一种制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用连续式多腔室磁控溅射技术制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法。该方法是先将玻璃在镀膜前进行清洗干净，然后通过传送装置送入连续式真空镀膜机的预抽室，随后顺序进入配有大型钛铝磁控靶和硅靶的多个溅射镀膜室。镀膜室内通入氩和氮混合气体，调控反应溅射气体比例，调制磁控靶的辉光放电特性，在硼硅玻璃表面首先反应溅射沉积黑色TiAlN功能薄膜，随后进入下一个真空室反应溅射沉积SiN防护薄膜。最后进行镀膜后的退火处理进一步降低薄膜的内应力并提高膜基界面结合力。本发明提供的真空镀膜制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法，通过复合薄膜的设计可显著提高黑色硼硅玻璃的耐高温性能，该黑色玻璃经受600℃温度而颜色不发生变化。
【专利说明】一种制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种玻璃的制备方法和制备设备，尤其涉及一种采用磁控溅射技术制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法和设备。
【背景技术】
[0002]微晶玻璃是一种具有优异的光、热、电、力学性能和丰富颜色的材料。微晶玻璃作为结构材料、光电功能材料和装饰材料被广泛应用于建筑、新能源、电子信息和高档家电等领域。微晶玻璃虽然因其特性被广泛应用，然而制备微晶玻璃的生产综合能耗高是一直存在的问题，因此，业界都在努力寻找一种能够替代微晶玻璃并且生产综合耗能低的玻璃材料。
[0003]硼硅玻璃是一种具有低膨胀率、耐高温、高透光率和高化学稳定性等一系列优点的材料，然而，硼硅玻璃却很难制备出如微晶玻璃那么丰富的颜色。因此，在特种硼硅玻璃表面经过真空镀膜处理构筑丰富的颜色是部分取代微晶玻璃应用的有效途径，其可显著降低成本，应用前景和市场巨大。
[0004]目前，业内都采用印刷油墨技术对特种硼硅玻璃进行涂层处理以获得微晶玻璃的替代品。但油墨涂层耐温只能达到450°C，这极大地限制了特种硼硅玻璃在有高温应用环境要求的例如家电等领域的推广应用。
[0005]磁控溅射镀膜是近些年在国内外发展并得到应用的一种高新技术，该技术因其绿色环保、可镀材料广、成膜质量高、应用领域扩展能力强而成为一种极具潜力的玻璃镀膜制备方法，并且也为开发特种硼硅玻璃耐高温薄膜提供了一种有效手段。
[0006]目前，镀膜玻璃的产品主要包括两方面:一方面是光热控制膜；另一方面是赋予薄膜表面具有特殊性能的功能薄膜。其中，光热控制膜的生产技术工艺日渐成熟，产品品种和功能日渐增加，应用范围日益扩大。同时，具有特殊性能的功能薄膜的发展也初见端倪，并正成为镀膜玻璃发展的主要趋势和增长点。然而，采用真空镀膜技术对具有特殊用途的硼硅玻璃进行表面沉积耐高温黑色PVD薄膜在国内外还没有特别成熟的技术。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法，所述方法具体包括以下步骤:
[0008](I)对待镀膜硼硅玻璃进行清洗和风干；
[0009](2)通过传送带将所述待镀膜硼硅玻璃送至连续溅射镀膜设备中的第一预抽室，第一预抽室预抽真空；
[0010](3)待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室通过传送带送入镀膜设备中的至少两个连续镀膜室，所述至少两个镀膜室已抽真空至真空室内的真空度小于或等于5 X 1-3Pa ;其中的第一镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积TiAlN薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；其中的第二镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积氮化硅薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；
[0011]所述待镀膜硼硅玻璃在镀膜室内匀速行进，即待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室至少先进入第一镀膜室，沉积TiAlN薄膜，随后进入第二镀膜室，在TiAlN薄膜表面沉积氮化硅薄膜；
[0012](4)镀膜后的硼硅玻璃通过第二预抽室，从第二预抽室离开镀膜设备；
[0013](5)从镀膜设备移出后的硼硅玻璃进行后续的低温退火处理，退火温度控制在150-300°C，退火时间为1-2小时。
[0014]具体地，所述步骤(I)中利用玻璃清洗线对待镀膜硼硅玻璃进行清洗，所述玻璃清洗线与镀膜设备的第一预抽室衔接为一体，清洗后的玻璃经风干后直接进入第一预抽室。
[0015]优选地,所述连续溅射镀膜设备包括3个或4个或5个以上镀膜室，待镀膜硼硅玻璃需经过3个或4个或5个以上镀膜室中的镀膜处理。
[0016]所述步骤(3)中真空度达到5X10_3Pa所用时间为30-60分钟，需提前进行抽真空处理。
[0017]优选地，所述第一镀膜室中所用的氩和氮气体均为高纯气体，氮气和氩气的比例为2:1，所述第一镀膜室内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性；所述第二镀膜室中所用的氩和氮气体为高纯气体，氮气和氩气的比例为2:1，所述第二镀膜室内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性。
[0018]优选地，所述步骤(3)中所用的靶电源为直流电源、脉冲电源或中频电源。
[0019]优选地，所述步骤(3)中第一镀膜室中采用的靶材为TiAl合金靶或Ti金属靶材和Al金属靶材，所述靶材为平面靶材或柱状靶材；第二镀膜室中所用的靶材为硅靶材，所述靶材为平面靶材或柱状靶材。
[0020]优选地，每片待镀膜玻璃从开始清洗到从镀膜设备中移出所消耗的时间控制在5-10分钟。
[0021]优选地，镀膜后的玻璃需尽快进行退火处理，在镀膜结束后的30分钟-90分钟内开始后续退火处理。
[0022]本发明还提供了一种制备耐高温黑色硼硅玻璃的连续溅射镀膜设备，所述设备包括依次相邻的第一预抽室、至少两个镀膜室、第二预抽室，还包括在第一预抽室、至少两个镀膜室、第二预抽室中循环转动以运送待镀膜硼硅玻璃的传送带；所述第一预抽室预抽真空，待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室通过传送带送入镀膜设备中的至少两个连续镀膜室，所述至少两个镀膜室能够抽真空至真空室内的真空度小于或等于5X10_3Pa;其中的第一镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积TiAlN薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；其中的第二镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积氮化硅薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；所述待镀膜硼硅玻璃能够在镀膜室内匀速行进，即待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室至少先进入第一镀膜室，沉积TiAlN薄膜，随后进入第二镀膜室，在TiAlN薄膜表面沉积氮化硅薄膜；镀膜后的硼硅玻璃通过第二预抽室，从第二预抽室离开镀膜设备。
[0023]通过本发明采用磁控溅射技术在硼硅玻璃表面沉积制备的耐高温黑色硼硅玻璃产品，能够经受600°C温度而保持颜色不发生变化，能够部分替代微晶玻璃用于多种特殊领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为多腔室连续镀膜设备结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下文将详细描述本发明的优选实施例，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0026]实施例1
[0027]本发明提供了一种连续溅射镀膜设备，所述连续溅射镀膜设备结构如图1所示，包括传送带I和四个真空室，四个真空室包括第一预抽室3、第一镀膜室4、第二镀膜室5和第二预抽室6。所述第一预抽室3位于第一镀膜室4前面，第一镀膜室4与第二镀膜室5相邻，第二预抽室6位于第二镀膜室5后面，传送带在第一预抽室、至少两个镀膜室、第二预抽室中循环转动以运送待镀膜硼硅玻璃。此外，还提供玻璃清洗线2，用于对待镀膜硼硅玻璃进行清洗和风干，所述玻璃清洗线2与第一预抽室3衔接为一体，且传送带同时穿过玻璃清洗线2。清洗后的玻璃经风干后直接进入第一预抽室3，第一预抽室3预抽真空，待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室3通过传送带依次送入镀膜设备中的第一镀膜室4和第二镀膜室5，所述至少两个镀膜室能够抽真空至真空室内的真空度小于或等于5X10_3Pa;其中的第一镀膜室4内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积TiAlN薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；其中的第二镀膜室5内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积氮化硅薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；所述待镀膜硼硅玻璃能够在镀膜室内匀速行进，即待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室至少先进入第一镀膜室，沉积TiAlN薄膜，随后进入第二镀膜室，在TiAlN薄膜表面沉积氮化硅薄膜；镀膜后的硼硅玻璃通过第二预抽室，从第二预抽室离开镀膜设备。
[0028]优选地,第一镀膜室4与第二镀膜室5所用的IS和氮气体为高纯气体,氮气和IS气的比例为2:1。
[0029]优选地，第一镀膜室4与第二镀膜室5内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性。
[0030]本发明提供了一种采用多腔室连续式磁控溅射技术在硼硅玻璃表面沉积可经受600°C温度而颜色不发生变化的黑色硼硅玻璃的方法，所述方法具体包括以下步骤:
[0031](I)对待镀膜硼硅玻璃进行清洗和风干；
[0032]具体地，利用玻璃清洗线对待镀膜硼硅玻璃进行清洗，所述玻璃清洗线与第一预抽室衔接为一体，清洗后的玻璃经风干后直接进入第一预抽室。
[0033](2)传送带将所述待镀膜硼硅玻璃送至连续镀膜设备中的第一预抽室，第一预抽室预抽真空；
[0034](3)待镀膜硼硅玻璃通过传送带送入两个连续镀膜室，并在镀膜室内匀速行进，即待镀玻璃从第一预抽室先进入第一镀膜室，沉积TiAlN薄膜，随后进入第二镀膜室，在TiAlN薄膜表面沉积氮化硅薄膜；
[0035]第一镀膜室和第二镀膜室已抽真空至真空室内的真空度小于或等于5X 10_3Pa ；
[0036]具体地，真空度达到5 X KT3Pa所用时间为30_60min。
[0037]第一镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积TiAlN薄膜，靶电流调控在20A-40A之间，优选30A ；
[0038]具体地，第一镀膜室用于沉积TiAlN薄膜，所用的氩和氮气体均为高纯气体，氮气和氩气的比例为2:1，所述第一镀膜室内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性。
[0039]具体地所述第一镀膜室中采用的靶材为TiAl合金靶或Ti金属靶材和Al金属靶材，所述靶材为平面靶材或柱状靶材；
[0040]具体地所述第一镀膜室中采用的靶电源为直流电源、脉冲电源或中频电源。
[0041]第二镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积氮化硅薄膜，靶电流调控在20A-40A之间，优选30A ；
[0042]具体地，第二镀膜室用于沉积氮化硅薄膜，所用的氩和氮气体为高纯气体，氮气和氩气的比例为2:1，所述第二镀膜室内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性。
[0043]具体地，所述第二镀膜室中所用的靶材为硅靶材，所述靶材为平面靶材或柱状靶材；
[0044]具体地，所述第二镀膜室中所用的靶电源为直流电源、脉冲电源或中频电源。
[0045]优选地,每片待镀膜玻璃在连续溅射镀膜室内匀速行进,速度可以为0.5m/min,所述每片待镀膜玻璃进出连续溅射镀膜设备的传送带的时间可以控制在5-10min。
[0046](4)镀膜后的硼硅玻璃通过第二预抽室，从第二预抽室离开镀膜设备；
[0047](5)镀膜后的硼硅玻璃进行后续的低温退火处理，退火温度控制在150-300°C，退火时间为1-2小时。镀膜后的退火处理进一步降低薄膜的内应力并提高膜基界面结合力。
[0048]具体地，镀膜后的玻璃需尽快进行退火处理，优选在镀膜结束后的30分钟内开始后续退火处理，最长不要超过90分钟。退火温度优选200°。
[0049]实施例2
[0050]实施例2提供了一种连续溅射镀膜设备，所述连续溅射镀膜设备除了包括实施例1的所有结构外，还包括第三镀膜室，第三镀膜室位于第二镀膜室5和第二预抽室6之间。
[0051]相应地，实施例2的制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法中，待镀膜硼硅玻璃在经过第二镀膜室5中的镀膜处理后，进入第三镀膜室进行进一步的镀膜处理，然后再进入第二预抽室6。在实施例2中，第一镀膜室至第三镀膜室中分别沉积TiAlN薄膜或氮化硅薄膜之一，例如方式一:第一镀膜室沉积TiAlN薄膜，第二、第三镀膜室均沉积氮化硅薄膜；方式二:第一、二镀膜室沉积TiAlN薄膜，第三镀膜室均沉积氮化硅薄膜；方式三:第一镀膜室沉积TiAlN薄膜，第二镀膜室均沉积氮化硅薄膜，第三镀膜室再次沉积TiAlN薄膜。
[0052]实施例3
[0053]实施例3提供了一种连续溅射镀膜设备，所述连续溅射镀膜设备除了包括实施例1的所有结构外，还包括至少第三镀膜室和第四镀膜室，至少第三镀膜室和第四镀膜室位于第二镀膜室5和第二预抽室6之间。
[0054]相应地，实施例3的制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法中，待镀膜硼硅玻璃在经过第二镀膜室5中的镀膜处理后,进入至少第三镀膜室和第四镀膜室进行进一步的镀膜处理，然后再进入第二预抽室6。在实施例3中，每个镀膜室分别沉积TiAlN薄膜或氮化硅薄膜之一，镀膜的组织组合方式有多种，例如方式一:第一镀膜室沉积TiAlN薄膜，第二、三、四、……镀膜室均沉积氮化硅薄膜；方式二:第一、二镀膜室沉积TiAlN薄膜，第三、四、……镀膜室均沉积氮化硅薄膜等；方式三:第一镀膜室沉积TiAlN薄膜，第二镀膜室均沉积氮化硅薄膜，第三镀膜室再次沉积TiAlN薄膜，……。组合方式在此不一一列举。
[0055]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种制备耐高温黑色硼硅玻璃的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤: (1)对待镀膜硼硅玻璃进行清洗和风干； (2)通过传送带将所述待镀膜硼硅玻璃送至连续溅射镀膜设备中的第一预抽室，第一预抽室预抽真空； (3)待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室通过传送带送入镀膜设备中的至少两个连续镀膜室，所述至少两个镀膜室已抽真空至真空室内的真空度小于或等于5 X KT3Pa ;其中的第一镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积TiAlN薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；其中的第二镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积氮化硅薄膜，靶电流调控在20A-40A之间； 所述待镀膜硼硅玻璃在镀膜室内匀速行进，即待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室至少先进入第一镀膜室，沉积TiAlN薄膜，随后进入第二镀膜室，在TiAlN薄膜表面沉积氮化硅薄膜； (4)镀膜后的硼硅玻璃通过第二预抽室，从第二预抽室离开镀膜设备； (5)从镀膜设备移出后的硼硅玻璃进行后续的低温退火处理，退火温度控制在150-300°C，退火时间为1-2小时。
2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(I)中利用玻璃清洗线对待镀膜硼硅玻璃进行清洗，所述玻璃清洗线与镀膜设备的第一预抽室衔接为一体，清洗后的玻璃经风干后直接进入第一预抽室。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述连续溅射镀膜设备包括3个或4个或5个以上镀膜室，待镀膜硼硅玻璃需经过3个或4个或5个以上镀膜室中的镀膜处理。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，所述步骤(3)中真空度达到5XKT3Pa所用时间为30-60分钟，需提前进行抽真空处理。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，所述第一镀膜室中所用的氩和氮气体均为高纯气体，氮气和氩气的比例为2:1，所述第一镀膜室内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性；所述第二镀膜室中所用的氩和氮气体为高纯气体，氮气和氩气的比例为2:1，所述第二镀膜室内采用2-6个进气口输入气体，以保证反应和溅射气体的均匀性。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，所述步骤(3)中所用的靶电源为直流电源、脉冲电源或中频电源。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，所述步骤(3)中第一镀膜室中采用的靶材为TiAl合金靶或Ti金属靶材和Al金属靶材，所述靶材为平面靶材或柱状靶材；第二镀膜室中所用的靶材为硅靶材，所述靶材为平面靶材或柱状靶材。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，每片待镀膜玻璃从开始清洗到从镀膜设备中移出所消耗的时间控制在5-10分钟。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，镀膜后的玻璃需尽快进行退火处理，在镀膜结束后的30分钟-90分钟内开始后续退火处理。
10.一种制备耐高温黑色硼硅玻璃的连续溅射镀膜设备，其特征在于，所述设备包括依次相邻的第一预抽室、至少两个镀膜室、第二预抽室，还包括在第一预抽室、至少两个镀膜室、第二预抽室中循环转动以运送待镀膜硼硅玻璃的传送带；所述第一预抽室预抽真空，待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室通过传送带送入镀膜设备中的至少两个连续镀膜室，所述至少两个镀膜室能够抽真空至真空室内的真空度小于或等于5X10_3Pa;其中的第一镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积TiAlN薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；其中的第二镀膜室内充入氩氮混合气体，磁控靶施加电压并产生辉光放电，氩氮混合气体进行反应溅射沉积氮化硅薄膜，靶电流调控在20A-40A之间；所述待镀膜硼硅玻璃能够在镀膜室内匀速行进，即待镀膜硼硅玻璃从第一预抽室至少先进入第一镀膜室，沉积TiAlN薄膜，随后进入第二镀膜室，在TiAlN薄膜表面沉积氮化硅薄膜；镀膜后的硼硅玻璃通过第二预抽室，从第二预抽室离开镀膜设备。
【文档编号】C23C14/06GK104342624SQ201410107051
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】吴海忠, 李金龙 申请人:宁波海燕家电玻璃技术有限公司