基於金紅石相TiO的製作方法

2023-06-05 17:18:26 3

專利名稱：基於金紅石相TiO的製作方法
技術領域：
本發明涉及採用雙極中頻脈衝電源濺射金紅石相的二氧化鈦TiO2，為基層電介質層，生產可進行鋼化處理的低輻射鍍膜玻璃及其生產工藝。
背景技術：
低輻射鍍膜玻璃(又稱LOW-E玻璃)，是在玻璃表面鍍制包括銀層在內的多層金屬或其他化合物組成的膜系產品。由於銀層具有低輻射率的特性，低輻射玻璃對可見光有較高的透射率，對紅外線有很高的反射率，具有良好的隔熱性能。
採用真空磁控濺射法生產普通低輻射玻璃的膜層結構一般為玻璃/基層電介質層/銀層/阻隔層/上層電介質層。
基層電介質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，TiO2，Si3N4等；阻隔層一般為NiCr或者NiCrOx；上層電介質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，TiO2，Si3N4等；但是，在傳統的低輻射玻璃加工中，只能對玻璃採用先鋼化再鍍膜的加工方式，這是因為
1.先鍍膜後鋼化，加熱過程中玻璃中含有的納離子等物質活性增強會滲透到膜系中，破壞電介質層和銀層；2.先鍍膜後鋼化，銀層中的銀粒子會受熱遷移，凝聚，產生霧化現象；3.先鍍膜後鋼化，熱環境下氧氣容易滲過化合物保護層，使銀層部分或者全部氧化。
鈉離子的滲入，銀粒子凝聚和銀層氧化，會使鍍膜玻璃產生斑點，霧化，降低低輻射性能。
隨著現代建築的發展，出於美觀節能等考慮，越來越多的要求低輻射玻璃在鍍膜後可以進行鋼化處理工藝。

發明內容
本發明的目的在於，生產出來的低輻射玻璃，在鍍膜後可以進行鋼化處理工藝，而不影響產品的質量；利用雙極脈衝電源濺射技術生產的金紅石相的TiO2作為基層電介質層，合理選擇其他各層的厚度和膜層成分，生產出可以進行高溫熱處理的低輻射鍍膜玻璃。
該玻璃的膜層結構為玻璃/基層電介質層/銀層/阻隔層/上層電介質層；基層電介質層由兩層構成，一層是採用雙極中頻脈衝電源沉積的金紅石結構的氧化鈦TiO2，另一層為氧化鋅ZnO；氧化鈦TiO2的膜層厚度為25nm～30nm；氧化鋅ZnO的膜層厚度為4nm～6nm；銀層膜層厚度為12nm；
阻隔層主要材料為鎳鉻合金，膜層厚度為2～3nm；上層電介質層，膜層厚度為25～30nm。
金紅石相TiO2的可鋼化低輻射鍍膜玻璃的生產工藝，膜層鍍膜採用真空磁控濺射鍍膜，氧化鈦TiO2採用雙極中頻脈衝電源沉積的金紅石結構氧化鈦，在氬氧氛圍中沉積，功率為40kw～50kw，脈衝電源頻率為15kHz～25kHz，佔空比為4∶10～6∶10；氧化鋅ZnO鍍層在氬氧氛圍中沉積，功率為15kw～20kw；銀層Ag在氬氣氛圍中沉積，功率為5kw；阻隔層在氬氧氛圍中濺射鎳鉻合金，功率為5kw；上層電介質層在氮氬氛圍濺射矽鋁合金，功率為70kw。
自然界TiO2有銳鈦礦(anatase)、金紅石(rutile)和板鈦礦(brookite)三種結構類型，和銳鈦礦相相比，金紅石結構氧化鈦具有更高的折射率，更加緻密的微觀結構。
但是，金紅石結構並不能通過普通的磁控濺射方法獲得。通常情況下，TiO2的濺射產物主要為銳鈦礦結構或者銳鈦礦和金紅石的共生結構。銳鈦礦在高溫下為非穩定結構，在加熱時，會產生相變過程，即由銳鈦礦相的氧{112}假密堆積面轉化為金紅石相的{100}密堆積面，鈦氧鍵斷裂，鈦離子和氧離子進行重排。在單純銳鈦礦向金紅石的相變過程中，氧離子框架結構的體積收縮率約為8％左右，會產生氧空缺，然而，對於不同的TiO2顆粒大小，不同晶相結構的比例以及含雜質的不同，轉變溫度、最終形成的晶相結構及產生的缺陷程度都有很大的不同，這樣，如果銳鈦礦或者含有大量銳鈦礦結構的TiO2作為低輻射鍍膜的基層電介質層在進行熱處理時，一方面，銳鈦礦結構的TiO2不夠緻密，另一方面，熱處理過程中膜層會產生體積變小和氧空缺，這樣，玻璃中的鈉離子會滲透到更深層的膜層以至於銀層中，鋼化或熱彎過程中熱環境中的氧也會滲入膜層中，這樣的綜合效果就是膜層的成分和結構被破壞，鍍膜玻璃的光學外觀和熱學效果會被部分或全部破壞，外觀產生霧化現象，低輻射性能減弱。
本發明採用脈衝磁控濺射的方法，控制濺射電源的頻率和佔空比，使沉積的TiO2為金紅石結構，藉助於其在熱處理中穩定的物理、化學性能，保證低輻射鍍膜玻璃經過熱鋼化或者熱彎後，鍍膜玻璃的顏色、透射率、反射率和低輻射率都不會產生較大的變化，仍然保持的良好外觀效果和光熱性能。


附圖1是本發明示出二個磁控管輸入脈衝電源示意圖。
附圖2是本發明鍍制各膜層的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
本發明各個膜層的鍍膜厚度及鍍膜工藝如下基層電介質層基層電介質層由兩層構成，一層是採用雙極中頻脈衝電源沉積的金紅石結構的TiO2，另一層為ZnO。
二氧化鈦TiO2鍍層TiO2在氬氧氛圍中沉積，功率為40kw～50kw，膜層厚度為25nm～30nm，脈衝電源頻率為15kHz～25kHz，電壓脈衝的佔空比為4∶10～6∶10。
ZnO層ZnO在氬氧氛圍中沉積，功率為15kw～20kw，膜層厚度為4nm～6nm。
銀層Ag在氬氣氛圍中沉積，功率為5kw，膜層厚度為12nm左右。
阻隔層在氬氧氛圍中濺射鎳鉻合金，功率為5kw，膜層厚度為2～3nm。
上層電介質層在氮氬氛圍濺射矽鋁合金，功率為70kw，膜層厚度為25～30nm。
請參閱附圖1，雙極脈衝電源如圖所示，在1#磁控管中，每個周期t1中，有t2時間的脈衝正方波電壓，而在2#磁控管中，在每個周期t2中，相應於1#磁控管中t2的相同時間內，有一個脈衝負向方波電壓。這樣，當一個陰極為正相位時，另一個陰極則為負相位。
t2與t1的比值稱為佔空比。可以通過脈衝模式來設置兩個電壓相位間的佔空比，對於不同的佔空比，對膜層性能有很大的影響。本發明中，為了滿足濺射產物為金紅石相，佔空比在4∶10～6∶10之間。脈衝電源的頻率範圍在15kHz～25kHz之間。
用上述工藝參數制出的玻璃光學性能如下玻璃可見光透過率T＝80.0％可見光玻璃面反射率＝8.0％
可見光玻璃面色坐標a*值＝-1.8色坐標b*值＝-7.0玻璃的輻射率ε＝0.1。
熱處理對光學性能的影響玻璃可見光透過率變化值ΔT＜1.5％可見光玻璃面反射率變化值ΔR＜1.5％可見光玻璃面色坐標a*變化值Δa*＜1.0色坐標b*值變化值Δb*＜1.0玻璃的輻射率變化值Δε＜0.02。
後續工序對外觀性能的影響磨邊可以經受磨邊工藝處理，邊部沒有不可接受的劃傷和脫膜。
水洗鍍膜玻璃鋼化前後水洗後沒有不可接受的劃傷和脫膜。
權利要求
1.一種基於金紅石相TiO2的可鋼化低輻射鍍膜玻璃，其徵在於，該玻璃的膜層結構為玻璃/基層電介質層/銀層/阻隔層/上層電介質層；基層電介質層由兩層構成，一層是採用雙極中頻脈衝電源沉積的金紅石結構的氧化鈦TiO2，另一層為氧化鋅ZnO；氧化鈦TiO2的膜層厚度為25nm～30nm；氧化鋅ZnO的膜層厚度為4nm～6nm；銀層膜層厚度為12nm；阻隔層主要材料為鎳鉻合金，膜層厚度為2～3nm；上層電介質層，膜層厚度為25～30nm。
2.一種基於金紅石相TiO2的可鋼化低輻射鍍膜玻璃的生產工藝，其徵在於，膜層鍍膜採用真空磁控濺射鍍膜，氧化鈦TiO2採用雙極中頻脈衝電源沉積的金紅石結構氧化鈦，在氬氧氛圍中沉積，功率為40kw～50kw，脈衝電源頻率為15kHz～25kHz，佔空比為4∶10～6∶10；氧化鋅ZnO鍍層在氬氧氛圍中沉積，功率為15kw～20kw；銀層Ag在氬氣氛圍中沉積，功率為5kw；阻隔層在氬氧氛圍中濺射鎳鉻合金，功率為5kw；上層電介質層在氮氬氛圍濺射矽鋁合金，功率為70kw。
全文摘要
本發明提供一種低輻射鍍膜玻璃，在鍍膜後可以進行鋼化處理工藝，而不對外觀、光學性能和熱學性能產生影響；利用雙極脈衝電源濺射技術生產的金紅石相的TiO
文檔編號C23C14/34GK1800067SQ20051002880
公開日2006年7月12日 申請日期2005年8月15日 優先權日2005年8月15日
發明者王茂良, 安吉申, 吳斌, 張建軍, 潘浩軍 申請人:上海耀華皮爾金頓玻璃股份有限公司, 上海耀皮工程玻璃有限公司