專(zhuān)利名稱：一種防霧自清潔玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種防霧自清潔玻璃及其制備方法，特別是工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)具有防霧自清潔效果汽車(chē)擋風(fēng)玻璃、高樓幕墻玻璃等特種玻璃的一種方法，屬于建筑玻璃、汽車(chē)玻璃、裝飾玻璃等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著物質(zhì)條件的日益增長(zhǎng)，城市里高樓大廈鱗茨櫛比，大街上車(chē)水馬龍，各種建筑玻璃及汽車(chē)玻璃的需求也在成倍的增長(zhǎng)。由此而引發(fā)的玻璃表面的清洗問(wèn)題，一直以來(lái)始終是困擾人們的一個(gè)難題。人們嘗試用各種方法制備具有自清潔效應(yīng)的玻璃，企圖來(lái)解決這一難題?，F(xiàn)已被公眾所廣泛接受的一種方法是在玻璃表面鍍制納米二氧化鈦薄膜。這種自清潔薄膜具有如下特性1、自清潔的納米超親水功能經(jīng)過(guò)處理的玻璃表面具有超親水性能。該特性可以使水分完整均勻地在玻璃表面鋪展開(kāi)來(lái)，同時(shí)，完全地浸潤(rùn)玻璃和污染物，最終通過(guò)水的重力將附著于玻璃上的污染物攜帶走。從而達(dá)到自清潔效果，并保持玻璃的長(zhǎng)期清潔。而普通玻璃則會(huì)在表面上形成水珠，粘附灰塵，2、分解有機(jī)物的光催化功能在陽(yáng)光或紫外光的照射下，自清潔納米薄膜材料對(duì)有機(jī)物會(huì)具有強(qiáng)烈的分解作用。實(shí)驗(yàn)表明；利用該光催化活性，分解產(chǎn)物為CO2、H2O等其它無(wú)害氣體。
3、防霧作用的納米超親水功能經(jīng)過(guò)處理的玻璃表面具有超親水性能，由于水分無(wú)法在基材表面形成水珠，而是形成均勻的水膜，從而可以用于玻璃表面的防霧。
以上特性使得這種自清潔玻璃可廣泛應(yīng)用于如下領(lǐng)域1、建筑玻璃建筑幕墻玻璃，建筑門(mén)窗玻璃，建筑裝飾玻璃。
2、汽車(chē)玻璃汽車(chē)擋風(fēng)玻璃，汽車(chē)車(chē)窗玻璃，汽車(chē)后視鏡玻璃。
3、防霧玻璃系列浴室防霧玻璃，裝飾防霧玻璃。
現(xiàn)有的自清潔涂層，較多使用溶膠-凝膠法制備，這種方法的特點(diǎn)在于，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求不高，但存在薄膜附著力差，與傳統(tǒng)的玻璃鍍膜工藝不兼容等缺點(diǎn)；此外，也有采用磁控濺射技術(shù)鍍制單一TiO2自清潔薄膜的研究，能很好的與傳統(tǒng)玻璃鍍膜工藝兼容，但這種單一TiO2薄膜的使用效果對(duì)紫外光輻照條件的依耐性較強(qiáng)，從而限制了其應(yīng)用范圍和使用效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種防霧自清潔玻璃及其工業(yè)大規(guī)模制備的方法，使其能克服現(xiàn)有防霧自清潔玻璃對(duì)環(huán)境依耐性強(qiáng)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明采用磁控濺射技術(shù)，以純鈦靶及純二氧化硅(石英)靶為靶材，分別采用直流反應(yīng)磁控濺射及射頻磁控濺射技術(shù)在干凈的普通玻璃基底上鍍制TiO2及SiO2薄膜，形成一種玻璃基底+TiO2/SiO2薄膜的防霧自清潔玻璃，或者是形成一種玻璃基底+SiO2/TiO2/SiO2薄膜的防霧自清潔玻璃。
對(duì)于玻璃基體+TiO2/SiO2薄膜的防霧自清潔玻璃，其底層TiO2薄膜厚度為200nm--500nm。頂層SiO2薄膜厚度一般為10nm-40nm左右。TiO2層厚度不能太薄，因?yàn)闉R射過(guò)程中玻璃基板中的鈉離子會(huì)向薄膜中擴(kuò)散，而鈉離子不利于TiO2薄膜的光催化活性，超過(guò)一定厚度的薄膜這種效應(yīng)才將變的不明顯。TiO2層厚度不能過(guò)厚，過(guò)厚的TiO2薄膜將直接引起制備成本的提升，而由此提升的光催化及超親水性效果則不明顯。
對(duì)于玻璃基體+SiO2/TiO2/SiO2薄膜的防霧自清潔玻璃，底層SiO2薄膜的厚度一般為10nm-40nm。中間層TiO2厚度為100nm-500nm之間。頂層SiO2薄膜的厚度一般為20nm-40nm左右。底層SiO2薄膜的引入，可以阻止濺射過(guò)程中鈉離子向TiO2薄膜的擴(kuò)散，可減少TiO2薄膜的厚度，能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
其制備方法步驟如下1、將待鍍膜的玻璃基板清洗干凈。具體清洗方法可參考常用的玻璃清洗工藝(例如用酒精超聲清洗)，然后將玻璃基板裝入鍍膜室的樣品架上。
2、調(diào)節(jié)鍍膜室工作參數(shù)。鍍膜室預(yù)抽真空到1.0×10-3-1.0×10-4Pa。然后向?yàn)R射室通入氬氣和氧氣的混合氣體，氧氣的含量為10％-100％，用質(zhì)量流量計(jì)分別控制氬氣及氧氣的流量，調(diào)節(jié)真空室主閥，使鍍膜室內(nèi)達(dá)到濺射所需的總壓強(qiáng)，其范圍通常在0.1Pa-10Pa之間。
3、采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)鍍制Ti02層鍍膜，濺射靶材為99.5％的鈦板，靶基距3-15cm，鈦靶板的表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為200-500高斯，調(diào)節(jié)濺射電壓為-500V--800V，濺射電流為100mA-600mA，基板溫度設(shè)定在25℃至500℃范圍，薄膜的沉積速率用調(diào)節(jié)濺射電流的大小控制在1nm/min到30nm/min。通過(guò)控制濺射時(shí)間來(lái)控制TiO2層的厚度。
4、采用射頻磁控濺射技術(shù)鍍制SiO2薄膜。濺射靶材為99.5％的SiO2石英玻璃，靶基距3-15cm，射頻功率調(diào)節(jié)在20W-200W之間，薄膜的沉積速率用調(diào)節(jié)射頻濺射功率大小將速率控制在1nm/min到10nm/min之間。
如果鍍膜時(shí)玻璃基底溫度低于200℃時(shí)，需要在薄膜沉積結(jié)束后進(jìn)行退火處理，退火溫度一般在500℃左右，熱處理時(shí)間30到60分鐘，得到的TiO2薄膜一般呈銳鈦礦相。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，由本發(fā)明制得的自清潔玻璃具有良好的親水性，特別是比普通單層TiO2薄膜的親水性要好，主要體現(xiàn)在薄膜表面水的初始接觸角明顯低于單層TiO2薄膜，在停止紫外光照射以后的維持時(shí)間也要比普通單層TiO2薄膜要長(zhǎng)很多。
具體實(shí)施例方式
下面以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1選用純度為99.5％的鈦板為濺射靶材，調(diào)節(jié)靶基距為5.5cm，將濺射室本底真空抽至2.0×10-4Pa，以清洗干凈的普通玻璃為基板沉積薄膜。在正式濺射前先用氬氣起輝濺射鈦靶，待輝光由粉紅色變?yōu)樗{(lán)色時(shí)準(zhǔn)備調(diào)節(jié)各項(xiàng)濺射參數(shù)至設(shè)定值。玻璃基板加熱至200℃，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)分別控制氬氣和氧氣的流量為29.5sccm和10.5sccm，調(diào)節(jié)濺射室主閥使濺射室工作氣壓穩(wěn)定在0.5Pa。調(diào)節(jié)濺射電壓為-470V，此時(shí)對(duì)應(yīng)的濺射電流由電流表讀數(shù)為440mA，換算成功率約207W。在此濺射條件下薄膜的沉積速率為11.4nm/min，控制濺射時(shí)間在35min，得到厚度約400nm的TiO2薄膜。緊接著，在鍍有TiO2薄膜的玻璃基板上用射頻磁控濺射技術(shù)鍍制不同厚度的SiO2薄膜。以純度為99.996的石英玻璃為濺射靶材，調(diào)節(jié)靶基距為6.5cm，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)控制氬氣流量為30sccm，調(diào)節(jié)工作氣壓至0.5Pa，射頻功率為50W。在此濺射條件下薄膜的沉積速率為2nm/min，分別控制SiO2層濺射時(shí)間為0min、5min、10min、15min、20min及25min，得到SiO2頂層厚度分別為0nm、10nm、20nm、30nm、40nm及50nm的TiO2/SiO2兩層膜，它們的親水性如表1所示。
表1不同SiO2頂層厚度的兩層膜結(jié)構(gòu)的親水性

實(shí)施例2在玻璃基板上鍍制SiO2/TiO2/SiO2三層膜。其中，底層SiO2厚度控制在10nm，中間TiO2層厚度控制在250nm，頂層SiO2厚度控制在20nm。其它各種濺射參數(shù)同實(shí)施例1。三層膜樣品的親水性如表2所示。表明底層SiO2的引入，可在適當(dāng)降低中間TiO2層的厚度(降低生產(chǎn)成本)，同時(shí)兼顧到薄膜的親水性效果。
表2三層膜的親水性

在中心波長(zhǎng)為365nm，功率密度為7.9mW的紫外光對(duì)薄膜樣品表面進(jìn)行輻照，采用JC 2000A型靜滴接觸角/表面張力測(cè)量?jī)x測(cè)量了不同輻照時(shí)間薄膜表面水的接觸角的變化過(guò)程。結(jié)果表明沒(méi)有SiO2頂層的TiO2薄膜的親水性能遠(yuǎn)差于有SiO2頂層的薄膜，此外通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)頂層厚度為20nm左右的時(shí)候，薄膜的親水性最好。
權(quán)利要求
1.一種防霧自清潔玻璃，以普通玻璃為基板，其特征在于該玻璃基板上由直流反應(yīng)磁控濺射和射頻磁控濺射鍍有TiO2/SiO2兩層薄膜的防霧自清潔玻璃，或者SiO2/TiO2/SiO2三層薄膜的防霧自清潔玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防霧自清潔玻璃，其特征在于所述TiO2/SiO2兩層膜的底層TiO2薄膜厚度為200nm--500nm，頂層SiO2薄膜的厚度為10nm-40nm左右；所述SiO2/TiO2/SiO2三層膜的底層SiO2薄膜的厚度為10nm-40nm，中間TiO2薄膜厚度為100nm-500nm之間，頂層SiO2薄膜的厚度一般為20nm-40nm左右。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防霧自清潔玻璃的制備方法，其特征在于步驟如下A、將待鍍膜的玻璃基板清洗干凈，然后將玻璃基板裝入鍍膜室的樣品架上；B、調(diào)節(jié)鍍膜室工作參數(shù)，鍍膜室預(yù)抽真空到1.0×10-3-1.0×10-4Pa，然后向?yàn)R射室通入氬氣和氧氣的混合氣體，氧氣的含量為10％-100％，用質(zhì)量流量計(jì)分別控制氬氣及氧氣的流量，調(diào)節(jié)真空室主閥，使鍍膜室內(nèi)達(dá)到濺射所需的總壓強(qiáng)，其范圍在0.1Pa-10Pa之間；C、采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)鍍制TiO2層鍍膜，濺射靶材為99.5％的鈦板，靶基距3-15cm，鈦靶板的表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為200-500高斯，調(diào)節(jié)濺射電壓為-500V--800V，濺射電流為100mA-600mA，基板溫度設(shè)定在25℃至500℃范圍，薄膜的沉積速率用調(diào)節(jié)濺射電流的大小控制在1nm/min到30nm/min。通過(guò)控制濺射時(shí)間來(lái)控制TiO2層的厚度；D、采用射頻磁控濺射技術(shù)鍍制SiO2薄膜。濺射靶材為99.5％的SiO2石英玻璃，靶基距3-15cm，射頻功率調(diào)節(jié)在20W-200W之間，薄膜的沉積速率用調(diào)節(jié)射頻濺射功率大小將速率控制在1nm/min到10nm/min之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防霧自清潔玻璃的制備方法，其特征在于鍍膜時(shí)當(dāng)玻璃基底溫度低于200℃時(shí)，需要在薄膜沉積結(jié)束后進(jìn)行退火處理，退火溫度一般在500℃左右，熱處理時(shí)間30到60分鐘，得到的TiO2薄膜一般呈銳鈦礦相。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種防霧自清潔玻璃及其工業(yè)大規(guī)模制備的方法，它是采用磁控濺射技術(shù)，以純鈦靶及純二氧化硅(石英)靶為靶材，分別采用直流反應(yīng)磁控濺射及射頻磁控濺射技術(shù)在干凈的普通玻璃基底上鍍制TiO
文檔編號(hào)C03C4/00GK1872758SQ200610019338
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者王浩, 王君安, 汪漢斌, 楊輔軍 申請(qǐng)人:湖北大學(xué)