专利名称：一种耐腐蚀硅化钛镀膜玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硅化钛镀膜玻璃及其制备方法，尤其是涉及一种耐腐蚀
Ti5Si3镀膜玻璃及其制备方法。
背景技术：
住宅建筑的能耗在建筑能耗中占有相当的比重，而窗户是建筑物热能交换最 敏感的部位，对建筑节能非常关键。普通玻璃对2.5Pm以上的红外热辐射的反 射率很低，吸收率很高，使得冬天室内的红外热辐射通过窗户很容易传递到室 外，夏天室外的红外热辐射很容易传递到室内，增加了冬天制热和夏天制冷的 能耗。与普通玻璃相比，低辐射(LOW-E)玻璃对红外光具有很高的反射性， 其传热系数可降低33.9%，以使用作低辐射玻璃，可以阻止室内的红外热辐射通 过玻璃向室外扩散达到保温效果；而普通调光隔热(Solar control)镀膜玻璃则 在夏季阻挡室外的光辐射能量进入室内影响室内温度，实现隔热效果，从而降 低住宅建筑能耗。如果可以将低辐射和调光隔热两个功能集为一体，则对镀膜 玻璃的应用将起到很大的推动作用。然而，兼具两种功能的这种镀膜玻璃通常 是采用调光隔热薄膜与低辐射薄膜相结合制成的复合薄膜结构，这不单增加了 工艺的复杂性，而且对镀膜玻璃各自性能的发挥也会产生不利影响。因而，具 有阳光控制与低辐射功能于一体的新型单层膜功能镀膜玻璃，对兼具阳光控制 和低辐射功能的节能镀膜玻璃的发展将产生很大的影响。
实际上，集阳光控制与低辐射性能于一体的多功能薄膜及其相关镀膜玻璃的 研究已经引起了人们的重视。根据经典电磁理论，已知具有高电导率的薄膜， 其对红外波的反射率就高，也即薄膜的辐射率就低，隔热保温性能越好。硅化 钛由于其极低的电阻率，高的化学及热稳定性和自身柔和的可见光吸收特性， 可以制备出既具有阳光控制特性，又具有低幅射特性的新型膜层，是一种新型 的集阳光控制与低辐射于一体的功能膜。目前，将硅化钛用于制备镀膜玻璃已 经逐渐有相关专利申请，如Gordon申请了有关TiSi2镀膜玻璃的专利US5167986 和WO89/10209,介绍了TiSi2镀膜玻璃作为调光隔热玻璃的应用及其在线制备，其 采用SiH4—TiCU—He体系，在650 680'C形成了TiSi2薄膜，获得了具有中性色 调和较高近红外反射率的镀膜玻璃。杜丕一等采用新的SiH4—TiCU—N2体系， 在玻璃上制备TiSi2薄膜，获得了中国专利ZL200510049828.7。
3然而，在硅化钛中，除了TiSi2相，其他Si和Ti的化合物(如TisSi3)同样 具有电阻率低，热稳定性好等优点，因而同样有望用于低辐射镀膜玻璃。特别 是Ti5Si3是一种典型的Si和Ti的金属间化合物，不仅电阻率非常低(仅为50 120pQ，cm)，而且具有熔点高(2403K)、高温强度大、耐腐蚀性能好等特性。 通常被用作Ti合金或者其他氮化物的抗高温氧化涂层，其抗氧化性能远远优于
TiSi2相。因此，用Ti5Si3作为镀膜玻璃的膜层，不仅由于其低电阻率而使所获得
的镀膜玻璃具有高的红外反射率，而且还由于其良好的高温及抗氧化性能而有 望用于苛刻的环境中，解决抗氧化等问题。
目前，已有的研究中Ti5Si3通常使用自蔓延法在高温合成，或用电子束蒸发
方法或用常压化学气相沉积(CVD)法制备。前者制备的是粉末，第二种可在 Ti合金上沉积保护层，第三种可制备一种无催化剂形成TiSi纳米线的诱导层，或
也可制备抗氧化保护层。然而，用于这种双功能节能镀膜玻璃的Ti5Si3薄膜，特 别是利用浮法玻璃在线生产工艺制备Ti5Si3薄膜，至目前还未有研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀硅化钛(Ti5Si3)镀膜玻璃及其制备方法， 使用化学气相沉积法，通过控制源气体的浓度和温度，在普通玻璃上制备了六
角结构的Ti5Si3薄膜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下
一、 一种耐腐蚀硅化钛(Ti5Si3)镀膜玻璃(Ti5Si3)镀膜玻璃 在普通浮法玻璃基板的一侧面上有一层Si与Ti构成的非晶层，然后再在
Si与Ti构成的非晶层上有另一层六方结构的Ti5Si3相薄膜层。
二、 一种耐腐蚀硅化钛(Ti5Si3)镀膜玻璃的制备方法，该方法的步骤如下
1) Si源与Ti源分别为气态的SiH4和液态的TiCU，使用N2作为稀释气体 和保护气体；
2) 液态的TiCU通过加热获得其蒸汽，使用N2作为载气；
3) 气态的SiH4， TiCU蒸汽，以及N2在混气室内混合均匀后引入反应室内 参与反应；其中，SiH4和TiCU在总气体中所占摩尔百分比为
a) SiH4: 0.03~0.26%
b) TiCU: 0.29 0.06%
4) 反应气体压力维持在8.00xl04 1.01xl()5pa之间；
5) 反应在玻璃表面上进行，为了得到所需的镀膜玻璃，沉积参数的控制如下当反应气体浓度比SiH4/TiCl4=0.1 2.5时，沉积温度为650 740°C;当反 应气体浓度比SiH4/TiCl4=2.5 4时，沉积温度为650 700°C;沉积时间均为2 15秒；
6) 通过步骤5)的控制反应气体浓度比，沉积温度和沉积时间，调节所沉积 硅化钛薄膜的厚度；
7) 废气经过吸收处理后排放。
所述的镀膜玻璃在固定的沉积室内进行，或在浮法玻璃生产线的锡槽或过 渡辊合或退火窑前端进行。
所制备得到的Ti5Si3镀膜玻璃，其厚度为200 300nm，红外反射率为85 93%，可见光区透过率为30 20%，耐腐蚀性能好。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是
1、 成功获得了六方结构的Ti5Si3相；
2、 所得到的Ti5Si3镀膜玻璃具有红外反射率在85 93X之间，可见光透过 率在30 20%之间可调；
3、 获得的Ti5Si3镀膜玻璃具有良好的耐腐蚀性，有望用于苛刻环境中。
4、 可将镀膜玻璃工艺与浮法玻璃生产线相结合，使得镀膜玻璃的制备工艺 流程化，从而有效节约能源。
附图是本发明的镀膜玻璃的三层结构示意图。
图中1、普通浮法玻璃基板，2、非晶层，3、薄膜层。
具体实施例方式
如附图所示，本发明在普通浮法玻璃基板1的一侧面上有一层Si与Ti构成 的非晶层2，然后再在Si与Ti构成的非晶层2上有另一层六方结构的TisSi3相 薄膜层3。
实施例l:
反应源气体流量比SiH/riCLrl， SiH4浓度为0.16%， TiCU浓度为0.16%， 沉积温度T=740°C，沉积时间5s，反应室内压力为8.00xl04Pa，在玻璃基板上 形成了 TisSi3薄膜。该TisSi3薄膜厚度为250nm， 550nm处的可见光透过率为28 %， 22.5iLim处的红外反射率为90X，耐腐蚀。
实施例2:
反应源气体流量比SiH/nOrl， SiH4浓度为0.16°/。， TiCU浓度为0.16%， 沉积温度T-690。C，沉积时间12s，反应室内压力为8.00xl04Pa，在玻璃基板上形成了 Ti5Si3薄膜。该Ti5Si3薄膜厚度为230nm， 550nrn处的可见光透过率为29 %， 22.5)am处的红外反射率为86%，耐腐蚀。
反应源气体流量比SiH4/TiCLrl， SiHt浓度为0.16%， TiCU浓度为0.16%, 沉积温度T二710。C，沉积时间10s，反应室内压力为9.00xl(^Pa，在玻璃基板上 形成了 TisSi3薄膜。该Ti5Si3薄膜厚度为260nm， 550nm处的可见光透过率为27 %， 22.5pm处的红外反射率为88%，耐腐蚀。。
实施例4:
反应源气体流量比SiH4/TiClr2， SiHt浓度为0.21°/。， TiCU浓度为0.11%， 沉积温度T-72(TC，沉积时间15s，反应室内压力为8.00x104Pa，在玻璃基板上 形成了 Ti5Si3薄膜。该Ti5Si3薄膜厚度为300nm， 550nm处的可见光透过率为20 %， 22.5pm处的红外反射率为92X，耐腐蚀。
实施例5:
反应源气体流量比SiH4/TiClrO.5， SiHr浓度为0.11%， TiCU浓度为0.21%, 沉积温度T:730'C，沉积时间10s，反应室内压力为8.00xl04Pa，在玻璃基板上 形成了 Ti5Si3薄膜。该Ti5Si3薄膜厚度为260nm， 550nm处的可见光透过率为26 %， 22.5pm处的红外反射率为88%，耐腐蚀。
反应源气体流量比SiH/riCLr4， SiKU浓度为0.26°/。， TiCU浓度为0.06%， 沉积温度T-690。C，沉积时间8s，反应室内压力为8.00xl04Pa，在玻璃基板上 形成Ti5Si3薄膜。该Ti5Si3薄膜厚度为240nm， 550nm处的可见光透过率为28 %， 22.5lam处的红外反射率为87X，耐腐蚀。
实施例7:
反应源气体流量比SiH/nCLr2.5， SitLt浓度为0.23%， TiCU浓度为0.09%， 沉积温度丁=700°〇，沉积时间12s，反应室内压力为1.01xl05Pa，在玻璃基板上 形成TisSi3薄膜。该TisSi3薄膜厚度为280nm， 550nm处的可见光透过率为25 o%， 22.5^im处的红外反射率为89X，耐腐蚀。
实施例8:
反应源气体流量比SiH4/TiCLr3， SfflU浓度为0.24°/。， TiCU浓度为0.08%， 沉积温度T二670'C，沉积时间8s，反应室内压力为8.00xl04Pa，在玻璃基板上 形成了 TisSi3薄膜。该TisSi3薄膜厚度为200nm， 550nm处的可见光透过率为30 %， 22.5pm处的红外反射率为86X，耐腐蚀。
权利要求
1、一种耐腐蚀硅化钛镀膜玻璃，其特征在于在普通浮法玻璃基板(1)的一侧面上有一层Si与Ti构成的非晶层(2)，然后再在Si与Ti构成的非晶层(2)上有另一层六方结构的Ti5Si3相薄膜层(3)。
2、 一种制备权利要求1所述的一种耐腐蚀硅化钛镀膜玻璃的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下1) Si源与Ti源分别为气态的SiH4和液态的TiCU，使用N2作为稀释气体和保护气体；2) 液态的TiCU通过加热获得其蒸汽，使用N2作为载气；3) 气态的SiKU, TiCU蒸汽，以及N2在混气室内混合均匀后引入反应室内参与反应；其中，SiH4和TiCU在总气体中所占摩尔百分比为a) SiH4: 0.03~0.26%b) TiCU: 0.29 0.06%4) 反应气体压力维持在8.00x 104 1.01 x 105Pa之间；5) 反应在玻璃表面上进行，为了得到所需的镀膜玻璃，沉积参数的控制如下当反应气体浓度比SiH4/TiCU二0.1 2.5时，沉积温度为650 740。C;当反应气体浓度比SiH4/TiCl4=2.5 4时，沉积温度为650 700°C;沉积时间均为2 15秒；6) 通过步骤5)的控制反应气体浓度比，沉积温度和沉积时间，调节所沉积硅化钛薄膜的厚度；7) 废气经过吸收处理后排放。
3、 根据权利要求2所述的一种耐腐蚀硅化钛镀膜玻璃的制备方法，其特征在于所述的镀膜玻璃在固定的沉积室内进行，或在浮法玻璃生产线的锡槽或过渡辊合或退火窑前端进行。
4、 根据权利要求2所述的一种耐腐蚀硅化钛镀膜玻璃的制备方法，其特征在于所制备得到的TisSi3镀膜玻璃，其厚度为200 300nm，红外反射率为85 93%，可见光区透过率为30 20%，耐腐蚀性能好。
全文摘要
本发明公开了一种耐腐蚀硅化钛(Ti<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>)镀膜玻璃及其制备方法。以硅烷和四氯化钛为反应前驱体，以氮气为稀释气体和保护气体，通过反应前驱体在650～740℃下在玻璃表面沉积得到Ti<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>镀膜玻璃。所制备的该Ti<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>镀膜玻璃厚度在200～300nm之间，红外反射率在85～93％之间，可见光区透过率在30～20％之间，是一种兼具调光隔热以及低辐射功能的耐腐蚀硅化钛镀膜玻璃。与已有的TiSi<sub>2</sub>镀膜玻璃相比，该硅化钛(Ti<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>)镀膜玻璃的耐腐蚀性好，具有更加广阔的应用前景。该镀膜玻璃的制备也可在浮法玻璃生产线的锡槽或过渡辊合或退火窑前端进行，可与浮法在线玻璃生产工艺相结合，节约能源。
文档编号C03C17/34GK101475318SQ20091009567
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者任招娣, 宋晨露, 张溪文, 刚 徐, 杜丕一, 汪建勋, 鸽 沈, 翁文剑, 赵高凌, 韩高荣 申请人:浙江大学