一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法。包括以下步驟：在高硼硅玻璃基片上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅隔離層；在隔離層上采用磁控濺射方法鍍制金屬釩膜層；以釩金屬或鎢摻雜釩金屬為靶材；在紅外線反射層上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅膜作為減反射層得到鍍膜玻璃；在大氣環(huán)境、空間溫度600～750℃下熱處理，所述金屬釩膜層氧化形成紅外線反射層，同時(shí)鍍膜玻璃被鋼化。制備工藝簡(jiǎn)單、方法成熟；制備過程無污染；得到的鍍膜玻璃的膜層熱處理與鍍膜玻璃鋼化一次完成，能夠反射紅外線、減少可見光反射，提高玻璃的抗熱沖擊。
【專利說明】一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在家電、家居、廚房烤箱和烘箱、機(jī)車和輪船窗玻璃、以及建筑等需要短期或長(zhǎng)期環(huán)境溫度超過200°C?500°C使用玻璃的領(lǐng)域，由于普通玻璃透射和吸收太陽光譜，包括可見光和近、中紅外線，給一些特定使用玻璃的場(chǎng)合造成不利影響。吸收紅外線造成玻璃溫升、膨脹爆裂、甚至玻璃軟化失去強(qiáng)度；透射紅外線使熱量從高溫區(qū)流向低溫區(qū)，造成能量損失。例如:烤箱的視窗玻璃，一般需要經(jīng)受300°C?500°C，普通的浮法玻璃或普通的浮法鋼化玻璃不能長(zhǎng)期經(jīng)受該溫度范圍的熱沖擊。低膨脹的高硼硅玻璃盡管能經(jīng)受該溫度沖擊，但是他不能有效阻止熱量傳遞，造成能量損失。
[0003]為了克服玻璃傳遞熱量造成能量損失，玻璃膨脹造成玻璃爆裂、以及溫升造成玻璃軟化失去強(qiáng)度的缺點(diǎn)，就需要一種反射紅外線、低膨脹、玻璃軟化溫度高的玻璃。這種玻璃可以通過在高硼硅玻璃上鍍制熱致反射紅外線來實(shí)現(xiàn)。
[0004]熱致反射紅外線，就是根據(jù)玻璃所處環(huán)境溫度、或玻璃溫度調(diào)控是否反射紅外線。
[0005]二氧化釩是一種具有相變性質(zhì)的金屬氧化物，其相變溫度為68°C，相變前、后結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致其產(chǎn)生對(duì)紅外光由透射向反射的可逆轉(zhuǎn)變。但是，這種向反射紅外線的轉(zhuǎn)變，也會(huì)使可見光透射率下降。根據(jù)薄膜光學(xué)理論，減少玻璃反射光的方法就是在玻璃表面上鍍一層低于玻璃折射率的介質(zhì)膜。
[0006]目前，在玻璃上鍍制薄膜的方法主要有濺射法、蒸鍍法、濕化學(xué)法，其中成熟的磁控濺射方法鍍膜，具有膜層均一性好、膜層厚度易控制、膜層與玻璃結(jié)合好、以及無污染等特點(diǎn)，已經(jīng)在生產(chǎn)鍍膜玻璃的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，隨著溫度升高，反射紅外線，既阻止熱量傳遞、又延遲玻璃溫升。其可以用于烤箱、建筑玻璃、機(jī)車和輪船耐熱視窗玻璃等領(lǐng)域。
[0008]為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0009]一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)在高硼硅玻璃基片上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅隔離層；
[0011]2)在隔離層上采用磁控濺射方法鍍制金屬釩膜層；以釩金屬或鎢摻雜釩金屬為靶材；
[0012]3)在紅外線反射層上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅膜作為減反射層得到鍍膜玻璃；
[0013]4)在大氣環(huán)境、空間溫度600?750°C下熱處理，所述金屬釩膜層氧化形成紅外線反射層，同時(shí)鍍膜玻璃被鋼化。
[0014]按上述方案，所述二氧化硅隔離層為10?15nm。
[0015]按上述方案，所述紅外線反射層厚度為20_60nm。
[0016]按上述方案，所述二氧化硅減反射層膜層厚度為70?125nm。
[0017]按上述方案，所述鎢摻雜釩金屬的摻雜量為0-3.5wt%。
[0018]按上述方案，所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃用于耐熱視窗玻璃。
[0019]本發(fā)明采取了常溫下磁控濺射法在高硼硅玻璃上鍍制多層膜，利用二氧化釩薄膜的相變反射紅外線、以及與二氧化釩膜折射率匹配的低折射率膜層減少可見光反射率/增加可見光透射率。高硼硅玻璃的膨脹系數(shù)小，能夠經(jīng)受300°C?500°C的熱沖擊、減少玻璃爆裂幾率；在環(huán)境溫度達(dá)到一定溫度時(shí)，鍍膜玻璃反射紅外線使玻璃延長(zhǎng)溫升時(shí)間、延遲玻璃到軟化點(diǎn)時(shí)間，使玻璃具有力學(xué)強(qiáng)度；相變膜層減少熱量傳遞，阻止能量流失或進(jìn)入；減反射膜層使玻璃視窗更加清晰。該鍍膜玻璃通過鋼化同時(shí)達(dá)到膜層熱處理與增加玻璃強(qiáng)度的目的。形成膜層均勻、與玻璃結(jié)合牢固、硬度、耐磨性和抗熱沖擊達(dá)到實(shí)用要求的熱致反射紅外線、可見光減反射雙功能鍍膜玻璃?？捎糜谀蜏?、隔熱的視窗玻璃，例如:烤箱玻璃、建筑耐熱隔斷玻璃、機(jī)車和輪船等使用玻璃的領(lǐng)域。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]制備工藝簡(jiǎn)單、方法成熟；
[0022]制備過程無污染；
[0023]得到的鍍膜玻璃的膜層熱處理與鍍膜玻璃鋼化一次完成，能夠反射紅外線、減少可見光反射，提高玻璃的抗熱沖擊。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0025]本發(fā)明熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，制備過程如下:
[0026]I)在高硼硅玻璃基片上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅隔離層；
[0027]2)在隔離層上采用磁控濺射方法鍍制金屬釩膜層；以釩金屬或鎢摻雜釩金屬為靶材；
[0028]3)在紅外線反射層上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅膜作為減反射層得到鍍膜玻璃；
[0029]4)在大氣環(huán)境、空間溫度600?750°C下熱處理，所述金屬釩膜層氧化形成紅外線反射層，同時(shí)鍍膜玻璃被鋼化。
[0030]優(yōu)化地，二氧化硅隔離層為10?15nm。
[0031]優(yōu)化地，紅外線反射層厚度為20_60nm。
[0032]優(yōu)化地，二氧化硅減反射層膜層厚度為70?125nm。
[0033]優(yōu)化地，鎢摻雜釩金屬的摻雜量為0-3.5wt %。
[0034]優(yōu)化地，熱致反射紅外線鍍膜玻璃用于耐熱視窗玻璃。例如:烤箱玻璃、建筑耐熱隔斷玻璃、機(jī)車和輪船等。
[0035]優(yōu)化地，待鍍膜的高硼硅玻璃基片預(yù)處理:待鍍膜的高硼硅玻璃基片用去離子水進(jìn)行清洗、干燥，得到潔凈玻璃；潔凈玻璃放到濺射鍍膜的真空箱體中，在常壓氮?dú)夥窒?，?100?1300V電壓形成的等離子體處理玻璃表面；然后把真空箱體的氣壓抽到3.5?8.5*10_4Pa。
[0036]實(shí)施例1
[0037]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例5%，濺射氣壓2.5*10_中&，用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度10nm。
[0038]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氬氣做工作氣體，濺射氣壓2.5*10_中&，用釩金屬做靶材，在鍍制隔離層的玻璃上沉積金屬釩膜，沉積的膜層厚度20nm。
[0039]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例5%，濺射氣壓2.5*10^Pa反應(yīng)濺射沉積高折射率膜/ 二氧化硅膜復(fù)合膜層，膜層厚度70nm。
[0040]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下熱處理/鋼化，金屬釩膜層等被熱處理氧化成二氧化釩，鍍膜玻璃被鋼化。
[0041]在380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在45% ;在玻璃環(huán)境溫度達(dá)到70°C，2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率45% ;膜層硬度5.5H?6.5H ;鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
[0042]實(shí)施例2
[0043]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例10%，濺射氣壓3.5*10_中&，用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度15nm。
[0044]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氬氣做工作氣體，濺射氣壓3.5*10_中&，用鎢摻雜釩金屬做靶材(鎢摻雜量:重量百分比0.5% )，沉積的膜層厚度20nm。
[0045]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例5%，濺射氣壓2.5*10_1Pa反應(yīng)濺射沉積高折射率膜/ 二氧化硅膜復(fù)合膜層，膜層厚度70nm。
[0046]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下鋼化，鎢摻雜釩膜層被熱處理氧化成二氧化釩、鍍膜玻璃被鋼化。
[0047]380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在45% ;在玻璃環(huán)境溫度達(dá)到57°C，2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率50% ;膜層硬度5.5H?6.5H ;鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
[0048]實(shí)施例3
[0049]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例10%，濺射氣壓3.0^KT1Pa,用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度15nm。
[0050]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氬氣做工作氣體，濺射氣壓3.0*10_中&，用鎢摻雜釩金屬做靶材(鎢摻雜量:重量百分比1.5% )，沉積的膜層厚度40nm。
[0051]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例10%，濺射氣壓3.0^KT1Pa反應(yīng)濺射沉積高折射率膜/ 二氧化硅膜復(fù)合膜層，膜層厚度90nm。
[0052]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下鋼化，鎢摻雜釩膜層被熱處理氧化成二氧化釩、鍍膜玻璃被鋼化。
[0053]在380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在50% ;在玻璃環(huán)境溫度從43°C開始，鍍膜玻璃對(duì)2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率50%;膜層硬度6.0H ;鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
[0054]實(shí)施例4
[0055]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例15%，濺射氣壓3.5*10_中&，用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度15nm。
[0056]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氬氣做工作氣體，濺射氣壓3.0*10_中&，用鎢摻雜釩金屬做靶材(鎢摻雜量:重量百分比2.5% )，沉積的膜層厚度60nm。
[0057]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例15%，濺射氣壓3.5*10_%反應(yīng)濺射沉積高折射率膜/ 二氧化硅膜復(fù)合膜層，膜層厚度125nm。
[0058]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下鋼化，鎢摻雜釩膜層被熱處理氧化成二氧化釩、鍍膜玻璃被鋼化。
[0059]在380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在60% ;在玻璃環(huán)境溫度從42°C開始，鍍膜玻璃對(duì)2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率55%;膜層硬度6.5H ;鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
[0060]實(shí)施例5
[0061]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例25%，濺射氣壓3.5*10_中&，用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度13nm。
[0062]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例I %，濺射氣壓3.SMCT1Pa,用f凡金屬做祀材,沉積缺氧的f凡氧化物膜層厚度60nm。
[0063]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例25%，濺射氣壓3.5*10_%反應(yīng)濺射沉積高折射率/ 二氧化硅復(fù)合膜，膜層厚度lOOnm。
[0064]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下鋼化，釩膜層被熱處理氧化成二氧化釩、鍍膜玻璃被鋼化。
[0065]在380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在65% ;在玻璃環(huán)境溫度從62°C開始，鍍膜玻璃對(duì)2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率55%;膜層硬度5.5?6.5H ;鍍膜玻璃1000次經(jīng)受350°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)，鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
[0066]實(shí)施例6
[0067]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例20%，濺射氣壓3.5*10_^，用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度50nm。
[0068]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例I %，氬氣做工作氣體，濺射氣壓4.0*10_中&，用鎢摻雜釩金屬做靶材(鎢摻雜量:重量百分比3.5% )，沉積缺氧的氧化f凡膜層厚度60nm。
[0069]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例25%，濺射氣壓3.5*10_%反應(yīng)濺射沉積高折射率/ 二氧化硅復(fù)合膜，膜層厚度125nm。
[0070]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下鋼化，鎢摻雜釩膜層被熱處理氧化成二氧化釩、鍍膜玻璃被鋼化。
[0071]在380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在55% ;在玻璃環(huán)境溫度從32°C開始，鍍膜玻璃對(duì)2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率65%;膜層硬度6.5H ;鍍膜玻璃1000次經(jīng)受350°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)，鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
[0072]實(shí)施例7
[0073]1、鍍制隔離層:真空箱體中，氧氣和氬氣流量比例20%，濺射氣壓3.0^KT1Pa,用純硅、或硅鋁、或硅硼做靶材，沉積的氧化硅膜層厚度15nm。
[0074]2、鍍制紅外線反射層:真空箱體中，氬氣做工作氣體，濺射氣壓4.0*10_中&，用鎢摻雜釩金屬做靶材(鎢摻雜量:重量百分比3.5% )，沉積的膜層厚度50nm。
[0075]3、鍍制減反射層:真空箱體中，氧氣和氬流量比例20%，濺射氣壓3.0^KT1Pa反應(yīng)濺射沉積高折射率/ 二氧化硅復(fù)合膜膜，膜層厚度120nm。
[0076]4、得到的鍍膜玻璃在大氣環(huán)境空間溫度600?750°C下鋼化，鎢摻雜釩膜層被熱處理氧化成二氧化釩、鍍膜玻璃被鋼化。
[0077]在380nm至IlOOnm光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)，該鍍膜玻璃的透射率在65% ;在玻璃環(huán)境溫度從35°C開始，鍍膜玻璃對(duì)2500nm波長(zhǎng)紅外線反射率60%;膜層硬度6.5H ;鍍膜玻璃1000次經(jīng)受350°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)，鍍膜玻璃經(jīng)受1000次300°C?500°C熱輻射3.5小時(shí)熱沖擊。
【權(quán)利要求】
1.一種熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在高硼硅玻璃基片上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅隔離層； 2)在隔離層上采用磁控濺射方法鍍制金屬釩膜層；以釩金屬或鎢摻雜釩金屬為靶材； 3)在紅外線反射層上采用磁控濺射方法鍍制二氧化硅膜作為減反射層得到鍍膜玻璃； 4)在大氣環(huán)境、空間溫度600?750°C下熱處理，所述金屬釩膜層氧化形成紅外線反射層，同時(shí)鍍膜玻璃被鋼化。
2.如權(quán)利要求1所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，其特征在于所述二氧化硅隔離層為10?15nm。
3.如權(quán)利要求1所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，其特征在于所述紅外線反射層厚度為20-60nm。
4.如權(quán)利要求1所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，其特征在于所述二氧化硅減反射層膜層厚度為70?125nm。
5.如權(quán)利要求1所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，其特征在于所述鎢摻雜釩金屬的摻雜量為0-3.5wt%。
6.如權(quán)利要求1所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃的制備方法，其特征在于所述熱致反射紅外線鍍膜玻璃用于耐熱視窗玻璃。
【文檔編號(hào)】C03C17/34GK104310798SQ201410534503
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】趙青南, 趙杰, 董玉紅, 繆燈奎, 趙修建 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)