玻璃镀膜工艺报告

玻璃镀膜工艺一、玻璃镀膜工艺简介1、镀膜玻璃镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。2、镀膜玻璃的性能特点（1）太阳能透过率；（2）较好的单向透视功能及较高的镜面反射效果;（3）对太阳能中的红外线部分有较高的反射率，对紫外线部分有较高的吸收率，避免室内物品的褪色，并能节约房屋内冷暖空调的能耗;（4）保护隐私：由于镀膜玻璃反射作用，限制了可见光的通过量，是光线强的一面看不见光线弱的一面；（5）性能持久：膜层使用的金属化合物与玻璃结合牢固，可有效地提高玻璃的化学稳定性和使用寿命。3、镀膜玻璃的分类镀膜玻璃有多种分类方式，从玻璃的功能来看，可将其分为热反射膜玻璃，低辐射膜玻璃，导电膜玻璃，自洁净玻璃和二向色镀膜玻璃。从镀膜玻璃的生产工艺来看，可将其分为凝胶镀膜玻璃，在线热喷涂镀膜玻璃，真空蒸发镀膜玻璃和磁控溅射镀膜玻璃。4、镀膜玻璃的生产工艺简介镀膜方法按成膜机理可分为物理镀法和化学镀法。每一种镀法又根据其原理的不同分为若干种。我国目前市场上见到的热反射玻璃基本上是按以下四种方法镀制的：图1镀膜玻璃制备方法分类二、镀膜玻璃的生产工艺的比较镀膜玻璃的制备方法上文在镀膜玻璃的基本类型中己经提到，主要有化学镀和物理真空镀膜，化学镀又分为凝胶镀膜和在线镀膜，物理真空镀膜分为真空蒸发镀膜和离线磁控溅射镀膜。1、凝胶镀膜原理和特点1）原理：凝胶镀膜方法是在常温或接近常温下，将金属醇盐溶液加水分解成溶胶，将玻璃浸渍在溶胶溶液中，溶胶中的液相将会受到湿度变化、温度变化、电化学平衡作用或化学反应的影响而部分消失，导致玻璃上溶胶的粘度增加，这样溶胶进一步缩聚形成凝胶，然后在低温下加热，就制成了玻璃薄膜凝胶膜。2）特点：凝胶镀膜一般采用离线加工(所谓离线加工就是指在玻璃下线以后，用凝胶镀膜，磁控溅射等方法在玻璃表面镀的加工方法)生产，其生产成本较低，生产设备和生产工艺较简单，凝胶镀膜所形成的膜结构与玻璃结构基本相似，它们之间的结合力较强，稳定性好，生产过后的凝胶镀膜玻璃可进行再次加工(钢化、热弯等)。其缺点是:凝胶膜对可见光反射率较低，但是透射率高(防窥性能非常差)；再一个就是由于化学镀本身的特点，薄膜沉积不均匀，只能能沉积那些非选择性吸收层，即单层单色膜层。此化学膜层粘附在玻璃之表面上，膜厚可通过50%的入射线，其余被反射掉，吸收光线很少。这种镀膜玻璃的色泽单调、透光率大，大面玻璃膜层不均匀，装饰性较差，所以不适宜作幕墙玻璃。2、在线镀膜制备原理和特点1）原理：在线镀膜是指镀膜的工艺过程是在玻璃制造过程中进行，如在线热喷涂是在玻璃的生产线的成型去后，退火窑的开端，通过附加设置的喷枪在玻璃表面喷涂膜层，经过退火窑后膜层烧附在玻璃表面，所以称为在线镀膜。2）特点：在线镀膜玻璃由于在高温下连续成膜，充分利用玻璃的热能优势，无需升温，清洗，干燥等环节，因此生产规模大，不过生产过程简单，生产成本低，生产效率高，节能环保;膜层牢固性好，与玻璃的结合强度较强，能进行热加工，还能单片使用，性质稳定，产品经久耐用。3、真空蒸发镀膜的原理和特点1）原理：真空蒸发镀膜就是在真空中，将化合物、合金、金属等材料加热到使大量原子或分子汽化，并沉积到放置在真空容器内的玻璃表面上形成薄膜的过程，选择真空环境是为了降低材料熔化的温度，增大分子的平均自由程和沉积速度从而可以提高薄膜的纯度和牢固度。蒸发薄膜生长的初始阶段，材料原子被吸基片表面上后，沿着基片表面继续移动，在这移动过程中，由于相互冲撞而形成集合体，当这种集合体达到一定大小时就形成了稳定的结晶核，淀积过程继续进行使晶核增大，而数量并显著增多。当晶核生长到相互接触时即开始合并，晶核不断结合就构成一种微晶网膜，平均厚度进一步增加就形成连续的薄膜。初始的晶核越多，连续薄膜生成的就越快。2）真空蒸发镀膜的特点：设备比较简单，容易操作;所制备的薄膜纯度很高，质量也好，厚度可较准确控制，成膜速率快，效率高，薄膜的生长机理交单纯，不过薄膜的附着力小，结合强度较差，工艺重复性不够好。4、(离线)磁控溅射镀膜原理和特点1）镀膜原理：这里所说的镀膜主要指真空磁控溅射镀膜。从总体上来说，磁控溅射镀膜利用2个原理：辉光放电和连续撞击。在气体放电的前提下，溅射才能发生。这种放电是在低压下开始的，它会与镀膜材料(靶)相互作用，在这个过程中，离子不断的撞击靶表面，靶材从靶表面被轰击下来然后在靶附近的基片(玻璃)上沉积下来，凝结成一层膜。2）磁控溅射镀膜的优点：①所获得的薄膜与玻璃等基片结合性较好；②所获得的薄膜具有高纯度，高致密性的特点；③溅射工艺可重复性好，在大面积基片上可获得均匀的薄膜。目前，镀膜玻璃中应用最多的是低辐射镀膜玻璃和热反射镀膜玻璃，在工业上基本上采用离线真空磁控溅射和化学气相沉积法两种生产方法。镀膜玻璃的生产在工业上，一般都是用离线磁控溅射镀膜的方法大规模生产。真空磁控溅射法生产镀膜玻璃是我国的最早和应用最为广泛的方法。三、磁控溅射镀膜技术1、磁控溅射原理磁控溅射的工作原理如图，电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar+和新的电子；新电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。图2磁控溅射工作原理图2、磁控溅射镀特点（1）溅射速率高，沉积速率高（2）磁控溅射阴极源是一个较为理想的可控源，沉积的膜层厚度与溅射源的功率或放电电流有较好的线性相关性，所以有较好的可控性，能较好地实现批量生产产品的一致性和重复性。（3）溅射源采用靶材有广泛的选择性和组合性（4）溅射源可较理想地置于真空室内长时间稳定工作，获得纯正的膜层，确保膜层质量。3、膜层组织特点（1）膜层组织细密，粒子从靶面得到较高能量，在飞向工件过程中受到粒子碰撞又获得能量而沉积到工件上，形成细小核心，长成非常细密的膜层。（2）膜层与工件表面结合力强，优于蒸发镀和其他溅射镀。（3）膜层成分与靶材成分接近，溅射过程中靶材无相变，化合物成分不易发生变化。（4）膜层溅射性能好，与蒸发镀比，工作真空度低，气体分子平均自由程小，碰撞几率大。（5）磁控溅射靶是面积源，平面靶、圆柱靶，靶长可以做到3000mm，虽然都是线状源，但加上工件运动，可得到大面积薄膜，所以磁控溅射可以获得大面积薄膜，因而得到广泛应用。4、镀膜材料（1）镀膜靶材金属材料：Ag、NiCr等，其中Ag具有较好的辐射率，是良好的辐射材料。介质材料：主要有SnOx、ZnOx、TiOx等，这些材料具有良好的吸收，反射率低。使用这些材料进行组合，可以得到各种膜系。（2）膜系材料阳光控制镀膜玻璃（热反射）有以下膜系：单层膜：CMG系列，膜结构是g\TiOx双层膜：CCS系列，膜结构是g\Cr\TiNxCSY系列，膜结构是g\CrNx\TiOx多层膜：CGP系列，膜结构是g\SnOx\Cr\TiOxCPA系列，膜结构是g\SnOx\Cr\TiNx低辐射玻璃（Low-E玻璃）有以下系列：单NiCr（CES系列），膜结构是g\SnOx\Ag\NiCr\SnOx双NiCr（CEB、CEF系列），膜结构是g\SnOx\NiCr\Ag\NiCr\SnOx双银（CED系列），膜结构是g\SnOx\NiCr\Ag\NiCr\Ag\NiCr\SnOx磁控溅射镀膜技术除了能够在玻璃基片上镀膜，还可以在塑料材质上镀膜，常用的有：聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)等。（3）镀膜基片镀膜基片有：浮法原片、切磨玻璃、钢化玻璃、彩釉玻璃、夹层玻璃等。5、镀膜的工艺流程及设备要求图3磁控溅射镀膜线的结构简图由上图可以看出，磁控溅射镀膜的工艺流程为：上片（手动或自动）→清洗（抛光、自来水清洗、纯水清洗）→烘干→看片台（检测基片外观缺陷）→控气室→缓冲→真空室（磁控溅射镀膜室）→缓冲室→控气室→在线光度计测颜色→后清洗→在线检验（外观检测）→下片→成品、半成品包装。图4磁控溅射镀膜组织结构图（1）基片清洗薄膜基片的清洗方法主要根据薄膜生长方法和薄膜使用目的选定。清洗的主要目的是去除表面污物和化学污物，还应考虑表面的粗化。一般实验室所用的清洗方法：去除基片表面油脂成分的清洗方法是，首先用异丙醇蒸汽对基片表面进行脱脂清洗，随后用流动水充分冲洗，再依次在乙醇、丙酮中浸泡后用于燥机快速烘干。（2）抽本底真空本底真空一般应控制在2×104Pa以上，以尽量减少真空腔体内的残余气体，保证薄膜的纯洁度。残余气体由质谱仪监测。（3）加热烘烤的作用包括：基片表面除气取水，提高膜一基结合力；消除薄膜应力，提高膜层粒子的聚集度。一般选择在150--一200℃之间。（4）氩气分压直流溅射建立满足辉光放电的气压条件，一般选择O．Ol～lPa范围内，射频溅射相对于直流溅射更容易起辉，压力更低；（5）预溅射对于靶材材料易氧化，在表面形成一层氧化膜，预溅射是通过离子轰击的方法去除靶材氧化膜，以及其他非靶材物质。轰击出来的粒子附着在遮挡屏上，通过定时清洗清除出真空室。预溅射功率根据溅射功率决定，一般略高于溅射功率，时间由靶材的材料及氧化程度决定。（6）溅射溅射建立在等离子体的条件下，氩气电离后形成的正离子高速轰击靶材表面，使靶材粒子溅射出来到达基片表面形成薄膜。溅射功率根据膜层厚度来决定。（7）退火靶材材料与基片材料的热膨胀系数的差异，会影响薄膜与基片的结合力。适当应用退火工艺，可以有效提高结合力。退火温度选择在400℃以下，一般高于基片烘烤温度。6、磁控溅射镀膜玻璃分类性能优异的镀膜玻璃应该具备图5所示的三层膜的膜系结构,在图5中每层膜都有特定的功用:图5三层膜系结构膜(1)：为透明的金属氧化物薄膜。由于它与玻璃和金属膜之间都有很强的“粘结力”，故其第一个作用是作为金属膜(膜(2))与玻璃间的过渡层以增强金属膜与玻璃间的附着力。另一个作用是与金属膜(膜(2))结合，通过吸收和干涉显色。通过膜厚的改变，可从玻璃面看到不同的反射色。膜(1)一般为：TiO2、Cr2O3、Al2O3等。由干涉显色原理可知：膜厚的均匀性直接影响着色泽的一致性，薄膜的透明度则决定了色彩的鲜艳程度。膜(2)为金属膜，其作用与其它热反射玻璃相同，用来反射或吸收阳光中的红外线和紫外线。其厚度的均匀性决定着透射光和反射光的一致性。一般选用Ti、Cr、1Cr18Ni9Ti、TiN、CrN等材料，但沉积工艺不同则性能各异。膜(3)的主要作用是保护金属膜，由于其硬度、耐磨性等较金属(合金)膜明显为高，且其结构致密，耐酸碱性也比金属(合金)膜好，故对金属膜能起到保护作用，保证了金属膜色泽与光学性能的稳定性。膜(3)结构的致密性及其膜厚的均匀性又对保护效果即反射膜的寿命造成直接影响，一般保护膜为TiO2、Cr2O3、Al2O3、ZrO2等。显然，要镀制符合所要求性能的膜层，必须要有相应的设备和技术作保证。设备档次不同，所生产的磁控镀膜玻璃质量也有较大的差异。目前，磁控玻璃镀膜设备约有十余种规格，但可分为三种类型，相应的磁控镀膜玻璃亦就分成三大类:(1)国产小型设备(造价在100万元以下)一般仅能镀制单层金属膜，且以不锈钢膜为多，其膜层的均匀性又因磁控溅射源结构的不同而有明显差异。最早的小型磁控镀设备一般均采用同轴靶溅射源，其镀制的玻璃在使用1～2年后就会出现与玻璃长边平行的条状不均匀带，严重影响其装饰性。此类玻璃虽属磁控镀膜，但其内在质量与蒸发镀膜相差无几。后来出现的