本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布：
引言
目前国内使用的Low-E镀膜玻璃产品主要是单银Low-E镀膜玻璃，只有少数几家玻璃加工企业可以生产双银Low-E镀膜玻璃(以下简称双银Low-E)，且具有较成熟的生产技术，而这几家玻璃企业所生产的双银Low-E多为自产自用。随着国家建筑节能要求的不断提升，建筑节能性能更高的双银Low-E的需求量也在不断提高。目前国内Low-E玻璃市场中，双银Low-E使用量不到单银Low-E使用量的10%。限制双银Low-E推广和使用的原因主要有两点：一是双银Low-E镀膜玻璃工艺技术难度较大，生产技术整体不够成熟;二是双银Low-E市场价格较高。所以，只有了解双银Low-E膜系的开发过程，解决双银Low-E在生产中的关键技术问题，实现双银Low-E镀膜玻璃的产品质量和产量的稳定，才能够使这种节能性能更高的产品的成本降低，并得到更广泛的推广和使用。本文即通过双银Low-E膜系开发过程的分析，明确了在双银Low-E镀膜玻璃膜系的开发过程中应注意的问题，并从实际生产的角度提出了一些对于双银Low-E膜系开发的建议。
1 技术背景
真空磁控溅射镀膜技术是通过真空磁控溅射镀膜机实现的，镀膜机内由不同级别的真空泵抽气，在系统内营造出一个镀膜所需的真空环境，真空度要达到Low-E镀膜所需的本底真空，一般在(1~5)×10-8 Pa。在真空环境中向靶材(阴极（词条“阴极”由行业大百科提供）)下充入工艺气体氩气(Ar)，氩气在外加电场(由直流或交流电源产生)作用下发生电离生成氩离子(Ar+)，同时在电场E的作用下，氩离子加速飞向阴极靶并以高能量轰击靶表面，使靶材产生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子(或分子)沉积在玻璃基片上形成薄膜。同时被溅射出的二次电子在阴极暗区被加速，在飞向基片的过程中，落入设定的正交电磁场的电子阱中，直接被磁场的洛伦兹力束缚，使其在磁场B的洛伦兹力作用下，以旋轮线和螺旋线的复合形式在靶表面附近作回旋运动。电子e的运动被电磁场束缚在靠近靶表面的等离子区域内，使其到达阳极前的行程大大增长，大大增加碰撞电离几率，使得该区域内气体原子的离化率增加，轰击靶材的高能Ar+离子增多，从而实现了磁控溅射高速沉积的特点。在运用该机理开发Low-E膜系的过程中，要注意以下几个问题：①保证整体工艺中各个环节的可靠性。具体包括靶材质量、工艺气体纯度、原片新鲜程度、原片清洗质量等基础因素，这一系列因素会对Low-E镀膜玻璃产品的最终质量产生影响。②选择合适的靶材。要建立的膜系是通过对阴极的前后顺序布置实现的。③控制好各环节的工艺性能及参数。如适合的本底真空度、靶材适用的溅射功率、工艺气体和反应气体用量与输入均匀性、膜层厚度等。总之，只有控制好以上各因素，才能够保证所开发的双银Low-E镀膜玻璃具有稳定的颜色、优异的机械性能和可加工性。
此外，在双银膜系开发过程中，原始数据的积累和归纳分析非常重要。原始数据应该包括：膜层结构、各个单层膜的厚度和均匀性调试数据、双银Low-E样片的光学参数、面电阻及理化性能试验数据等。
2 双银Low-E镀膜玻璃膜系的开发过程
双银Low-E镀膜玻璃膜系开发过程中有3个必要条件必须保证：一是硬件的保证。离线双银Low-E产品的实现是基于可生产大面积建筑用镀膜玻璃的真空磁控溅射设备;二是合理的膜层结构设计。基于对各膜层材料性能充分理解掌握的基础上，进行合理的膜层结构设计，才能确保产品在机械性能、抗氧化性能、可加工性上的优异表现;三是有清晰的开发流程。明确开发流程各阶段的关键参数及工作重点，重视原始数据的记录和分析。
2.1仪器和设备
目前，国内双银Low-E镀膜玻璃的膜系开发和生产基本都是在相关生产企业内完成的，一般在开发过程中所需要的仪器和设备见表1。
2.2 膜层结构设计
随着量子化学和凝聚态物理理论上的不断突破以及计算机技术的飞速发展，人们可以根据所需要的材料结构和性能，设计出满足要求的材料，即材料设计(materials design)方法。现代膜层的结构设计从原子、分子层次进行，即按照应用目标，可以先运用相关商业软件(MS或者其他专用软件)进行设计，获得预期目标，掌握各个因素在膜层中所起的作用，例如各膜层的成玻璃深加工分，厚度，匹配顺序等对产品综合性能的影响，再与实际生产经验相结合，可以科学指导膜层设计，降低研发成本，缩短研发周期。材料制备技术的整体提升，更得以使原子、分子为起点设计的材料合成，在微观尺度上控制其结构的目标实现。例如，在高真空条件下的磁控溅射、分子束外延、纳米粒子组合、调制、胶体化学方法等，使材料研究、薄膜制备设备对设计加以验证，进而扩大到工业化生产，实现具有自主知识产权的技术研发与生产全过程。
按照现行国家标准规定，采用磁控溅射法生产的Low-E镀膜玻璃辐射率（词条“辐射率”由行业大百科提供）e应小于0.15。目前市场上单银Low-E镀膜玻璃的e在0.07~0.12，而双银Low-E镀膜玻璃的辐射率e则能够控制在0.05以下。Low-E镀膜玻璃的辐射率e与膜层材料的电导率s有如下关系：
从上面关系式中，可以看出膜层材料的辐射率与膜层电导率成反比关系，即膜层电导率越高，膜层的辐射率就越低;而膜层的电导率又主要取决于膜层中功能层金属材料的类别和厚度。双银Low-E镀膜玻璃因镀了2层Ag，且Ag的总厚度要厚于普通单银，使膜层有了更高的电导率、更低的辐射率;同时，因为使用了2层Ag，使得双银膜系结构变得更为复杂，在开发双银膜系时，合理布置膜层结构变得非常关键。正是因为双银膜系的膜层数量多，并且各个膜层对镀膜玻璃的玻璃面颜色、膜面颜色、可见光透过率及颜色影响程度不同，所以，为了使最终产品具有稳定的性能和生产重复性，开发双银膜系的过程，一定要对各个单层的厚度和均匀性足够重视。
从图1中，可以看到1套双银膜系包括了9个功能结构层在内的9层至10多层膜层。不同功能结构层可选用的材料不同，例如，介质层可以选用： SiNx、TiOx、ZnSnOx、SnOx、AZO、ZnAlOx等，保护层（词条“保护层”由行业大百科提供）可以选择NiCr及其氧化物、Cr、Ti及其氧化物等。在多种膜层材料中，也可以选择一种材料和其它几种材料的组合。所以，如何选择每个功能结构层的材料至关重要，涉及诸多选择因素，如：材料的折射率（词条“折射率”由行业大百科提供）、密度、硬度，对可见光、红外线的选择吸收性、反射性，材料的膨胀系数，材料的导电性，不同材料的附着力等。
2.3 开发流程
双银Low-E膜系的开发过程是一个很系统的过程，这个过程的每个阶段有不同的工作重点，每个阶段要注意一些原始数据的记录积累和分析，逐步建立起适合于生产体系的数据库系统，在需要做生产工艺调整和变动过程中，关注关键参数的变化趋势及其规律性，才能形成生产规范并有效指导稳定生产，只有实现稳定生产，才能有稳定的产品质量，实现提升产品成品率和降低成本的目标。另外，完整的开发过程不仅包括所开发膜系产品的实现，还应包括为幕墙公司和下游玻璃深加工企业提供必要的应用参数和后续加工指导。下游玻璃深加工厂是双银Low-E镀膜玻璃产品的直接使用者，双银Low-E镀膜玻璃的可加工性将在这些工厂里得到检验。因此，在开发双银Low-E产品的过程中，要不断模拟和验证所开发的双银Low-E镀膜玻璃在切割、磨边、钢化、厂房环境暴露等情况下，自身的保护层所提供的保护性是否可靠。据笔者经验和已有数据分析认为：介质保护层厚度和金属保护层厚度的配比对双银Low-E的可加工性有明显的影响。具体开发流程详见图2。
上一页12下一页
