本发明提供了一种低辐射率玻璃,其包括含有导电金属的低辐射率层以及在所述低辐射率层一侧或两侧形成的复合金属氧化物,所述复合金属氧化物可以用以下式1表示:TiCeO
1.一种低辐射率玻璃,包含:含有导电金属的低辐射率层;以及在所述低辐射率层两侧形成的复合金属氧化物,用以下化学式1表示:[化学式1]TiCeO_X其中Ti是钛元素,Ce是铈元素,O_x是氧化物;其中所述复合金属氧化物以重量计包含85至90的氧化钛和10至15的氧化铈;其中在所述低辐射率层的下表面形成第一介电层和在所述低辐射率层的上表面形成第二介电层;其中所述第一介电层和第二介电层分别具有10nm至100nm的厚度;并且其中所述低辐射率玻璃的可见光透射率为75%或更多并且所述低辐射率层的厚度为8nm至35nm。
2.权利要求1的低辐射率玻璃,其中所述低辐射率玻璃的辐射率为
0.01至0.3。
3.权利要求1的低辐射率玻璃,其中所述导电金属包含选自银、铜、金、铝和铂的至少一种。
4.权利要求1的低辐射率玻璃,其中所述介电层对于可见光的折射率为2.4至2.8。
5.权利要求1的低辐射率玻璃,在所述低辐射率层和第二介电层之间还包含屏障层。
6.权利要求1的低辐射率玻璃,还包含在所述第二介电层的上表面形成的外层。
7.权利要求1的低辐射率玻璃,还包含在所述第一介电层下表面形成的外层。
8.一种制备权利要求1-7任一项的低辐射率玻璃的方法,包括使用在所述含有导电金属的低辐射率层的两侧形成的复合金属氧化物沉积所述介电层,所述复合金属氧化物由以下化学式1表示:[化学式1]TiCeO_X其中Ti是钛元素,Ce是铈元素,O_x是氧化物;其中所述复合金属氧化物以重量计包含85至90的氧化钛和10至15的氧化铈;其中在所述低辐射率层的下表面形成第一介电层和在所述低辐射率层的上表面形成第二介电层;其中所述第一介电层和第二介电层分别具有10nm至100nm的厚度;并且其中所述低辐射率玻璃的可见光透射率为75%或更多并且所述低辐射率层的厚度为8nm至35nm。
9.权利要求8的方法,其中所述沉积是在真空条件下在5×10^-2托至5×10^-8托的操作压力下进行的。
10.权利要求8的方法,其中所述沉积是在引入包含流速为20sccm至40sccm的的氩气和流速为10sccm至20sccm的氧气的生产气体的条件下进行的。
11.权利要求8的方法,其中所述沉积是使用等离子体溅射进行的。
12.权利要求11的方法,其中所述沉积是在1w/cm²至5w/cm²的施加功率下进行的。技术领域
本发明涉及包含一层或多层介电层的低辐射率玻璃和生产所述辐射玻璃的方法。
背景技术
术语低辐射率玻璃的含义是指通过导电金属(例如银)的溅射沉积而形成的具有低辐射率的玻璃。所述低辐射率玻璃还指由于所述玻璃基底表面的特殊涂层而在夏天反射太阳辐射热并且在冬天保留空间加热器散发的红外光的能量从而具有建筑物节能作用的功能玻璃。作为现有技术中生产上述低辐射率玻璃的方法,已经广泛使用一种方法,其将选定量的氧气注射入腔室而在氧气氛围中制备腔室,然后使用金属材料作为靶材料使介电层沉积在低辐射率层上。所述介电层一般通过将包含金属氧化物的电介质薄膜沉积在所述低辐射率层的一侧或两侧形成,这样所述介电层就主要用于防止所述低辐射率层中包含的银被氧化并且提高可见光透射率的目的。在常规技术中,金属氧化物,例如氧化锌、氧化钛、氧化锡以及氧化锡和氧化锌的复合金属氧化物,通常被用作包含在介电层中的物质。然而,已经存在一些问题,即由于相对较低的折射率,含有上述金属氧化物的所述介电层在必须有高可见光透射率的领域使用受限;以及由于在溅射沉积时沉积速率低而生产率降低。
发明内容
本发明出于解决上述问题的目的。本发明的一个目的是提供通过包含特定介电层而能够保持低辐射率并且增强可见光透射率的低辐射率玻璃。本发明的其他目的是提供适于大量生产的大幅提高沉积速率的方法。在本发明的一个实施方案中,提供包含低辐射率层以及在所述低辐射率层一侧或两侧形成的介电层的低辐射率玻璃,所述低辐射率层包含导电金属,所述介电层包含用以下化学式1表示的复合金属氧化物:TiCeO_xxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)其中Ti是钛元素,Ce是铈元素,O_x是氧化物。在另一个实施方案中,作为解决上述问题的其他方法,本发明提供一种生产低辐射率玻璃的方法,即通过将以下化学式1表示的复合金属氧化物用作靶材料将介电层沉积在包含导电金属的低辐射率层的一侧或两侧。本发明涉及低辐射率玻璃,其包括含有导电金属的低辐射率层以及在所述低辐射率层一侧或两侧形成的介电层,所述介电层包含用以下化学式1表示的复合金属氧化物。TiCeO_Xxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)其中Ti是钛元素,Ce是铈元素,O_x是氧化物。在下文中将详细描述本发明的低辐射率玻璃。如上文所述,本发明的低辐射率玻璃包括含有导电金属的低辐射率层以及在所述低辐射率层一侧或两侧形成的复合金属氧化物,所述复合金属氧化物由上文化学式1表示。在本发明中,术语低辐射率玻璃是指作为一种节能平板玻璃的表现出低辐射率的玻璃。也就是说,所述低辐射率玻璃由于通过在普通平板玻璃上形成高电导率金属或金属氧化物薄膜而减少了涂层面的辐射,从而可以在可见光范围内保持选定的透射率特征并且提供良好的热绝缘效应。在本发明中,术语辐射率是指被物体吸收、透射和反射的特定波长的能量比率并且表示对红外光波长范围内的红外光的吸收程度。更具体地,本发明中的辐射率是指当施用远红外光(对应的波长范围为约2500至40000nm,表现出强的热效应)时,吸收的红外光能量与施用的红外光能量的比值。根据Kirchhoff的热辐射定律,吸收率与辐射率相同,因为由材料吸收的红外光能量与再次向外发射的能量相同。由于没有被物体吸收的红外光能量会在材料的表面反射,随着红外光反射率的升高,辐射率具有更低数值。如果辐射率被表示为数字方程,得到以下关系:辐射率=1-红外光反射率。可通过本领域公知的多种方法来测量辐射率。辐射率的测量方法不限于特定的方法,但例如可基于KS2514标准通过MK-3设备等测量辐射率。低辐射率玻璃的热绝缘特性可通过吸收率——即表现出强的热效应的远红外光的辐射率——来量度。本发明的低辐射率玻璃的辐射率和可见光透射率并不受到具体的限制,但是例如,所述辐射率可以是0.01-0.3,优选0.01-0.2,更优选0.01-0.1,而且更优选0.01-0.08。当本发明的低辐射率玻璃的辐射率低于0.01时,归因于远红外光反射的热绝缘效应可被增强,但是可见光透射率可能变差。另一方面,当其辐射率超过0.3时,远红外光反射率太低以致热绝缘特性可能变差。此外,本发明的低辐射率玻璃的可见光透射率同样不受到具体的限制,但是例如,所述可见光透射率可以是75%或更大,优选80%或更大,更优选85%或更大。当所述低辐射率玻璃的可见光透射率低于75%时,就变得难以提供良好的视野。如上所述,本发明的低辐射率玻璃表现出高可见光透射率和低辐射率,可用作提供极好热绝缘效应和良好视野的功能性玻璃。同时,低辐射率玻璃中的低辐射率层可以包含导电金属并且因为可以像这样含有导电金属而用于阻断红外光范围内的辐射。所述导电金属的类型并不受到具体的限制,但是,例如,所述金属可以是选自以下的至少一种:Ag、Cu、Au、Al和Pt。一般地,当考虑到电导率、价格、颜色和低辐射率特性等时,优选可以使用银。可以如上文示例的那样使用导电金属本身作为靶材料将所述低辐射率层沉积在基底上。具体地,考虑到改善耐久性等,可使用掺有选自Ni、Pd、Pt、Cu和Au中至少一种的导电金属(描述于上文)作为靶材料沉积。为了增强多种功能特性,还可以使用额外地与其他添加材料混合的导电材料作为靶材料沉积。此外,低辐射率层的厚度没有具体限制,但是所述低辐射率层可在本发明目的的低辐射率和良好可见光透射率都可以实现的范围内以多种厚度形成。例如,其厚度可以是8至35nm,优选8至15nm。当所述低辐射率层的厚度低于8nm时,辐射率变得很高以致其可能很难表现出热绝缘作用。另一方面,当其厚度高于35nm时,辐射率可能降低,但是可见光反射率就相对太低而无法确保良好视野。同时,本发明的低辐射率玻璃可以在上述低辐射率层的一侧或两侧包含介电层,所述介电层包含由以下化学式1表示的复合金属氧化物TiCeO_xxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)其中Ti是钛元素,Ce是铈元素,而O_x是氧化物。优选地,所述复合金属氧化物是指通过将选定量的氧化铈加入到氧化钛中得到的复合材料。所述复合金属氧化物被用作靶材料形成包含在本发明的低辐射率玻璃内的介电层,从而可以具有高折射率和防止氧离子和钠离子扩散的作用,并且在溅射沉积时可具有非常高的沉积速率。所述复合金属氧化物中包含的组分并没有具体限制,但是例如,所述复合金属氧化物可以包含80至90重量%的氧化钛和10至20重量%的氧化铈。沉积一个介电层以防止低辐射率层的氧化并且提高其可见光透射率。随着介电层的折射率增加,所述介电层的抗反射作用增加。在本文中,所述介电层的折射率没有具体限制,但是例如,可见光的折射率可以是2.4-2.8,对于波长为550nm的可见光的折射率尤其可以是2.45-2.5。在本文中,折射率的提高意味着在相同物理厚度下光学厚度的提高。因此,可通过增加光学设计的自由度来增加可见光透射率。上文描述的介电层被包含在低辐射率玻璃中,从而提高对化学物质的抗性、对潮湿的抗性和抗磨损性,并且降低低辐射率玻璃的辐射率,以及防止低辐射率层的氧化并且提高其可见光透射率。此外,本发明的低辐射率玻璃中的介电层可以优选地包含在所述低辐射率层上表面形成的第一介电层和在所述低辐射率层下表面形成的第二介电层。所述第一介电层在低辐射率层的上表面形成,从而起到防止所述低辐射率层氧化并且提高其可见光透射率的作用。所述第二介电层在基底和所述低辐射率层之间形成,从而起到防止因Na⁺离子等引起的基底表面的污染和所述低辐射率层的污染,以及提高所述基底和所述低辐射率层之间的粘着强度并且提高辐射率的作用。所述第一介电层和第二介电层的厚度同样没有具体限制,但是例如,所述第一介电层和所述第二介电层各自具有10nm至100nm的厚度。优选地,它们各自具有30nm至40nm的厚度。当所述介电层的厚度少于10nm时,玻璃面易于失去光泽。另一方面,当它的厚度超过100nm时,可见光透射率会降低。同时,本发明的低辐射率玻璃还可以包含在所述低辐射率层和第一介电层之间插入的屏障层。所述屏障层起到防止所述低辐射率层内包含的导电金属在溅射沉积过程中被生产气体损坏的作用。它可包含本领域公知的金属,尤其是,例如,可以包含Ni和Cr。此外,本发明的低辐射率玻璃还可以包括在第二介电层的上表面形成的外层(overcoatxa0layer)。所述外层起到保护低辐射率玻璃的表面并且赋予所述玻璃耐久性的作用。对它的种类没有具体限制,但是例如,可以使用氮化物,例如氮化硅(SiN)、含铝的氮化硅(SiAlN)和硅氮氧化物(SiNOx)。此外,本发明的低辐射率玻璃还可以包含在第一介电层的下表面形成的底层(undercoatxa0layer)。所述底层起保护低辐射率玻璃的基底并且赋予所述玻璃耐久性的作用。对它的种类没有具体的限制,但是例如,可以使用氮化物,例如氮化硅(SiN)、含铝的氮化硅(SiAlN)和硅氮氧化物(SiNOx)。如上所述,本发明的低辐射率玻璃由于低辐射率而具有非常好的热绝缘特性,并具有高可见光透射率,从而可被广泛用作需要这样的热绝缘作用和良好视野保证的建筑物的和机动车的玻璃等。不过,本发明的低辐射率玻璃并不仅限于上文描述的应用,它还可以应用到需要高热绝缘特性和良好视野保证的玻璃的更广阔的领域。与先前使用的金属和金属氧化物相比,介电层中包含的复合金属氧化物趋于在溅射沉积时具有非常高的沉积速率,从而增加在溅射沉积时的方法效率。因此,它可以更有价值地用于大规模生产。图1是显示本发明一个实施方案的低辐射率玻璃的多层结构的横截面示意图。如图1所示,本发明的低辐射率玻璃100包含多层堆叠结构,其从玻璃基底110向外以连续的次序包含:底层(SiN_xO_y)120、第一介电层(TiCeO_x)130、低辐射率层(Ag)140、屏障层(NiCrO_x)150、第二介电层(TiCeO_x)160和外层(SiN_xO_y)170。然而,这仅是本发明的一个实施方案。本发明的低辐射率玻璃的结构不限于图1中描述的多层堆叠结构。同时,本发明涉及一种方法,其包括以下步骤:使用由以下化学式1表示的复合金属氧化物作为靶材料将介电层沉积在包含导电金属的低辐射率层的一侧或两侧:TiCeO_xxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)其中Ti是钛元素,Ce是铈元素,而O_x是氧化物。由于如上所述的本发明的生产低辐射率玻璃的方法包括使用由上述化学式1表示的复合金属氧化物作为靶材料将介电层沉积至低辐射率层上,因此沉积速率很高。因此,所述方法可以更适宜地用于大规模生产。本发明中的沉积尤其是指溅射沉积。在沉积过程中,并不特别限制具体的操作条件,但是例如,本发明的生产玻璃方法中的沉积可以在真空条件下在5×10^-2托至5×10^-8托的操作压力下进行。本发明中的术语真空条件是指产生真空气氛状态的操作压力条件,但是,例如,沉积可以在真空条件下在5×10^-2托至5×10^-8托的操作压力下进行。当操作压力低于5×10^-2托时,膜质量易于变差,因为具有高能量的沉积材料碰撞基底。另一方面,当操作压力超过5×10^-8托时,颗粒的平均自由程减少,因此沉积变得困难。此外,可以供给沉积期间引入的生产气体,所述生产气体是一种本领域惯用的气体或者是包含至少两种所述气体的混合气体。所述生产气体的种类并没有具体限制,但是例如,可以包括氮气、一种惰性气体,例如氩气、以及氧气。更具体地,例如,在本发明的低辐射率玻璃的生产方法中,在沉积介电层时注入的生产气体可以包含氩气和氧气。所述生产气体的进料没有具体限制,但是,例如,可以引入流速为20sccm(每分钟标准立方厘米)至40sccm的氩气和流速为10sccm至20sccm的氧气。此外,沉积所述介电层的方法同样没有具体限制,可以包括本领域已知的沉积方法中能够在真空条件下使用上述所述复合金属氧化物作为靶材料将所述介电层沉积在所述低辐射率层上的任何方法。但是,例如,可以使用电阻加热沉积法、电子束沉积法、激光束沉积法、等离子体溅射法等,优选地可以使用等离子体溅射法。当使用等离子体溅射法时,可获得均匀质量的膜,并且膜的粘着力高。可以形成多种材料的膜,例如金属、合金、化合物和绝缘体。所述靶可被冷却并且可以使用大尺寸的靶。因此,所述等离子体溅射法适于生产具有大尺寸膜的玻璃。可以使用例如DC溅射、RF溅射、磁控溅射和反应溅射的等离子体溅射法。同时,当使用等离子体溅射法时,所述介电层的沉积可在施加的1w/cm²至5w/cm²的功率下进行。当施加的功率小于1w/cm²时,沉积速率低,因此生产率降低。沉积的介电层和基底或低辐射率层之间的粘着也是不牢固的。另一方面,当施加超过5w/cm²的功率时,基底或低辐射率层可能被损坏,或者靶材料可能会被损坏或熔化。因此,操作装置可能被严重损坏。对于如上文所述使用等离子体溅射技术生产低辐射率玻璃的方法,将给出更详细的说明:首先,将氩气和氧气足量地导入真空室中,对安装有靶材料的阴极施加电压。此时,从阴极释放的电子与氩气的气体原子碰撞,从而将氩气原子离子化为Ar⁺离子。此时,由氩释放的电子被激发,从而放出能量。因此,产生辉光放电。由于辉光放电,形成离子和电子共存的等离子体。所述等离子体中的Ar⁺离子朝向阴极加速,即,所述复合金属氧化物由于大的势差而与靶的表面碰撞。结果,靶原子被溅射并且通过将层沉积至低辐射率层上而形成介电层。
附图说明
图1是显示本发明一个实施方案的低辐射率玻璃的多层结构的横截面示意图。图2是表示本发明实施方案1的低辐射率玻璃和对比实施例1的低辐射率玻璃的厚度随沉积时间变化的图。图3是表示本发明实施方案1的低辐射率玻璃的介电层和对比实施例1的低辐射率玻璃的介电层的每波长范围的折射率变化的图。图4是表示本发明实施方案1的低辐射率玻璃和对比实施例1的低辐射率玻璃的每波长范围的可见光透射率的图。[主要元件的详细介绍]100:低辐射率玻璃xa0xa0xa0xa011:底层110:基底xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0120:低辐射率层130:第一介电层140:低辐射率层xa0xa0xa0xa0xa0xa0150:屏障层160:第二介电层170:外层
具体实施方式
通过下文描述的以下实施方案,参考后面所附的图,本发明的益处、特征和各个方面将变得清楚。在下文中,将通过本发明的实施方案和现有技术中的对比实施方案来进一步阐述本发明。本发明的范围并不限于下文描述的实施方案。实施方案1获得常规的钠钙玻璃(sodaxa0limexa0glass)基底(厚度为0.7mm)。所述玻璃基底被底层、第一介电层、低辐射率层、屏障层、第二介电层和外层按照下表1的条件从所述玻璃基底向外按顺序通过RF溅射涂覆。结果,制得了实施方案1的低辐射率玻璃。其中,首先将溅射室排空直到所述溅射室中的操作压力达到5×10^-6托。然后将生产气体注射进入溅射室,将溅射室维持在5×10^-2托的操作压力下。在5×10^-2托的真空条件下进行所述过程。提供RF(无线电频率,13.56MHz)能源作为输入能源。此外,包含氧化钛85和氧化铈15(以重量计)的复合金属氧化物(TiCeO_x)被用作第一介电层和第二介电层的靶材料。这样制得的低辐射率玻璃的各层厚度使用光学轮廓仪(opticalprofiler)来测量。A.表1ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>对比实施例1除了用氧化钛(TiOX)代替TiCeOX用作第一介电层和第二介电层的靶材料,在与本发明的实施方案1相同的条件下进行对比实施例1。根据对比实施例1的条件得到低辐射低辐射率玻璃。测试项目1.光学性能和热绝缘特性的测量实施方案1的低辐射率玻璃的光学性能在波长范围为300nm至2100nm,截面宽度为1nm,使用分光光度计(Shimazuxa0solidxa0specxa03700型)进行测量。可见光透射率和折射率,以及太阳光透射率和折射率根据KSLxa02541分别计算。辐射率使用辐射测量装置(INGLASxa0TIR100-2)测量。热绝缘性能使用Windowxa05.2程序以通过上文所述的测量得到的光学特性计算。结果显示在表2中。表2ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>2.色度比较比较了本发明的实施方案1和对比实施例1的低辐射率玻璃的色度,其结果显示在表3中。表3ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>3.沉积速率测量为了测量介电层的沉积速率,在3种条件的操作时间下进行沉积。测量了厚度,然后进行了3点线性拟合。结果是,制造本发明实施方案1和对比实施例1的低辐射率玻璃的过程中介电层的沉积速率分别为0.0135nm/秒和0.0259nm/秒,如图2所示。4.折射率测量通过椭圆光度法分别测量了本发明实施方案1和对比实施例1的低辐射率玻璃的介电层的折射率,其结果显示在图3中。参照图3,与对比实施例1的低辐射率玻璃包含的介电层相比,实施方案1的低辐射率玻璃中包含的介电层在380纳米至780nm的可见光范围内表现出高折射率。特别地,对于波长为550nm的可见光,实施方案1的低辐射率玻璃中包含的介电层表现出2.473的折射率,而对比实施例1的低辐射率玻璃包含的介电层表现出2.455的折射率。5.可见光透射率的比较图4显示了比较本发明实施方案1的低辐射率玻璃的可见光透射率和对比实施例1低辐射率玻璃的可见光透射率的图。参照图4,本发明实施方案1的低辐射率玻璃表现出的可见光透射率比对比实施例1的高约5%。尽管就具体实施方案描述了本发明,本领域技术人员应清楚在不背离由以下权利要求限定的本发明的范围的精神的情况下,可以做出各种改变和修改。