在线玻璃镀膜工艺

在线CVD技术在玻璃工业中的应用

相对于没有镀膜的玻璃产品，经过了镀膜，玻璃的性能极大的提高。硬镀膜可以提高其能效和耐久性，更容易处理，区别于市场上的其它产品，提高了利润空间。在线热解化学气相沉积（CVD）技术是领先的镀膜技术，多年来，一直在玻璃产业中使用。从最早的方式到最近推出的系统，这一技术的提高是惊人的。直到最近，在线热CVD技术仅仅被国际大型玻璃公司内部开发并有效地运用。Stewart Engineers协同其工业伙伴开发出第一个可用于商业应用的交钥匙在线热解CVD系统的，即 AcuraCoat^® 系统。

涂层技术的选择

浮法玻璃制造商对玻璃镀膜技术有两种选择，一是在真空状态下的离线磁控溅射，或是在大气压下的在线热解CVD。溅射镀膜一般都被称为软镀膜。在线热解CVD工艺，是蒸汽直接与热玻璃表面发生反应，形成难熔金属层。用CVD方法进行热解镀膜，通常称为硬镀膜。这两种类型的镀膜都有自己的优缺点。请看下面的链接查看CVD与溅射工艺的比较。

玻璃镀膜

ＣＶＤ的历史

在早期的几代技术中，在线热解ＣＶＤ技术不能与溅射技术相媲美，涂料并不在同一档次上。当时有很多涂层化学材料和高性能涂料。然而，在过去的10-15年中，在线热解ＣＶＤ技术极其化学材料已经与溅射技术发展到了相同的水平。

用在线热解CVD方法镀膜，通称为热解镀膜。CVD方法是在浮法生产过程中使先驱气体与热玻璃表面发生反应。由于这种化学反应，使得玻璃的表面形成新的化学结构。因为涂层成为玻璃表面上的一部分并且比溅射涂层更耐久，这种镀膜有时也称为硬镀膜。反应发生必须非常迅速，以避免拖慢浮法线。此外，ＣＶＤ融入浮法线而又不打乱浮法玻璃生产过程。

采用真正的气相CVD的在线镀膜技术，先驱气体在到达喷头前充分汽化。这种CVD技术是目前在浮法玻璃生产厂中运用最广泛的技术。

为了探索第一代，第二代和第三代CVD镀膜的发展阶段，在时间顺序排列中，有三个关键阶段。主要表现特征是：

• 层流或紊流
• 预先混合或单独薄膜传送先驱化学品
• 锡槽区或退火窑区

第一代：单向层流技术

第一代的横梁型是最早层流的设计-可以追溯到7 0年代末。它通常设在锡槽区，并有水冷横梁，如图1所示。设计和操作是最简单的，但是，横梁只能处理有限范围的涂层材料。这种横梁已被用来沉积氧化硅，硅和碳化硅涂料。

图 1: 单向横梁设计

第二代：湍流技术

第二代系统采用湍流技术。在这种技术中，由于在气态下推荐使用的先驱气会发生无法接受预反应，所以不能混合在一起，需要把它们分别传送到反应区，如图2所示。要做到这一点，设在退火窑的横梁是有两个单独传送通道。需要使气体快速混合，急混涌流。横梁是冷水式。这种类型的化学品与横梁设计能够使CVD增长率最大化-超过1 00纳米/秒。这种设计的湍流后果是先驱的利用率很低（通常低于10 ％ ）和非常高的燃气消耗量以及巨大的废气处理量和设备清洁工作量。与第3代系统相比，这种低效率导致更高的整体化学品成本。这种类型的横梁已被用来沉积氟 -二氧化锡。

图 2: 湍流横梁设计

第3代：多方位，层流技术

第三代技术大约在80年代中期前引入。这是一种层流法，并只能处理预先混合好的气体。这些预混气体分成上流层和下流层，如图3所示。这种方法提供了薄膜均匀性和先驱高利用率的可能性。油加热与冷却相结合，使得横梁能最为广泛使用涂层材料。横梁设在锡槽中，可以灵敏地设定和操作，并需要仔细控制工艺。这一基本的设计方法有很多变量-尤其是要达到更好地控制化学反应和增加增长率。设计的研发包含了多个进气口和排气口。不过也要注意，因为这也增加了复杂性，给实现工艺控制带来困难，因而影响成品率

图 3: 双横梁技术。

值得注意的是，所有这三种涂层横量技术仍然在大批量生产使用。大多使用一根以上的横梁技术，前后摆放，用来镀多层膜。

CVD生产工艺-生产工艺中的关键问题

对于大批量生产在线热解CVD法镀膜，除了涂镀头的设计，诸多关键工艺相关的问题必须得到解决，其中包括：

1. 选择一个合适的先驱系统
2. 控制先驱的传送（处理和化学品的气化）
3. 涂镀头在线温度控制
4. 燃气分布控制和维持一个燃气流动制度要与达到膜层均匀性的目标相协调
5. 与锡槽有机结合
6. 废气处理
7. 工艺控制（高在线成品率是至关重要的，以避免玻璃损失）

以上技术的正确的组合决定了 AcuraCoat^®在线热解CVD工艺的最终性能特性。

CVD浮法生产线整合

要想妥善把 AcuraCoat^® 在线热解CVD涂层系统与浮法玻璃生产线有机地结合起来，必须克服很多的挑战。玻璃生产线速度可达到1000米/小时，玻璃板的一般宽度超过3米，并且膜层的厚度要求可达几百纳米（ nm ）。这种膜层的厚度，在一定的生产线速度下需要有每秒钟数十纳米的增长率，才可以达到100纳米/秒。在某些情况下，就需要设立一个以上的涂镀头来达到最终目标膜层厚度，即使 是一层。

选择涂层设备在浮法生产线上的位置的是一个关键，如图4所示。按照一般作法，越接近上游（及玻璃更热的位置）越能生产出更坚硬和更耐用的膜层，增长速度也更快。不过，温度越高会给工艺及先驱化学带来重大的挑战。大多数CVD涂层是在锡槽的收缩段进行的。

图 4: 在浮法玻璃生产线上CVD涂层系统可能安放的位置。

近期的发展

CVD的复杂性和多学科的性质使开发一个完整的CVD系统成为在线热解CVD技术更广泛地传播的一个主要障碍。 AcuraCoat^® 系统的推出使这种技术的推广得以突破

斯图尔特工程设计公司和其工业合作伙伴已经开发出了应用于浮法玻璃制造业技术最先进的在线热解CVD系统 - AcuraCoat^® 系统。这一设计是基于对第三代的设计理念，并在锡槽中利用油冷，多方位，层流技术。

主要特点

生产线特点

• 玻璃板宽度：≥  3.4米（典型
• 涂层宽度： > 3.0米（典型）
• 板速： 300 -8 00m/hr

工艺说明

• 运行时间（延长清理之间的时间） ：平均8小时， 可能 > 12小时
• 涂层产量：>总产量的20 ％
• 涂层合格率 ： > 80 ％
• 启动时间： 30分钟
• 关闭时间：立刻

图 5:AcuraCoat^®  系统流程图。

该系统安装在一个小车上，可以很容易地向 StewartFloat^® 锡槽推入或拉出。StewartFloat^®的锡槽经过了改进，使该系统可以用于新厂房或老厂升级改造。

图 6: AcuraCoat^® 系统截面图，小车和支撑部分。

由于这一先进的设计，可以实现各式各样的产品和产品性能。用斯图尔特的 AcuraCoat^® 系统可以生产一系列的节能玻璃产品，以满足或超过节能规范的要求。这一系统能生产反射膜，Low E 膜，阳光控制膜，光伏膜和自洁膜。该 AcuraCoat^® 技术具有促进和支持在世界玻璃行业不断增长的在线CVD镀膜技术扩散的潜力。