喷雾热分解法玻璃镀膜

喷雾热分解法玻璃镀膜

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张聚宝X X

,翁文剑,杜丕一,赵高凌,张溪文,沈 鸽,韩高荣

X XX

(浙江大学材料科学工程学系,浙江 杭州 310027)

摘要:介绍了喷雾热分解法在热玻璃基板上镀膜的基本工艺过程,对镀膜溶液的配制、雾化、蒸发干燥、热解成膜进行了较为详细的论述,并介绍了几种镀膜的实验条件、主要工艺参数及对镀膜质量的影响因素。

关键词:喷雾热分解;玻璃镀膜;工艺参数;雾化;蒸发干燥;热解成膜;低辐射膜

中图分类号:TQ171.72+4 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2002)02-0046-05

Glass Coatings by Spray Pyrolysis

ZHANG Ju O bao,WENG Wen O jian,DU Pi O yi,ZHAO Gao O ling ,Z HANG Xi O wen,SHEN Ge,HAN Gao O rong

(Department of Materials Science and Engineering,Zhejiang University,Zhejiang Hangzhou 310027,China)

Abstract:Principles and main technical parameters of spray pyrolysis technique for glass coating are des-cribed,and a comprehensive discussion about each step in the technical process is given in this paper.Influ -ential factors on the quality of glass coatings are also discussed .The detailed conditions for preparing sever -al glass coatings are introduced.

Key words:Spray pyrolysis;Glass coating;Technical parameter;Pyrolysis;Atomization;Pyrolyzed film;

Low-e film

1 引言

镀膜玻璃有着良好的装饰和节能等功能,广泛用于建筑业和汽车业等方面。随着新材料的开发和利用,镀膜玻璃的功能也会越来越多,新膜材料的出现要求有合适的镀膜方法和工艺。喷雾热解法(简称SP)被认为是用于在玻璃基板镀各种功能薄膜的有效方法,其过程是将含金属离子的溶液经雾化喷向热玻璃基板,随着溶剂挥发,溶质在基板上反应(热分解反应)而形成薄膜。采用这种方法可在玻璃基板上形成各种各样的膜,如SnO 2、In 2O 3、ZnO 、Cu 2O 、CdS 等薄膜

[1,2,3]

。已经有报道用此方法可在线生产出低辐射膜玻璃,并且比传

统方法形成的膜质量更好[3]

。SP 方法与其它的玻璃镀膜方法(蒸发、溅射、离子镀膜等)相比,优势在于:¥设备简单,反应易于控制;¦对真空、气氛等实验条件要求不高;§原料的选择范围广,并且成分、组成便于调整;¨所镀膜层与基板结合牢固,性能良好;©适用于大面积镀膜,尤其适合玻璃在线镀膜。

本文较为详细地介绍了SP 发生的过程、工艺过程以及用此法获得玻璃镀膜的种类,探讨了SP 中对膜层质量影响的因素,最后叙述了SP 法在玻璃镀膜中的应用现状和前景。

X XX XXX 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59872029);浙江省自然科学基金资助项目(598061)和浙江省科技资助项目(012102)。

作者简介:张聚宝(1977-)男,河南开封人,浙江大学材料系硕士生,主要从事喷雾热解法实现玻璃基板上低辐射膜(Low-E)的研究。收稿日期:2001-07-26

2喷雾热解发生过程

通常喷雾热分解是将雾化后的溶液喷向热的玻璃基板(温度约300~600e),由于喷雾过程一般在具有一定温度的反应炉内进行,因此,溶液雾化程度、溶剂的挥发性、炉内温度等条件的差异,会使雾化小液滴到达玻璃基板前有不同的经历过程。SP发生大致的变化过程有以下4种[3]:

过程A:小液滴到达基板,溶剂蒸发气化并在基板表面干燥沉积,最后溶质反应形成膜。

过程B:小液滴在到达基板表面之前溶剂蒸发完全,固相沉积物撞击在基板表面,并反应形成膜。

过程C:小液滴在到达基板之前溶剂蒸发,固相沉积物熔化、气化或升华,然后蒸气扩散到基板,在基板表面反应成膜。

过程D:所有的反应发生在蒸气状态,最后在基板沉积成膜。

其中过程C类似于化学气相沉积法(CVD),绝大多数的SP发生的是A、B两类。上述发生过程示意如图1所示。

3喷雾热解流程

镀膜溶液经过压缩空气雾化成小液滴,在反应炉内经过蒸发干燥,喷向离喷嘴一定距离的基板上。基板用电炉加热,用热电偶测量基板的温度。反应炉外侧也有加热装置来控制其炉内部温度。有时为了改善雾化,使用超声波的方法。喷雾热解法的主要工艺参数有溶液浓度、气流量、溶液流量、液滴半径、喷口与基板的距离、气体环境温度、基板温度等。图2为这种方法的实验装置示意图。

图1喷雾热解发生过程示意图图2喷雾热解实验装置示意图

4工艺过程及其影响因素

4.1溶液配制

镀膜溶液中的溶质一般为氯化物、金属的醋酸盐、乙酰丙酮化物等。溶质分解产物应是膜所需的组成,并且要求在溶剂中有较大的溶解度。在SP过程中,溶质分解成膜时的温度不能过高,一般小于玻璃基板的软化温度。为了改变小液滴与玻璃基板的润湿性,有时需要加入一些添加剂[3],这些添加剂是通过降低溶液本身表面能(C lv)和与基板的表面能(C sl),增加溶液的铺展系数S(S=C sv-C sl-C lv),从而达到改善溶液在玻璃板表面的浸润效果。如在用醋酸铜和葡萄糖的混合溶液在玻璃基板镀氧化亚铜膜时,加入丙酮可明显改善溶液与基板的润湿性。

镀膜溶剂常采用乙醇、丁醇或水等,溶剂应能使溶质有较大的溶解度,在一定温度下的热蒸发速率要大,能迅速挥发掉,使溶质能在基板上沉积、分解和成膜,并且溶剂的挥发吸收的热要小。在溶液的配制过程中,有时为了防止水解、沉淀等现象,还要加入稳定剂。如在配制Zn(CH3CO2)2#H2O溶液,需要加入一定量的醋酸来防止溶液沉淀。表1为一些镀膜溶液种类及实验条件[2]。