一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝的製作方法

2023-06-13 05:03:01 1

專利名稱：一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於功能薄膜技術領域，具體涉及ー種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝。
背景技術：
低輻射玻璃是指表面鍍制了一層低輻射薄膜的鍍膜玻璃，低輻射薄膜一般採用銀作為紅外線反射層，能很好的阻止熱輻射的透過，近年來已廣泛應用於建築、汽車等領域，起到了良好的節能作用。
常用的低輻射薄膜一般是用磁控濺射法來製備的。由於銀層會造成透光性低、反光高，而且極易被腐蝕和受到機械磨損，所以需要在銀層上下鍍制介質膜層，其作用是通過光學幹涉來提高透光率，降低反光率，改善外觀色澤，並且可以提高耐化學腐蝕性和耐機械磨損性能。銀層與襯底基片之間的介質層往往還可以起到増加界面結合能力的作用，改善銀層成膜條件。通常單銀層低輻射薄膜有兩種結構。ー種為介質層/銀層/介質層的三明治結構。如申請號為201110049715. 2的中國專利公開了ー種低輻射鍍膜玻璃，其中低輻射薄膜結構為Ta205/Ag/Ta205，然而介質層由氧化物Ta2O5組成，在高溫下其內部的氧會對銀層進行氧化，從而使其紅外透過率升高而可見光透過率降低，低輻射效果變差。另ー種為介質組合層/銀層/介質組合層的類三明治結構。如申請號為201110381757. 6的中國專利公開了一種低輻射鍍膜玻璃，其中低輻射薄膜結構為Nb0x/ZnA10x/Ag/ZnA10x/ZnSn03/Si3N4的低輻射鍍膜玻璃，其中，第一電介質層為NbOx, Nb為貴金屬，無疑增加了原材料成本；第二介質層和第三介質層為氧化物ZnAlOx,同樣存在在高溫下其內部的氧會對銀層進行氧化，從而使其紅外透過率升高而可見光透過率降低，低輻射效果變差的問題。因此，現有的低輻射薄膜往往存在如下缺點(I)不適合在高溫下使用或者處理；(2)膜層較多，結構複雜；(3)生產エ藝複雜，生產效率低；(4)使用貴金屬，生產成本增加。

發明內容
本發明的目的是針對現有低輻射薄膜的不足，提供一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，其特點是(I)這種低輻射薄膜具有抗高溫氧化能力，利用其製備的低輻射玻璃可在高溫下使用或者進行高溫處理；(2)這種低輻射薄膜為三膜層結構，結構簡單；
(3)簡化了生產エ藝，提高了生產效率；(4)使用常規原材料，大大降低了成本。此外，這種低輻射薄膜可見光透過率高，紅外輻射率低，顏色呈自然色。所用氮化鋁鈦介質層具有較好的膜基結合能力，耐腐蝕、耐氧化、耐磨損，使得低輻射薄膜擁有較長的使用壽命。ー種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，其特徵在幹，從襯底基片往上依次為內層介質層、功能層、外層介質層，所述內層介質層和外層介質層均為氮化鋁鈦，所述功能層為銀。膜層結構為氮化鋁鈦/銀/氮化鋁鈦的三明治結構。所述內層氮化招鈦介質層的厚度為15 35nm,所述功能銀層的厚度為8 14nm,所述外層氮化鋁鈦介質層的厚度為20 40nm。所述襯底基片為玻璃基片或高分子材料(PMMA、或者PC、或者PS、或者PET、或者CR-39、或者 PMP)。實現本發明目的的技術方案是ー種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，使用磁控濺射儀在襯底基片上沉積膜層結構為氮化鋁鈦/銀/氮化鋁鈦的低輻射薄膜。其具體步驟如下 (I)基片前處理襯底基片依次通過pH值為4 6的稀鹽酸、去離子水、pH值為8 10的氫氧化鈉溶液、去離子水、酒精，以清洗玻璃基片，除去其表面油汙積垢等汙物，然後在烘箱中50 70°C烘乾備用。⑵鍍膜I)準備做好磁控濺射儀的鍍膜工作前期準備。2)放入基片和靶材①放入靶材將純度為99. 99%的鈦金屬靶、純度為99. 99%的鋁金屬靶和純度為99. 99%的銀金屬靶放入鍍膜機濺射室內射頻端靶位上，為交流旋轉三靶位。②放入基片取第(I)步清潔乾燥的襯底基片玻璃或者高分子材料(PMMA、或者PC、或者PS、或者PET、或者CR-39、或者PMP)，放入濺射室內樣品架上，靶位和樣品間距離為6 12cm。3)抽真空在第(2)-2)步完成後，對濺射室抽真空至5X10_3Pa以下。4)通氣並調節其總壓在第(2)-3)步完成後，向鍍膜機的濺射室內通入純度為99.99%濺射氣體Ar，並調節總壓至O. 9 I. 2Pa。5)濺射在第(2)-4)步完成後，調節射頻功率使鈦靶、鋁靶起輝，起輝後向真空室通入純度為99. 99%反應氮氣，其流量控制在20 40SCCm，並且調整工作壓強為IPa，開啟旋轉。鍍膜前鈦靶與鋁靶均先預濺射5min，以除去靶材表面汙染物。打開擋板，開始鍍膜，基片溫度為室溫，鈦靶功率調整為30 70W，鋁靶功率調整為80 120W。製備內層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間60 lOOmin，膜層厚度為15 35nm。關閉射頻，關閉反應氮氣，打開銀靶射頻，調節使其起輝，銀靶功率調整為80 120W，製備銀膜，鍍膜時間20 40s，膜層厚度為8 14nm。關閉銀靶射頻，打開鈦靶與鋁靶射頻，採用製備內層氮化鋁鈦薄膜的條件製備外層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間80 120min，膜層厚度為25 40nm。在整個鍍膜過程中，工作壓強始終維持在IPa。⑶結束濺射在第(2)步完成後，取出氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜樣品。本發明採用上述技術方案後，主要有以下效果(I)氮化鋁鈦介質層膜層緻密、均勻，與襯底基片和銀層均具有較高的結合能力；
(2)採用氮化鋁鈦介質層，有效避免了現有氧化物介質層低輻射薄膜在高溫下使用或者進行高溫處理時對功能銀層的氧化，提高了產品的質量；氮化鋁鈦具有較好的耐磨損、耐氧化與耐腐蝕性能，延長了低輻射薄膜的使用壽命；(3)本發明具有製備エ藝簡單，生產成本低(整個膜系的材料費在O. 5元/m2以內)，易於推廣應用；(4)本發明產品與同類型其他產品相比，可見光透過率相同或者相近的產品，本發明產品紅外輻射率低；紅外輻射率相同或者相近的產品，本發明產品可見光透過率高。


圖I為本發明實例I製備出的氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜的結構示意圖。圖中從下往上依次為玻璃基片、內層氮化鋁鈦介質層、銀層、外層氮化鋁鈦介質·層。
具體實施例方式下面結合具體實施方式

，進ー步說明本發明。實施例I—種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，其具體步驟如下(I)基片前處理玻璃基片依次通過pH值為5的稀鹽酸、去離子水、pH值為9的氫氧化鈉溶液、去離子水、酒精，以清洗玻璃基片，除去其表面油汙積垢等汙物，然後在烘箱中60°C烘乾備用。(2)鍍膜I)準備做好磁控濺射儀的鍍膜工作前期準備。2)放入基片和靶材①放入靶材將純度為99. 99%的鈦金屬靶、純度為99. 99%的鋁金屬靶和純度為99. 99%的銀金屬靶放入鍍膜機濺射室內射頻端靶位上，為交流旋轉三靶位。②放入基片取第(I)步清潔乾燥的玻璃基片，放入濺射室內樣品架上，靶位和樣品間距離為IOcm03)抽真空在第(2)-2)步完成後，對濺射室抽真空至5X 10_3Pa以下。4)通氣並調節其總壓在第(2)-3)步完成後，向鍍膜機的濺射室內通入純度為99.99%濺射氣體Ar，並調節總壓I. OPa0(5)濺射在第(2)-4)步完成後，調節射頻功率使鈦靶、鋁靶起輝，起輝後向真空室通入純度為99. 99%反應氮氣，其流量控制在30SCCm，並且重新調整工作壓強為IPa，開啟旋轉。鍍膜前鈦靶與鋁靶均先預濺射5min，以除去靶材表面汙染物。打開擋板，開始鍍膜，基片溫度為室溫，鈦靶功率調整為50W，鋁靶功率調整為100W。製備內層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間90min，膜層厚度為28nm。關閉鈦靶、鋁靶射頻，關閉反應氮氣，打開銀靶射頻，調節使其起輝。銀靶功率調整為100W，製備銀膜，鍍膜時間30s，膜層厚度為12nm。關閉銀靶射頻，打開鈦靶與鋁靶射頻，採用製備內層氮化鋁鈦薄膜的條件製備外層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間90min，膜層厚度為28nm。在整個鍍膜過程中，工作壓強始終維持在IPa。(3)結束濺射在第(2)步完成後，取出氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜樣品。實施例2—種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，同實施例1，其中 第⑴步中，pH值為6的稀鹽酸、pH值為8的氫氧化鈉溶液，然後在烘箱中70°C烘乾備用。第(2)-2)-②步中，靶位和樣品間距離為6cm。第(2)-5)步中，反應氮氣流量控制在40sccm，鈦靶功率70W，鋁靶功率120W，製備內層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間60min，膜層厚度為30nm。銀靶功率為120W，製備銀膜，鍍膜時間20s，膜層厚度為llnm。採用製備內層氮化鋁鈦薄膜的條件製備外層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間80min,膜層厚度為35nm。實施例3ー種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，同實施例1，其中第⑴步中，pH值為4的稀鹽酸、pH值為10的氫氧化鈉溶液，然後在烘箱中50°C烘乾備用。第(2)-2)-②步中，靶位和樣品間距離為12cm。第(2)-5)步中，反應氮氣流量控制在25sccm，鈦靶功率30W，鋁靶功率80W製備內層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間lOOmin，膜層厚度為25nm。銀靶功率為80W，製備銀膜，鍍膜時間40s，膜層厚度為13nm。採用製備內層氮化鋁鈦薄膜的條件製備外層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間120min,膜層厚度為35nm。實施例4ー種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備エ藝，同實施例1，其中第(I)步中，襯底基片為PC基片。第(2)-2)-②步中，靶位和樣品間距離為9cm。第(2)-5)步中，鈦靶功率40W，鋁靶功率90W製備內層氮化鋁鈦薄膜，膜層厚度為25nm。試驗結果用實施例I製備出的氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜，其主要性能如下氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜玻璃的可見光透光率達89.5%，紅外輻射率為O. 037，具有優異的低輻射性能；參照GB/T5137. 3-2002中產品對硫化氫氣體的耐腐蝕性能的檢驗方法，測得試樣腐蝕前後可見光透過率變化小於4%，具有良好的耐腐蝕性能。
權利要求
1.一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝，其特徵在於膜層結構從襯底基片往上依次為內層氮化鋁鈦介質層/銀層/外層氮化鋁鈦介質層的三明治結構。
2.根據權利要求I所述的一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝，其特徵在於所述內層氮化鋁鈦介質層厚度為15 35nm，所述銀層厚度為8 14nm，所述外層氮化鋁鈦介質層厚度為20 40nm。
3.根據權利要求I所述的一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝，其特徵在於所述襯底基片為玻璃基片或高分子材料(PMMA、或者PC、或者PS、或者PET、或者CR-39、或者PMP)。
4.根據權利要求I所述的一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝，其特徵在於其製備工藝的具體步驟如下 (1)襯底基片前處理 襯底基片依次通過pH值為4 6的稀鹽酸、去離子水、pH值為8 10的氫氧化鈉溶液、去離子水、酒精，以清洗襯底基片，然後在烘箱中50 70°C烘乾備用； (2)鍍膜 靶位和樣品間距離為6 12cm。氮氣流量控制在20 40sCCm，開啟旋轉，鍍膜前鈦靶與鋁靶先預濺射5min，基片溫度為室溫，鈦靶功率為30 70W，鋁靶功率為80 120W。製備內層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間60 lOOmin，膜層厚度為15 35nm。關閉射頻，關閉反應氮氣，打開銀靶射頻，調節使其起輝，調整銀靶功率為80 120W，製備銀膜，鍍膜時間20 40s，膜層厚度為8 14nm。關閉銀靶射頻，打開鈦靶與鋁靶 射頻，採用製備內層氮化鋁鈦薄膜的條件製備外層氮化鋁鈦薄膜，鍍膜時間80 120min，膜層厚度為25 40nm。在整個鍍膜過程中，工作壓強始終維持在IPa。
全文摘要
一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜及其製備工藝，屬於功能薄膜技術領域。本發明採用磁控濺射法製備一種氮化鋁鈦介質層低輻射薄膜，其膜層結構從襯底基片往上依次為內層氮化鋁鈦介質層、銀層、外層氮化鋁鈦介質層。該膜層可見光透過率高，紅外輻射率低，擁有較長的使用壽命。本發明製備工藝簡單，操作方便，生產成本較低，具有很好的工業化應用前景。可廣泛應用於節能建築玻璃、汽車玻璃等行業，降低玻璃熱損，減少調控室溫的能耗。
文檔編號B32B17/06GK102825866SQ2012103475
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者黃佳木, 尹軍, 香承傑, 吳萌, 柳紅東, 劉園園 申請人:重慶大學