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可钢化双银Low-E的膜系结构
2017-10-15

Low-E玻璃对长波红外辐射具有良好的阻挡作用,而紫外及可见光基本通过,因而具备优异的隔热、保温性能。为了获得更高的透过率及更低的遮阳系数和U值,更高性能的双银Low-E玻璃,尤其是可钢化双银Low-E玻璃更是不断地被关注,本文重点介绍可钢化双银Low-E玻璃的膜系结构,如图1所示。

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图1    可钢化双银Low-E玻璃结构示意图

  (1)底层保护层材料:目前研究主要是TiO2及Si3N4,但究竟哪种材料能作为可钢化双银Low-E玻璃的底层保护层却众说纷纭,为此我公司做了大量的对比试验,比较了这2种材料的机械性能和热稳定性能,如表1所示。此外,为了研究可异地加工的双银Low-E玻璃的氧化性能,同样用上述3种材料做了水浸实验,见图2、图3、图4。

表1    底层材料的耐磨性比较

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图2    用Si3N4做保护层在水中不同时段表面形貌图

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图3    用TiOx做保护层在水中不同时段表面形貌图

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图4    用Si3N4+TiOx做保护层在水中不同时间段的表面形貌

  从以上3组水浸实验来看,变化的只有内层保护膜,当内层保护膜单独用Si3N4或者单独用TiOx时,在水中浸泡4周时都受到不同程度的腐蚀;而浸泡半年后,膜层基本上已经被完全破坏。当使用Si3N4+TiOx作内层保护膜,在水中浸泡4周,膜层几乎没有被氧化;在水中浸泡半年,膜层只有轻微的氧化。由于Si3N4+TiOx具有较好的机械性能、热稳定性能、抗氧化性能等,确定Si3N4+TiOx两种材料混合使用作为可钢化双银Low-E玻璃的底层保护层。

  (2)中间介质层:目前一些大型厂家尝试采用其它材料取代ZnSnOx,例如AZO等材料。AZO是掺杂铝(Al)的氧化锌(ZnO),不仅具备表面平滑、结构致密的特性,而且也具备高折射率以及良好的溅射效率,存在应用于可钢化双银Low-E玻璃的中间介质层的可能性及可操作性,可广泛应用于可钢化双银的中间介质层。中间层结构采用AZO材料后,可以改善结合率。由图5可见,当AZO的厚度超过3 nm以后,由于Ag膜可以光滑而一致地生长起来,故沉积在它上面的膜层的面电阻能够始终保持在更低的水平上。而且,因为吸收率的降低,透过率还有所升高,这样既提高了可见光透过率,又提升了复合产品的隔热性能,更主要的是Ag层能很好地在AZO表面生长。

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图5    AZO薄膜的表面形貌

  (3)外层保护层:对于可钢化双银Low-E玻璃而言,其外层保护层必须要具有优异的机械性能、抗氧化性能和热稳定性能,而同时满足上述特征的材料只有Si3N4。①在机械强度方面,如果是高真空的磁控溅射工艺,Si3N4的强度会随时间的推移而更明显地显现,Si3N4的机械性能见表2。

表2    Si3N4的机械性能

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  ②在硬度方面,Si3N4的莫氏硬度已经达到了9以上,仅次于金刚石的硬度(10)。所以,用其作为可异地加工双银Low-E玻璃的外层介质层可以充分地保护可异地加工双银Low-E玻璃不被外力划伤。③在摩擦性能方面,Si3N4是摩擦系数较小的材料,还具有自润滑的特点。在进行摩擦时,因为薄膜之间或产生压力的作用,这种压力的作用会分解产生1层很薄的润滑膜,降低了Si3N4之间的摩擦系数。④Si3N4的物理性能,由于氮和硅均是电负性较强的元素,Si3N4是强的共价化合物,所以,Si3N4薄膜是一种具备高硬度、高熔点、性能极其稳定的非金属材料。在超过1 900℃的高温下也不会发生分解。

  通过上述实验分析得出,目前,生产可钢化双银Low-E玻璃的一种可行的基础膜系结构为:

  Glass/Si3N4/TiOx/AZO/Ag/NiCr/ZnSn0x/ZnAl/Ag/NiCr/Si3N4该基础膜系的设计,不仅在光学性能上克服了可钢化双银Low-E膜层经受700℃高温后膜面颜色以及膜层光学特性发生变化的难题,也在工艺上为缩短交货期以及补片提供便利,同时还克服了长途转运过程中膜层受到磨损的难题,大大降低了运输和仓储成本,因而具有广阔的应用前景。