一种可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃的制作方法
【专利摘要】本发明经过特殊设计，提供了一种可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，在玻璃的一个表面上采用磁控溅射镀膜工艺沉积有如下结构的多层薄膜：第一氧化物层101/第一红外反射层102/第一阻挡层103/第二氧化物层104/第二红外反射层105/第二阻挡层106/第三氧化物层107/第三红外反射层108/第三阻挡层109/第四氧化物层110/紫外阻挡层111/保护层112。本发明具有可见光透过率高、紫外和红外透过率极低的特点，光学性能稳定，耐热耐候，可以实现异地后续钢化、热弯、夹胶等，为高档建筑玻璃提供一种非常好的选择。
【专利说明】一种可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃 【技术领域】
[0001] 本发明涉及特种玻璃领域，尤其是一种可钢化的、对可见光高透过、对红外和紫外 光高屏蔽的镀膜玻璃。 【【背景技术】】
[0002] 低辐射（又称Low-E)玻璃是一种节能效果非常好的镀膜玻璃，现在已经开始广泛 应用于建筑物、汽车，以及电冰箱、微波炉等工业领域。它是在玻璃基板上镀上一层特殊的 膜层，允许短波长的能量，如可见光和紫外能量，通过该膜层，而反射长波长的能量，如红外 能量，最终实现降低加热或制冷能耗的作用。
[0003] 这种膜层的结构设计一般为在两层电介质层中间加入一层红外反射Ag层，镀膜 玻璃的辐射率的高低就取决于Ag层的厚度。厚度越大，辐射率越低，其隔热保温性能越好。 但是，过厚的Ag层会极大降低可见光的透过，于是设计者将一层Ag分为两层或三层，嵌入 多层电介质层中，来解决这一矛盾，形成了双银和三银产品。
[0004] 但是，双银和三银膜层要比同材料的单银膜层更软，这样，简单地增加 Ag层和电 介质层的数量，不仅会影响产品的外观颜色、角度色差，还会带来热稳定性、机械耐久性和 化学耐久性的一系列问题。因此，没有经过特殊设计的膜层，只能采用先钢后镀的方式涂覆 到钢化玻璃表面，极大影响生产效率，而且这种膜层不能涂覆到弯钢玻璃表面。
[0005] 同时，现有的Low-E玻璃膜层设计虽然能阻隔大部分320nm以下波长的紫外线的 透过，但对于320-400nm波长的长波紫外线没有很好的屏蔽效果。这一波段的紫外线长期 照射积累，会导致人们皮肤加速老化和严重损害，以及皮革、家具、艺术品的掉色和损毁。
[0006] 基于上述原因，开发一种可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，将会给博物馆、 艺术馆以及高档住宅等建筑用玻璃提供一种更好的选择。 【
【发明内容】
】
[0007] 本发明经过特殊设计，开发了一种新的可后续加工的膜层，将三银Low-E膜层和 紫外阻挡层相结合，同时实现了对紫外线和红外线的屏蔽效果。此发明的技术方案为：
[0008] -种可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，在玻璃基板100的一 个表面上采用磁控溅射镀膜工艺沉积有如下结构的多层薄膜：第一氧化物层101/第一红 外反射层102/第一阻挡层103/第二氧化物层104/第二红外反射层105/第二阻挡层106/ 第三氧化物层107/第三红外反射层108/第三阻挡层109/第四氧化物层110/紫外阻挡层 111/保护层112。
[0009] 其中第一氧化物层101、第二氧化物层104、第三氧化物层107和第四氧化物层 110可以是单一氧化物，也可以是含有至少一种高折射率透明氧化物的氧化物组合层，比如 Ti02、ZnO、Bi203、Nb20 5、ZnSnOx、AZO、SnO^。第一氧化物层 101 和第四氧化物层 110 的厚 度为20~50nm，第二氧化物层104和第三氧化物层107的厚度为50~90nm。氧化物层 101、104、107和110无论是由单一氧化物还是由多层氧化物组成，和红外反射层102、105、 108相邻的膜层必须为ZnO或其掺杂氧化物，比如ZnSnOx、AZO等，其厚度为5~12nm ;和阻 挡层103、106、109相邻的膜层必须为ZnO或其掺杂氧化物，比如ZnSnOx、AZ0等，其厚度为 5~12nm。如果氧化物层101、104、107、110是由多种氧化物组成，不同氧化物之间以梯度 生长的方式进行过渡，具体方法为双旋转阴极，安装两种不同靶材，中频交流电源供电，磁 控溅射气氛为氩氧混合气。
[0010] 本发明的第一红外反射层102、第二红外反射层105和第三红外反射层108是金 属Ag层或Ag合金层，金属Ag层具有非常高的电导率和对红外辐射的反射能力，而且颜色 中性，是本发明红外屏蔽的主要功能层。第X红外反射层的厚度e x满足e x= Ae x i，其中：
[0011] 系数A满足1 < AS 2,更好的范围是1.05 < AS 2,甚至1.05 < AS 1.6;
[0012] 第一红外反射层102厚度ei满足10nm彡e # 18nm，更好的范围是 llnm < 15nm〇
[0013] 本发明的第一阻挡层103、第二阻挡层106、第三阻挡层109所用材料为Ti，面密度 要达到0. 9~1. 2 μ g/cm2,并且第三阻挡层109要比第二阻挡层106的面密度大，第二阻挡 层106要比第一阻挡层面103密度大或相同。
[0014] 本发明的保护层所用的材料为Ti02、Al203、Si0 2中的一种或其混合物，面密度要达 到 1 · 1 ~1 · 4 μ g/cm2 〇
[0015] 本发明的紫外阻挡层111所用的材料为Ce02或和保护层112组成混合物，如 Ce02-Ti02，厚度为 5 ~20nm。
[0016] 本发明还提供了这种紫外和红外屏蔽玻璃的生产工艺流程，包括以下步骤：
[0017] 1、基板玻璃经过清洗、吹干，进入真空溅射腔室；
[0018] 2、磁控溅射采用双旋转阴极，气体使用氩氧混合气体，反应溅射沉积第一氧化物 层；
[0019] 3、磁控溅射采用平面阴极，气体使用纯氩气，金属溅射沉积第一红外反射层；
[0020] 4、磁控溅射采用平面阴极，气体使用纯氩气，金属溅射沉积第一阻挡层；
[0021] 5、磁控溅射采用双旋转阴极，气体使用氩氧混合气体，反应溅射沉积第二氧化物 层；
[0022] 6、磁控溅射采用平面阴极，气体使用纯氩气，金属溅射沉积第二红外反射层；
[0023] 7、磁控溅射采用平面阴极，气体使用纯氩气，金属溅射沉积第二阻挡层；
[0024] 8、磁控溅射采用双旋转阴极，气体使用氩氧混合气体，反应溅射沉积第三氧化物 层；
[0025] 9、磁控溅射采用平面阴极，气体使用纯氩气，金属溅射沉积第三红外反射层；
[0026] 10、磁控溅射采用平面阴极，气体使用纯氩气，金属溅射沉积第三阻挡层；
[0027] 11、磁控溅射采用双旋转阴极，气体使用氩氧混合气体，反应溅射沉积第四氧化物 层；
[0028] 12、磁控溅射采用双旋转阴极，气体使用氩氧混合气体，反应溅射沉积紫外阻挡 层；
[0029] 13、磁控溅射采用双旋转阴极，气体使用氩氧混合气体，反应溅射沉积保护层。
[0030] 本发明的紫外和红外屏蔽玻璃设计的特点在于：
[0031] 1、本发明通过对阻挡层的特殊设计以及膜层生长控制，使其对Ag层有更好的保 护作用，解决了 Ag层在后期热处理的过程中容易被破坏的问题。
[0032] 2、本发明通过梯度生长这种特殊的工艺方式，缓解了氧化物层不同材料间的内应 力，使本发明的产品可以在后续加工过程中避免内应力过大引发的膜层缺陷。
[0033] 3、本发明通过三层红外反射Ag层的合理设计，使其最大程度阻挡红外辐射，红外 透过率低于5%。
[0034] 4、本发明利用特殊材料&02的紫外波段高散射特性，使其更好地阻挡紫外辐射， 紫外透过率低于5%。
[0035] 【【附图说明】】
[0036] 图1所示是本发明紫外和红外屏蔽玻璃的结构示意图。
[0037] 图2所示是本发明紫外和红外屏蔽玻璃的300~2500nm范围内的透过率光谱。
[0038] 图3所示是本发明紫外和红外屏蔽玻璃的300~800nm范围内的透过率光谱。 【具体实施例】
[0039] 下面为本发明提供的可后续加工的紫外和红外屏蔽玻璃一个应用实例的膜系结 构：
[0040] 玻璃基板 /ZnSnOx/ZnO/Ag/Ti/ZnO/ZnSnOx/ZnO/Ag/Ti/ZnO/ZnSnOx/ZnO/Ag/Ti/ Zn0/ZnSn0x/Ce02/Ti02。
[0041] 其中，第一氧化物层为ZnSnOx和ZnO的复合层，厚度为42~46nm，以梯度生长方 式过渡。
[0042] 第一红外反射Ag层厚度为llnm。
[0043] 第一阻挡层为Ti层，面密度为1. 1 μ g/cm2。
[0044] 第二氧化物层为ZnSnOx和ZnO的复合层，厚度为70~75nm，两层ZnO和ZnSnOx 都以梯度生长的方式过渡。
[0045] 第二红外反射Ag层厚度为13nm。
[0046] 第二阻挡层为Ti层，面密度为1. 2 μ g/cm2。
[0047] 第三氧化物层为ZnSnOx和ZnO的复合层，厚度为70~75nm，两层ZnO和ZnSnOx 都以梯度生长的方式过渡。
[0048] 第三红外反射Ag层厚度为17nm。
[0049] 第三阻挡层为Ti层，面密度为1. 2 μ g/cm2。
[0050] 第四氧化物层为ZnSnOx和ZnO的复合层，厚度为35~40nm，两层ZnO和ZnSnOx 都以梯度生长的方式过渡。
[0051] 紫外阻挡层为Ce02层，厚度为5nm。
[0052] 保护层为TiOjl，面密度为1. 3 μ g/cm 2。
[0053] 本实施例的紫外、红外和可见光的透过率测量结果为
[0054]
【主权项】
1. 一种可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，在玻璃的一个表面上采 用磁控溅射镀膜工艺沉积有如下结构的多层薄膜：第一氧化物层/第一红外反射层/第一 阻挡层/第二氧化物层/第二红外反射层/第二阻挡层/第三氧化物层/第三红外反射层 /第三阻挡层/第四氧化物层/紫外阻挡层/保护层。2. 根据权利要求1所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第一氧化物层、第二氧化物层、第三氧化物层和第四氧化物层是含有至少一种高折射率 透明氧化物，比如Ti0 2、ZnO、Bi203、Nb205、ZnSnO x、AZO、SnO^，并且多种氧化物之间以梯度 生长的方式进行过渡。3. 根据权利要求2所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第一氧化物层和第四氧化物层的厚度为20~50nm，第二氧化物层和第三氧化物层的厚 度为50~90nm。4. 根据权利要求2所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第一氧化物层、第二氧化物层、第三氧化物层中，和红外反射层相邻的氧化物为ZnO或其 掺杂氧化物，比如ZnSnO x、AZO等。5. 根据权利要求2所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第二氧化物层、第三氧化物层、第四氧化物层中，和阻挡层相邻的氧化物为ZnO或其掺杂 氧化物，比如ZnSnO x、AZO等。6. 根据权利要求2所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第一氧化物层中，至少有一种致密结构的氧化物，能够阻挡玻璃表面的活性钠离子向膜 层内迁移。7. 根据权利要求1所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第一红外反射层、第二红外反射层、第三红外反射层采用金属Ag或者含有Ag的合金材 料，且第X红外反射层的厚度e x满足e x= Ae x i，其中： 系数A满足I < A彡2,更好的范围是1. 05 < A彡2,甚至1. 05 < A彡1. 6 ; 第一红外反射层厚度ei满足IOnm < e 18nm，更好的范围是Ilnm < e 15nm。8. 根据权利要求1所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的第一阻挡层、第二阻挡层、第三阻挡层所用材料为Ti,面密度要达到0. 9~1. 2 μ g/cm2， 并且第三阻挡层要比第二阻挡层的面密度大，第二阻挡层要比第一阻挡层面密度大或相 同。9. 根据权利要求1所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所述 的紫外阻挡层所用材料为&02或CeTiO x，厚度为5~20nm。10. 根据权利要求1所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征在于，所 述的保护层所用的材料为Ti02、A1 203、SiO2中的一种或其混合物，面密度要达到1. 1~ L 4 μ g/cm2〇11. 根据权利要求2所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃的生产工艺，其特 征在于，不同氧化物层间采用梯度生长的方式，具体实现办法是双旋转阴极，安装两种不同 靶材，中频交流电源供电，磁控溅射气氛为氩氧混合气。12. 根据权利要求1-10所述的可后续加工的紫外线和红外线屏蔽玻璃，其特征 在于，对于可见光（波长从38〇11111-78〇11 111)透过率可达70%以上，对于红外光线（波长 780nm-2500nm)透过率在5%以下，对于紫外光线（380nm以下）的透过率在5%以下，380nm 处的紫外线透过率在15%以下。
【文档编号】C03C17/36GK105884210SQ201410815902
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月23日
【发明人】张欣, 季亚林
【申请人】北京金晶智慧有限公司