毕业设计（论文）-玻璃镀膜加工工艺.doc

郑州大学毕业设计（论文） 题目 玻璃镀膜加工工艺 院系 材料科学与工程 专业 材料工程技术 年级 2010级 学生姓名 张中凯 指导老师 崔书瑾 2013年4月25日1 概述1.1 镀膜玻璃简述 镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。1.1.1 分类镀膜玻璃按产品的不同特性，可分为以下几类：阳光控制玻璃、低辐射玻璃（Low-E）、导电膜玻璃等。1） 阳光控制玻璃 热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙；2）低辐射玻璃 低具有良好的隔热性能，主要用于建筑和汽车、船舶等交通工具，由于膜层强度较差，一般都制成中空玻璃使用；3） 导电膜玻璃 导电膜玻璃是在玻璃表面涂敷氧化铟锡等导电薄膜，可用于玻璃的加热、除霜、除雾以及用作液晶显示屏等。1.1.2 生产方法 镀膜玻璃的生产方法很多，主要有真空磁控溅射法、真空蒸发法、化学气相沉积法以及溶胶凝胶法等。磁控溅射镀膜玻璃利用磁控溅射技术可以设计制造多层复杂膜系，可在白色的玻璃基片上镀出多种颜色，膜层的耐腐蚀和耐磨性能较好，是目前生产和使用最多的产品之一。真空蒸发镀膜玻璃的品种和质量与磁控溅射镀膜玻璃相比均存在一定差距，已逐步被真空溅射法取代。化学气相沉积法是在浮法玻璃生产线上通入反应气体在灼热的玻璃表面分解，均匀地沉积在玻璃表面形成镀膜玻璃。该方法的特点是设备投入少、易调控，产品成本低、化学稳定性好，可进行热加工，是目前最有发展前途的生产方法之一。溶胶凝胶法生产镀膜玻璃工艺简单，稳定性也好，不足之处是产品光透射比太高，装饰性较差。1.2 磁控溅射和真空蒸镀原理1.2.1 磁控溅射镀膜 磁控溅射是为了在低气压下进行告诉溅射，必须有效地提高气体的离化率。通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。 （磁控溅射原理图）磁控溅射的工作原理:电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar+和新的电子；新电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）B（磁场）所指的方向漂移，简称EB漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低真空磁控溅射技术）：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EB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，目前民用主要是通过这种技术达到节能、环保等作用。1.2.2 真空蒸镀 概念：在真空环境中，将材料加热并镀到基片上称为真空蒸镀，或叫真空镀膜（vacuum evaporating; vacuum evaporation）。真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。真空蒸镀中的金属镀层通常为铝膜，但其它金属也可通过蒸发沉积 （真空蒸镀原理图）原理：金属加热至蒸发温度。然后蒸汽从真空室转移，在低温零件上凝结。该工艺在真空中进行，金属蒸汽到达表面不会氧化。在对树脂实施蒸镀时，为了确保金属冷却时所散发出的热量不使树脂变形，有必须对蒸镀时间进行调整。此外，熔点、沸点太高的金属或合金不适合于蒸镀。工艺流程：1、 脱脂处理 用丙酮或酒精进行清洗2、 表面处理（必要时） 电晕（corona）放电处理，紫外线照射处理等。3、 底面涂布/硬化处理（必要时）为了得到精美的蒸镀膜，有时必须进行底面涂布处理。进行底面涂布处理可以得到以下的效果：(1)、改善树脂与蒸镀膜之间的密接性(2)、将成型品表面的微小凹凸部分填平，以获得如镜面一样的表面无论是为了得到反射镜作用而实施真空蒸镀，还是对密接性较低的夺钢进行真空蒸镀时，都必须进行底面涂布处理。底面涂布工艺基本与涂布工艺相似。如一般的涂料一样，可以使用喷枪进行喷涂。4、 真空蒸镀工艺 蒸镀金属为铝、金等。5、 表面涂布/硬化处理（必要时）由真空蒸镀所产生的金属薄膜相当的薄，为了利用外界的化学、物理等性能，以达到保护蒸镀膜的目的，有时需要实施表面涂布处理(或过量涂布)。真空蒸镀的基材：真空蒸镀1的基材主要是常用的薄膜基材有：BOPET、BONY、BOPP、PE、PVC等塑料薄膜和纸张类。除了薄膜和纸张外，真空蒸镀广泛应用于塑料、金属、陶瓷、合成树脂、蜡、木材等制品产品应用范围涵盖以下几个方面：1、礼品、饰品、工艺品；2、装饰装潢产品；3、各种灯具反光罩；4、电子产品；5、包装用品等。1.3 国内外镀膜玻璃生产现状及发展趋势1.3.1 国内镀膜玻璃生产现状 根据 中国建筑玻璃与工业玻璃协会的有关专家表示，我国节能玻璃市场容量大，发展速度快。初步统计显示，我国2005年玻璃幕墙产量约为1700万平米，外门窗玻璃产量约3亿平米，今后十五年将保持这样的规模。如果按照70%可以达到节能要求，估算平均每年节能玻璃的市场需求量为2.2亿平米，市场前景是很好随着我们国家的改革开放，年代末期只有几家企业引进镀膜玻璃生产线和技术，到了年代初期，市场对镀膜玻璃的需求量增长迅猛，镀膜玻璃呈现出供不应求的局面。当时生产镀膜玻璃的利润非常可观，从而刺激各建材行业的企业，各种实体甚至个人，纷纷投资建厂生产镀膜玻璃。在年短短几年时间内，该行业在我国得到迅速发展。目前我国已从国外进口磁控镀膜玻璃生产线多条，年生产能力多万平方米，国产磁控溅射镀膜玻璃生产线多条，年生产能力万平方米，还有各种单室镀膜机多台，数条浮法在线镀膜生产线，总计年生产能力万平方米以上，这样的生产能力大大超过了我国当前建筑业的实际需求，形成了供过于求的局面。由于有些企业单纯追求一时的经济效益，不关心生产、使用、施工中的技术研究和质量管理，导致镀膜玻璃生产和使用中出现了一些技术、质量问题，加上市场竞争激烈，价格大幅下滑，导致一些企业停产或转产，很多企业效益下滑，使镀膜玻璃生产行业的健康发展受到了很大的影响。 1.3.2 国外镀膜玻璃生产现状玻璃镀膜的生产工艺主要有磁控平面阴极溅射，真空蒸发镀，溶胶凝胶法和浮法在线化学气相沉积法等。目前以磁控平面阴极溅射生产工艺为主。年平面阴极的发明，标志着该工艺的发展上了一个新台阶，年美国公司生产出世界上第一片建筑用镀膜玻璃，使该工艺很快成为世界范围内的热点，他们开发出的阳光控制膜玻璃迅速得到市场的认可。由于阳光控制膜玻璃有减少太阳光辐射能向建筑物内传输的作用，降低炎热季节建筑物的空调费用，节约能源以及对建筑物有极好的美化装饰功能，很快就广泛应用于建筑幕墙和门窗。随着年代世界能源危机的出现，促进了低辐射（）玻璃的开发和应用，到了年代末期，国外特别是欧洲和美国等国家和地区大量应用低辐射镀膜玻璃作建筑物门窗。美国在年代末期，低辐射玻璃窗已占整个双层玻璃窗市场的四分之一以上。欧洲每年用量在万。以上，全世界年用量已超过亿。德国政府年立法规定，所有建筑物都必须采用低辐射镀膜玻璃，其年用量已达到万。，欧洲其它国家也立法鼓励用低辐射镀膜玻璃。1.4 镀膜中易出现的问题 镀膜玻璃常见问题主要有掉膜、斑点或斑纹、划伤或擦伤、破裂等，具体分析如下：一、掉膜：镀膜玻璃膜层表面出现的局部掉膜或脱膜现象。主要表现为局部的透光率增强或膜层完全脱落，脱膜形态一般是指点状、团状和片状的。对掉膜现象，在生产过程中产生的，我们都有严格的标准控制，一般来说，掉膜部位的直径大于2.5mm是不允许的。 产生原因：引起掉膜的原因较多，往往也较难界定，其主要原因有： 1、生产方面：因镀膜工艺的原因，在生产中可能会出现一些针状的掉膜，也叫针眼，是溅射镀膜工艺本身无法避免的。另外，因镀膜原片本身或设备清洗的原因，也有可能造成掉膜。 2、运输掉膜：因玻璃开箱搬运后或切割完后，没有按要求在玻璃片与片之间垫任何衬垫物或垫得不满不平，致使玻璃之间直接接触，在搬运或运输过程中造成玻璃与玻璃膜面直接的相对摩擦而导致掉膜。这种掉膜一般为点状或团状的掉膜，可用手或检验设备感觉或检查到摩擦的痕迹。 3、腐蚀性掉膜：因玻璃膜面在切割堆放、施工使用或清洗中，因交叉施工或使用了不正确的方法，使得玻璃膜面接触到了酸碱或氧化性物质等，致使玻璃膜面被污染腐蚀而掉膜。这种掉膜一般能在掉膜面或现场找到腐蚀性物质残留的痕迹。二、划伤或擦伤：镀膜玻璃表面和其它较硬的物质相对滑动或磨擦造成的线状或带状的伤痕为划伤或擦伤，主要表现为划伤或擦伤部位的玻璃透光率增高，或膜面脱落透亮。其形态多为不规则的弧形细条状或带状。 产生原因：划伤或擦伤往往是在施工安装使用中产生的，主要有： 1、生产方面：由于设备或后清洗的原因，在生产中是存在玻璃划伤可能性的，但这种划伤一般为规则的和直线型的，是能控制和检验出来的。另外，生产过程中对镀膜玻璃的搬运、装箱也是有可能造成划伤的，原片本身也可能存在划伤。但客观的说，大片镀膜玻璃因是直接在线用装片机装片，一般是不可能造成划伤的，而强化镀膜玻璃因也是直接贴膜后装箱，膜面一般不会接触其它硬物，所以通常也是不会出现划伤或擦伤的。 2、切割原因：比如切割尺或卷尺在玻璃膜面的拖动；因玻璃膜面上有砂粒或玻璃屑等，擦拭过程中造成的玻璃膜面的擦伤；镀膜面朝下切割或没注意到每箱的最后一片是反方向放置等原因，致使玻璃膜面与它物摩擦而造成划伤。 3、堆放和存放：开箱后或切割后的玻璃没有按要求堆放，片与片之间没有垫任何衬垫物，致使玻璃之间直接接触，由于砂粒或玻璃屑等的原因，在搬运或运输过程中造成划伤或擦伤。 4、安装和清洗：在打胶或安装中，人为原因造成的因硬物的划伤或擦伤；在清洗中使用了不干净或较硬的擦拭物，或是在玻璃膜面有水泥砂浆等污染物，而使用了不正确的清洁方法。三、破裂：主要是指因切割或安装使用等原因，致使玻璃上窗上墙后出现的破裂现象。除安装使用中人为撞击等原因造成的破裂外，我们一般把这种镀膜玻璃安装使用之后的破裂叫镀膜玻璃的热应力破裂。 产生原因：因镀膜玻璃与普通透明玻璃有些光学上的差异，所以在安装使用上就有更严格的要求，其有可能产生热应力破裂的主要原因有： 1、在设计方面：镀膜玻璃的防热炸裂设计是建筑设计中必须认真考虑一个重要因素。除要考虑建筑物的朝向，室内和室外遮蔽效应，气候条件，所选玻璃对太阳辐射能的吸收大小等因素外，所选用什么玻璃，如强化镀膜玻璃还是普通镀膜玻璃也是一个很重要的因素。 2、在玻璃安装方面：比如玻璃在安装过程中必须与金属框或其它金属物保持一定的距离，严禁玻璃边角在任何方向直接接触金属框体或保留的空隙过小，更不能象安装普通白玻一样，直接把玻璃放在金属框体上，这样，因镀膜玻璃的吸热作用而膨胀，就必然会导致玻璃的破裂。 3、玻璃的切割质量：玻璃边缘的切割质量至关重要，它是影响玻璃破裂的重要原因。四、斑点或裂纹：从非镀膜面观看，在镀膜玻璃上存在不规则的黑色斑点状或斑纹状的表面缺陷。一般有发霉、纸纹、吸盘印、原片沾锡和水印等现象。 产生原因：出现斑点或斑纹的情况较多，其中主要是镀膜前原片就有缺陷，或镀膜后由于储存使用不当等原因造成。 1、生产方面：一般来说，镀膜玻璃生产工艺本身是不会产生