一種用於增強低輻射鍍膜玻璃耐鋼化性能的方法與流程

2023-08-13 09:27:51

本發明涉及一種用於增強低輻射鍍膜玻璃耐鋼化性能的方法。

背景技術：

低輻射玻璃又稱Low-e玻璃，現有技術中，可鋼化Low-e膜採取的是玻璃「先鍍膜後鋼化」的工藝流程，與傳統的玻璃「先鋼化後鍍膜」工藝流程相比，具有鍍膜效率高、成本低、可異地加工等諸多優勢，其具體工藝也是業界研究開發的熱點。

離線Low-e玻璃採取的是大面積磁控濺射鍍膜技術，氮化矽這種膜材料由於具有抗酸鹼腐蝕強、耐機械劃傷等優點，非常適合作為可鋼化Low-e的介質層材料，可用於直接與玻璃接觸的底部介質層，以及中部介質層和頂部保護層，在可鋼化Low-e膜系中獲得大量的應用。

氮化矽這種膜材料在Low-e玻璃應用採取的是以矽鋁（Si:Al=90:10）圓柱狀旋轉靶為靶材，氬氣和氮氣作為工藝氣體，中頻交流反應式磁控濺射沉積的，現有的工藝控制方法是：無論氮化矽膜應用於可鋼化Low-e的底部介質層、中部介質層還是頂部介質層，其氬氣和氮氣的流量比例是固定不變的，僅僅通過增加或者減少濺射功率來控制膜層的厚度，也就是說製備出來的氮化矽膜的化學成分比例、光學常數n/k值、緻密度和內應力基本是一致的。為了追求更高的鍍膜沉積率，一般都選取氬氣比例高於氮氣比例，這就容易造成沉積的膜層結構較緻密、累積的內應力越來越大，鋼化後容易出現膜層局部由於熱應力過大而造成的膜層分離現象，表現為Low-e膜的耐鋼化性能不佳。在實際生產過程中，經常會出現鋼化後有汙跡、暴露氧化時間短、鋼化後膜層有氧化的現象。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術的缺點，提供一種用於增強低輻射鍍膜玻璃耐鋼化性能的方法。

為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種用於增強低輻射鍍膜玻璃耐鋼化性能的方法，所述低輻射鍍膜玻璃包括玻璃基體和依次鍍設在所述玻璃基體表面上的底層氮化矽層、第一複合膜層、中間氮化矽層、第二複合膜層、頂層氮化矽層，在磁控濺射所述底層氮化矽層、中間氮化矽層及所述頂層氮化矽層時，均採用矽鋁質量比為90:10的矽鋁靶作為靶材，並以氬氣與氮氣的混合氣體作為反應氣體，其中，在磁控濺射沉積所述底層氮化矽層時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比為Ar：N2=1.5：1～1.1：1；在磁控濺射沉積所述中間氮化矽層時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比為Ar：N2=1.5：1～1.1：1；在磁控濺射沉積所述頂層氮化矽層時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比為Ar：N2=1：1～1：2。

優選地，在鍍設所述底層氮化矽層與中間氮化矽層時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比保持一致。

進一步地，在鍍設所述底層氮化矽層與中間氮化矽層時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量值保持一致。

優選地，在磁控濺射沉積所述底層氮化矽層、中間氮化矽層及所述頂層氮化矽層時，所述氬氣的流量為200～1500sccm。

優選地，所述第一複合膜層包括依次向外層疊設置的第一介質層、第一功能層、第一阻擋層及中間介質層，第二複合膜層包括依次向外層疊設置的第二介質層、第二功能層、第二阻擋層及頂部介質層。

進一步地，所述第一複合膜層由ZnO/Ag/NiCrOx/ZnSnOx依次向外層疊而成。

進一步地，所述第二複合膜層由ZnO/Ag/NiCrOx/AZO依次向外層疊而成。

由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明的一種用於增強低輻射鍍膜玻璃耐鋼化性能的方法，其中在玻璃製備的過程中，磁控鍍設沉積底層氮化矽層及中間氮化矽層時採用氬氣比例多、氮氣比例少的氬氣-氮氣混合氣體作為反應氣體，在磁控鍍設沉積頂層氮化矽層時採用氬氣比例較少、氮氣比例較高的氬氣-氮氣混合氣體作為反應氣體，改善各膜層內的應力分布情況，使得獲得的雙銀低輻射玻璃產品的膜層的耐鋼化性能有了大幅提升，在經過長時間的加熱後膜面仍然能夠完好無損。

附圖說明

附圖1為本發明具體實施例的低輻射鍍膜玻璃的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例來對本發明的技術方案作進一步的闡述。

本發明涉及的低輻射鍍膜玻璃，包括玻璃基體10和鍍設在該玻璃基體10表面上的多個膜層，該多個膜層中至少有三層氮化矽膜層，分別為：與玻璃基體10的表面相接觸的底層氮化矽層1、位於所有膜層中最外層的頂層氮化矽層5，以及位於底層氮化矽層1與頂層氮化矽層5之間的中間氮化矽層3。底層氮化矽層1與中間氮化矽層3之間設有第一複合膜層2，中間氮化矽層3與頂層氮化矽層5之間設有第二複合膜層4。

該第一複合膜層2包括依次向外層疊設置的第一介質層21、第一功能層22、第一阻擋層23及中間介質層24，第二複合膜層4包括依次向外層疊設置的第二介質層41、第二功能層42、第二阻擋層43及頂部介質層44。其中，第一功能層22與第二功能層42均為銀層。

在製備該低輻射鍍膜玻璃時，將上述的底層氮化矽層1、第一複合膜層2的各膜層、中間氮化矽層3、第二複合膜層4的各膜層、頂層氮化矽層5按先後順序依次通過磁控濺射沉積在玻璃基體10的表面上。

在磁控濺射底層氮化矽層1、中間氮化矽層3、頂層氮化矽層5這三層氮化矽層時均採用矽鋁質量比為Si：Al=90:10的矽鋁靶作為靶材，並以氬氣與氮氣的混合氣體作為反應氣體。在上述三個氮化矽層3的真空磁控濺射工序中，氬氣與氮氣的流量比例是不同的。

具體為，在磁控濺射沉積底層氮化矽層1時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比控制為Ar：N2=1.5：1～1.1：1。這樣，對於直接與玻璃基體10接觸的底層氮化矽層1，採用氬氣比例多、氮氣比例少的工藝控制方法，沉積的氮化矽膜的折射率高、膜層結構緻密且內部富含微量的Si自由鍵，在鋼化過程中能有效的阻擋玻璃表面附著的水氣以及玻璃內部的鹼金屬離子遷移進入Low-e膜層，而且高折射率的底部介質層能提高整個Low-e膜層的透過率和熱工性能。

在磁控濺射沉積中間氮化矽層3時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比為Ar：N2=1.5：1～1.1：1，亦即，對於該中間氮化矽層3，依然採取氬氣比例多、氮氣比例少的工藝控制方法，在鋼化過程中可起到隔絕氧化物介質層中富含的O侵入功能層Ag層的作用。具體地，此階段工藝中氬氣與氮氣的流量比可與磁控濺射底層氮化矽層1時保持一致，該階段氬氣的流量值與氮氣的流量值也可與磁控濺射底層氮化矽層1時保持一致。

在磁控濺射沉積頂層氮化矽層5時，反應氣體中氬氣與氮氣的流量比為Ar：N2=1：1～1：2。對於頂層氮化矽層5，則採用氬氣比例較少、氮氣比例較高的工藝控制方法，沉積的氮化矽膜具有內應力小，避免了因熱應力過大而導致的膜層易氧化、耐鋼化性能不足的弱點，不僅如此，頂部表面粗糙度低、光滑、抗摩擦性能好。

在上述磁控濺射沉積各氮化矽層時，氬氣的流量為200～1500sccm，具體應根據鍍膜設備的尺寸予以確定，氮氣的流量則根據氬氣的流量及氬氣與氮氣的相應流量比予以控制，氮氣與氬氣同時充入鍍膜設備的真空腔中予以充分混合，加工過程中監控真空腔中氮氣與氬氣的流量及比例值。

以下結合具體的實施例予以說明：

實施例1

參圖1所示，為本實施例中玻璃的膜層結構示意圖。

本實施例中，玻璃基體10上鍍設的膜層依次為：SiNx/ZnO/Ag/NiCrOx/ZnSnOx/ SiNx/ZnO/Ag/NiCrOx/AZO/SiNx，玻璃基片的厚度為6mm。在真空磁控濺射鍍膜設備上將SiNx/ZnO/Ag/NiCrOx/ZnSnOx/SiNx/ZnO/Ag/NiCrOx/AZO/SiNx按照先後順序依次鍍設至玻璃基體10的表面上。註：x為大於0的常數。

其中，在鍍設三層氮化矽層時，採用如下的參數及工藝：

底層氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：90kw；氬氣流量：800sccm；氮氣流量540sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.3，k值為1.2×10-6。

中間氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：70kw；氬氣流量：800sccm；氮氣流量540sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.25，k值為1.05×10-6。

頂層氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：60kw；氬氣流量：800sccm；氮氣流量1400sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.0，k值為0。

經鋼化試驗，上述6mm厚的可鋼化雙銀玻璃在比正常加熱時間長10%後，其膜層的表面依然完好無損。

而採用現有技術對上述雙銀低輻射玻璃進行鍍膜加工，對於底層氮化矽層、中間氮化矽層、及頂層氮化矽層這三個膜層的磁控濺射沉積工序中，反應氣體中氬氣與氮氣的比值及流量均保持一致，且氬氣比例小、氮氣比例大；而其他膜層的鍍設工藝參數均與本申請中的保持一致來進行試驗。經測定，底層氮化矽層550nm處、中間氮化矽層550nm處、頂層氮化矽層550nm處的折射率n值均為2.0，k值也均為0。通過上述工藝獲得的玻璃產品在經正常時間加熱後，其膜層就有輕微氧化現象；而在經比正常加熱時間長10%後，其膜層的表面完全氧化。

由上可見，採用本發明的工藝控制方法後，所製備的可鋼化低輻射玻璃的耐鋼化性能有了大幅提升。

實施例2

本實施例針對的玻璃也採用實施例1相同的膜層結構，在鍍設三層氮化矽層時，採用如下的參數及工藝：

底層氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：90kw；氬氣流量：900sccm；氮氣流量780sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.5，k值為1.6×10-6。

中間氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：70kw；氬氣流量：900sccm；氮氣流量780sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.4，k值為1.25×10-6。

頂層氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：60kw；氬氣流量：900sccm；氮氣流量1400sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為1.98，k值為0。

經鋼化試驗，上述6mm厚的可鋼化雙銀玻璃在比正常加熱時間長10%後，其膜層的表面依然完好無損。

實施例3

本實施例針對的玻璃仍然採用實施例1相同的膜層結構，在鍍設三層氮化矽層時，採用如下的參數及工藝：

底層氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：90kw；氬氣流量：700sccm；氮氣流量540sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.2，k值為1.5×10-6。

中間氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：70kw；氬氣流量：700sccm；氮氣流量540sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.1，k值為1.15×10-6。

頂層氮化矽層SiNx的磁控濺射沉積工藝控制為：

玻璃走速：5m/min；功率：60kw；氬氣流量：900sccm；氮氣流量900sccm。

標定該氬氮流量比例下沉積的氮化矽膜的光學常數n/k值：經測定550nm處的折射率n值為2.03，k值為0。

經鋼化試驗，上述6mm厚的可鋼化雙銀玻璃在比正常加熱時間長10%後，其膜層的表面依然完好無損。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。