19 玻璃的表面处理

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1、1,玻璃工艺学,第十七章 玻璃制品的表面处理,1、玻璃的光滑面和散光面的形成。2 、在玻璃表面上涂层从而改善或得到新的性质。,2,玻璃工艺学,一表面清洁的方法,溶剂清洗：酸、碱、洗涤剂水溶液；乙醇、丙酮、四氯化碳、 三氯乙烯、 异丙酮等有机溶剂 加热处理：在100400 温度下可将表面有机污物和水分除去若加热到 450 ，同时超真空，可得原子级清洁表面 有机溶剂蒸气处理：清洁效果好 紫外线照射：可分解碳氢化合物 辉光放电处理：两片玻璃夹在一起，两端夹入锡箔并通电，即沿玻璃表面放电常用于镀膜时玻璃基片的清洁 离子溅射：将表面污层剥离 干冰清洗：将干冰磨成细粉，喷射到物体表面，似刮刀,第一节 玻璃

2、表面的清洁处理,3,玻璃工艺学,二清洁度的检验 液体接触角法：将水或酒精倒在玻璃表面，接触角为零（完全润湿），则表面清洁 呵痕法：向玻璃表面吹潮湿的空气，然后将玻璃放置 在黑色背景前，表面呈黑色均匀的气膜， 则玻璃洁净 静摩擦系数法：洁净玻璃表面静摩擦系数高，接近，有污染的低半定量评价。,4,玻璃工艺学,生成物：氢氟酸盐：氟化钙、氟化钡、氟化铅不溶于水；钾、钠等碱金属氟化物易溶水氟硅酸盐：钾、钠、钡、铅盐不溶于水；其他盐类易溶,第二节 玻璃的化学蚀刻、抛光和蒙砂,氢氟酸与钠钙硅酸盐玻璃的反应如下： Na2OCaO6SiO2+28HF=2NaF+CaF2+6SiF4+14H2O 由上式形成的Si

3、F4还可继续与氢氟酸反应:SiF4+2HF=H2SiF6 氟硅酸与硅酸盐水解产生的氢氧化物作用：H2SiF6+2NaOH=Na2SiF6+2H2O,5,玻璃工艺学,一、玻璃的化学蚀刻,蚀刻液由水蚀刻膏l水淀粉,二玻璃的化学蒙砂,(1)蒙砂液由氢氟酸及添加剂配制而成的液体。常用：HF 46.2% NH4F 26% H2O 27.8% (2)蒙砂粉由氟化物及其添加剂配制成的粉状物，使用时加入硫酸或盐酸 (3)蒙砂膏由氟化物加酸调制成膏状物或氢氟酸和 添加剂调制而成的膏状物。,6,玻璃工艺学,含氧化铅多时形成细粒毛面； 含氧化钡时形成粗粒毛面； 含氧化锌、氧化钙或氧化铝时，形成中等粒状面；,钠钙硅玻

4、璃适于毛面蚀刻 硼酸盐玻璃和乳白玻璃不适于毛面蚀刻,酸液成分：盐类越多，形成的毛面颗粒越细 *酸蚀液中加入含钡、钙的添加物，产生溶解度小的盐类。 *增加酸液粘稠性，如木屑粉及其他有机物可以减少氟硅酸盐的溶解 度，减少氢氟酸液和玻璃的接触，易于形成毛面。,7,玻璃工艺学,三玻璃的化学抛光氢氟酸中加入能溶解反应生成的盐类的成分，如硫酸，则可得有光泽的表面,、氢氟酸与硫酸的比例： 中铅玻璃HF(40%或70%) 710.，H2SO4(9296%) 5860% 钠钙玻璃HF(6.117.4mol/l) : （1.622）H2SO4(10.7511.22mol/l) : 2.763水：1 (体积比),、

5、酸液的温度：4050 、处理时间：每次615s，不超过10次,铅质玻璃最易抛光，钠钙硅玻璃抛光速度慢，效果差,8,玻璃工艺学,第三节 玻璃的表面涂层,按涂层的性质分类：有机涂层：硅有机化合物无机涂层 ：金属、金属氧化物、陶瓷（玻璃）涂层,按表面涂层的方法分类：物理法：真空蒸发镀膜、阴极溅射法、真空电子枪蒸镀法 化学法：化学还原法、气相沉积法、溶胶凝胶法,玻璃表面上涂一层新的物质，以改变玻璃的光学性能，或满足某种特定要求。,9,玻璃工艺学,一、镀膜方法,化学还原法：镀银、镍膜等,特点：设备简单膜层厚(100200nm),10,玻璃工艺学,化学气相沉积法,可在线镀膜,、电浮法 在锡槽的玻璃上面，设

6、置一熔融金属槽，加一直流电压，s使上面的金属离子扩散到玻璃中，进行离子交换而着色,11,玻璃工艺学,溶胶凝胶法 可将许多金属氧化物制成玻璃涂层，即可得到多种颜色的镀膜玻璃工艺简单，稳定性也好,真空蒸发镀膜法 在真空条件下（136.810-6Pa)，将待蒸发的金属加热至蒸发温度，使之挥发沉积到玻璃表面,12,玻璃工艺学,阴极溅射镀膜在低真空室中，利用几十电子伏或更高动能的荷能粒子轰击阴极靶材表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。,*可以镀多层复杂膜系； *可生成氧化物、氮化物、硫化物、碳化物薄膜； *可镀熔点高，蒸发困难的金属膜（如铂）； *膜的附着力大，膜层的耐

7、腐蚀和耐磨性能较好 ； *可以在较大面积上得到均一的薄膜； *效率较低,13,玻璃工艺学,离子镀膜法： 成膜物质以离子状态沉积在玻璃基板上。 可镀TiN、TiC、（TiAl）N、ZrN等超硬膜； 可镀氧化物膜如TiO2； 可镀金属膜如Au、Ag、Cu； 可镀合金膜如黄铜、镍铬等装饰保护膜,效率高。 沉积速度可达150m/min ，而阴极溅射只有0.011m/min 膜层牢固致密且可绕镀。,14,玻璃工艺学,二、镀膜类玻璃,表面涂层的种类：1、表面遮阳膜；2、表面导电膜；3、表面憎水涂层；4、表面着色涂层；5、表面光学薄膜,玻璃基片必须新鲜，最好不超过一个月，新鲜的玻璃表面活性大，物理和化学吸附

8、能力强，膜和玻璃结合的牢固.,15,玻璃工艺学,(一) 热反射玻璃可见光透过率为可见光反射率为红外线全透过率为 对紫外线有较高吸收率也称为阳光控制玻璃,膜材：一层或多层铬、钛、铜等金属或其化合物，产品呈丰富的色彩。,特点： 具有单向透视性 具有镜面效果 节能效果好 造成光污染,镀膜方法：热分解或离子镀等,16,玻璃工艺学,(二) 吸热玻璃 能吸收红外线又能使可见光良好透过的玻璃,2.镀氧化物膜 单层：Fe2O3、Cr2O3 双层：SiO2-CoO、SiO2-NiO、SiO2-Fe2O3 三层：SiO2-Fe2O3-Cr2O3 镀膜方法：热喷涂或溶胶-凝胶法,1.整体着色玻璃,Fe2能有效吸收红

9、外线（特别对1064 nm吸 收),17,玻璃工艺学,(三) 低辐射玻璃（Low-E） *对近红外线的反射率低，利于白天太阳的热量进入室内; *对远红外线的反射率80% 。保温的作用是普通单层玻璃的倍。 *对可见光的反射率10% (普通玻璃7%) ，透光度达8090%；,膜材：金、银、铜、钛或ZnO、TiO2等 多采用三层膜：第一层为介质膜(氧化物)，第二层为低辐射膜，第三层为保护膜镀膜方法：在线用热解法、离线用溅射法,一般做成中空玻璃使用,18,玻璃工艺学,(四) 表面导电膜,浸渍法-冰醋酸：无水酒精：氯化亚锡：，在 煮沸，将加热至软化温度的玻璃浸入几秒钟，可得透过率的SnO2膜,1.SnO

10、2导电膜 喷涂法制备-将玻璃加热至700 ，然后在其表面喷涂四氯化锡的盐酸溶液:SnCl4+H2O=SnO2+4HCl由于反应迅速，在玻璃表面生成的SnO2膜中有过剩的Sn原子，形成了晶格缺陷而导电为提高导电性能常掺入活化剂Sb2O3,19,玻璃工艺学,2.In2O3导电膜（常掺杂SnO2） 俗称ITO膜，该膜层既可透光又反射红光线同时也能导电,高电阻（电阻在150500欧姆）：用于静电防护、触摸屏 普通电阻（电阻在60150欧姆）：用于TN类液晶显示器和电磁屏蔽 低电阻（电阻小于60欧姆）：用于高阶平面显示器中作为透明玻璃电极、太阳电池,20,玻璃工艺学,液晶显示器用ITO导电玻璃:在溅镀I

11、TO层之前，先镀上一层二氧化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。观察窗用ITO导电玻璃:采用磁控溅法在玻璃基片上镀过渡层、In2O3Sn层和TiO2层，可见光透过率75%，红外线反射率80%，有机污染物降解率95%，具有通电防冰除霜功能,21,玻璃工艺学,3.Au膜,电磁屏蔽导电膜玻璃 防信息泄漏、防止电磁波对人体的伤害等。,（1）丝网屏蔽玻璃 在玻璃内夹入金属丝网而制成的，它对低频带的电磁波有较好的屏蔽作用。金属网的材料一般均采用铜、银、不锈钢等,（2）膜层屏蔽玻璃 在优质浮法玻璃表面镀金、银、铜、钛、锡、铝等金属或金属氧化物透明导电膜层。对高频带的电磁波有较好的屏蔽作用。

12、用于电子计算机、电台保密和抗干扰的屏蔽材料。,22,玻璃工艺学,（3）丝网与膜层复合屏蔽玻璃多层膜和金属丝网的复合结构，透明导电膜一般采用氧化铟锡膜。丝网与膜层复合制成的电磁屏蔽在40MHzlGHz的范围的屏蔽效果可以达到4070dB，最高可达到85dB.,美国已达到110dB,23,玻璃工艺学,(五) 电致变色膜(智能窗)玻璃表面镀了一层氧化钨，通过电压控制，可使玻璃产生由完全透明到深蓝色等各种颜色变化。室外阳光强时，玻璃颜色变深，阳光弱时，玻璃颜色随之变透明,24,玻璃工艺学,(六) 玻璃表面憎水膜用硅烷、聚硅烷、硅油、硅铜等对玻璃表面进行喷涂或浸渍，经加热处理后在玻璃表面形成一层硅氧膜使

13、玻璃表面能降低，从而达到憎水憎油防污染的目的。,镀膜方法：浸渍法或热喷涂 硅有机漆：丙酮：配成溶液，将玻璃浸入1min，然后在150 下热处理，即可得润湿角为900的憎水膜。,镀膜前须在5%盐酸中浸泡30分钟以形成硅氧膜,25,玻璃工艺学,(七) 表面着色(扩散着色) 在高温下用着色离子的盐类加入填充剂(ZrO2、粘土等)、粘结剂(糊精、阿拉伯胶、松节油等)配成糊状，涂覆在玻璃表面上，使着色离子与玻璃中的离子进行交换，扩散到玻璃表层中，使玻璃表面着色；有些金属离子还需要还原为原子，原子集聚成胶体而着色： Na+硅酸盐玻璃+AgCl Ag+硅酸盐玻璃NaClAg2O+2FeO=Fe2O3+2Ag

14、 Ag比Cu易还原， Ag和Cu合用呈棕红色,26,玻璃工艺学,银涂层对可见光的反射率达 铝涂层对可见光和紫外线的反射率都大于,需保护膜：一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等,铬涂层和镍涂层反射率5060，结合牢固,1.反射膜,(八) 表面光学膜,27,玻璃工艺学,.增反膜或高反射膜,涂层：CeO2-MgF2、ZnS-MgF2 对波段（0.42m)的反射率达99.599.8,激光反射镜,高折射率的膜：CeO2（n=2.2）ZnS（n=2.35）,28,玻璃工艺学,3.增透膜,膜的折射率n1满足：n1(nsn0)1/2 膜最小厚度为： 或是其奇数倍,单层 MgF2的折射率为n=1.38 用于

15、低折射玻璃,SiO2 、 CaF2用于高折射玻璃,SiO2可用真空沉积法也可由硅酸乙脂水解法镀膜,29,玻璃工艺学,玻璃高折射率材料层低折射率材料层,两层,( n1/n2) 2ns/n0,膜厚均为,氟化镁（n1.38）,二氧化锆（ n2.1） 二氧化钛（n2.40） 硫化锌（n2.32）,30,玻璃工艺学,(九) 自洁净玻璃玻璃表面涂镀一层透明的TiO2光催化剂涂层。当这层光催化剂的薄膜层遇到太阳光或紫外线灯光照射后，发生光化学反应，反应产生的活性物质具有极强的氧化能力，可杀死玻璃表面的细菌和病毒，并可使附着在玻璃表面的有机污染物很快被氧化，变成CO2和H2O自动挥发消除。 二氧化钛的光泽度问题,31,玻璃工艺学,深加工玻璃的现状 年代开始，我国就已生产钢化玻璃、夹层玻璃 年代未，我国引进了镀膜玻璃、中空玻璃生产线目前我国采用机械生产线生产中空玻璃的企业达千余家。 2006年年产量突破1亿平方米。全国共有Low-E镀膜玻璃生产企业200余家，引进生产线50条，年生产镀膜玻璃4500万平方米。其中离线Low-E镀膜玻璃生产线15条以上，年产量达2000万平方米左右。,32,玻璃工艺学,加工工艺水平不高。例如镀膜玻璃存在膜层薄厚不均、针孔、色差、褪色，甚至镀层脱落等质量问题。,