建筑玻璃涂层工艺的持续改进



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建筑玻璃镀膜业务不断成熟。强制使用节能 LowE 涂料的建筑法规,这些法规在全球越来越多的国家逐步实施。
近年来,生产能力显着增长,尤其是在中国。即使在全球制造网络的偏远地区,溅射镀膜玻璃产品的广泛接受也需要不断简化工艺要求。玻璃涂层加工链的主要优势是后回火涂层。此类产品通过避免切割尺寸处理以及产品分销中的下游存储和物流,简化了涂层工艺本身。

多年来,玻璃镀膜设备供应商一直参与相关玻璃镀膜工艺的开发和供应。我们将在此介绍我们的单层、双层甚至三重 LowE 涂层系列,这些涂层也可作为后回火版本提供。这将伴随具有增强遮阳功能的 Single LowE 产品以及各种太阳能控制产品。关键性能指标是优异的薄膜厚度均匀性、改进的选择性和回火过程中的低色偏。

介绍

LowE 涂层技术已经成熟了 30 多年。这里将描述最先进的解决方案,以提供对当前发展趋势的洞察。这些解决方案适用于所有当前可用的玻璃尺寸,并基于常用的磁控管。基底层、种子层和顶层用双可旋转交流磁控管沉积,而平面直流磁控管用于镀银和阻隔剂。

结果

可回火涂层堆栈

图 1 显示了用于后回火单一 LowE 的典型涂层堆栈。最近的工作集中在此类堆栈的简化上。实际上,如果选择具有 Na+ 阻挡特性的合适基层,则可以避免专用的底部阻挡层。乍一看,这些变化看起来很小。然而,这种涂层堆栈不需要在生产中的标准非回火版本和后回火版本之间进行更改。两种批量产品可以合并为一种,从而显着节省分配、存储和处理费用。

图 1 中的涂层堆栈现在可以用作多 LowE 堆栈的构建块。在第一个 Ag/Blocker 上方引入一系列中间层/种子层/Ag/Blocker 将把溶液转化为具有增强选择性的 LowE(见图 2)。这些滤光器的选择性可以进一步提高(减少太阳能的摄入),每增加一个 Ag 和介电中间层的构建块(见图 3)。

可回火涂层在加工上比非回火涂层有更严格的要求。热处理揭示了玻璃的处理作用,没有回火是不可见的。因此,在处理过程中,应避免在玻璃基板的涂层侧(通常为空气侧)与运输和提升装置发生任何接触。在涂层系统前配备有抛光桥的最先进的清洗机对于生产任何类型的回火涂层的良率是必不可少的。

由于热引起的层化学计量变化,可能会发生颜色变化。如前所述,非常希望将此类变化降至最低,因为小的变化相当于小损失,另外还可以简化产品组合。

另一个严重的问题可能是雾度(即光散射),这是层晶体结构重新排列或钠从玻璃基板扩散到层堆叠中的结果。钠的化学反应性很强,会严重影响银和介电层。

图 2 和图 3 描绘了满足此处描述的性能标准的三重 LowE 涂层堆叠。获得了高透光率、极低的色移和最低的雾度水平。

要获得较低的透射率,对 LowE-Sun 等可回火涂层来说是一个额外的挑战。降低的透射通常通过增强的吸收获得,这可以通过金属或亚化学计量层实现。许多常用的层(例如 Ni:Cr)在回火步骤中往往不稳定,因为它们要么通过收集扩散氧而改变化学计量,要么在层太厚时通过重结晶。只有非常有限数量的材料提供了稳定可回火涂层吸收的可能性。在可能的候选者中,最好选择那些也具有“阻滞剂”特性的候选者。

将吸收分布在银上方的一个阻挡层和下方的第二个阻挡层中是避免厚层的可能方法。如果要获得玻璃侧反射 (Rg) 的中性至略负色值,则必须将这两种阻挡材料放置在底部银色周围。图 4 显示了一个示例。

可回火 Multi-LowE 涂层的单层性能

当今建筑玻璃涂层的标准涂层均匀性是在玻璃宽度上的层厚偏差为 ± 1.5 %。但是,如果越来越多的层彼此堆叠,则每个单层的公差会产生更严重的影响。对于 Temperable Triple LowE,至少需要 14 到 15 个单层。

我们已经分析了层堆叠中所有单层偏差对玻璃侧反射 (Rg) 产生的颜色的影响。图 5 中的颜色交叉显示了如果以 ± 1.5% 的相同标准厚度偏差单独处理每一层,则 Rg 颜色的变化。可以很容易地看出,尽管应用了相同的材料组和相同的±1.5%的偏差范围,但颜色框中的偏差范围随着叠层中单层数的增加而变大。

Multi-LowE 代表了涂层均匀性方面的新挑战,因为必须确保更严格的单层均匀性才能获得与普通 Single LowE 相同的绝对颜色偏差。对于任何一种高性能玻璃来说,正确和统一的颜色当然是必不可少的。如果只有一种材料或层会导致偏差模式,则这一挑战将是相当温和的。但是所有电介质和银都对均匀性有显着贡献。

为了满足现代 Multi-LowE 涂层更严格的均匀性要求,冯·阿登纳进一步开发并改进了其磁控管硬件。已作出特别努力来改进磁体系统。图 6 显示了反应性 ZnSn 溅射以获得化学计量的 ZnSnO3 层的结果。结果是在 GC330H 大型涂层系统上获得的。3.3 m 宽玻璃的均匀度范围为 ± 1.0 ... 1.1 %,边缘排除为 5 cm。对于来自陶瓷 TiOx 靶材的 TiO2 和来自 Si:Al8 靶材的 Si3N4,获得了类似或更好的结果。

图 6 中的图显示了三个曲线。ID4513 和 ID1415 是由一 (1) 个双旋转磁控管 (RDM3750) 沉积的单层交叉均匀性。ID 1370 显示了 ZnSnO3 层从两个 RDM3750 一起沉积时的结果。两个 RDM3750 放置在相邻的处理隔间中。

这些结果表明,尖端涂层堆栈所需的硬件是可用的。我们期待在这个方向上进一步改进,并继续研究以获得更好的性能。

图 6:来自一个双旋转磁控管和两个双旋转磁控管 (RDM3750) 的双重排列的单层 ZnSnO3 的均匀性。

RDM a (ID 1370) 的厚度偏差:±1.2%

RDM b (ID 4513) 的厚度偏差:±0.9%

RDM a+b (ID 1415) 的厚度偏差:±1.1%

结论和总结

我们分析了当前对现代LowE镀膜的要求,特别是考虑了镀膜玻璃对安全玻璃加工的要求。介绍了可回火 Multi-LowE 涂层的解决方案。作为结论,我们已经表明,LowE 涂层堆栈日益复杂的一个关键参数是涂层均匀性。尽管磁控溅射镀膜已经进行了 30 年的硬件和工艺开发,但仍有可能获得显着的改进。所有相关工艺的单层厚度均匀性可以被推到远低于 ± 1.5 %。

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