CN101691281A - 以硅基材料为介质层的低辐射玻璃 - Google Patents
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Abstract
以硅基材料为介质层的低辐射玻璃，属于节能技术领域，其基本结构中依次包括玻璃基底、介质层、银层，其技术特征是，介质薄膜由组分渐变的硅氧、硅氮或硅氧氮薄膜构成。采用本发明的低辐射玻璃，不仅性能稳定，可靠性高，而且生产效率高，可大大降低成本，有利于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及新型低辐射玻璃，特别涉及以硅氧、硅氮或硅氧氮为介质层的低辐射玻璃，属于玻璃制造和节能技术领域。
背景技术
低辐射玻璃是一种可以透过阳光中的大部分可见光，反射阳光中的部分近红外线，并具有很低的远红外线辐射系数的玻璃，节能效果非常明显。在世界上发达国家，大部分建筑都采用这种低辐射玻璃。在我国，低辐射玻璃的应用还不十分广泛，主要原因是成本问题。由于售价比普通白玻璃高得多，因此只能用于高档建筑中，民用住宅很少采用。
低辐射玻璃分在线镀膜和离线镀膜两种。在线镀膜是在浮法玻璃生产线上采用化学方法镀制氧化锡薄膜，保温性能较差。离线镀膜是采用磁控溅射方法在玻璃上沉积多层金属和介质薄膜，保温性能好。离线镀膜低辐射玻璃中的金属膜一般都采用银膜，按银膜的层数可分双银和单银两种，按介质薄膜成分可分为软膜和硬膜两种。软膜低辐射玻璃中的介质膜包括氧化锌、氧化锡两种，由于膜层较软，耐磨性差。由于这两种氧化物折射率较低，使得反射光颜色的调整范围受到一定限制。硬膜低辐射玻璃中的介质膜主要是二氧化钛。二氧化钛薄膜不但硬度高，而且折射率也高，颜色调整性能更好。硬膜的缺点是溅射速率低，用很多溅射靶同时工作才能达到一定的沉积速率。已有的离线低辐射玻璃还有一个明显的缺点是稳定性能差，生产出来后几天内必须封成中空玻璃，否则膜层性能将发生变化，甚至脱落。即使封接成中空结构，由于软性封接材料的弱呼吸作用，氧气仍能缓慢进入其中，导致性能劣化。
由于离线镀膜低辐射玻璃存在的各种问题，使其在中国只能用于高档写字楼，还很难大规模推广。
发明内容
本发明针对现有技术中离线低辐射玻璃存在的不足和缺点，提供一种以硅氧、硅氮或硅氧氮薄膜为介质层的低辐射玻璃，使其不仅具有材料普通、性能稳定，完全不氧化等特点，而且解决了已有产品生产成本高的问题，可以推动低辐射节能玻璃的大规模应用。
本发明的技术方案如下：
低辐射玻璃，具有单银层结构，基本结构中，由下而上依次包括玻璃基底10、第1介质层11、银层12、第2介质层13，其特征在于：所述的每个介质层都由若干个子层构成，子层的数目在1到5之间选择；每个子层由组分渐变的硅氧薄膜、硅氮薄膜或硅氧氮薄膜构成；每个子层中，以该子层的中心平面为对称平面，硅组分和折射率在该平面的上下两侧成对称分布，硅组分和折射率最高的部位位于该子层的中心平面，硅组分和折射率最低的部位位于该子层最外侧的两个平面。
本发明提供的另一种技术方案：
低辐射玻璃，具有双银结构，基本结构中由下而上依次包括玻璃基底20、第1介质层21、第1银层22、第2介质层23、第2银层24、第3介质层25，其特征在于：所述的每个介质层都由若干个子层构成，子层的数目在1到5之间选择；每个子层由组分渐变的硅氧薄膜、硅氮薄膜或硅氧氮薄膜构成；每个子层中，以该子层的中心平面为对称平面，硅组分和折射率在该平面的上下两侧成对称分布，硅组分和折射率最高的部位位于该子层的中心平面，硅组分和折射率最低的部位位于该子层最外侧的两个平面。
对于上述两种低辐射玻璃，可以在介质层和银层之间增加附着力强化层，该层采用铝、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、镍、不锈钢等金属或合金薄膜中的一种，其厚度小于3纳米。附着力强化层还可以采用氮化铝、氮化钛、氮化锆、氮化铪、氮化钒、氮化铌、氮化钽、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟锡等薄膜中的一种，其厚小于10纳米。
本发明中，介质层采用子层结构，并且每个子层中采用组分渐变结构，是为了满足大规模量产的需要，其性能与折射率均匀分布的情况差别很小。组分均匀分布是渐变分布的一个特例。采用子层结构和子层中组分渐变结构后，完全可以采用标准的磁控反应溅射方法进行大规模制造。
附着力强化层同时还具有对银层的保护功能，防止硅氧介质层沉积过程中银层被氧化。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明所提供的低辐射玻璃中采用硅氧、硅氮或硅氧氮薄膜为介质薄膜，其折射率可以在1.5到4之间任意调整，大大增加了结构设计的灵活性；这些薄膜致密，强度高，大大提高了低辐射玻璃的性能稳定性；硅氧薄膜沉积速率高，可以大大提高生产率，降低成本。
与已有的低辐射玻璃相比，稳定性大大提高，可在空气中长期存放。由于不存在氧化问题，封成中空结构后，不怕弱呼吸作用，即使氧进入中空玻璃中，性能也不会降低，更不会出现薄膜脱离现象。这些为大批量生产和广泛应用提供了很好的前提条件。本发明完全克服了已有各类低辐射玻璃的缺点，可以使低辐射玻璃的应用得到极大的推广，对建筑节能的发展起到很好的推动作用。
附图说明
图1为本发明提供的单银层结构低辐射玻璃结构示意图。该低辐射玻璃依次包括玻璃基底10、设置在衬底上第1介质层11、银层12、第2介质层13。
图2为本发明提供的具有附着力强化层的单银层结构低辐射玻璃结构示意图。该低辐射玻璃依次包括玻璃基底10、设置在衬底上第1介质层11、附着力强化层14、银层12、附着力强化层15、第2介质层13。
图3为本发明提供的双银结构低辐射玻璃结构示意图。该低辐射玻璃依次包括玻璃基底20、设置在衬底上第1介质层21、第1银层22、第2介质层23、第2银层24、第3介质层25。
图4为本发明提供的具有附着力强化层的双银结构低辐射玻璃结构示意图。该低辐射玻璃依次包括玻璃基底20、设置在衬底上第1层介质21、附着力强化层26、第1银层22、附着力强化层27、第2介质层23、附着力强化层28、第2银层24、附着力强化层29、第3介质层25。
图5为本发明提供的单银和双银低辐射玻璃中介质层的结构示意图。介质层由若干子层构成，N1代表硅组分和折射率最高的部位，N2代表硅组分和折射率最低的部位。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例对本发明的实施做进一步的说明。
实施例1：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、45纳米厚的第1介质层、10纳米厚的银层、55纳米厚的第2层介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.3；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过85％，阳光透过率超过为65％，辐射系数小于0.1。
实施例2：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、40纳米厚的第1介质层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、10纳米厚的银层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、50纳米厚的第2介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.3；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过85％，阳光透过率超过为65％，辐射系数小于0.1。
实施例3：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、40纳米厚的第1介质层、2纳米厚的钛附着力强化层、10纳米厚的银层、2纳米厚的钛附着力强化层、50纳米厚的第2介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.3；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过80％，阳光透过率超过为60％，辐射系数小于0.1。
实施例4：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、40纳米厚的第1介质层、10纳米厚的银层、50纳米厚的第2层介质层。介质层采用硅氮薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.6；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.3；该低辐射玻璃的可见光透过率超过85％，阳光透过率超过为65％，辐射系数小于0.1。
实施例5：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、37纳米厚的第1介质层、3纳米厚的氮化钛附着力强化层、10纳米厚的银层、3纳米厚的氮化钛附着力强化层、47纳米厚的第2介质层。介质层采用硅氮薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.6；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.3；该低辐射玻璃的可见光透过率超过85％，阳光透过率超过为65％，辐射系数小于0.1。
实施例6：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、37纳米厚的第1介质层、2纳米厚的钛附着力强化层、10纳米厚的银层、2纳米厚的钛附着力强化层、47纳米厚的第2介质层。介质层采用硅氮薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.6；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.3；该低辐射玻璃的可见光透过率超过80％，阳光透过率超过为60％，辐射系数小于0.1。
实施例7：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、42纳米厚的第1介质层、10纳米厚的银层、52纳米厚的第2层介质层。介质层采用硅氧氮薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过85％，阳光透过率超过为65％，辐射系数小于0.1。
实施例8：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、40纳米厚的第1介质层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、10纳米厚的银层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、50纳米厚的第2介质层。介质层采用硅氧氮薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过85％，阳光透过率超过为65％，辐射系数小于0.1。
实施例9：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、40纳米厚的第1介质层、2纳米厚的钛附着力强化层、10纳米厚的银层、2纳米厚的钛附着力强化层、50纳米厚的第2介质层。介质层采用硅氧氮薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过80％，阳光透过率超过为60％，辐射系数小于0.1。
实施例10：单银层结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、10纳米厚的第1介质层、10纳米厚的银层、80纳米厚的第2介质层。第1介质层采用硅氮薄膜，采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在3.0；第2介质层采用硅氧薄膜，采用1个子层，硅组分高的部位，折射率控制在1.5；该低辐射玻璃的可见光透过率超过70％，红外透过率低于35％，辐射系数小于0.1。
实施例11：双银结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、30纳米厚第1介质层、10纳米厚的第1银层、80纳米厚的第2介质层、10纳米厚的第2银层、40纳米厚的第3介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层采用6个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；第3介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过80％，红外透过率低于35％辐射系数小于0.1。
实施例12：双银结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、30纳米厚第1介质层、2纳米厚的钛附着力强化层、10纳米厚的第1银层、2纳米厚的钛附着力强化层、80纳米厚的第2介质层、2纳米厚的钛附着力强化层、10纳米厚的第2银层、2纳米厚的钛附着力强化层、40纳米厚的第3介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层采用6个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；第3介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分成单峰分布，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过70％，红外透过率低于35％，辐射系数小于0.1。
实施例13：双银结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、30纳米厚第1介质层、2纳米厚的钛附着力强化层、10纳米厚的第1银层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、80纳米厚的第2介质层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、10纳米厚的第2银层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、40纳米厚的第3介质层。介质层采用硅氧薄膜，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层采用6个子层，各子层结构相同，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；第3介质层也采用3个子层，各子层结构相同，硅组分成单峰分布，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过80％，红外透过率低于35％，辐射系数小于0.1。
实施例14：双银结构低辐射玻璃，其结构依次为：玻璃基底、30纳米厚第1介质层、2纳米厚的氧化锡附着力强化层、10纳米厚的第1银层、3纳米厚的氧化锡附着力强化层、80纳米厚的第2介质层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、10纳米厚的第2银层、3纳米厚的氧化钛附着力强化层、40纳米厚的第3介质层。，第1介质层采用3个子层，各子层结构相同，均为硅氮薄膜，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第2介质层采用6个子层，各子层结构相同，均为硅氮薄膜，硅组分高的部位，折射率控制在2.4；第3介质层也采用3个子层，各子层结构相同，均为硅氧薄膜，硅组分高的部位，折射率控制在2.1；该低辐射玻璃的可见光透过率超过80％，红外透过率低于35％，辐射系数小于0.1。
Claims (4)
1.低辐射玻璃，具有单银层结构，其基本结构中，由下而上依次包括玻璃基底10、第1介质层11、银层12、第2介质层13，其特征在于：所述的每个介质层都由若干个子层构成，子层的数目在1到5之间选择；每个子层由组分渐变的硅氧薄膜、硅氮薄膜或硅氧氮薄膜构成；每个子层中，以该子层的中心平面为对称平面，硅组分和折射率在该平面的上下两侧成对称分布，硅组分和折射率最高的部位位于该子层的中心平面，硅组分和折射率最低的部位位于该子层最外侧的两个平面。
2.低辐射玻璃，具有双银结构，其基本结构中，由下而上依次包括玻璃基底20、第1介质层21、第1银层22、第2介质层23、第2银层24、第3介质层25，其特征在于：所述的每个介质层都由若干个子层构成，子层的数目在1到5之间选择；每个子层由组分渐变的硅氧薄膜、硅氮薄膜或硅氧氮薄膜构成；每个子层中，以该子层的中心平面为对称平面，硅组分和折射率在该平面的上下两侧成对称分布，硅组分和折射率最高的部位位于该子层的中心平面，硅组分和折射率最低的部位位于该子层最外侧的两个平面。
3.根据权利要求1和2所述的低辐射玻璃，其特征在于：在介质层和银层之间增加附着力强化层，该层采用铝、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、镍、不锈钢等金属或合金薄膜中的一种，其厚度小于3纳米。
4.根据权利要求1和2所述的低辐射玻璃，其特征在于：在介质层和银层之间增加附着力强化层，这层采用氮化铝、氮化钛、氮化锆、氮化铪、氮化钒、氮化铌、氮化钽、氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟锡等薄膜中的一种，其厚小于10纳米。
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