在线低辐射镀膜玻璃的技术和发展

　　在线镀膜是利用先进的镀膜技术，在浮法玻璃生产线上直接对高温、洁净且高质量的浮法玻璃基片表面进行改性处理，从而赋予玻璃多种特殊功能，如调控太阳光的射入量、低辐射功能、自洁功能，并可使玻璃呈现各种色调的美观效果。由于在线镀膜行之有效且快捷的改性方式，优良的理化性能并不影响浮法玻璃进一步热加工。规模大、成本低等独特的优点使其成为平板玻璃加工的重点产品。在线镀膜是实施在高质量的浮法玻璃基片上，对浮法玻璃工艺提出了更高的要求，同时也促进了着浮法工艺的进步。


　　自上世纪70年代洛阳浮法玻璃生产技术问世以来，我国玻璃工业取得了突飞猛进的发展，平板玻璃生产规模居世界首位，但在玻璃质量、新产品开发方面，与国际先进水平相比仍有较大的差距。自主创新能力薄弱，研发投入少，原创性技术少等制约着玻璃产业的进步，在线镀膜先进技术还始终被国外玻璃公司所控制。


　低辐射镀膜玻璃的节能原理

　　自然环境中热能的来源主要是太阳辐射能（能量分布0.3～2.5μm）和远红外热辐射能（能量分布在2.5～25μm波长），其中，太阳辐射能是最大的热源。分析到达地面的太阳辐射中，以红外线的能量最多，约占50%～70%，可见光比例其次，约占46%～30%，紫外线最少，只占4%～0.1％。大量的太阳热辐射能对建筑物的影响是很重要的，其分两部分射入室内。一是直接透射进入；二是照射到地面上被物体吸收后以远红外热辐射的形式进入。寒冷的冬季，暖气、家用电器、阳光照射后的家具及人体等所产生的远红外热辐射能是室内温暖的主要热源。


　　就普通玻璃而言，在可见光和近红外波段的透射率超过80%，在中红外的透射率也有近10％。这个波长范围正好与太阳辐射光谱区域重合。因此透过玻璃的太阳辐射热非常强，人处于玻璃后面，有很强的太阳辐射热灼感。对波长5μm以上的远红外热辐射，普通玻璃不能透过，而几乎是全部吸收，并以辐射传热的形式向两侧散失。其红外辐射的综合吸收率达到84%，即辐射率（即吸收率）为0.84.

　　以上两种形式的热能透过玻璃的传递可归结为两个途径：太阳辐射直接透过传热和对流传导传热。其中，对流传导所传递的热量中，即包括来自远红外热辐射的热能，也包括来自太阳辐射中的部分红外热能，因此它体现的是温差传热部分。


　　玻璃吸收能力的强弱，直接关系到玻璃对远红外热能的阻挡效果。辐射率低的玻璃不易吸收外来的热辐射能量，从而玻璃通过传导、辐射、对流所传递的热能就少，低辐射玻璃正是限制了这一部分的传热。


　　低辐射膜本质上是一种透明导电膜。对可见光有良好的透光性，不浪费宝贵的采光能源；对中远红外线有很高的反射性，它的光学特性与电学性能密切相关。在作为窗体或幕墙使用时，用低辐射玻璃与其他各种性能的玻璃制成中空玻璃，可以充分体现其保温节能和阳光控制的作用。


　　在线低辐射镀膜玻璃的制造工艺及产品特性在线低辐射镀膜玻璃分为在线净色低辐射镀膜玻璃（简称在线净色Low-E），在线阳光控制和低辐射复合型的镀膜玻璃（简称在线Sun-E）。


　　在线净色Low-E玻璃是以无色浮法玻璃为基片，在线Sun-E玻璃是以无色浮法玻璃或基体着色的浮法玻璃为基片。


　　在线净色Low-E玻璃的膜层结构主要是由折射率梯度变化的中间层（也称为阻挡层或颜色衰减层）和低辐射层组成；在线Sun-E玻璃的膜层结构是由中间层、吸收层和低辐射层组成。低辐射层作为外膜层，主体成分是掺杂的Sn02-n-型导电薄膜，导电性质介于传统半导体（如Si、Ge、GaAs）和金属之间。其本征吸收边缘位于λ≈3450A0，决定其约90%的紫外吸收、90%的可见光透射比。由于高浓度的（1020cm-3）自由电子吸收，在中远红外区Sn02有接近90%的反射率，故Sn02有阻断远红外热辐射能的功能，制备在线净色Low-E玻璃的基本工艺过程是在浮法玻璃生产线的锡槽内的第一镀膜区，利用化学气相沉积镀膜（CVD）技术在玻璃表面上，首先镀SiOxCy为主体的中间（阻挡）膜层，作用是抑制热玻璃基体中的碱金属离子以受主杂质的形式扩散到导电膜层中，对施主起补偿作用，引起导电率降低，而劣化隔热性能，并降低低辐射镀膜玻璃表面的色饱和度。随后在浮法玻璃生产线锡槽或退火窑内的第二镀膜区，以金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术，将以有机锡化合物为主前质体的镀膜原料经汽化流程的处理；以气体形式随主气流通过位于玻璃带上方的镀膜反应器引入到移动的热玻璃表面；在有氧源存在的条件下，利用烷氧基的热解作用，在玻璃表面沉积被掺杂的氧化锡膜层（Sn02∶F低辐射层）；精确控制两膜层的光谱性能和光学常数，通过精密的光学膜系匹配制造出辐射率低、可见光反射比低、表面色饱和度低、节能效率高的低辐射镀膜玻璃。


　　制备在线Sun-E玻璃相比于净色Low-E玻璃，采用MOCVD技术在阻挡层和低辐射层之间增加了对太阳光的吸收层，也可以利用有色玻璃基片对太阳光的吸收作用，在其上镀制中间层和低辐射层；结合于对本体着色玻璃表面的改性处理，制造一种具有阳光控制和低辐射性能复合型的高效节能玻璃产品。


　　大面积连续均匀沉积膜层的反应器结构、镀膜原料、汽化工艺及热解反应过程，提高氧化锡薄膜导电能力的方法和途径，精确控制每个膜层的光谱性能和光学常数，实现精密的光学膜系匹配，是在线镀膜技术研究的核心。


　　分析在线低辐射镀膜玻璃的微观结构，可以发现，膜层是由复合镶嵌的氧化锡以纳米颗粒大小的晶体规律排列，能级处于稳定态，所以决定了膜层的化学稳定性优良，光照和氧化及热加工都不会使膜层产生结构变异，而影响功能。


　　在线生产的低辐射镀膜玻璃是以洁净、高温、高速拉引的浮法玻璃带为基体，膜层是在高温状态下分解形成，随着玻璃的冷却，膜层与玻璃基体紧密吸附。膜层牢固耐用、可热弯、钢化、单片存放；使用膜层化学稳定性好、不存在氧化问题，因此也称其为“硬镀膜”。


　　

低辐射镀膜玻璃的应用前景

　　我国低辐射镀膜玻璃市场尚处于起步阶段，市场的用量和产品质量都处于上升期，2005年用量只有600万平方米。随着国家节能法规的强有力执行和人们节能环保意识的不断增强，北京、上海、天津、沈阳等大中型城市和许多省已制定地方法规，强制执行节能率65%的指标，要求窗玻璃的传热系数低于2.8W/m2·k.依据国家规划，力争从2006年起，新建建筑严格执行建筑节能设计标准，有条件的城市率先执行节能率65%的地方标准，更为低辐射镀膜玻璃的市场提供了广阔的应用前景。如果按低辐射镀膜玻璃占建筑玻璃的10%计算，预计国内年需求总量约为4300万平方米。建筑法规的建全和完善，建筑市场对低辐射镀膜玻璃需求将会越来越大，产品将具有极大的国际国内市场空间。


　　在线低辐射镀膜玻璃以其独有的产品特性，将在今后的市场中占有重要的地位。中国浮法玻璃的生产技术和装备水平正在进一步提高，高质量、高深加工率的浮法玻璃已成为国内浮法玻璃生产线的追求目标。具有自主知识产权的在线低辐射镀膜玻璃生产工艺的成功开发，产品性能的不断提高和完善，将使以低辐射镀膜玻璃为新生代的节能产品步入一个崭新的阶段，在线低辐射镀膜玻璃将以其低廉的成本、优质的产品和超大规模的生产能力来满足建筑节能的巨大需求。

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