專利名稱：四層膜系鍍膜玻璃的制作方法
技術領域：
本發明涉及平板玻璃制品，特別是涉及表面經鍍膜處理的建筑用平板玻璃制品。
現有技術中，建筑用平板玻璃鍍膜制品，就其產生熱反射和彩色性能的機理來看，多是采用二層膜系或三層膜系結構，見
圖1和圖2，膜系構成為基片1、金屬膜2、金屬化合物膜3;或基片4、金屬化合物膜5、金屬膜6、金屬化合物膜7。其中，金屬包括鎳鉻鋼、銀、鋁、銅、鈦、鉻等，金屬化合物包括氧化鈦、氧化錫、氧化鉻、不銹鋼氧化物等。上述膜系結構的特點主要是利用金屬的反射率高和金屬化合物膜的干涉效應，但從熱反射能力和色飽和度方面來看比較差。
二層膜系的熱反射彩色陽光控制膜鍍膜玻璃，一般是在著色玻璃基片上鍍膜，利用著色玻璃對自然光的吸收特性以獲得色彩。膜性能為反射鏡面膜。由于著色玻璃對光譜有大量吸收，所以對紅外線的反射能力差，光學性能不理想，且制品生產的靈活性差。
三層膜系的熱反射彩色陽光控制膜鍍膜玻璃，一般是在透明玻璃基片上鍍膜，利用薄膜干涉原理獲得色彩。但由于金屬反射膜前有一層為產生反射色彩而設置的干涉膜，降低了玻璃面紅外線的反射能力;而且，由于在兩個反射界面反射的干涉光束的光強(振幅)有相當大的差別，造成玻璃面反射色飽和度低;再者，對于不同厚度的基片，由于對自然光的吸收不同，玻璃面的反射色還存在著可分辨的色差。
日本「公開特許公報」昭63-112441(JP63，112，441)公開了一種“透明熱線反射板”的產品，其膜層結構為｜玻璃｜氧化錫或氧化鈦｜金屬鈦｜氧化錫或氧化鈦｜;日本「公開特許公報」昭01-188446(JP01，188，446)公開了一種“熱反射玻璃”的產品，其膜層結構為｜玻璃｜金屬氧化物｜金屬｜金屬氧化物｜;聯邦德國專利DE3413587公開了一種“用磁控反應濺射進行熱反射鍍膜玻璃的氧化錫干涉膜的沉積”的方法，其膜層結構為｜玻璃｜氧化錫｜金屬銀｜氧化錫｜;聯邦德國專利DE3807600公開了一種“低反射和熱隔絕的透明鍍膜”的產品結構，其膜層結構為｜玻璃｜金屬化合物｜金屬｜金屬化合物｜;歐洲專利EP185314公開了一種“具有干涉色的建筑玻璃鍍膜”的產品，其膜層結構為｜玻璃｜不銹鋼氧化物｜金屬銀｜不銹鋼｜。
上述現有技術產品和方法都是采用三層膜系結構，它們共同的缺點是未能解決玻璃厚度不同而引起的反射色色差問題，以及玻璃面反射色的飽和度低的問題。
本發明的目的在于避免上述現有技術中的不足之處而提供一種不僅有優良的熱反射性能和高的色飽和度，而且大大減弱因基片厚度不同造成反射色色差的四層膜系鍍膜玻璃，并主要用作建筑物的幕墻玻璃和窗玻璃。
本發明的目的可以通過以下措施來達到利用金屬或金屬氮化物的高反射性能和高吸收性能、金屬氧化物的高折射性能和不同的吸收性能，以及運用金屬或金屬氮化物膜與金屬氧化物或硫化物膜綜合作用所產生的干涉效應，制作具有高的紅外反射率和高的色飽和度的四層膜系陽光控制膜鍍膜玻璃。它包括基片，以及金屬、金屬化合物或非金屬化合物的多層鍍膜;其緊挨著透明玻璃或著色玻璃基片的一個面的第一層鍍膜是金屬或金屬氮化物膜;在該第一層鍍膜上有金屬化合物組成的第二層鍍膜;在所述的第二層鍍膜上又有金屬或金屬氮化物組成的第三層鍍膜;在該第三層鍍膜上還有氧化物或氮化物組成的第四層鍍膜。其典型膜系結構為｜基片｜金屬或金屬氮化物膜｜金屬化合物膜｜金屬或金屬氮化物膜｜氧化物或氮化物膜｜。
附圖的圖面說明如下圖1為現有技術二層膜系鍍膜玻璃橫斷面;
圖2為現有技術三層膜系鍍膜玻璃橫斷面;
圖3為本發明的四層膜系鍍膜玻璃橫斷面;
圖4是基片垂直置于真空室中，相對于各濺射陰極靶運動的示意圖;
圖5是基片水平置于真空室中，相對于各濺射陰極靶運動的示意圖。
以下結合本發明各最佳實施例作進一步詳細敘述本發明的典型膜系結構見圖3，其第一層11是在基片15上鍍的金屬或金屬氮化物膜，根據對膜系性能要求的不同，該層膜材料可以是下列金屬(包括合金)或金屬氮化物之一銀、鋁、銅、鈦、鉻、錫、鋅、銀基合金、鋁基合金、銅基合金、鐵基合金、鎳鉻合金、鐵基合金氮化物、鎳鉻合金氮化物、氮化鈦、氮化鉻。第二層12是在第一層鍍膜11上鍍覆的金屬化合物膜，根據對膜系性能要求的不同，該層膜可以是下列金屬化合物(包括其混合物)之一氧化鋅、氧化錫、氧化鉛、氧化鈦、氧化鉻、錫合金氧化物、鎳鉻合金氧化物、鐵基合金氧化物、硫化鋅或硫化鉛。第三層13是在第二層鍍膜12上鍍覆的，也是金屬或金屬氮化物膜，該層膜材料根據需要在與上述第一層鍍膜11同樣的用料范圍內選取。第四層鍍膜14是在第三層鍍膜13上鍍覆的氧化物或氮化物膜，該層膜可以是下列氧化物或氮化物之一氧化鈦、氧化鋁、氧化鉻、氧化錫、氧化硅、氮氧化鈦、氮化鈦、氮化鉻、鎳鉻合金氮化物、鐵基合金氮化物。上述膜層成分中的金屬元素可以相同或部分相同，也可以不相同;例如，第四層鍍膜14所選用的氮化物與第三層鍍膜13可以相同，也可以不相同。
制造本發明鍍膜玻璃所用的設備為磁控直流陰極濺射真空鍍膜系統。直流濺射或射頻濺射均可，也可采用離子束沉積等其它鍍膜工藝方法。濺射陰極內部磁場的產生既可以用永磁性材料，也可以用電磁鐵。本發明所適用的真空室系統，既可以是多室結構也可以是單室結構。在真空室內，也可以設置陽極以輔助鍍膜濺射。
濺射陰極為平面矩形，有水冷卻通道。陰極正表面裝有所要濺射的金屬或合金靶材，除正表面外，四周裝有屏蔽罩，屏蔽罩接地，防止其它區域發生濺射腐蝕。真空室內裝有反應氣體輸入管道，真空室接有高真空抽氣系統。直流濺射電源系統的負極接濺射陰極，正極接真空室外殼(接地)，采用恒電流控制。
如圖4和圖5所示，將基片15置于真空室中，與濺射陰極16、17、18正表面平行，在鍍膜時，基片15在傳動系統的驅動下，可以不同的速度相對于濺射陰極靶16、17、18的正表面平行地行走，完成濺射鍍膜過程。
實施例1(見表1，編號CR40).膜系結構為｜透明玻璃｜金屬鉻｜錫合金氧化物｜金屬鉻｜氧化鉻｜。陰極靶材尺寸為380毫米×128毫米，陰極靶材為金屬鉻和錫合金。
真空泵系統將初始真空壓強抽至低于1×10-4毫巴。
通入氬氣，控制氬氣的流量，使真空壓強維持在約2×10-3毫巴;啟動直流電源系統，給裝有金屬鉻靶的陰極通電，電流為0.6安培，電壓為331伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬鉻膜的濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為46.9%;關閉陰極鉻靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為2∶3，使真空壓強維持在2.5×10-3毫巴;給用于反應濺射錫合金氧化物的裝有錫合金靶的陰極通電，電流為0.5安培，電壓為287伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行錫合金的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為52.1%;關閉陰極錫合金靶
的電源和氣體。
通入氬氣，控制氬氣的流量，使真空壓強維持在約2×10-3毫巴;給裝有金屬鉻靶的陰極通電，電流為1.8安培，電壓為391伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬鉻的濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為6.6%;關閉陰極鉻靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為2∶3，使真空壓強維持在2.5×10-3毫巴;給用于反應濺射氧化鉻的裝有金屬鉻靶的陰極通電，電流為0.9安培，電壓為472伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬鉻的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為7.9%;關閉陰極鉻靶的電源和氣體。
本例樣品的可見光譜透射率為8.2%，可見光譜反射率為19.3%，太陽光譜透射率為9.7%，太陽光譜反射率為14.9%，遮陽系數為0.328;玻璃面的反射色為蘭色，門塞爾色碼為10B5/12，其他性能指標見表1。
實施例2(見表1，編號CU1).膜系結構為｜透明玻璃｜金屬銅｜氧化錫｜金屬鈦｜氧化錫｜。陰極靶材尺寸為380毫米×128毫米，陰極靶材為金屬銅、金屬鈦和金屬錫。
真空泵系統將初始真空壓強抽至低于1×10-4毫巴。
通入氬氣，控制氬氣的流量，使真空壓強維持在約2.5×10-3毫巴;啟動直流電源系統，給裝有金屬銅靶的陰極通電，電流為0.4安培，電壓為305伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬銅膜的濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為48.1%;關閉陰極銅靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為1∶1，使真空壓強維持在3.0×10-3毫巴;給用于反應濺射氧化錫的裝有金屬錫靶的陰極通電，電流為1.2安培，電壓為317伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬錫的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為50.5%;關閉陰極錫靶的電源和氣體。
通入氬氣，控制氬氣的流量，使真空壓強維持在約2.5×10-3毫巴;給裝有金屬鈦靶的陰極通電，電流為2.0安培，電壓為305伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬鈦的濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為18.0%;關閉陰極鈦靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為1∶1，使真空壓強維持在3.0×10-3毫巴;給用于反應濺射氧化錫的裝有金屬錫靶的陰極通電，電流為1.2安培，電壓為320伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬錫的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為28.5%;關閉陰極錫靶的電源和氣體。
本例樣品的可見光譜透射率為29.4%，可見光譜反射率為24.8%，太陽光譜透射率為19.8%，太陽光譜反射率為24.7%，遮陽系數為0.384;玻璃面的反射色為蘭色，門塞爾色碼為5B5/8，其他性能指標見表1。
實施例3(見表1，編號SSN2).膜系結構為｜透明玻璃｜鎳鉻鋼氮化物｜氧化錫｜鎳鉻鋼氮化物｜氮化鈦｜。陰極靶材尺寸為380毫米×128毫米，陰極靶材為鎳鉻鋼、金屬錫和金屬鈦。
真空泵系統將初始真空壓強抽至低于1×10-4毫巴。
通入氮氣和氬氣，控制氮氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在約3.5×10-3毫巴;啟動直流電源系統，給用于反應濺射鎳鉻鋼氮化物的裝有鎳鉻鋼靶的陰極通電，電流為1.7安培，電壓為365伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行鎳鉻鋼的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為51.5%;關閉陰極鎳鉻鋼靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在3.5×10-3毫巴;給用于反應濺射氧化錫的裝有金屬錫靶的陰極通電，電流為1.2安培，電壓為290伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬錫的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為58.5%;關閉陰極錫靶的電源和氣體。
通入氮氣和氬氣，控制氮氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在約3.5×10-3毫巴;給用于反應濺射鎳鉻鋼氮化物的裝有鎳鉻鋼靶的陰極通電，電流為4.0安培，電壓為468伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行鎳鉻鋼的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為19.0%;關閉陰極鎳鉻鋼靶的電源和氣體。
通入氮氣和氬氣，控制氮氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在3.2×10-3毫巴;給用于反應濺射氮化鈦的裝有金屬鈦靶的陰極通電，電流為4.0安培，電壓為344伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬鈦的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為14.0%;關閉陰極鈦靶的電源和氣體。
本例樣品的可見光譜透射率為15.1%，可見光譜反射率為29.5%，太陽光譜透射率為12.2%，太陽光譜反射率為18.3%，遮陽系數為0.302;玻璃面的反射色為蘭色，門塞爾色碼為7.5B6/6，其他性能指標見表1。
實施例4(見表1，編號SSN3).膜系結構為｜透明玻璃｜鎳鉻鋼氮化物｜氧化錫｜鎳鉻鋼氮化物｜氧化錫｜。陰極靶材尺寸為380毫米×128毫米，陰極靶材為鎳鉻鋼和金屬錫。
真空泵系統將初始真空壓強抽至低于1×10-4毫巴。
通入氮氣和氬氣，控制氮氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在約3.5×10-3毫巴;啟動直流電源系統，給用于反應濺射鎳鉻鋼氮化物的裝有鎳鉻鋼靶的陰極通電，電流為1.7安培，電壓為354伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行鎳鉻鋼的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為53.5%;關閉陰極鎳鉻鋼靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在3.0×10-3毫巴;給用于反應濺射氧化錫的裝有金屬錫靶的陰極通電，電流為1.2安培，電壓為303伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬錫的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為62.0%;關閉陰極錫靶的電源和氣體。
通入氮氣和氬氣，控制氮氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在約3.0×10-3毫巴;給用于反應濺射鎳鉻鋼氮化物的裝有鎳鉻鋼靶的陰極通電，電流為4.0安培，電壓為464伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行鎳鉻鋼的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為19.5%;關閉陰極鎳鉻鋼靶的電源和氣體。
通入氧氣和氬氣，控制氧氣和氬氣的流量比例約為3∶2，使真空壓強維持在3.0×10-3毫巴;給用于反應濺射氧化錫的裝有金屬錫靶的陰極通電，電流為1.2安培，電壓為327伏特;基片在傳動系統的驅動下，以2米/分的速度與濺射陰極靶材表面平行地行走;進行金屬錫的反應濺射鍍膜，至550納米單色光透射率約為24.0%;關閉陰極錫靶的電源和氣體。
本例樣品的可見光譜透射率為24.6%，可見光譜反射率為29.0%，太陽光譜透射率為22.2%，太陽光譜反射率為19.4%，遮陽系數為0.419;玻璃面的反射色為蘭色，門塞爾色碼為5B6/6，其他性能指標見表1。
還有更多的實施例，其中有關的工藝數據和樣品的性能指標部分地列入了表1，此處不再贅述。
同現有技術相比，本發明的膜系結構及其四層膜系鍍膜玻璃具有如下突出優點1.提高了反射色的色飽和度本發明在膜系結構設計方面，利用金屬或金屬氮化物膜的反射特性和吸收特性，同時利用金屬化合物膜折射和吸收特性在光學干涉效應方面產生的特殊效果，減小了干涉光束在兩個反射界面反射干涉時的光強(振幅)之差，從而提高了鍍膜玻璃反射色的色飽和度。
2.解決了不同厚度基片鍍膜玻璃的反射色存在色差的問題對于厚度不同的基片，既使是完全相同的鍍膜條件，按現有技術設計制造的產品，均出現程度不同的反射色的色差。這主要是由于厚度不同的基片對可見光譜的吸收量不同而導致的。本發明采用金屬或金屬氮化物膜作為最接近基片的第一層膜，由于金屬或金屬氮化物膜的吸收系數和反射系數很高，因而對透射光的影響遠大于基片對透射光的影響，因而，基片厚度的變化不足以影響總的光譜透射量，大大減弱了因基片厚度不同造成鍍膜玻璃反射色存在的色差。
3.解決了鍍膜玻璃透射率大范圍調整的問題對現有技術的三層干涉膜系鍍膜玻璃而言，可見光譜和太陽光譜透射率的主要控制方法是利用金屬膜的厚度變化，且只能在極為窄小的范圍內進行，否則，將出現可分辨的反射色差。采用本發明四層膜系結構的制品，當第一層金屬或金屬氮化物膜的厚度小于第二層金屬或金屬氮化物反射膜的厚度時，選擇第四層膜的材料和厚度，可使鍍膜玻璃的可見光譜和太陽光譜透射率在更大范圍內進行調整，而不影響可見光譜反射率和反射色飽和度。
4.提高了紅外反射能力采用本發明膜系結構的制品，其第一層金屬或金屬氮化物膜的紅外反射能力一般高于三層膜系第一層金屬氧化物膜的紅外反射能力，因而更有利于提高紅外反射能力。
綜合上述，在本發明的膜系結構中，第一層金屬或金屬氮化物膜是提高紅外反射能力的關鍵膜層之一。第一層膜、第二層膜和第三層膜的結合，相對于前述現有技術的三層干涉膜系而言，是提高反射色飽和度的關鍵結構特性，對于產生高的紅外反射率和高的色飽和度，是不可分割、相互依存的膜結構特點;既可以獨立構成膜系，也可以與第四層膜共同構成膜系。
權利要求
1.一種四層膜系鍍膜玻璃，包括基片15、金屬、金屬化合物或非金屬化合物膜層11至14，其特征在于緊挨著透明玻璃或著色玻璃基片15的一個面的第一層鍍膜11是金屬或金屬氮化物膜；在該第一層鍍膜11上有金屬化合物組成的第二層鍍膜12；在所述第二層鍍膜12上，又有金屬或金屬氮化物組成的第三層鍍膜13；在該第三層鍍膜13上，還有氧化物或氮化物組成的第四層鍍膜14。
2.按照權利要求1所述的四層膜系鍍膜玻璃，其特征在于所述第一層鍍膜11和第三層鍍膜13可以分別是下列金屬(包括其合金)或金屬氮化物之一銀、鋁、銅、鉻、鈦、銀基合金、鋁基合金、銅基合金、鎳鉻合金、鐵基合金、鐵基合金氮化物、鎳鉻合金氮化物、氮化鈦、氮化鉻。
3.按照權利要求1所述的四層膜系鍍膜玻璃，其特征在于所述第二層鍍膜12可以是下列金屬化合物之一氧化鋅、氧化錫、氧化鉛、氧化鈦、氧化鉻、錫合金氧化物、氮氧化鈦、鎳鉻合金氧化物、鐵基合金氧化物、硫化鋅或硫化鉛。
4.按照權利要求1所述的四層膜系鍍膜玻璃，其特征在于所述第四層鍍膜14可以是下列氧化物或氮化物之一氧化鈦、氧化錫、氧化鉻、氧化鋁、氧化硅、氮氧化鈦、氮化鈦、氮化鉻、鎳鉻合金氮化物、鐵基合金氮化物。
5.按照權利要求4所述的四層膜系鍍膜玻璃，其特征在于所述第四層鍍膜14的氧化物或氮化物膜厚度為0至1520納米。
6.按照權利要求1所述的四層膜系鍍膜玻璃，其特征在于所述各層鍍膜11至14中的各金屬元素可以相同或部分相同，也可以不相同。
全文摘要
四層膜系鍍膜玻璃。緊挨著透明玻璃或著色玻璃基片的一個面的第一層鍍膜是金屬或金屬氮化物膜；在該第一層鍍膜上有金屬化合物組成的第二層鍍膜；接著就是金屬或金屬氮化物組成的第三層鍍膜；最后是氧化物或氮化物組成的第四層鍍膜。所述金屬是銀、銅、鉻、鐵基合金等；所述氧化物或氮化物是氧化錫、氧化鈦、鐵基合金氧化物、氮化鈦、鐵基合金氮化物等。提高反射色飽和度、透射率大范圍可調、消除反射色差是此種鍍膜玻璃的突出優點，主要用作建筑物的幕墻玻璃和窗玻璃。
文檔編號C03C17/34GK1066835SQ9110421
公開日1992年12月9日 申請日期1991年6月17日 優先權日1991年6月17日
發明者李 東 申請人:偉光鍍膜玻璃有限公司