，從而提高透過，但是此方法只能將單片提高到80%，很難突破80%。在市場多元化的今天，上述幾種技術已經不能滿足市場需要。一種透過極高、隔熱性能良好的low-e已經是市場所期待的產品。

【發明內容】

[0011]本發明要解決的問題是提供一種具有高透過率的低輻射玻璃及其製備方法，能夠提高玻璃的整體透過率，提高玻璃的生產效率，有效解決光汙染的問題。
[0012]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種具有高透過率的低輻射玻璃，包括玻璃基片和功能膜層，所述功能膜層包括YZO膜層和Ag層，其中，YZO膜層指的是氧化鋅摻釔膜層。
[0013]優選的，所述YZO膜層是以YZO陶瓷靶為原材料，通過磁控濺射方法製備而成，製備過程中真空度達到4~8 X 10_3mbar後，使用中頻交流電源濺射YZO陶瓷靶製備YZO膜層，其中YZO陶瓷靶中的Y2O3的質量分數為1-3%，Al2O3的質量分數為0%-1%，其餘成分為ZnO，且其中的Y203、ZnO以及Al2O3的純度分別為99.99%以上。Al2O3可以改善YZO陶瓷靶的導電性，但是靶材中摻入較多的Al2O3時，膜層的可見光透過率相對於常用的AZO膜層改善不大。
[0014]優選的，所述功能膜層由SiNx/YZ0/Ag/YZ0/SiNx膜層結構組成。
[0015]優選的，功能膜層中各膜層的厚度依次為36.lnm、8.5nm、9.3nm、8.2nm、29.3nm。
[0016]一種製備如上所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層 進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射階段，Ag層是通過直流脈衝電源磁控濺射沉積，其餘膜層是使用中頻交流電源加旋轉陰極濺射沉積；Ag層中氣體流量為，Ar為lOOOsccm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar為600sCCm，N2為600sccm ;YZO層中的氣體流量為，Ar為1200sccm。
[0017]優選的，所述功能膜層由所述功能膜層由SiNx/ZnA10x/Ag/YZ0/SiNx/ZnA10x/Ag/附0/5丨隊膜層結構組成。
[0018]優選的，所述功能膜層中各膜層的厚度依次為16.7nm、17.7nm、7.5nm、15.8nm、
14.lnm、52.7nm、12.9nm、L 2nm、18.8nm。
[0019]一種製備如上所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射階段，Ag層和NiCr層是通過平面靶直流脈衝電源濺射沉積，其餘膜層是旋轉靶中頻電源加旋轉陰極濺射沉積；其中ZnAlOx層是通過對ZnAl靶進行反應濺射製備而成，也就是需要通入反應氣體，ZnAlOx層派射氣氛為Ar:500sccm, O2:800sccm ；NiCr祀和Ag祀為純!Si賤射製備相應膜層，Ar氣流量為lOOOsccm ;ΥΖ0層中的氣體流量為，Ar為1200sCCm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar為600sccm, N2為600sccm。
[0020]優選的，所述功能膜層SnZn0/ZnA10x/Ag/YZ0/ZnA10x/Ag/YZ0/SiNx 膜層結構組成.[0021]優選的，功能膜層中各膜層的厚度依次為22.4nm、17.7nm、8.3nm、54.3nm> 14.lnm、
11.2nm、8.lnm、18.0nm0
[0022]一種製備如上所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射，Ag層是通過平面靶直流脈衝電源濺射沉積，其餘膜層是旋轉靶中頻電源加旋轉陰極濺射沉積；SnZnO和ZnAlOx層分別是通過對ZnSn祀和ZnAl祀進行反應派射製備而成，也就是說需要通入反應氣體，ZnAl和ZnSn祀的派射氣氛為Ar:500sccm, O2:800sccm ;Ag層為純気派射製備相應膜層，Ar氣流量為lOOOsccm ;ΥΖ0層中的氣體流量為，Ar為1200sCCm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar為600sccm, N2為600sccm。
[0023]本發明具有的優點和積極效果是:本發明提供的高透過率的低輻射玻璃的反射率較低，能有效的解決光汙染的現象；能夠提高玻璃的整體透過率，而且通用性強，可以在80%的主流膜系中使用；ΥΖ0陶瓷靶濺射效率快，能提高玻璃生產效率；該YZO陶瓷靶不容易出現結瘤等問題；該YZO陶瓷靶在無明顯串氣的情況下，不會出現靶中毒現場。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是實施例一中使用YZO時的低輻射玻璃的透過光譜圖；
[0025]圖2是實施例一中使用AZO時的低輻射玻璃的透過光譜圖；
[0026]圖3是實施例二中使用YZO時的低輻射玻璃的透過光譜圖；
[0027]圖4是實施例二中使用AZO時的低輻射玻璃的透過光譜圖；
[0028]圖5是實施例三中的低輻射玻璃的反射光譜圖；
[0029]圖6是實施例三中的低輻射玻璃的透過光譜圖；
【具體實施方式】
`[0030]實施例一
[0031]一種具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層由SiNx/YZ0/Ag/￥20/^隊膜層結構組成。其中功能膜層中各膜層的厚度依次為36.lnm、8.5nm、9.3nm、
8.2nm、29.3nm0
[0032]所述YZO膜層是以YZO陶瓷靶為原材料，通過磁控濺射方法製備而成，製備過程中真空度達到4X 10_3mbar後，使用中頻交流電源濺射YZO陶瓷靶製備YZO膜層，其中YZO陶瓷靶中的Y2O3的質量分數為3%，可摻雜Al2O3改善靶材導電性，Al2O3的含量為lwt%，且其中的Y2O3> ZnO以及Al2O3的純度分別為99.99%以上。
[0033]製作的單層YZO進行TEM透射電鏡，發現其結構為六角纖鋅礦結構，和ZnO結構一致，但是部分Zn的位置被釔取代，整體晶型規整。通過靶材使用功率的大小、玻璃的走速以及膜層的厚度計算得出YZO膜層的生長速率為4.96nm m/min/kw/m,也就是指在一千瓦時的功率密度下玻璃走速為一米每分鐘時，濺射的膜厚為4.96納米。
[0034]一種製備如上所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射階段，Ag層是通過直流脈衝電源磁控濺射沉積，其餘膜層是使用中頻交流電源加旋轉陰極濺射沉積；Ag層中氣體流量為，Ar為lOOOsccm ；SiNx層中的氣體流量是:Ar為600sCCm，N2為600sccm ;YZO層中的氣體流量為，Ar為1200sccm。
[0035]如圖1所示，由測量的玻璃透過光譜得出，本實施例中低輻射玻璃在使用YZO膜層的情況下，透過率為85%。[0036]將上述其它膜層和厚度不變，將YZO膜層用AZO膜層替換，如圖2所示，透光率降低為80%。
[0037]經過試驗證明，使用YZO能使玻璃透過率升高約5個百分點，而且用此方法製備鍍膜玻璃電阻率為6.0 X 10_4 Ω，且該玻璃經過鋼化後電阻率下降至3.0-2.5 X 10」Ω。
[0038]實施例二
[0039]一種具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層由所述功能膜層由51凡/21^10!￡/^8八20/51隊/21^10!￡/^8/附0/51隊膜層結構組成。所述功能膜層中各膜層的厚度依次為 16.7nm> 17.7nm、7.5nm> 15.8nm> 14.lnm、52.7nm> 12.9nm、l.2nm> 18.8nm。
[0040]其中所述YZO膜層是以YZO陶瓷靶為原材料，通過磁控濺射方法製備而成，製備過程中真空度達到7 X 10_3mbar後，使用中頻交流電源濺射YZO陶瓷靶製備YZO膜層，其中YZO陶瓷靶中的Y2O3的質量分數為2%，可摻雜Al2O3改善靶材導電性，Al2O3的含量為0.5wt%0且其中的Υ203、Ζη0以及Al2O3的純度分別為99.99%以上。製作單層YZO進行TEM透射電鏡，發現其結構為六角纖鋅礦結構，和ZnO結構一致，但是部分Zn的位置被釔取代，整體晶型規整。通過靶材使用功率的大小、玻璃的走速以及膜層的厚度計算得出YZO膜層的生長速率為 4.96nm m/min/kw/m。
[0041]一種製備如上所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，特徵在於:包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射階段，Ag層和NiCr層是通過平面靶直流脈衝電源濺射沉積，其餘膜層是旋轉靶中頻電源加旋轉陰極濺射沉積；其中，ZnAlOx層是通過對ZnAl靶進行反應濺射製備而成，ZnAlOx層派射氣氛為Ar:500sccm, O2:800sccm ；NiCr祀和Ag祀為純IJi賤射製備相應膜層，Ar氣流量為lOOOsccm ;ΥΖ0層中的氣體流量為，Ar為1200sCCm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar 為 600sccm, N2 為 600sccm。
[0042]如圖3所述，本實施中低輻射玻璃在使用YZO膜層的情況下，透過率為81%。
[0043]將上述其它膜層和厚度不變，將YZO膜層用AZO膜層替換，如圖4所示，透光率降低為78%。
[0044]實施例三
[0045]—種具有高透過率的低福射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層由SnZn0/ZnA10x/Ag/YZ0/ZnA10x/Ag/YZ0/SiNx膜層結構組成，優選的，功能膜層中各膜層的厚度依次為22.4nm、17.7nm、8.3nm、54.3nm、14.lnm、IL 2nm、8.lnm、18.0nm。
[0046]其中所述YZO膜層是以YZO陶瓷靶為原材料，通過磁控濺射方法製備而成，製備過程中真空度達到8 X 10_3mbar後，使用中頻交流電源濺射YZO陶瓷靶製備YZO膜層，其中YZO陶瓷靶中的Y2O3的質量分數為1%，Al2O3的含量應控制在0.2wt%。且其中的Y203、ZnO以及Al2O3的純度分別為99 .99%以上。製作單層YZO進行TEM透射電鏡，發現其結構為六角纖鋅礦結構，和ZnO結構一致，但是部分Zn的位置被釔取代，整體晶型規整。通過靶材使用功率的大小、玻璃的走速以及膜層的厚度計算得出YZO膜層的生長速率為4.96nm m/min/kw/m0
[0047]一種製備如上所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射，Ag層是通過平面靶直流脈衝電源濺射沉積，其餘膜層是旋轉靶中頻電源加旋轉陰極濺射沉積；其中SnZnO和ZnAlOx層分別是通過對ZnSn祀和ZnAl祀進行反應派射製備而成，ZnAl和ZnSn祀的派射氣氛為Ar:500sccm, O2:800sccm ；Ag層為純氬j賤射製備相應膜層，Ar氣流量為lOOOsccm ;YZ0層中的氣體流量為，Ar為1200sCCm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar為600sccm, N2 為 600sccm。
[0048]由圖5所示，可知其反射較低，而且對紅色光的反射明顯，能有效的解決光汙染現象。
[0049]通過光度計測量得出，該玻璃的玻面顏色為反射Yg:4.88%，亮度L*g:26.4，紅綠顏色值a*g:-0.6(a*值為正表示為紅色，為負則為綠色，O為中性色)，藍黃顏色值b*g:-0.3(b*值為正表示為黃色，為負則為藍色，O為中性色)，整體接近中性色。
[0050]由圖6所示，本實施例的低輻射玻璃的透過率為82%。
[0051]以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本專利涵蓋範圍之內。
【權利要求】
1.一種具有高透過率的低輻射玻璃，包括玻璃基片和功能膜層，其特徵在於:所述功能膜層包括YZO膜層和Ag層，其中，YZO膜層指的是氧化鋅摻釔膜層。
2.根據權利要求1所述的具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述YZO膜層是以YZO陶瓷靶為原材料，通過磁控濺射方法製備而成，製備過程中真空度達到4~8 X 10_3mbar後，使用中頻交流電源濺射YZO陶瓷靶製備YZO膜層，其中YZO陶瓷靶中的Y2O3的質量分數為1_3%，Al2O3的質量分數為0%-1%，其餘成分為ZnO，且其中的Y203、ZnO以及Al2O3的純度分別為99.99%以上。
3.根據權利要求1或2所述的具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層由SiNx/YZ0/Ag/YZ0/SiNx膜層結構組成。
4.根據權利要求3所述的具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:功能膜層中各膜層的厚度依次為 36.lnm、8.5nm、9.3nm、8.2nm、29.3nm。
5.根據權利要求1或2所述的具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層由 SiNx/ZnA10x/Ag/YZ0/SiNx/ZnA10x/Ag/NiCr/SiNx 膜層結構組成。
6.根據權利要求5所述的具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層中各膜層的厚度依次為 16.7nm、17.7nm>7.5nm、15.8nm、14.lnm>52.7nm、12.9nm、1.2nm、18.8nm。
7.根據權利要求1或2所述的具有高透過率的低輻射玻璃，其特徵在於:所述功能膜層由SnZn0/ZnA10x/Ag/YZ0/ZnA10x/Ag/YZ0/SiNx膜層結構組成，優選的，功能膜層中各膜層的厚度依次為 22.4nm、17.7nm、8.3nm、54.3nm、14.lnm、ll.2nm、8.lnm、18.0nm。
8.一種製備如權利要求3或4所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，其特徵在於:包括如下步驟，玻璃基片 清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射階段，Ag層是通過直流脈衝電源磁控濺射沉積，其餘膜層是使用中頻交流電源加旋轉陰極濺射沉積；Ag層中氣體流量為，Ar為lOOOsccm ；SiNx層中的氣體流量是=Ar為600sccm, N2為600sccm ；ΥΖ0層中的氣體流量為，Ar為1200sccm。
9.一種製備如權利要求5或6所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，其特徵在於:包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射階段，Ag層和NiCr層是通過平面靶直流脈衝電源濺射沉積，其餘膜層是旋轉祀中頻電源加旋轉陰極派射沉積；ZnA10x層派射氣氛為Ar:500sccm, O2:800sccm ；NiCr靶和Ag靶為純氬濺射製備相應膜層，Ar氣流量為lOOOsccm ;ΥΖ0層中的氣體流量為，Ar為1200sccm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar為600sccm，N2為600sccm。
10.一種製備如權利要求7所述的具有高透過率的低輻射玻璃的方法，其特徵在於:包括如下步驟，玻璃基片清洗一進入真空腔室一逐層進行磁控濺射一恢復大氣一下片；其中，逐層進行磁控濺射，Ag層是通過平面靶直流脈衝電源濺射沉積，ZnAlOx層和SnZnO層分別是通過對ZnAl靶和ZnSn靶進行反應濺射製備而成，其餘膜層是旋轉靶中頻電源加旋轉陰極派射沉積；ZnAl和ZnSn祀的派射氣氛為Ar:500sccm,02:800sccm ;Ag層為純氬^賤射製備相應膜層，Ar氣流量為lOOOsccm ;ΥΖ0層中的氣體流量為，Ar為1200sCCm ;SiNx層中的氣體流量是:Ar 為 600sccm, N2 為 600sccm。
【文檔編號】B32B17/00GK103818046SQ201410025311
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】王勇, 王爍, 胡冰, 劉雙, 童帥 申請人:天津南玻節能玻璃有限公司