专利名称：离线镀膜低辐射玻璃的制作方法
技术领域：
本发明属于玻璃制造和节能技术领域，特别涉及以含硅薄膜和组分渐变薄膜为介
质层的低辐射玻璃，。
背景技术：
建筑耗能大约占总能源消耗的30%，建筑节能潜力非常大。采用低辐射中空玻璃 配合隔热窗框，可以将通过窗户的传热降低到普通窗户的25%左右，效果非常显著。低辐 射玻璃是一种可以透过阳光中的大部分可见光，反射阳光中的部分近红外线，并具有很低 的远红外线辐射系数的玻璃。在世界上发达国家，大部分建筑都采用这种低辐射玻璃。在 我国，低辐射玻璃的应用还不十分广泛，主要原因是成本问题。由于售价比普通白玻璃高得 多，因此只能用于高档建筑中，民用住宅很少采用。 低辐射玻璃分在线镀膜和离线镀膜两种。在线镀膜是在浮法玻璃生产线上采用化 学方法镀制氧化锡薄膜，保温性能稍差。离线镀膜是采用磁控溅射方法在玻璃上沉积多层 金属和介质薄膜，保温性能好。离线镀膜低辐射玻璃中的金属膜一般都采用银膜，按银膜的 层数可分单银、双银和三银等，按介质薄膜成分可分为软膜和硬膜两种，按功能又可分为高 透型和遮阳型等。软膜低辐射玻璃中的介质膜包括氧化锌、氧化锡两种，由于膜层较软，耐 磨性差。由于这两种氧化物折射率较低，使得反射光颜色的调整范围受到一定限制。硬膜 低辐射玻璃中的介质膜主要是二氧化钛。二氧化钛薄膜不但硬度高，而且折射率也高，颜色 调整性能更好。硬膜的缺点是溅射速率低，用很多溅射靶同时工作才能达到一定的沉积速 率。已有的离线低辐射玻璃还有一个明显的缺点是稳定性能差，生产出来后几天内必须封 成中空玻璃，否则膜层性能将发生变化。即使封接成中空结构，由于软性封接材料的弱呼吸 作用，氧气仍能缓慢进入其中，导致性能劣化。 由于离线镀膜低辐射玻璃存在的各种问题，使其在中国只能用于高档写字楼，还 很难大规模推广。
发明内容
本发明针对现有技术中离线低辐射玻璃存在的不足和缺点，提供一种低辐射玻 璃，使其不仅具有材料普通、性能稳定，完全不氧化等特点，而且解决了已有产品生产成本 高的问题，可以推动低辐射节能玻璃的大规模应用。
本发明的技术方案为 低辐射玻璃，具有单银层结构，其基本结构中，由下而上依次包括玻璃板10、第1 介质层11、银层12、第2介质层13。本发明的技术特征在于所述的各介质层由1至10个 子层组成，构成子层的材料包括氧化锌薄膜、氧化锡薄膜、氧化铟锡薄膜、硅薄膜、硅和其它 金属组成的以硅为主的硅合金薄膜、氧化硅薄膜、氧化硅合金薄膜、氮化硅薄膜、氮化硅合 金薄膜等，构成子层的材料还包括铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氧化 物和氮化物薄膜，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的
4硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄膜、硅氧氮薄膜、硅合金氧氮薄膜，构成子
层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金
属及这些金属之间合金的氮薄膜。构成介质层的各个子层的薄膜可以相同，也可以不同，但
至少有一个子层是由硅薄膜和硅合金薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃表面法线方向上组
分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄膜、硅氧氮薄膜、硅
合金氧氮薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的铝、
钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜中的一种构成。 本发明的另一种技术方案为 低辐射玻璃，具有双银层结构，其基本结构中，由下而上依次包括玻璃板20、第1 介质层21、第1银层22、第2介质层23、第2银层24、第3介质层25。本发明的技术特征在 于所述的各介质层由1至10个子层组成，构成子层的材料包括氧化锌薄膜、氧化锡薄膜、 氧化铟锡薄膜、硅薄膜、硅和其它金属组成的以硅为主的硅合金薄膜、氧化硅薄膜、氧化硅 合金薄膜、氮化硅薄膜、氮化硅合金薄膜等，构成子层的材料还包括铝、钛、锆、铪、铌、钽等 金属及这些金属之间合金的氧化物和氮化物，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向 上组分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄膜、硅氧氮薄 膜、硅合金氧氮薄膜，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分 布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜。构成介质层的各个子层的 薄膜可以相同，也可以不同，但至少有一个子层是由硅薄膜和硅合金薄膜中的一种构成，或 者由沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、 硅合金氮薄膜、硅氧氮薄膜、硅合金氧氮薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃表面法线方向上 组分和折射率渐变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜中的一 种构成。 上述两种低辐射玻璃中，构成介质层中子层的组分和折射率渐变分布的硅氧薄 膜、硅氮薄膜、硅氧氮薄膜等是硅含量沿玻璃表面法线方向上逐渐变化的薄膜，以该子层的 中心平面为对称平面，组分和折射率在该中心平面的上下两侧成对称分布，硅组分和折射 率最高的部分位于该子层的中心平面，硅组分和折射率最低的部分位于该子层最外侧的两 个平面。所述构成介质层中子层的组分和折射率渐变分布的硅合金氧薄膜、硅合金氮薄膜、 硅合金氧氮薄膜等是硅合金含量沿玻璃表面法线方向上逐渐变化的薄膜，以该子层的中心 平面为对称平面，组分和折射率在该中心平面的上下两侧成对称分布，硅合金组分和折射 率最高的部分位于该子层的中心平面，硅合金组分和折射率最低的部分位于该子层最外侧 的两个平面。所述构成介质层中子层的组分和折射率渐变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金 属及这些金属之间合金的氮薄膜是铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的含量 沿玻璃表面法线方向上逐渐变化的薄膜，以该子层的中心平面为对称平面，组分和折射率 在该中心平面的上下两侧成对称分布，铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的 组分和折射率最高的部分位于该子层的中心平面，铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属 之间合金的组分和折射率最低的部分位于该子层最外侧的两个平面。 为了提高低辐射玻璃的可靠性和寿命，在银层的上下两侧或单侧设置保护层兼附 着力强化层，该层采用钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、镍、钴等金属薄膜或这些金属之间的 合金薄膜，也可采用不锈钢薄膜，其厚度小于3纳米。
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所述的以硅为主的硅合金薄膜包括硅与铜、银、镁、铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、 钨、锰、铬、铁、钴、镍等金属组成的二元合金，也包括硅与上述金属之间构成的多元合金；硅 合金氧薄膜包括硅与铜、银、镁、铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铬、铁、钴、镍金属组成 的二元合金氧薄膜，也包括硅与上述金属之间构成的多元合金氧薄膜；硅合金氮薄膜包括 硅与铜、银、镁、铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、鸨、锰、铬、铁、钴、镍金属组成的二元合金氮薄 膜，也包括硅与上述金属之间构成的多元合金氮薄膜；硅合金氧氮薄膜包括硅与铜、银、镁、 铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、鸨、锰、铬、铁、钴、镍金属组成的二元合金氧氮薄膜，也包括硅 与上述金属之间构成的多元合金氧氮薄膜。 本发明中，介质层采用子层结构，并且每个子层中采用组分渐变结构，是为了满足 大规模量产的需要，其性能与折射率均匀分布的情况差别很小。组分均匀分布是渐变分布 的一个特例。采用子层结构和子层中组分渐变结构后，完全可以采用标准的磁控反应溅射 方法进行大规模制造。 附着力强化层同时还具有对银层的保护功能，防止硅氧介质层沉积过程中银层被 氧化。 本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明所提供的低辐射玻 璃中，介质层的折射率可以在1. 5到4之间任意调整，大大增加了结构设计的灵活性；这些 薄膜致密，强度高，大大提高了低辐射玻璃的性能稳定性；硅氧薄膜沉积速率高，可以大大 提高生产率，降低成本。 与已有的低辐射玻璃相比，稳定性大大提高，可在空气中长期存放。由于不存在氧 化问题，封成中空结构后，不怕弱呼吸作用，即使氧进入中空玻璃中，性能也不会降低，更不 会出现薄膜脱离现象。这些为大批量生产和广泛应用提供了很好的前提条件。本发明完全 克服了已有各类低辐射玻璃的缺点，可以使低辐射玻璃的应用得到极大的推广，对建筑节 能的发展起到很好的推动作用。
图1为本发明提供的单银层结构低辐射玻璃结构示意图。该低辐射玻璃依次包括 玻璃板10、设置在衬底上第1介质层11、银层12、第2介质层13。 图2为本发明提供的具有保护层兼界面改善层的单银层结构低辐射玻璃结构示 意图。该低辐射玻璃依次包括玻璃板10、设置在衬底上第1介质层11、保护层兼界面改善 层14、银层12、保护层兼界面改善层15、第2介质层13。 图3为本发明提供的双银结构低辐射玻璃结构示意图。该低辐射玻璃依次包括玻 璃板20、设置在衬底上第1介质层21、第1银层22、第2介质层23、第2银层24、第3介质 层25。 图4为本发明提供的具有保护层兼界面改善层的双银结构低辐射玻璃结构示意 图。该低辐射玻璃依次包括玻璃板20、设置在衬底上第1层介质21、保护层兼界面改善层 26、第1银层22、保护层兼界面改善层27、第2介质层23、保护层兼界面改善层28、第2银 层24、保护层兼界面改善层29、第3介质层25。 图5为本发明提供的单银和双银低辐射玻璃中折射率渐变介质层的结构示意图。 介质层由若干子层构成，K代表折射率最高的部位，N2代表折射率最低的部位。
具体实施例方式
下面通过几个具体的实施例对本发明的实施做进一步的说明。 实施例1 :单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、45纳米厚的第1介质 层、10纳米厚的银层、54纳米厚的第2层介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3 个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. 3，硅组分最低的部位，折射率 控制在1.5 ;第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在 2. 1，硅组分最低的部位，折射率控制在1.5。该低辐射玻璃的可见光透过率超过85%，阳光 透过率超过65% ，辐射系数小于0. 05。 实施例2 :单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、39纳米厚的第1介质 层、2纳米厚的钛保护层兼界面改善层、10纳米厚的银层、2纳米厚的钛保护层兼界面改善 层、51纳米厚的第2介质层。介质层采用硅铝氧薄膜，硅和铝原子数比为IO : l，第l介质 层采用3个子层，各子层结构相同，硅铝组分高的部位，折射率控制在2.3，硅铝组分最低的 部位，折射率控制在1. 5 ;第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅铝组分最高的部 位，折射率控制在2. 3，硅铝组分最低的部位，折射率控制在1. 5。该低辐射玻璃的可见光透 过率超过85% ，阳光透过率超过65% ，辐射系数小于0. 07。 实施例3 :单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、36纳米厚的第1介质 层、10纳米厚的银层、45纳米厚的第2层介质层。介质层采用硅氮薄膜，第1介质层采用3 个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. 6，硅组分最低的部位，折射率 控制在2. 0 ;第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在 2. 3，硅组分最低的部位，折射率控制在2. 0。该低辐射玻璃的可见光透过率超过85%，阳光 透过率超过65% ，辐射系数小于0. 05。 实施例4 :单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、3纳米厚的第1介质 层、10纳米厚的银层、15纳米厚的第2介质层。第1介质层只有一个子层，为氧化锌薄膜， 第2介质层采用2个子层，分别是8纳米后的氧化锌和7纳米厚的硅，该低辐射玻璃的可见 光透过率超过75% ，阳光透过率超过50% ，辐射系数小于0. 05。 实施例5 :单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、5纳米厚的第1介质 层、10纳米厚的银层、25纳米厚的第2介质层。第1介质层只有1个子层，采用氮化铪薄 膜，第1介质层采用2个子层，分别5纳米厚的组分渐变的硅氮薄膜和20纳米厚的氮化硅 薄膜，其中组分渐变的硅氮薄膜中，折射率最高的部位，折射率控制在2. 8，折射率最低的部 位，折射率控制在2. 0。该低辐射玻璃的可见光透过率超过80%，阳光透过率超过为60%， 辐射系数小于O. 07。 实施例6 :单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、42纳米厚的第1介质 层、10纳米厚的银层、51纳米厚的第2层介质层。介质层采用硅氧氮薄膜，第1介质层采用 3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. 4，硅组分最低的部位，折射 率控制在1.6 ;第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制 在2. l，硅组分最低的部位，折射率控制在1. 6 ;该低辐射玻璃的可见光透过率超过85%，阳 光透过率超过65% ，辐射系数小于0. 05。
实施例7 :双银结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、30纳米厚第1介质层、10纳米厚的第1银层、78纳米厚的第2介质层、10纳米厚的第2银层、39纳米厚的第3介质 层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折 射率控制在2. 4，硅组分最低的部位，折射率控制在1. 5 ;第2介质层采用6个子层，各子层 结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. 1，硅组分最低的部位，折射率控制在1.5 ;第3 介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. l，硅组分最低的 部位，折射率控制在1. 5。该低辐射玻璃的可见光透过率超过80%，红外透过率低于35%， 辐射系数小于O. 07。 实施例8 :双银结构低辐射玻璃，其结构依次为玻璃板、30纳米厚第1介质层、2 纳米厚的钛保护层兼界面改善层，10纳米厚的第1银层、2纳米厚的钛保护层兼界面改善 层，78纳米厚的第2介质层、2纳米厚的钛保护层兼界面改善层，10纳米厚的第2银层、2纳 米厚的钛保护层兼界面改善层，39纳米厚的第3介质层。介质层采用硅氧薄膜，第l介质层 采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. 4，硅组分最低的部位， 折射率控制在1. 5 ;第2介质层采用6个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控 制在2. l，硅组分最低的部位，折射率控制在1. 5 ;第3介质层也采用3个子层，各子层结构 相同，硅组分高的部位，折射率控制在2. l，硅组分最低的部位，折射率控制在1. 5。该低辐 射玻璃的可见光透过率超过80%，红外透过率低于35%，辐射系数小于0. 07。
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权利要求
低辐射玻璃，具有单银层结构，其基本结构中，由下而上依次包括玻璃板10、第1介质层11、银层12、第2介质层13，其特征在于所述的各介质层由1至10个子层组成，构成子层的材料包括氧化锌薄膜、氧化锡薄膜、氧化铟锡薄膜、硅薄膜、硅和其它金属组成的以硅为主的硅合金薄膜、氧化硅薄膜、氧化硅合金薄膜、氮化硅薄膜、氮化硅合金薄膜等，构成子层的材料还包括铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氧化物和氮化物薄膜，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄膜、硅氧氮薄膜、硅合金氧氮薄膜，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜；构成介质层的各个子层的薄膜可以相同，也可以不同，但至少有一个子层是由硅薄膜和硅合金薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄膜、硅氧氮薄膜、硅合金氧氮薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜中的一种构成。
2. 低辐射玻璃，具有双银层结构，其基本结构中，由下而上依次包括玻璃板20、第l介 质层21、第1银层22、第2介质层23、第2银层24、第3介质层25，其特征在于所述的各 介质层由1至10个子层组成，构成子层的材料包括氧化锌薄膜、氧化锡薄膜、氧化铟锡薄 膜、硅薄膜、硅和其它金属组成的以硅为主的硅合金薄膜、氧化硅薄膜、氧化硅合金薄膜、氮化硅薄膜、氮化硅合金薄膜等，构成子层的材料还包括铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金 属之间合金的氧化物和氮化物薄膜，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和 折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄膜、硅氧氮薄膜、硅合金 氧氮薄膜，构成子层的材料还包括沿玻璃表面法线方向上组分和折射率渐变分布的铝、钛、 锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜；构成介质层的各个子层的薄膜可以相 同，也可以不同，但至少有一个子层是由硅薄膜和硅合金薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃 表面法线方向上组分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅合金氧薄膜、硅氮薄膜、硅合金氮薄 膜、硅氧氮薄膜、硅合金氧氮薄膜中的一种构成，或者由沿玻璃表面法线方向上组分和折射 率渐变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜中的一种构成。
3. 根据权利要求1和2所述的低辐射玻璃，其特征在于所述构成介质层中子层的组 分和折射率渐变分布的硅氧薄膜、硅氮薄膜、硅氧氮薄膜等是硅含量沿玻璃表面法线方向 上逐渐变化的薄膜，以该子层的中心平面为对称平面，组分和折射率在该中心平面的上下 两侧成对称分布，硅组分和折射率最高的部分位于该子层的中心平面，硅组分和折射率最 低的部分位于该子层最外侧的两个平面；所述构成介质层中子层的组分和折射率渐变分布 的硅合金氧薄膜、硅合金氮薄膜、硅合金氧氮薄膜等是硅合金含量沿玻璃表面法线方向上 逐渐变化的薄膜，以该子层的中心平面为对称平面，组分和折射率在该中心平面的上下两 侧成对称分布，硅合金组分和折射率最高的部分位于该子层的中心平面，硅合金组分和折 射率最低的部分位于该子层最外侧的两个平面；所述构成介质层中子层的组分和折射率渐 变分布的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的氮薄膜是铝、钛、锆、铪、铌、钽 等金属及这些金属之间合金的含量沿玻璃表面法线方向上逐渐变化的薄膜，以该子层的中 心平面为对称平面，组分和折射率在该中心平面的上下两侧成对称分布，铝、钛、锆、铪、铌、 钽等金属及这些金属之间合金的组分和折射率最高的部分位于该子层的中心平面，铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属及这些金属之间合金的组分和折射率最低的部分位于该子层最外侧的 两个平面。
4. 根据权利要求1和2所述的低辐射玻璃，其特征在于在银层的上下两侧或单侧设 置保护层兼附着力强化层，该层采用钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、镍、钴等金属薄膜或这些金属之间的合金薄膜，也可采用不锈钢薄膜，其厚度小于3纳米。
5. 根据权利要求1和2所述的低辐射玻璃，其特征在于所述的以硅为主的硅合金薄膜包括硅与铜、银、镁、铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铬、铁、钴、镍等金属组成的二元合金，也包括硅与上述金属之间构成的多元合金；硅合金氧薄膜包括硅与铜、银、镁、铝、钛、 锆、钒、铌、钽、铬、钼、鸨、锰、铬、铁、钴、镍金属组成的二元合金氧薄膜，也包括硅与上述金 属之间构成的多元合金氧薄膜；硅合金氮薄膜包括硅与铜、银、镁、铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、 钼、钨、锰、铬、铁、钴、镍金属组成的二元合金氮薄膜，也包括硅与上述金属之间构成的多元 合金氮薄膜；硅合金氧氮薄膜包括硅与铜、银、镁、铝、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铬、 铁、钴、镍金属组成的二元合金氧氮薄膜，也包括硅与上述金属之间构成的多元合金氧氮薄 膜。
全文摘要
离线镀膜低辐射玻璃，属于节能技术领域，基本结构包括玻璃基底、介质层和银层。其技术特征是，介质层包括多个子层，其中至少有一个子层是由硅或硅合金薄膜构成，或者由组分渐变的硅氧、硅氮、硅氧氮、硅合金氧、硅合金氮、硅合金氧氮等薄膜构成，或者由组分渐变的铝、钛、锆、铪、铌、钽等金属或它们之间合金的氮薄膜构成。采用本发明的低辐射玻璃，不仅性能稳定，可靠性高，而且生产效率高，可大大降低成本，有利于大规模推广应用。
文档编号C03C17/36GK101708961SQ20091023853
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者李德杰 申请人:李德杰