1现状

近年来，在可钢化low-e玻璃（大板膜玻）在我国得到一定的推广，但是整体质量并不够高，因为现有的low-e玻璃抗机械划伤性能不够高，抗高温氧化能力还不够强，高性能产品成本很高，因此解决上述问题已经迫在眉睫。

在大面积镀膜领域，SiNx介质层膜的应用越来越广泛。SiNx具有较好的抗腐蚀、抗机械划伤的、抗高温氧化能力。因此SiNx作为最外层保护层来使用，目前出现的可钢化low-e玻璃的最外层也是用的SiNx材料。可钢化low-e玻璃投入市场使得low-e玻璃的应用得到了很大范围的推广。但是low-e玻璃在民用建筑领域使用的还是不够广泛，其最重要的问题就是成本较高。降低low-e玻璃的成本将成为普及low-e玻璃的重要议题，也将成为各大玻璃加工企业热门的话题。Low-e玻璃成本的主要是由于生产成本太高，解决生产成本的最有效的途径是提高生产效率。在目前大多数企业是提高玻璃在镀膜机中的走速、提高溅射靶材的功率来提高效率降低成本的。在保证low-e玻璃膜层厚度的时候，玻璃的走速越快与之对应的溅射靶材功率将越高。在low-e玻璃膜层中介质层SiNx的厚度最厚。随着硅铝靶的功率提高，掉渣问题会越来越严重。其根本原因受到硅铝靶溅射速率的限制。

2 碳化硅材料的介绍

碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。可以称为金钢砂或耐火砂。 碳化硅是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC（称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。碳化硅的硬度很大，莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

3 碳化硅材料的的应用

本文主要针对现状中技术缺点，提出一种材料能满足常规介质层材料的性能的同时而且能大幅度提高溅射速率——碳化硅材料。使用在low-e膜层中的物质是碳化硅SiC。以目前经典的五层单银low-e膜层为例：glass/SiNx/NiGr/Ag/NiGr/SiNx，碳化硅膜层就是要代替五层中的表层的SiNx。通过实验发现SiC的溅射速率是3.23nm m/min/Kw/m，溅射速率相比硅铝靶提高了40％。而且碳化硅靶材溅射使用纯氩气溅射，相比硅铝靶的氩氮反应溅射更为稳定，成膜连续性更佳。

在使用本技术方案相比现有技术带来以下优点：1.溅射速率快，同比硅铝提高了40％。2.成膜质量好，硅铝使用的是氩氮反应溅射，而碳化硅使用的是纯氩气溅射。3.节省阴极位，由于溅射效率提高，可以将以前的3个阴极位改为2个阴极位，节约出来的阳极可以为制作复杂结构的玻璃留有空间。4.玻璃走速快，在理想的同等条件下，可以提高40％的走数。5、抗腐蚀、抗机械划伤的、抗高温氧化能力，可以提高可钢化low-e玻璃的耐热时间。

本文的技术方案的思路是用碳化硅代替外层的氮化硅，用典型的单银五层膜结构举例说明。Glass/SiNx/NiGr/Ag/NiGr/SiNx（外层用SiC代替）第一层SiNx、第二层NiGr、第三层：Ag、第四层：NiCr、第五层：SiC。每层厚度是：第一层SiNx厚度为25nm、第二层：NiGr厚度为2nm、第三层：Ag厚度为10nm、第四层：NiCr厚度4nm、第五层：SiC厚度50nm，上述每层厚度为最优选择，实际生产可以存在0.5-3nm的偏差。

本文膜层的加工方法是真空磁控溅射技术，所谓真空磁控溅射技术就是一种利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱，使在E×B的作用下电子紧贴阴极表面飘移。设置一个与靶面电场正交的磁场，溅射时产生的快电子在正交的电磁场中作近似摆线运动，增加了电子行程，提高了气体的离化率，同时高能量粒子与气体碰撞后失去能量，基体温度较低，在不耐温材料上可以完成镀膜。这种技术是目前玻璃膜技术中的最尖端技术，是由航天工业、兵器工业、和核工业三个方面相结合的顶尖技术的民用化，目前我国离线镀膜玻璃绝大多数采用此技术，也是本领域内的主流技术。

本技术方案每层溅射区域气氛为：第一层，工作气体为Ar、N2 反应溅射比例为600:800sccm。第二、三、四、五层，工作气体为纯Ar 溅射氩气流量1200sccm。最外层使用直流电源进行溅射，溅射功率为20千瓦。在实际加工过程中可以根据溅射效果的强弱适当的增减功率。在镀膜机内的真空环境要求压力不能高于1*10-7bar，且要保证其它状态良好。其它膜层溅射技术可以参考现有技术中的技术要求，本文不作详细介绍。

在靶材选择上，第一层选用Si靶采用反应溅射；第二层选用NiGr合金靶，合金摩尔比为1:1，采用直流纯氩气溅射；第三层采用高纯Ag靶，纯度为99.99％，采用直流纯氩气溅射。第四层与第二层使用靶材相同，溅射方式也相同。第五层采用α-SiC晶型的SiC靶材此靶材中添加了少量的金属铝来提高靶材的导电性，采用纯氩气溅射的方式进行。

加工方法，第一步需要将玻璃进行清洗，清洗可以采用多种清洗方式完成，现在工业化生产中采用去离子水清洗。清洗的目的是去除玻璃表面的灰尘、油迹等污迹，保证玻璃表面清洁。第二步将玻璃传送至抽真空腔室内，使其获得一个高真空环境。第三步将玻璃按照上述膜层配置进行镀膜处理。后续流程是恢复大气，获得镀膜效果。

镀膜玻璃的最重要的指标是光学性能，因此我们采用光度计对此玻璃进行测量，该镀膜玻璃光学参数为：1.玻面反射光谱及颜色

图1 SiC玻面反射光谱

玻面反射Rg: 21.44，玻面亮度L*g: 53.43，膜面颜色值a*g: 1.85、b*g: 0.08。上述颜色为最优颜色，实际各项可以偏差0.8。

2.如果最外层用SiNx，厚度相同其膜面反射光谱及颜色是：

图2 SiNx玻面反射光谱

  玻面反射Rg:21.74，玻面亮度L*g: 53.75，膜面颜色值a*g: 2.04、b*g: -1.07。上述颜色为最优颜色，实际各项可以偏差0.8。

3.SiC玻璃膜面反射光谱及颜色

图3 SiC膜面反射光谱

膜面反射Rf:9.41，膜面亮度L*f: 36.77，膜面颜色值a*f:11.34、b*f:21.93。上述颜色为最优颜色，实际各项可以偏差0.8。

4.SiNx玻璃膜面反射光谱及颜色

图4 SiNx膜面反射光谱

膜面反射Rf:10.60，膜面亮度L*f: 38.90，膜面颜色值a*f:10.42、b*f:23.48。上述颜色为最优颜色，实际各项可以偏差0.8。

5.SiC玻璃透过光谱及颜色

图5 .SiC玻璃透过光谱

玻璃透过T:46.17，透过亮度L*t:73.65，颜色坐标a*t: -2.90，b*t: -4.09。上述颜色为最优颜色，实际各项可以偏差0.8。

6. SiNx玻璃透过光谱及颜色

图6 .SiNx玻璃透过光谱

玻璃透过T:45.36，透过亮度L*t:73.13，颜色坐标a*t: -2.89，b*t: -4.37。上述颜色为最优颜色，实际各项可以偏差0.8。

由上可知，用碳化硅靶材替代目前使用的硅铝靶，玻璃光学性能变化很小，热学性能在金属层的不变的情况下变化很小。应用在双银和三银的中的实施与单银的类似，在此不做复述。

SiC镀膜玻璃其抗机械划伤能力也远远高于现有的产品。试验表面，本技术方案的产品耐摩擦能力是普通产品的20倍，在研磨机上研磨2000转，颜色变化小于△E＜3，远远大于现行标准50转颜色变化小于△E＜4。因此其实用性非常高，而且更换简单快捷，对其他性能几乎没有影响。

4 总结

本文中提及的技术具有良好的实践性，对离线low-e玻璃进一步推广有着积极的作用。碳化硅膜层在耐热处理上的性能也非常高，以后技术改进的方向是如何将更低低成本的β-SiC在钢化时转变为α-SiC，从而进一步的降低制造成本。