CN106349495A - 一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜及制备方法，所述用于通航飞机舷窗玻璃高耐磨节能薄膜包括有机玻璃基底(0)，所述有机玻璃基底(0)上设置有A面和B面，所述A面和B面上分别设置有不同的透明薄膜，A面为节能膜系，B面为高耐磨透明膜系；所述节能膜系由有机玻璃基底由内向外依次为节能功能层和保护层。高耐磨透明膜系主要由具有高耐磨性能的氮化物如氮化硅、氮化铝、氮化钛等材料组成，结合工艺方法实现高耐磨性能。本发明的透明膜系具备节能、外部高耐磨性能，并可根据实际需求匹配各层厚度和生产工艺，综合控制各项性能参数,耐腐蚀、耐候性优秀。

Description

一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及舷窗薄膜制造技术领域，具体涉及一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜及其制备方法。
背景技术
通航飞机(特别是未来全视窗或全透明的私人商务飞机、观光飞机等)的舷窗可为舱内提供足够的光线来源，并方便旅客观察欣赏外部风景，提高旅途舒适性，大面积透明件成为未来通航飞机主流方向之一。同时，舷窗玻璃如果不做特别处理，在采光的同时也会带来红外线、紫外线的透过，而室内红外线的透过会大幅降低舱内温度，增加飞机空调***成本和运行功率，引起能量损失，外部紫外线的通过会降低舱内衣物、电子设备的寿命。对飞机而言，燃油节省至关重要，可延长航程并在等距离时节能燃油使用，因此，在保证舷窗玻璃可见光透过率的前提下，有效控制红外、紫外线的通过，实现节能效果。同时，对通航飞机而言，普通的舷窗玻璃采用有机玻璃，具有较低的耐磨性，使舷窗玻璃可能过早发生银纹现象，甚至出现裂纹等严重后果，因此，高耐磨性成为舷窗玻璃的必然要求之一。
通过在线或离线镀膜技术在舷窗透明玻璃的双面根据设计需求依次沉积单层或多层透明膜层，综合完成可见光、红外线、紫外线的可选择性通过和截止，满足旅客对飞行过程中的视野要求和舱内采光需求的同时保证节能效果；沉积高耐磨性透明薄膜，增加舷窗玻璃外部的机械性能，提高耐摩擦性能，增加舷窗玻璃使用寿命并改善舒适性。同时，通过膜层之间的匹配，实现紫外线的截止，保护舱内衣物、电子设备，提高其使用寿命。
本发明的技术问题在于一般通航飞机舷窗未综合采用节能膜系和高耐磨膜系，传统的舷窗玻璃主要采用中空达到节能效果，其玻璃外表面并未进行高耐磨性能提升。考虑到通航飞机使用条件和使用寿命，有必要在保证足够透光率的前提下，实现红外高反射和优秀的耐磨性能要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种外表面耐磨性能强的通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，所述用于通航飞机舷窗玻璃高耐磨节能薄膜包括有机玻璃基底，所述有机玻璃基底上设置有A面和B面，所述A面和B面上分别设置有不同的透明薄膜，A面为节能膜系，B面为高耐磨透明膜系；所述节能膜系由有机玻璃基底由内向外依次为节能功能层和保护层。所述高耐磨膜系由有机玻璃基底由内向外依次沉积。
进一步地，所述A面向舷窗内为内侧，所述B面向舷窗外为外侧，所述节能功能层由内向外依次为第一氧化硅层、第一氧化锌镓层、第一氧化锌镓铟层、金属层和第二氧化锌镓铟层，所述第一氧化硅层膜层厚度为16～28nm，第一氧化锌镓层的膜层厚度为15～25nm，第二氧化锌镓铟层的膜层厚度为18～30nm，金属层的膜层厚度为6～12nm，第二氧化锌镓铟层的膜层厚度为20～35nm。第一氧化硅层用于保护节能功能膜层，提高膜层寿命，金属层主要用于实现红外线高反射，产生节能效果，第一、第二氧化锌镓铟层和第一氧化锌镓层可提高薄膜附着力，并提高红外反射效果；
进一步地，所述金属层为金属钛层、金属银层或金属金层。
更进一步地，所述保护层由内向外依次为第二氧化锌镓层和第二氧化硅层，所述第二氧化锌镓层的膜层厚度为25～35nm，第二氧化硅层的膜层厚度为45～100nm。第二氧化硅层置于膜系外层用于保护节能功能膜层，提高膜层寿命和耐磨性能，第二氧化锌镓层辅助提高膜系耐磨性能，并对红外反射有一定帮助；
进一步地，所述的高耐磨透明膜系由内向外依次为第一氮化硅层、氮化铝膜层、氮化钛膜层和第二氮化硅膜层，所述第一氮化硅层的膜层厚度为15～25nm，氮化铝膜层的膜层厚度为18～35nm，氮化钛膜层的膜层厚度为20～40nm，第二氮化硅膜层的膜层厚度为55～150nm。第一、第二氮化硅膜层、氮化铝膜层、氮化钛膜层共同实现B面的高耐磨性能，提高舷窗外部抗摩擦等机械性能，并具备优秀的防腐防刮伤性能，同时，氮化铝膜层和氮化钛膜层也有辅助调节膜层颜色的功能；
本发明所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备的进出片部分要求洁净度十万级以内，冷却水的温度为15～24℃，湿度小于60％；打开镀膜设备，抽真空至满足本底真空要求：镀膜室真空度<3×10-3Pa、其他真空室真空度<0.7Pa；
(2)舷窗有机玻璃基底经清洗机清洗后，以立式方式进入镀膜设备，依次通过进入室、隔离室，到达镀膜室，基片在进入室时抽真空至1～3Pa之间，打开隔离阀进入隔离室，关闭隔离阀，抽真空使隔离室真空度小于1.5Pa以下之后进入镀膜室；进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，同时通入氩气和相应工艺气体维持真空度在0.3～0.8Pa之间；
(3)待镀膜室腔体内充入氩气和工艺气体的总气压稳定后，将有机玻璃基底的A面正对靶面，A面与靶面之间的距离保持在8～25cm，连续开启中频电源或直流电源，依次在基底的A面上镀制节能功能层和保护层；
(4)A面镀膜结束后，有机玻璃基底经过隔离室、离开室；
(5)清洗上片，对B面进行镀膜，重复步骤(1)～(3)，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为0.5～2.5m/min。
进一步地，在步骤(1)中，所述电源为中频电源或直流电源；在步骤(2)和(3)中，镀制A面时工艺气体为氧气，镀制B面时工艺气体为氮气。
进一步地，在步骤(3)中，开启阴极中频或直流电源，恒电流方式，依据不同膜层，选择不同电流大小，电源采用恒功率的范围为5～35kw或恒电流的范围为5～35A。
更进一步地，在步骤(3)中，所述镀制金属层时，电源采用恒功率的范围为0.5～2kw。
有益效果：本发明的舷窗玻璃可见光透光率好，透光率大于81％，红外反射率强,可达75％以上；B面耐磨性能、防腐蚀性能、耐候性能优秀，延长了实用寿命，同时，具备一定的紫外截止功能，生产过程简单，合理调整各膜层厚度，可自主调整膜系性能参数，利于自主调整膜系参数性能，高耐磨透明膜系具备调整膜系颜色的功能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明节能功能层采用金属和金属导电氧化组成，金属为主、金属导电氧化物为主，实现高的红外反射，提高节能效果，且具备一定的紫外线截止性能，同时，采用的氧化硅和金属氧化物保证了一定的耐磨性和耐腐蚀性；
(2)本发明耐磨层综合采用了氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物，针对舷窗玻璃外侧经常遭遇的风沙、雨滴等的刮擦作用，用于提高其耐磨性能、耐腐蚀性能、耐候性能；进一步，氮化铝和氮化钛的膜层采用，可用于整个膜系颜色的主动调整，同时对节能效果有一定的辅助作用。
(3)节能功能层的使用可提高舱内温度的稳定性，为飞机的空调***减轻压力，并有利于改善飞行舒适性。节能膜层中的金属膜和金属氧化物层可实现中远红外线的控制，提高节能效果，同时金属层对紫外截止也有一定截止作用。
附图说明
图1为本发明的一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜；
其中，0舷窗玻璃基底，对A面，1-11第一氧化硅层，1-12第一氧化锌镓层，1-13第一氧化锌镓铟层，1-14金属层，1-15第二氧化锌镓铟层，1-21第二氧化锌镓层，1-22第二氧化硅层；对B面，2-11第一氮化硅层，2-12氮化铝膜层，2-13氮化钛膜层，2-14第二氮化硅膜层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明的一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，所述用于通航飞机舷窗玻璃高耐磨节能薄膜包括有机玻璃基底0，所述有机玻璃基底0上设置有A面和B面，所述A面和B面上分别设置有不同的透明薄膜，A面为节能膜系，B面为高耐磨透明膜系；所述节能膜系由有机玻璃基底由内向外依次为节能功能层和保护层。所述高耐磨膜系由有机玻璃基底由内向外依次沉积。
所述A面向舷窗内为内侧，所述B面向舷窗外为外侧，所述节能功能层由内向外依次为第一氧化硅层1-11、第一氧化锌镓层1-12、第一氧化锌镓铟层1-13、金属层1-14和第二氧化锌镓铟层1-15，所述第一氧化硅层1-11的膜层厚度为16nm，第一氧化锌镓层1-12的膜层厚度为15nm，第二氧化锌镓铟层1-13的膜层厚度为18nm，金属层1-14为金属钛层，所述金属钛层的膜层厚度为12nm，第二氧化锌镓铟层1-15的膜层厚度为20nm；
所述保护层由内向外依次为第二氧化锌镓层1-21和第二氧化硅层1-22，所述第二氧化锌镓层1-21的膜层厚度为25nm，第二氧化硅层1-22的膜层厚度为95nm；
所述的高耐磨透明膜系由内向外依次为第一氮化硅层2-11、氮化铝膜层2-12、氮化钛膜层2-13和第二氮化硅膜层2-14，所述第一氮化硅层2-11的膜层厚度为15nm，氮化铝膜层2-12的膜层厚度为18nm，氮化钛膜层的膜层厚度为20nm，第二氮化硅膜层的膜层厚度为65nm；
本发明所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，包括如下步骤：室内温度在20℃、湿度45％，冷却水温度18℃，舷窗玻璃基底进设备之前位置要求洁净度十万级以内，
(1)开机过程：开启镀膜设备真空泵***，先使镀膜设备所有腔室达到本底真空要求：镀膜室真空度<3×10-3Pa、其他真空室真空度<0.7Pa；
(2)镀膜过程：舷窗玻璃基底经过表面清洗后，进入镀膜设备，隔离室气压维持在1.5Pa以内，镀膜工艺室通过通入氩气维持气压为0.5Pa，待稳定后通入工艺气体；所述工艺气体为氧气或氮气，镀制A面时为氧气，B面时为氮气。
(3)待镀膜室腔体内充入氩气和工艺气体的总气压稳定后，将有机玻璃基底的A面正对靶面，A面与靶面之间的距离保持在8cm，连续开启中频电源或直流电源，依次在基底的A面上镀制节能功能层和保护层；开启阴极中频或直流电源，电源采用恒功率的范围为8kw。
所述工艺气体为氧气或氮气，镀制A面时为氧气，B面时为氮气。
(4)A面镀膜结束后，所得产物经过缓冲室、离开室，出片后清洗；
(5)对B面镀膜，重复步骤(1)～(3)，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度为1.2m/min。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：
本发明的一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，所述第一氧化硅层1-11的膜层厚度为28nm，第一氧化锌镓层1-12的膜层厚度为25nm，第二氧化锌镓铟层1-13的膜层厚度为30nm，金属层1-14为金属银层，金属银层的膜层厚度为8nm，第二氧化锌镓铟层1-15的膜层厚度为35nm；
所述保护层由内向外依次为第二氧化锌镓层1-21和第二氧化硅层1-22，所述第二氧化锌镓层1-21的膜层厚度为35nm，第二氧化硅层1-22的膜层厚度为95nm；
所述第一氮化硅层2-11的膜层厚度为25nm，氮化铝膜层2-12的膜层厚度为35nm，氮化钛膜层2-13的膜层厚度为35nm，第二氮化硅膜层2-14的膜层厚度为120nm；
本发明所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，包括如下步骤：室内温度在22℃、湿度50％，冷却水温度15℃，舷窗玻璃基底进设备之前位置要求洁净度十万级以内，
在步骤(1)中，开机过程：开启镀膜设备真空泵***，先使镀膜设备所有腔室达到本底真空要求：镀膜室真空度<3×10-3Pa、其他真空室真空度<0.7Pa；
在步骤(2)中，镀膜过程：舷窗玻璃基底经过表面清洗后，进入镀膜设备，隔离室气压维持在1.5Pa以内，镀膜工艺室通过通入氩气维持气压为0.8Pa，待稳定后通入工艺气体；
在步骤(3)中，待镀膜室腔体内充入氩气和工艺气体的总气压稳定后，将有机玻璃基底的A面正对靶面，A面与靶面之间的距离保持在25cm，连续开启中频电源或直流电源，依次在基底的A面上镀制节能功能层和保护层；
开启阴极中频或直流电源，电源采用恒功率的范围为22kw，特别的，镀制金属层时，恒功率范围为1.2kw。
在步骤(5)中，对B面镀膜，重复步骤(1)～(3)，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度为2.5m/min。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：本发明的一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，所述第一氧化硅层1-11的膜层厚度为20nm，第一氧化锌镓层1-12的膜层厚度为18nm，第二氧化锌镓铟层1-13的膜层厚度为22nm，金属层1-14为金属金层，金属金层的膜层厚度为10nm，第二氧化锌镓铟层1-15的膜层厚度为28nm；
所述保护层由内向外依次为第二氧化锌镓层1-21和第二氧化硅层1-22，所述第二氧化锌镓层1-21的膜层厚度为30nm，第二氧化硅层1-22的膜层厚度为45nm；
所述第一氮化硅层2-11的膜层厚度为18nm，氮化铝膜层2-12的膜层厚度为25nm，氮化钛膜层2-13的膜层厚度为32nm，第二氮化硅膜层2-14的膜层厚度为150nm；
本发明所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，包括如下步骤：室内温度在22℃、湿度35％，冷却水温度24℃，舷窗玻璃基底进设备之前位置要求洁净度十万级以内，
在步骤(1)中，开机过程：开启镀膜设备真空泵***，先使镀膜设备所有腔室达到本底真空要求：镀膜室真空度<3×10-3Pa、其他真空室真空度<0.7Pa；
在步骤(2)中，镀膜过程：舷窗玻璃基底经过表面清洗后，进入镀膜设备，隔离室气压维持在3Pa，镀膜工艺室通过通入氩气维持气压为0.7Pa，待稳定后通入工艺气体；
在步骤(3)中，待镀膜室腔体内充入氩气和工艺气体的总气压稳定后，将有机玻璃基底的A面正对靶面，A面与靶面之间的距离保持在20cm，连续开启中频电源或直流电源，依次在基底的A面上镀制节能功能层和保护层；
开启阴极中频或直流电源，电源采用恒功率的范围为16kw，特别的，镀制金属层时，恒功率范围为0.9～1.2kw。
在步骤(5)中，对B面镀膜，重复步骤(1)～(3)，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度为1.8m/min。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：本发明的一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，第一氧化锌镓层1-12的膜层厚度为20nm，金属层1-14为金属金层，金属金层的膜层厚度为6nm；第二氧化硅层1-22的膜层厚度为100nm；所述氮化钛膜层2-13的膜层厚度为40nm，第二氮化硅膜层2-14的膜层厚度为55nm；
本发明所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，包括如下步骤：室内温度在22℃、湿度35％，冷却水温度16℃，舷窗玻璃基底进设备之前位置要求洁净度十万级以内，
在步骤(1)中，开机过程：开启镀膜设备真空泵***，先使镀膜设备所有腔室达到本底真空要求：镀膜室真空度<3×10-3Pa、其他真空室真空度<0.7Pa；
在步骤(2)中，镀膜过程：舷窗玻璃基底经过表面清洗后，进入镀膜设备，隔离室气压维持在1Pa，镀膜工艺室通过通入氩气维持气压为0.3Pa，待稳定后通入工艺气体；
在步骤(3)中，待镀膜室腔体内充入氩气和工艺气体的总气压稳定后，将有机玻璃基底的A面正对靶面，A面与靶面之间的距离保持在8cm，连续开启中频电源或直流电源，依次在基底的A面上镀制节能功能层和保护层；
开启阴极中频或直流电源，镀制金属层时，恒功率范围为0.9kw。
在步骤(5)中，对B面镀膜，重复步骤(1)～(3)，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度为0.5m/min。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：在步骤(3)中，开启阴极中频或直流电源，镀制金属层时，恒功率范围为1.2kw。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于：在步骤(3)中，开启阴极中频或直流电源，镀制金属层时，恒功率范围为1kw。
尽管本文较多地使用了舷窗玻璃基片，氧化硅膜层，氧化锌镓层，氧化锌镓铟层，氮化铝，氮化钛等等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，其特征在于：所述用于通航飞机舷窗玻璃高耐磨节能薄膜包括有机玻璃基底(0)，所述有机玻璃基底(0)上设置有A面和B面，所述A面和B面上分别设置有不同的透明薄膜，A面为节能膜系，B面为高耐磨透明膜系；所述节能膜系由有机玻璃基底由内向外依次为节能功能层和保护层。
2.根据权利要求1所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，其特征在于：所述A面向舷窗内为内侧，所述B面向舷窗外为外侧，所述节能功能层由内向外依次为第一氧化硅层(1-11)、第一氧化锌镓层(1-12)、第一氧化锌镓铟层(1-13)、金属层(1-14)和第二氧化锌镓铟层(1-15)，所述第一氧化硅层(1-11)膜层厚度为16～28nm，第一氧化锌镓层(1-12)的膜层厚度为15～25nm，第二氧化锌镓铟层(1-13)的膜层厚度为18～30nm，金属层(1-14)的膜层厚度为6～12nm，第二氧化锌镓铟层(1-15)的膜层厚度为20～35nm。
3.根据权利要求2所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，其特征在于：所述金属层(1-14)为金属钛、金属银或金属金。
4.根据权利要求1所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，其特征在于：所述保护层由内向外依次为第二氧化锌镓层(1-21)和第二氧化硅层(1-22)，所述第二氧化锌镓层(1-21)的膜层厚度为25～35nm，第二氧化硅层(1-22)的膜层厚度为45～100nm。
5.根据权利要求1所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜，其特征在于：所述的高耐磨透明膜系由内向外依次为第一氮化硅层(2-11)、氮化铝膜层(2-12)、氮化钛膜层(2-13)和第二氮化硅膜层(2-14)，所述第一氮化硅层(2-11)的膜层厚度为15～25nm，氮化铝膜层(2-12)的膜层厚度为18～35nm，氮化钛膜层(2-13)的膜层厚度为20～40nm，第二氮化硅膜层(2-14)的膜层厚度为55～150nm。
6.权利要求1至5任一项所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备的进出片部分要求洁净度十万级以内，冷却水的温度为15～24℃，湿度小于60％；打开镀膜设备，抽真空至满足本底真空要求：镀膜室真空度<3×10-3Pa、其他真空室真空度<0.7Pa；
(2)舷窗有机玻璃基底经清洗机清洗后，以立式方式进入镀膜设备，依次通过进入室、隔离室，到达镀膜室，基片在进入室时抽真空至1～3Pa之间，打开隔离阀进入隔离室，关闭隔离阀，抽真空使隔离室真空度小于1.5Pa以下之后进入镀膜室；进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，同时通入氩气和相应工艺气体维持真空度在0.3～0.8Pa之间；
(3)待镀膜室腔体内充入氩气和工艺气体的总气压稳定后，将有机玻璃基底的A面正对靶面，A面与靶面之间的距离保持在8～25cm，连续开启中频电源或直流电源，依次在基底的A面上镀制节能功能层和保护层；
(4)A面镀膜结束后，有机玻璃基底经过隔离室、离开室；
(5)清洗上片，对B面进行镀膜，重复步骤(1)～(3)，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为0.5～2.5m/min。
7.根据权利要求6所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述电源为中频电源或直流电源；在步骤(2)和(3)中，镀制A面时工艺气体为氧气，镀制B面时工艺气体为氮气。
8.根据权利要求7所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，电源采用恒功率的范围为5～35kw或恒电流的范围为5～35A。
9.根据权利要求8所述的用于通航飞机舷窗玻璃的高耐磨节能薄膜的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述镀制金属层时，电源采用恒功率的范围为0.5～2kw。
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