二氧化钛在离线镀膜玻璃保护方面的应用

采用磁控溅射工艺生产的离线镀膜玻璃，由于其颜色丰富、性能优良等特点，已经在建筑领域得到了广泛的应用。磁控溅射镀膜属于软镀膜，尤其是含有银材料的高性能Low-E镀膜产品，膜层软且不耐加工，在镀膜基片的储运。再加工过程中，如有操作不慎则容易导致膜层提前损坏，包括膜层划伤、氧化、耐加工能力变差等情况，最终导致经济损失。因此，合理改善镀膜玻璃的膜层保护来提升耐加工性依然是广大生产技术人员共同探寻的课题。

 

目前市场上的镀膜玻璃膜层主要有以下几种：（1）PE保护膜，应用广泛。PE保护膜以特殊聚乙烯塑料薄膜为基材，用来贴在镀膜玻璃的膜面一侧，起到保护膜层减少外部影响的作用，是早期玻璃深加工企业中广泛使用的方式之一，目前使用这种方式保护镀膜玻璃的情况越来越少。（2）水溶性材料保护膜，成膜前为一种半透明粘稠状液体，成分包括聚乙烯醇、酯化聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等，一般采用向镀膜玻璃膜面喷涂的方式并烘干成膜，成膜后可以提高产品耐摩擦、抗划伤能力，制作容易，无污染。但是在后续深加工过程中经过清洗机清洗后，保护膜随即消失，因此，这种方式的保护膜在大面积镀膜玻璃的深加工企业中没有被广泛应用。（3）类金刚石材料保护膜，是一类硬度、光学、化学和摩擦学特性类似于金刚石，同时又具有石墨原子组成结构的非晶态碳膜，常温下有良好的化学稳定性，可以起到良好的耐摩擦、耐腐蚀的效果，曾在玻璃深加工企业中大面积使用。但是膜层镀制出来其表面吸附能力增强，经过工序清洗机水洗会吸附杂质，对非可钢化镀膜产品后续加工时带来影响。有实例证明，在南方气温高、湿度大的环境下长时间放置会增加氧气的吸附，导致出现高透型Low-E镀膜产品加速氧化的情况，目前这种保护层除了北方极少数深加工企业使用外，大部分被其他材料保护层取代。（4）含锆材料保护膜，具有硬度高和耐腐蚀性特点。膜层致密牢固，同时在后续的清洗、钢化过程中不会被去除，可以有效提高镀膜产品的耐摩擦、耐腐蚀性并延缓氧化。但是由于含锆靶材与常用材料的靶材相比价格非常昂贵，同时对溅射电源要求较高，工艺控制不良将会造成靶材损失甚至电源损坏的情况，因此这类保护膜只有在少数玻璃深加工企业中应用。

 

二氧化钛薄膜的应用。二氧化钛薄膜在400～3 000 nm波长范围内具有良好的透过性和较高的折射率，而且机械性能和抗腐蚀性能良好，表面光滑，同时具备亲水性和光催化性能，常用磁控溅射工艺在玻璃底层或底层连接层上溅镀介电材料复合膜，起到太阳能控制、阻止反射等作用。以市场上不耐加工的可钢化高透双银镀膜产品为例，1#为最外层，是厚30 nm氮化硅层且并未增加二氧化钛膜层的镀膜产品，2#～7#为在外层氮化硅层基础上镀制了2～7 nm厚度不等的二氧化钛的镀膜产品。对7种产品利用磨边工序的清洗机在5 m/min的速度下用粗毛刷刷洗3遍观察表面划（刷）伤情况，之后在温度30℃以上、湿度50%以上的现场环境下裸露放置48 h再进行钢化，钢化后利用中空清洗机清洗2遍观察表面划（刷）伤及氧化情况。

 

经过对比发现，未镀二氧化钛膜层的1#产品有轻微氧化现象，而镀制了二氧化钛保护层的产品，划（刷）伤及氧化现象明显改善，二氧化钛膜层厚度在5 nm以上的产品未出现明显划（刷）伤和氧化现象。表明最外层镀制二氧化钛膜层可以对镀膜产品起到保护作用，同时达到一定的厚度后改善效果会明显增强。

 

不同膜厚下的耐研磨情况。根据第一个实验结果，把未增加二氧化钛膜层的1#镀膜产品与最外层增加了4～7 nm厚度二氧化钛膜层的4个产品分别在研磨机上旋转研磨200转，以便区分相对效果，对比结果如表1所示。

 

由表1可以看出，二氧化钛膜层的增加会使产品的透光率有一定的上升，但是研磨性能要优于未增加的原产品，同时随着其厚度的增加研磨性能变化不大，因此，除了要达到特殊的外观效果，否则不建议过多的增加其厚度。

 

通过对镀膜玻璃膜层保护的分析可以看出，利用现有的磁控溅射工艺在最外层镀制二氧化钛薄膜的方式，其制作过程简单且成膜效果稳定可靠，在保证外观效果的情况下，最少5 nm的二氧化钛厚度就能够起到良好的膜层保护作用，颜色变化方面与外层氮化硅材料趋势相同，对原产品无不良影响。另外其材料使用范围广，价格与常用的氮化硅材料材差别不大，约为其价格的1.3倍，因此制作成本较低，综合性价比较高，为镀膜玻璃膜层保护提供了又一个良好的选择。