可单片使用阳光控制镀膜玻璃及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镀膜玻璃技术领域，尤其涉及一种可单片使用阳光控制镀膜玻璃及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 现代建筑物常常装有大面积窗户，特别是商业建筑、大型商场和写字楼等大型建 筑经常使用玻璃幕墙，导致大量的太阳光通过玻璃幕墙进入室内，在炎热的夏季由于入射 的太阳辐射能多于通过玻璃幕墙损失的热量，致使室内温度持续升高，加重了室内空调制 冷的能耗，此时就需要使用阳光控制镀膜玻璃，通过功能层对太阳光的吸收和反射降低阳 光透射比，减少进入室内的太阳辐射热，从而减少空调能耗，达到节能的效果；同时阳光控 制镀膜玻璃还可以调节玻璃的反射颜色，对建筑起到装饰的作用。常规的离线阳光控制镀 膜玻璃的膜系多采用glass/Si 3N4/功能层/Si3N4的三层膜系结构，功能层可以是NiCr、Fe、 TiN等材料，最常用的是NiCr。如已知的glass/Si3N4/NiCr/CrN/Si 3N4结构的阳光控制膜 系，以NiCr和CrNx作为功能层，但是二者都不耐酸和盐雾腐蚀，最外层的Si 3N4不耐碱腐 蚀；还有813%/311〇!￡/331队/311〇 !￡膜系结构，但功能层331^不耐酸腐蚀，311〇!￡质地较软，不 能为功能层提供足够的力学保护；另外一种已知的glass/Si 3N4或Ti02/Cr/Si3N4三层结构 的阳光控制镀膜玻璃，功能层Cr不耐酸腐蚀，表层Si 3N4膜不耐碱腐蚀；以及glass/TiO 2/ ZnOx/Cu/NiCr/Si3N4等膜系的镀膜玻璃也有同样的缺点。由于现在的阳光控制镀膜玻璃具 有耐酸碱和耐盐雾腐蚀性能不佳和表面保护层抗划伤性能差的缺点，所以一般的镀膜玻璃 需要再加工成中空玻璃，膜层在中空腔侧，这样能提高玻璃的保温性能，同时对膜层起到保 护作用。但我国南方地区的气候条件对玻璃门窗的保温性能要求不高，更主要是玻璃的遮 阳效果，因此希望阳光控制镀膜玻璃能够单片使用，这样即达到节能效益，又能减少建筑成 本。镀膜玻璃单片使用时膜层是直接暴露在大气环境中的，在使用过程会受到雨水、腐蚀性 气体、洗涤剂等的腐蚀和外力的刮擦，这就要求单片使用的阳光控制玻璃具有良好的抗腐 蚀和耐划伤性能。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供一种可单片使用阳光控制镀膜玻璃及其制备方法， 主要目的是提供一种耐候性良好，可以单片使用，并且装饰效果俱佳的阳光控制镀膜玻璃。
[0004] 为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
[0005] 一方面，本发明实施例提供了一种可单片使用阳光控制镀膜玻璃，包括玻璃基板 以及设于所述玻璃基板一侧面的膜层，所述膜层自玻璃基板向外依次为介质阻挡层、第一 牺牲层、功能层、第二牺牲层、介质支撑层和顶层保护层。
[0006] 作为优选，所述玻璃基板的厚度是3mm、5mm、6mm、8mm或12mm。
[0007] 作为优选，所述介质阻挡层直接附着在玻璃基板的表面以阻挡玻璃基板中的碱金 属离子扩散而侵蚀功能层；所述介质阻挡层的材质为5;[ 3队、5;[02、1102、21<)2或41 203中的一 种或几种；所述介质阻挡层的厚度为20-200nm。
[0008] 作为优选，所述介质阻挡层为Si3N4膜。
[0009] 作为优选，所述第一牺牲层和第二牺牲层分别设于功能层的两侧以保护功能层， 所述第一牺牲层和第二牺牲层通过较强的抗氧化和抗腐蚀性能保护功能层不受到侵蚀；所 述第一牺牲层和第二牺牲层的材质为Nb、Nb基合金、Nb基合金的氮化物或者Ta ;所述第一 牺牲层和第二牺牲层的材质为NbZr、NbZrNx、NbCr或NbNx中的一种或几种；所述第一牺牲 层和第二牺牲层的厚度为l-10nm。
[0010] 作为优选，所述第一牺牲层和第二牺牲层的材质为NbZr，其中Zr原子百分含量 为7% -15% ;所述第一牺牲层和第二牺牲层的材质为NbCr，其中Cr的原子百分含量为 5% _20%〇
[0011] 作为优选，所述功能层吸收和反射太阳光中780nm-2500nm波长范围的近红外福 射能；所述功能层的材质为附〇、〇、附〇队或〇^中的一种或几种。
[0012] 作为优选，所述功能层的厚度为l_18nm。
[0013] 作为优选，所述介质支撑层阻挡外界的氧经扩散进入膜层内部，保护功能层和牺 牲层不被氧化。所述介质支撑层的材质为5"队、510 2、1102、21'02或41 203中的一种或几种； 所述介质支撑层的厚度为20-200nm。优选Si 3N4。
[0014] 作为优选，所述顶层保护层提高整个膜层耐久性，具有良好的硬度、耐磨性和耐酸 碱腐蚀性能。所述顶层保护层的材质为Zr0 2、ZrY0x或者ZrSiOx*的一种或几种，所述顶层 保护层的厚度范围为2-20nm。所述顶层保护层的材质优选ZrYOJP ZrO2。所述顶层保护层 的材质为ZrYOx时，Y的原子百分含量为6 % -9 %。
[0015] 另一方面，本发明实施例提供了一种上述可单片使用阳光控制镀膜玻璃的制备方 法，包括如下步骤：
[0016] a)玻璃基板清洗干净并干燥后备用；
[0017] b)采用中频电源和旋转阴极在已清洗干净的玻璃基板上沉积介质阻挡层；
[0018] c)采用脉冲直流电源或者中频电源和旋转阴极或者是平面阴极在介质阻挡层上 沉积第一牺牲层；
[0019] d)采用脉冲直流电源或者中频电源和旋转阴极或者是平面阴极在第一牺牲层上 沉积功能层；
[0020] e)采用脉冲直流电源或者中频电源和旋转阴极或者是平面阴极在功能层上沉积 第二牺牲层；
[0021] f)采用中频电源和旋转阴极在第二牺牲层上沉积介质支撑层；
[0022] g)采用中频电源和旋转阴极在介质支撑层上沉积顶层保护层。
[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0024] 本发明实施例提供的镀膜玻璃在功能层的两侧加入了抗酸碱和抗盐雾腐蚀性能 优良的牺牲层，解决了现有技术中功能层不耐腐蚀的问题，提高了整个膜系的耐候性和使 用耐久性。本发明实施例的镀膜玻璃具有更宽的颜色调节范围。采用21'0 2或2^0!￡或 ZrSiO^t为顶层保护膜，力学和耐腐蚀性能优于常规的Si 3N4、Ti02等膜层，而且水接触角达 到90°，具有易清洁的特性。顶层保护膜的下方增加了支撑层，避免硬质保护膜与质地较软 的功能层的直接接触，这样功能层、支撑介质层和顶层保护层可以形成硬度逐渐增强的梯 度层，这种结构使得整个膜系的耐摩擦和抗挤压性能增强。本发明实施例的镀膜玻璃具有 耐酸碱、耐盐雾腐蚀和抗高温氧化能力以及优异的抗划伤性能，通过调节膜层厚度可以改 变玻璃面的反射颜色和太阳光透过率。本发明实施例的镀膜方法属于离线镀膜，提供了一 种耐候性良好，可以单片使用，并且装饰效果俱佳的阳光控制镀膜玻璃。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例的镀膜玻璃的层结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在 下述说明中，不同的"一实施例"或"实施例"指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实 施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0027] 实施例1
[0028] 图1为本发明实施例的镀膜玻璃的层结构示意图。参照图1，本实施例的可单片 使用阳光控制镀膜玻璃包括从玻璃基板1和在玻璃基板1一侧面上依次镀制的阳光控制膜 层，本实施例中的膜层共6层，自玻璃基板1向外依次为介质阻挡层2、第一牺牲层3、功能 层4、第二牺牲层5、介质支撑层6和顶层保护层7。本实施例中玻璃基板1为6mm厚普通浮 法玻璃；介质阻挡层2为Si 3N4膜层，厚度为42nm ;第一牺牲层3为NbZr膜层，厚度为2nm ; 功能层4为NiCr膜层，厚度为6nm ;第二牺牲层5为NbZr膜层，厚度为2nm ;介质支撑层6 为Si3N4膜层，厚度为170nm ;顶层保护层7为ZrYO x膜层，厚度为IOnm0
[0029] 在进行制备完整的阳光控制镀膜玻璃之前，先要了解1-7层材料的光学常数，采 用美国J. A. Woollam公司生产的自动变角光谱型椭偏仪，经测量并拟合计算获得各层材料 的光学常数，测试波长范围是300?2500nm，步长为5nm，入射角度为55°和65° 〇
[0030] 在本实施例中先采用脉冲直流磁控溅射法和本发明中提供的工艺参数制备2-7 层的单层膜，获得各个单层膜的光学常数。其中玻璃基板在波长300-2500nm范围内，折射 率处于1. 56-1. 49之间，在波长300-455nm范围内消光系数处于7. 77E-5-1. 92E-7之间， 在波长455-2500nm范围内消光系数处于I. 92E-7-5. 66E-6 ;Si3N4在波长300-2500nm范 围内折射率处于2. 18-1.96之间，在波长300-2500nm范围内消光系数为0 ;NbZr在波长 300-2500nm范围内，折射率处于1. 78-5. 70之间，消光系数处于2. 73-7. 75之间；NiCr在波 长300-2500nm范围内，折射率处于1. 50-7. 21之间，消光系数处于2. 23-8. 78之间；ZrYO2 在波长300-2500nm范围内折射率处于2. 11-1. 94之间，消光系数为0。
[0031] 本实施例采用脉冲直流磁控溅射的方法，制备阳光控制镀膜玻璃步骤如下：
[0032] 使用高纯水对玻璃基板1进行初步清洗，然后将洗干净的玻璃基板1干燥后送入 进片室进行射频等离子体清洗，除去表面污染层和氧化层，增进基底表面活性。射频等离子 体清洗具体如下：工作气体Ar(99. 99% )流量为30sccm，射频电源功率200W，电阻真空规 显示工作气压为3. 4X 10-2Torr，清洗时间600S。
[0033] 将玻璃基板经由镀膜设备进片室传送进入溅射室，其中溅射室的本底真空优于 2X l〇-6Torr〇
[0034] 在玻璃基板1上制备介质阻挡层2 :采用脉冲直流磁控反应溅射法在玻璃基板上 沉积Si3N4薄膜形成介质阻挡层2,使用的靶材是硅铝合金靶（含Al 10%wt)，工作气体为 Ar和N2，具体参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500W，工作气压为3mTorr，Ar流量 30sccm，N 2流量30sccm，镀膜过程中不进行加热。
[0035] 第一牺牲层3的制备：采用脉冲直流电源磁控溅射方法在上步得到的产品的介质 阻挡层2的表面沉积NbZr膜形成第一牺牲层3,使用的靶材是铌锆合金靶（其中含ZrlO% wt)，具体参数设置如下：脉冲直流电源溅射功率为1500W，工作气压为3mTorr，工作气体 Ar (纯度99. 99% )流量为3〇SCCm，镀膜过程中不进行加热，得到的铌锆合金层的厚度为 2nm，测得铌锆合金层中铌的原子百分含量为90 %。
[0036] 功能层4的制备：采用脉冲直流电源磁控溅射方法在上步得到的产品的第一牺牲 层3上沉积NiCr膜形成功能层4,使用的靶材是镍铬合金靶（含C