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引言
目前國(guó)內(nèi)使用的Low-E鍍膜玻璃產(chǎn)品主要是單銀Low-E鍍膜玻璃，只有少數(shù)幾家玻璃加工企業(yè)可以生產(chǎn)雙銀Low-E鍍膜玻璃(以下簡(jiǎn)稱雙銀Low-E)，且具有較成熟的生產(chǎn)技術(shù)，而這幾家玻璃企業(yè)所生產(chǎn)的雙銀Low-E多為自產(chǎn)自用。隨著國(guó)家建筑節(jié)能要求的不斷提升，建筑節(jié)能性能更高的雙銀Low-E的需求量也在不斷提高。目前國(guó)內(nèi)Low-E玻璃市場(chǎng)中，雙銀Low-E使用量不到單銀Low-E使用量的10%。限制雙銀Low-E推廣和使用的原因主要有兩點(diǎn)：一是雙銀Low-E鍍膜玻璃工藝技術(shù)難度較大，生產(chǎn)技術(shù)整體不夠成熟;二是雙銀Low-E市場(chǎng)價(jià)格較高。所以，只有了解雙銀Low-E膜系的開發(fā)過程，解決雙銀Low-E在生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)雙銀Low-E鍍膜玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定，才能夠使這種節(jié)能性能更高的產(chǎn)品的成本降低，并得到更廣泛的推廣和使用。本文即通過雙銀Low-E膜系開發(fā)過程的分析，明確了在雙銀Low-E鍍膜玻璃膜系的開發(fā)過程中應(yīng)注意的問題，并從實(shí)際生產(chǎn)的角度提出了一些對(duì)于雙銀Low-E膜系開發(fā)的建議。
1 技術(shù)背景
真空磁控濺射鍍膜技術(shù)是通過真空磁控濺射鍍膜機(jī)實(shí)現(xiàn)的，鍍膜機(jī)內(nèi)由不同級(jí)別的真空泵抽氣，在系統(tǒng)內(nèi)營(yíng)造出一個(gè)鍍膜所需的真空環(huán)境，真空度要達(dá)到Low-E鍍膜所需的本底真空，一般在(1~5)×10-8 Pa。在真空環(huán)境中向靶材(陰極（詞條“陰極”由行業(yè)大百科提供）)下充入工藝氣體氬氣(Ar)，氬氣在外加電場(chǎng)(由直流或交流電源產(chǎn)生)作用下發(fā)生電離生成氬離子(Ar+)，同時(shí)在電場(chǎng)E的作用下，氬離子加速飛向陰極靶并以高能量轟擊靶表面，使靶材產(chǎn)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子(或分子)沉積在玻璃基片上形成薄膜。同時(shí)被濺射出的二次電子在陰極暗區(qū)被加速，在飛向基片的過程中，落入設(shè)定的正交電磁場(chǎng)的電子阱中，直接被磁場(chǎng)的洛倫茲力束縛，使其在磁場(chǎng)B的洛倫茲力作用下，以旋輪線和螺旋線的復(fù)合形式在靶表面附近作回旋運(yùn)動(dòng)。電子e的運(yùn)動(dòng)被電磁場(chǎng)束縛在靠近靶表面的等離子區(qū)域內(nèi)，使其到達(dá)陽(yáng)極前的行程大大增長(zhǎng)，大大增加碰撞電離幾率，使得該區(qū)域內(nèi)氣體原子的離化率增加，轟擊靶材的高能Ar+離子增多，從而實(shí)現(xiàn)了磁控濺射高速沉積的特點(diǎn)。在運(yùn)用該機(jī)理開發(fā)Low-E膜系的過程中，要注意以下幾個(gè)問題：①保證整體工藝中各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性。具體包括靶材質(zhì)量、工藝氣體純度、原片新鮮程度、原片清洗質(zhì)量等基礎(chǔ)因素，這一系列因素會(huì)對(duì)Low-E鍍膜玻璃產(chǎn)品的最終質(zhì)量產(chǎn)生影響。②選擇合適的靶材。要建立的膜系是通過對(duì)陰極的前后順序布置實(shí)現(xiàn)的。③控制好各環(huán)節(jié)的工藝性能及參數(shù)。如適合的本底真空度、靶材適用的濺射功率、工藝氣體和反應(yīng)氣體用量與輸入均勻性、膜層厚度等。總之，只有控制好以上各因素，才能夠保證所開發(fā)的雙銀Low-E鍍膜玻璃具有穩(wěn)定的顏色、優(yōu)異的機(jī)械性能和可加工性。
此外，在雙銀膜系開發(fā)過程中，原始數(shù)據(jù)的積累和歸納分析非常重要。原始數(shù)據(jù)應(yīng)該包括：膜層結(jié)構(gòu)、各個(gè)單層膜的厚度和均勻性調(diào)試數(shù)據(jù)、雙銀Low-E樣片的光學(xué)參數(shù)、面電阻及理化性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。
2 雙銀Low-E鍍膜玻璃膜系的開發(fā)過程
雙銀Low-E鍍膜玻璃膜系開發(fā)過程中有3個(gè)必要條件必須保證：一是硬件的保證。離線雙銀Low-E產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)是基于可生產(chǎn)大面積建筑用鍍膜玻璃的真空磁控濺射設(shè)備;二是合理的膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于對(duì)各膜層材料性能充分理解掌握的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能確保產(chǎn)品在機(jī)械性能、抗氧化性能、可加工性上的優(yōu)異表現(xiàn);三是有清晰的開發(fā)流程。明確開發(fā)流程各階段的關(guān)鍵參數(shù)及工作重點(diǎn)，重視原始數(shù)據(jù)的記錄和分析。
2.1儀器和設(shè)備
目前，國(guó)內(nèi)雙銀Low-E鍍膜玻璃的膜系開發(fā)和生產(chǎn)基本都是在相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)完成的，一般在開發(fā)過程中所需要的儀器和設(shè)備見表1。
2.2 膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著量子化學(xué)和凝聚態(tài)物理理論上的不斷突破以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們可以根據(jù)所需要的材料結(jié)構(gòu)和性能，設(shè)計(jì)出滿足要求的材料，即材料設(shè)計(jì)(materials design)方法。現(xiàn)代膜層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從原子、分子層次進(jìn)行，即按照應(yīng)用目標(biāo)，可以先運(yùn)用相關(guān)商業(yè)軟件(MS或者其他專用軟件)進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲得預(yù)期目標(biāo)，掌握各個(gè)因素在膜層中所起的作用，例如各膜層的成玻璃深加工分，厚度，匹配順序等對(duì)產(chǎn)品綜合性能的影響，再與實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以科學(xué)指導(dǎo)膜層設(shè)計(jì)，降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。材料制備技術(shù)的整體提升，更得以使原子、分子為起點(diǎn)設(shè)計(jì)的材料合成，在微觀尺度上控制其結(jié)構(gòu)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。例如，在高真空條件下的磁控濺射、分子束外延、納米粒子組合、調(diào)制、膠體化學(xué)方法等，使材料研究、薄膜制備設(shè)備對(duì)設(shè)計(jì)加以驗(yàn)證，進(jìn)而擴(kuò)大到工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)全過程。
按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用磁控濺射法生產(chǎn)的Low-E鍍膜玻璃輻射率（詞條“輻射率”由行業(yè)大百科提供）e應(yīng)小于0.15。目前市場(chǎng)上單銀Low-E鍍膜玻璃的e在0.07~0.12，而雙銀Low-E鍍膜玻璃的輻射率e則能夠控制在0.05以下。Low-E鍍膜玻璃的輻射率e與膜層材料的電導(dǎo)率s有如下關(guān)系：
從上面關(guān)系式中，可以看出膜層材料的輻射率與膜層電導(dǎo)率成反比關(guān)系，即膜層電導(dǎo)率越高，膜層的輻射率就越低;而膜層的電導(dǎo)率又主要取決于膜層中功能層金屬材料的類別和厚度。雙銀Low-E鍍膜玻璃因鍍了2層Ag，且Ag的總厚度要厚于普通單銀，使膜層有了更高的電導(dǎo)率、更低的輻射率;同時(shí)，因?yàn)槭褂昧?層Ag，使得雙銀膜系結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，在開發(fā)雙銀膜系時(shí)，合理布置膜層結(jié)構(gòu)變得非常關(guān)鍵。正是因?yàn)殡p銀膜系的膜層數(shù)量多，并且各個(gè)膜層對(duì)鍍膜玻璃的玻璃面顏色、膜面顏色、可見光透過率及顏色影響程度不同，所以，為了使最終產(chǎn)品具有穩(wěn)定的性能和生產(chǎn)重復(fù)性，開發(fā)雙銀膜系的過程，一定要對(duì)各個(gè)單層的厚度和均勻性足夠重視。
從圖1中，可以看到1套雙銀膜系包括了9個(gè)功能結(jié)構(gòu)層在內(nèi)的9層至10多層膜層。不同功能結(jié)構(gòu)層可選用的材料不同，例如，介質(zhì)層可以選用： SiNx、TiOx、ZnSnOx、SnOx、AZO、ZnAlOx等，保護(hù)層（詞條“保護(hù)層”由行業(yè)大百科提供）可以選擇NiCr及其氧化物、Cr、Ti及其氧化物等。在多種膜層材料中，也可以選擇一種材料和其它幾種材料的組合。所以，如何選擇每個(gè)功能結(jié)構(gòu)層的材料至關(guān)重要，涉及諸多選擇因素，如：材料的折射率（詞條“折射率”由行業(yè)大百科提供）、密度、硬度，對(duì)可見光、紅外線的選擇吸收性、反射性，材料的膨脹系數(shù)，材料的導(dǎo)電性，不同材料的附著力等。
2.3 開發(fā)流程
雙銀Low-E膜系的開發(fā)過程是一個(gè)很系統(tǒng)的過程，這個(gè)過程的每個(gè)階段有不同的工作重點(diǎn)，每個(gè)階段要注意一些原始數(shù)據(jù)的記錄積累和分析，逐步建立起適合于生產(chǎn)體系的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在需要做生產(chǎn)工藝調(diào)整和變動(dòng)過程中，關(guān)注關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢(shì)及其規(guī)律性，才能形成生產(chǎn)規(guī)范并有效指導(dǎo)穩(wěn)定生產(chǎn)，只有實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，才能有穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)品成品率和降低成本的目標(biāo)。另外，完整的開發(fā)過程不僅包括所開發(fā)膜系產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)包括為幕墻公司和下游玻璃深加工企業(yè)提供必要的應(yīng)用參數(shù)和后續(xù)加工指導(dǎo)。下游玻璃深加工廠是雙銀Low-E鍍膜玻璃產(chǎn)品的直接使用者，雙銀Low-E鍍膜玻璃的可加工性將在這些工廠里得到檢驗(yàn)。因此，在開發(fā)雙銀Low-E產(chǎn)品的過程中，要不斷模擬和驗(yàn)證所開發(fā)的雙銀Low-E鍍膜玻璃在切割、磨邊、鋼化、廠房環(huán)境暴露等情況下，自身的保護(hù)層所提供的保護(hù)性是否可靠。據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)和已有數(shù)據(jù)分析認(rèn)為：介質(zhì)保護(hù)層厚度和金屬保護(hù)層厚度的配比對(duì)雙銀Low-E的可加工性有明顯的影響。具體開發(fā)流程詳見圖2。
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