劉起英 史國華

（1. 中國玻璃控股有限公司；2. 威海中玻新材料技術(shù)研發(fā)有限公司 威海 264205）

1 在線鍍膜的定義與特點(diǎn)

鍍膜是對(duì)玻璃表面進(jìn)行改性處理、賦予其特殊功能的有效方法。在線鍍膜是指在連續(xù)生產(chǎn)的浮法玻璃生產(chǎn)線上以高溫、潔凈、快速拉引的玻璃帶為載體，通過化學(xué)反應(yīng)鍍膜，對(duì)玻璃表面進(jìn)行改性處理，賦予其特殊的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)或化學(xué)等特殊功能的工藝過程。

在線鍍膜技術(shù)是伴隨浮法工藝的成熟和技術(shù)進(jìn)步而逐步誕生、發(fā)展的，自上世紀(jì)60年代以后，隨著浮法工藝的逐步成熟與普及，玻璃原片產(chǎn)量與質(zhì)量大幅提高，各種鍍膜技術(shù)也迅速發(fā)展。在線鍍膜方面，相繼出現(xiàn)了電浮法、熱噴涂和化學(xué)氣相沉積等技術(shù)。

在線鍍膜的優(yōu)點(diǎn)：①利用浮法玻璃新鮮潔凈的表面和高溫環(huán)境，產(chǎn)能大，鍍膜能耗低；②不需要二次加工的搬運(yùn)、傳輸、清洗、抽真空等工序，工藝步驟簡單，節(jié)省物理空間和人力成本；③高溫成膜，膜層原子與玻璃之間形成牢固的共價(jià)鍵，膜層牢固耐用，物化性能穩(wěn)定，熱加工性能好，深加工工藝簡單，使用壽命長。

在線鍍膜的局限性：由于融合為浮法玻璃生產(chǎn)線的一部分，鍍膜工藝要受浮法工藝條件的制約，如鍍膜材料的選擇、鍍膜生產(chǎn)的溫度、環(huán)境氣氛、玻璃帶傳輸速度等都受到很大限制，因此在鍍膜產(chǎn)品的種類和功能方面不如離線鍍膜技術(shù)豐富，靈活性相對(duì)較差。

2 電浮法技術(shù)

電浮法（Electro-float）即電化學(xué)沉積著色技術(shù)，是一種浮法玻璃生產(chǎn)線所特有的在線著色鍍膜技術(shù)，是采用電化學(xué)方法在浮法玻璃生產(chǎn)線上生產(chǎn)鍍膜玻璃的方法，也稱為離子滲透著色技術(shù)（Ion Penetration Coating，簡稱IPC）。其原理是金屬離子在一定電流作用下遷移到玻璃表面，聚集成為金屬膠狀薄膜。實(shí)施方法：在浮法玻璃生產(chǎn)過程中，在錫槽內(nèi)的玻璃表面上，玻璃溫度為650～800 ℃的區(qū)域，以著色金屬為正極，以錫液為負(fù)極，以熔融的涂覆合金或金屬為電解液，對(duì)錫槽上的玻璃接通可控電流后，金屬電解液中的金屬離子受控地遷移到玻璃表面層，在錫槽內(nèi)的還原氣氛下，玻璃表面的金屬離子還原成原子狀態(tài)，從而在表面形成膠狀顆粒薄膜。金屬離子遷移進(jìn)玻璃表層里，填充在玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙中，該金屬層對(duì)太陽輻射具有選擇性的吸收和反射，從而產(chǎn)生顏色。電浮法常用的金屬合金熔體材料有：銅/鉍、銅/鉛、鉻/鉛、銅/錫、鎳/鉛、鉻/錫、鐵/錫、鈷/錫、鈷/鉛、鈷/鉍等，與之相匹配的電極材料為：鉻、鐵、不銹鋼、鈷、鎳、銀、鉑、銠及其合金，玻璃所產(chǎn)生的色調(diào)有：橘紅色、金黃色、古銅色、柔藍(lán)色、柔綠色、灰色和淺咖啡色等。電浮法工藝示意圖如圖1所示，決定膜層顏色的是電極和合金熔體材料，影響涂層質(zhì)量的主要因素是電通量密度、鍍膜溫度和氣氛。

圖1 電浮法工藝示意圖

電浮法最早是由英國皮爾金頓公司在浮法玻璃技術(shù)基礎(chǔ)上于1968年發(fā)明的，此后，美國、法國、德國、日本等國家也發(fā)表了系列專利和文章對(duì)電浮法技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善。我國則是由秦皇島玻璃研究院從1973年開始研制，于1984年在洛陽玻璃廠試驗(yàn)成功，生產(chǎn)出茶色、綠色等彩色熱反射鍍膜玻璃［1］。

電浮法技術(shù)的缺點(diǎn)：因金屬離子滲入深度（2～10 mm的富集層）較淺，鍍膜玻璃的耐久性和光學(xué)品質(zhì)不高，遮陽系數(shù)偏高、反射率偏低，具有較大局限性。作為一種有效的彩色膜層生產(chǎn)技術(shù)，在上世紀(jì)70—80年代曾得到大量應(yīng)用，隨著其它技術(shù)和產(chǎn)品的誕生發(fā)展，電浮法使用范圍越來越小，其作為單層鍍膜技術(shù)已經(jīng)被其他方法取代，但它實(shí)用的著色機(jī)理仍可被其他工藝借鑒。

利用在線化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)在電浮法膜層上面再淀積一層陽光控制膜，形成浮法在線鍍復(fù)合膜技術(shù)，可以大大提高其實(shí)用化能力，使普通無色浮法玻璃不用熔窯整體換色，不對(duì)玻璃原料作任何改動(dòng)，在保持基體玻璃連續(xù)生產(chǎn)的情況下，通過錫槽內(nèi)的兩次鍍膜成為既具有豐富多彩的色調(diào)、又具有良好的光熱性能的陽光控制鍍膜玻璃［2］。從機(jī)理上講離子滲透著色技術(shù)中著色金屬離子在電場(chǎng)的作用下，受控遷移進(jìn)玻璃表面層里，填充在玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙中，并沒有破壞玻璃表面的Si-O極性共價(jià)鍵，化學(xué)氣相淀積法鍍膜技術(shù)是利用硅烷（SiH4）熱解淀積的硅膜，色調(diào)單一為淡黃色，這樣的兩層膜界面間的結(jié)合不僅是純物理性的疊加，而且具有很強(qiáng)的化學(xué)吸附，使得形成的復(fù)合膜牢固性強(qiáng)，耐剝離性好。

3 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂（Spray Pyrolysis）技術(shù)是將一定配方配制的金屬有機(jī)化合物或無機(jī)化合物溶液經(jīng)過凈化壓縮氣體霧化之后，噴在玻璃表面，形成鍍膜的工藝方法。

在浮法玻璃生產(chǎn)線上，熱噴涂系統(tǒng)一般設(shè)置在錫槽出口過渡輥臺(tái)上方或過渡輥臺(tái)和退火窯之間，玻璃帶溫度為600 ℃左右。在玻璃帶的上方安裝橢圓形軌道運(yùn)轉(zhuǎn)或直線往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的帶有多個(gè)噴槍的熱噴涂鍍膜機(jī)組，將化合物溶液與載氣混合、霧化后，輸送至玻璃表面霧化，使帶有一定能量的霧化顆粒噴涂在熱的玻璃表面，均勻地汽化并隨之發(fā)生熱解反應(yīng)，將金屬氧化物沉積在玻璃板上，反應(yīng)副產(chǎn)物通過抽廢氣裝置排出窯外。圖2為典型的熱噴涂工藝示意圖。

圖2 熱噴涂工藝示意圖

早在20世紀(jì)40年代后期，美國PPG公司就開始研究熱噴涂技術(shù)，并用于大面積平板玻璃鍍膜。不過當(dāng)時(shí)是一種“離線鍍膜”技術(shù)，先后研制了光熱反射玻璃和透明導(dǎo)電玻璃產(chǎn)品。到70年代，隨著浮法玻璃技術(shù)的發(fā)展與日臻成熟，PPG公司開始將噴涂技術(shù)與浮法技術(shù)結(jié)合起來，噴涂技術(shù)本身也得到了進(jìn)一步發(fā)展，比利時(shí)格拉維伯爾公司等歐洲公司也開發(fā)了許多先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，熱噴涂轉(zhuǎn)變成為與浮法玻璃生產(chǎn)過程結(jié)合為一體的在線鍍膜工藝。我國秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院、中國建筑材料研究總院等單位從80年代開始研究熱噴涂鍍膜技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)了各種各樣的性能優(yōu)良的彩色鍍膜玻璃。這種工藝具有生產(chǎn)效率高、附加投資少、生產(chǎn)成本低、膜層顏色品種多、鏡面效果好等特點(diǎn)。

熱噴涂所用材料，一般為元素周期表中的重金屬，如鈷、鎳、鐵、鈦、鉻、釩、錫、銦等金屬的鹽，常用鹽類有：乙酰丙酮鹽、醋酸鹽、乙醇鹽等，常用溶劑無機(jī)或有機(jī)溶劑有鹽酸、醋酸、乙醇、氨水、丙烯酸、二甲基酰胺、甲醇等。這些金屬有機(jī)鹽的分解溫度一般為300~600℃，熱分解后在玻璃表面淀積成金屬氧化物薄膜。噴涂的霧化介質(zhì)可以用空氣、氮?dú)饣蚱浠旌蠚怏w，常見噴霧方法有噴槍法和超聲法。常見產(chǎn)品種類：氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳等混合涂層（咖啡色），氧化鈦（青銅色），氧化錫（無色）及其復(fù)合膜［3］。

浮法在線熱噴涂技術(shù)生產(chǎn)比較靈活，通過向鍍膜機(jī)組輸送不同的噴涂溶液就可產(chǎn)生不同色彩和功能的膜層，并且由于鍍膜機(jī)組噴嘴很多，可同時(shí)噴射多組溶液，給玻璃表面改性帶來很多便利。

鍍膜溶液自然屬性及其凝結(jié)特征、離散工藝、氣體載體及鍍膜溶液的流量、溫度都會(huì)影響液滴的大小和分布，玻璃表面的溫度及穩(wěn)定性、噴嘴的設(shè)計(jì)及到玻璃表面的距離和角度、擺動(dòng)速度及玻璃的傳送速度、抽廢氣裝置和抽吸速度都對(duì)膜層的均勻性產(chǎn)生極大的影響，因此鍍膜工藝受制條件過多，比較復(fù)雜。目前這種工藝制備大面積建筑用鍍膜，膜層的均勻性較差。隨著在線CVD技術(shù)的發(fā)展和普及，使用熱噴涂在線鍍膜的場(chǎng)合也越來越少。

4 化學(xué)氣相沉積技術(shù)

化學(xué)氣相沉積是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物或單質(zhì)氣體輸送到基板表面，利用氣態(tài)前驅(qū)體反應(yīng)物通過原子分子間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)薄膜的工藝方法。CVD鍍膜與熱噴涂鍍膜具有類似之處：都是將前驅(qū)體輸送到熱態(tài)平板玻璃表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，區(qū)別在于熱噴涂用的是液態(tài)前驅(qū)體，CVD用的是氣態(tài)前驅(qū)體。CVD技術(shù)在20世紀(jì)60年代初期隨著單晶膜層用于生產(chǎn)半導(dǎo)體部件開始推廣使用，跟平板玻璃結(jié)合為一起的在線工藝，則是源于20世紀(jì)70年代皮爾金頓公司，最早生產(chǎn)的產(chǎn)品是“Reflectafloat”陽光控制膜，我國于1985年開始研制，1991年完成工業(yè)試驗(yàn)，開始生產(chǎn)陽光控制鍍膜玻璃。

實(shí)際上CVD方法能沉積的薄膜有很多種，如硅材料及其氧化物，過渡金屬氧化物或氮化物、部分金屬膜層等［4］?，F(xiàn)在平板玻璃領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍的有硅基膜用作陽光控制鍍膜玻璃、SnO2基導(dǎo)電薄膜、TiO2基自清潔膜等。

從物理本質(zhì)上講，CVD過程是在一定溫度條件下，混合氣體與基板表面相互作用，使混合氣體中某些成分分解，并在基板表面沉積形成金屬、非金屬及其化合物的固態(tài)薄膜。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度來分析薄膜的生成，薄膜的沉積反應(yīng)由以下幾個(gè)步驟順序進(jìn)行：①反應(yīng)物擴(kuò)散到基體表面；②反應(yīng)物吸附在基板表面；③反應(yīng)物在基板表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成物在基體表面遷移；④副產(chǎn)物從基體表面脫附反應(yīng)；⑤副產(chǎn)物從基體表面擴(kuò)散離去。

影響化學(xué)氣相沉積鍍膜的工藝參數(shù)很多，包括基體溫度、氣壓、工作氣體流量和反應(yīng)物及其濃度等。玻璃在線鍍膜過程是在常壓條件下進(jìn)行的，稱為常壓化學(xué)氣相沉積（APCVD），合適的玻璃帶溫度是實(shí)現(xiàn)在線鍍膜的前提條件。根據(jù)前驅(qū)體的物化性能、分解溫度不同，可以選擇不同的區(qū)域進(jìn)行鍍膜，如圖3所示。

圖3 浮法玻璃生產(chǎn)線APCVD位置示意圖

浮法玻璃生產(chǎn)線錫槽內(nèi)和退火窯A0區(qū)（設(shè)在退火窯入口端）的溫度條件、保護(hù)氣體的有效存在以及潔凈的玻璃表面為前驅(qū)物（是指能夠通過化學(xué)反應(yīng)在玻璃表面上形成膜層的化學(xué)物質(zhì)）的熱解提供了良好的條件，使其在玻璃表面均勻地分解，并沉積形成具有一定厚度的富集層，是最為常見的CVD鍍膜區(qū)域。與其它技術(shù)相比，化學(xué)氣相沉積技術(shù)具有均勻性與可控性好、生產(chǎn)規(guī)模大、成本低、產(chǎn)品經(jīng)久耐用的優(yōu)點(diǎn)，己逐漸被越來越多的浮法玻璃生產(chǎn)廠家所采用，并引領(lǐng)著在線鍍膜技術(shù)的發(fā)展。

在線CVD鍍膜設(shè)備主要有：鍍膜反應(yīng)器、反應(yīng)器輸送升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)、反應(yīng)器界面溫度控制系統(tǒng)、流量計(jì)量系統(tǒng)、鍍膜原料汽化和配送系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)和質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。鍍膜反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)均勻連續(xù)鍍制薄膜的關(guān)鍵核心設(shè)備，完成CVD工藝的鍍膜反應(yīng)器系統(tǒng)，必須具備幾個(gè)基本功能（共性）：能將鍍膜氣體均勻地分布在鍍膜有效寬度上、能控制反應(yīng)物和稀釋氣體通過反應(yīng)區(qū)域；必須安全、穩(wěn)定地排除氣體的副產(chǎn)物。根據(jù)實(shí)際需要在錫槽或退火窯內(nèi)安裝一個(gè)或多個(gè)鍍膜反應(yīng)器，主要取決于產(chǎn)品需要的膜層數(shù)和厚度。

反應(yīng)器的布置，是將噴嘴管固定在浮法玻璃的上方，開口必須能夠覆蓋到玻璃帶的整個(gè)寬度。為了確保能夠在大面積玻璃片上沉積出一個(gè)均勻的膜層，還需要保證在整個(gè)玻璃帶的寬度上以均勻的速度沖入氣體。因此，必須使氣體經(jīng)過阻流腔之后才能到達(dá)槽噴嘴，同樣通過排氣窗排出的氣體速度及揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)速度也必須是恒定的。

圖4是典型的鍍膜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 鍍膜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

單進(jìn)單排式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護(hù)成本低，適合硅基鍍膜玻璃生產(chǎn)；只需在單側(cè)進(jìn)行反應(yīng)，即可沉積硅基薄膜。單進(jìn)雙排式反應(yīng)器鍍膜效率高，反應(yīng)區(qū)域布?xì)饩鶆蛐院?，適合氧化物鍍膜玻璃生產(chǎn)。一個(gè)反應(yīng)器通道可以作為一個(gè)模塊化單元，組成多通道的反應(yīng)器裝置。

沉積硅質(zhì)膜，常用原料氣體為硅烷（SiH4），載氣用氮?dú)?，在反?yīng)氣體中摻入適量乙烯，可以改善膜層的耐磨性與耐酸堿性。其能夠反射可見光和近紅外光，具有良好的遮陽功能，被稱為熱反射玻璃或陽光控制鍍膜玻璃。此外硅質(zhì)薄膜具有阻擋玻璃本體鈉離子溢出的作用，可以大大降低氧化物薄膜性能劣化的程度，因此也被用作氧化物功能膜的過渡層或阻鈉層。

導(dǎo)電氧化錫膜是在線CVD鍍膜技術(shù)的另外一個(gè)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域，常用氟元素?fù)诫s改善其導(dǎo)電性能，其化學(xué)表達(dá)式SnO2∶F，簡稱FTO。

FTO鍍膜用的錫源一般為液態(tài)有機(jī)錫。這種利用專門的氣相有機(jī)金屬分子進(jìn)行的CVD被稱為有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積（MOCVD）。許多有機(jī)金屬化合物常溫下是液體，需要配有汽化系統(tǒng)來將其變成汽態(tài)，通過氮?dú)饣蚋稍锟諝獾容d運(yùn)氣體帶入反應(yīng)器在熱的玻璃上成膜。反應(yīng)時(shí)的關(guān)鍵是避免有機(jī)分子中的碳原子沉積下來污染薄膜表面。

MOCVD鍍膜反應(yīng)產(chǎn)物中常含有Cl和未分解的金屬有機(jī)物，在環(huán)境法規(guī)中不允許直接排放大氣中，需要處理后達(dá)標(biāo)有組織排放。需要有廢氣處理系統(tǒng)，目前的廢氣處理工藝有低溫冷凝水吸收法、直排焚燒水吸收法兩種。前一方法可以回收未分解的金屬有機(jī)化合物，降低鍍膜成本。

MOCVD選擇氣源材料需遵循以下原則：①要充分考慮浮法工藝特點(diǎn)，膜材料的分解溫度要匹配于鍍膜溫度；②浮法玻璃帶拉引速度快（超過0.1 m/s），膜材料的熱分解效率要足夠高；③膜材料的氣相反應(yīng)過程要可控；④具有合適的液化或汽化溫度，汽化（液化）溫度過高，會(huì)導(dǎo)致膜材料在較高的溫度下冷凝，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；⑤來源廣、價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境污染小、無毒或毒性小，副產(chǎn)物盡量少而易于廢氣處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

生產(chǎn)FTO薄膜常用的錫源有：四氯化錫（SnCl4）、單丁基三氯化錫（MBTC）、二甲基二氯化錫（DMTC）、三甲基氯化錫（TMTC）等。以MBTC為例，其鍍膜過程遵循前述反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程和步驟，但具體化學(xué)反應(yīng)過程非常復(fù)雜，常見的有以下兩種模型來描述其反應(yīng)過程［5］：

全表面吸附反應(yīng)模型：

C4H9S nCl3→ C4H9S nCl3（surface）

C4H9S nCl3（ surface）+1/2O2+ H2O →SnO2（solid）+2C2H4+3HCl

絡(luò)合吸附表面反應(yīng)模型：

C4H9S nCl3+ H2O →C4H9S nCl3（ H2O）

C4H9S nCl3（ H2O ） → C4H9S nCl3（ H2O）（surface）

C4H9S nCl3（ H2O ）（surface）+1/2O2→ SnO2（solid）+2C2H4+3HCl

在浮法玻璃生產(chǎn)線上直接制造鍍膜玻璃，充分利用了浮法玻璃的熱能優(yōu)勢(shì)和新鮮潔凈的表面，與離線鍍膜技術(shù)相比工藝更加簡單、生產(chǎn)能力更大、成本更低。在線鍍膜也存在一些技術(shù)難點(diǎn)，這種困難主要是由于玻璃生產(chǎn)的固定速度、氣氛和高溫環(huán)境造成的。玻璃板運(yùn)行的速度快，氣氛調(diào)節(jié)困難，鍍膜環(huán)境溫度高，必須解決鍍膜裝置、反應(yīng)過程與浮法線的兼容性。典型膜的厚度從幾十到幾百納米，說明膜的生長速率必須達(dá)到每秒數(shù)十納米，要求成膜化學(xué)反應(yīng)必須很快且始終如一。鍍膜反應(yīng)器高溫環(huán)境中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性等都是保證鍍制均勻薄膜的關(guān)鍵。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)已應(yīng)用在鍍膜反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，通過描述氣體流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性，分析密度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)與反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、邊界條件的相關(guān)性，揭示反應(yīng)氣體在反應(yīng)器界面與玻璃表面形成的流層的流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律，建立流體仿真數(shù)字模型，獲得大規(guī)模生產(chǎn)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)，指導(dǎo)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

浮法玻璃生產(chǎn)線退火窯將玻璃帶的溫度從600 ℃降到70 ℃左右，是與大氣相通的熱工設(shè)備。與微正壓密封的錫槽不同，受錫槽排放氣體的順向氣流與退火窯內(nèi)由溫差產(chǎn)生的逆向氣流的雙重影響，氣流場(chǎng)不穩(wěn)定；同時(shí)由于玻璃邊部散熱較大造成的橫向溫差，鍍制穩(wěn)定均勻的膜層非常困難。所以要在退火窯制備均勻的膜層，解決鍍膜環(huán)境的穩(wěn)定性和減少溫差成為技術(shù)難點(diǎn)。國內(nèi)自主開發(fā)的在線鍍低輻射膜技術(shù)，功能膜就是在退火窯A0區(qū)制備的，核心技術(shù)之一就是設(shè)計(jì)了退火窯A0區(qū)在線鍍膜環(huán)境成套調(diào)節(jié)裝置，以達(dá)到隔離和疏導(dǎo)外界氣流的目的，使鍍膜區(qū)形成相對(duì)獨(dú)立的封閉空間，獲得氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)均勻、壓力場(chǎng)穩(wěn)定的鍍膜環(huán)境。

利用上述技術(shù)，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了在線低輻射玻璃的批量生產(chǎn)，主流產(chǎn)品輻射率達(dá)到0.15以下。膜層基本結(jié)構(gòu)是硅基過渡層+FTO導(dǎo)電功能層，硅基緩沖層起到阻擋鈉離子溢出的作用以及光學(xué)匹配消色，F(xiàn)TO是利用其導(dǎo)電特征，載流子跟紅外入射波電磁場(chǎng)相互作用，反射紅外光，得到低輻射的效果，簡稱在線Low-E玻璃。在線低輻射玻璃、功能導(dǎo)電玻璃是當(dāng)前在線鍍膜最主要的應(yīng)用產(chǎn)品，基本工藝流程圖如圖5所示。

圖5 在線Low-E鍍膜工藝流程圖

在線鍍膜的另一類重要產(chǎn)品是TiO2基薄膜，主要利用其光催化特性和超親水性，用于自清潔玻璃，也是通過MOCVD過程實(shí)現(xiàn)鍍膜，常用有機(jī)鈦源有四次二甲基胺基鈦（TDMAT）、四氯化鈦（TiCl4）、四異丙醇鈦（TTIP）等，反應(yīng)基本原理過程跟上述情況類似。

5 在線鍍膜技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

目前在線鍍膜技術(shù)應(yīng)用方向可以分為節(jié)能視窗和透明電極兩大類。

節(jié)能視窗包括建筑節(jié)能、交通工具、冷鏈展示等。陽光在線控制鍍膜玻璃為硅基材料，膜層結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與鍍膜系統(tǒng)也相對(duì)簡單，因此其技術(shù)和產(chǎn)品成熟度都比較高，生產(chǎn)和應(yīng)用普遍，主要用來反射部分可見光和太陽能近紅外光，起到熱反射作用，即陽光控制鍍膜玻璃，主要用于建筑節(jié)能。

利用FTO薄膜透明導(dǎo)電的特征，能夠反射太陽能近紅外光和中遠(yuǎn)紅外輻射，起到保溫隔熱作用，減少室內(nèi)外熱交換，降低熱損失，即低輻射鍍膜玻璃，是目前最有應(yīng)用價(jià)值的節(jié)能玻璃。輻射率是最核心的節(jié)能指標(biāo)，從早期的0.2以上，已經(jīng)降至0.15以下，高性能的已經(jīng)達(dá)到0.1，達(dá)到離線鍍膜單銀Low-E玻璃的水平。低輻射鍍膜玻璃可用于建筑節(jié)能，也可用于交通工具（如汽車、動(dòng)車、船舶等）的透明視窗，最核心考察指標(biāo)是輻射率，同時(shí)要兼顧可見光透射比、遮陽等功能。

玻璃基透明電極，是指用作各種光電子器件的窗口電極材料。通過鍍膜，使玻璃由絕緣體變?yōu)閷?dǎo)電材料，同時(shí)保持可見光透明的特征，成為透明玻璃膜電極材料，目前浮法在線玻璃膜電極材料的應(yīng)用對(duì)象主要是冷凍、冷藏展示櫥窗、薄膜光伏、海洋船舶舷窗、電致變色智能玻璃。

高端智能型冷鏈玻璃，要求玻璃能發(fā)熱、視覺逼真、透光率高、節(jié)能環(huán)保，抗氧化性和耐熱性、玻璃與展示光源高度適配，完全呈中性色，具有高的顯色指數(shù)，且不同角度觀察時(shí)不得出現(xiàn)色差或色度偏離，要求極為嚴(yán)格。普通玻璃無法滿足，需通過沉積膜電極來實(shí)現(xiàn)這些功能。根據(jù)實(shí)際功能要求不同，分為智慧除霜玻璃和節(jié)能保溫玻璃兩大類。另外，為滿足輕質(zhì)化需求，要使用薄板玻璃（3 mm以下），加工難度大，技術(shù)門檻高。

冷鏈智慧除霜玻璃。鑒于玻璃本體材料導(dǎo)熱能力弱，熱容小，在低溫條件下，玻璃表面溫度降到露點(diǎn)以下，使水汽在玻璃表面凝結(jié)，影響視窗觀察。冷鏈產(chǎn)業(yè)玻璃的工作環(huán)境為內(nèi)冷外熱，玻璃表面容易產(chǎn)生水汽凝結(jié)，影響視窗的可視性。在玻璃表面附加多層合適厚度和電阻、光學(xué)匹配的透明導(dǎo)電膜材料，對(duì)導(dǎo)電膜施加一定電壓，實(shí)現(xiàn)表面加熱，使之成為發(fā)熱玻璃，使玻璃表面迅速升溫并將表面溫度保持在一恒定水平，達(dá)到自動(dòng)除霜的目的。需要研究透明導(dǎo)電膜材料的電學(xué)、熱學(xué)特性及其電阻溫升效應(yīng)，得到電阻分布均勻穩(wěn)定、除霜效率高、可控性強(qiáng)的發(fā)熱玻璃。

艦船智能節(jié)能舷窗玻璃。遠(yuǎn)洋艦船長期在海洋作業(yè)，工作環(huán)境條件苛刻，對(duì)采光玻璃要求極高。首先，海洋環(huán)境變化莫測(cè)無常，舷窗內(nèi)外溫度變化會(huì)使玻璃表面結(jié)霜、起霧，造成航行視線受阻，可見度下降，帶來嚴(yán)重安全威脅；其次，環(huán)境溫度巨大變化致使艦船艙內(nèi)制冷、制熱能耗增加；再次，由于環(huán)境中大量的鹽分、水汽及海風(fēng)中夾雜的各類酸堿性物質(zhì)，會(huì)使玻璃表面發(fā)生污染、腐蝕、磨損等，導(dǎo)致玻璃表面能強(qiáng)度降低、光學(xué)性能衰減。要求舷窗玻璃同時(shí)具備自動(dòng)除霧、隔熱節(jié)能、耐候性強(qiáng)、強(qiáng)度高等多項(xiàng)功能。需要研究玻璃及其膜電極材料的電阻、加熱特性與除霧功能協(xié)控技術(shù)與制備工藝，提高材料對(duì)海洋環(huán)境苛刻條件的適配性，解決材料安全問題和使用壽命問題。得到高節(jié)能、高除霧、高耐候、高安全的多功能艦船舷窗玻璃。

薄膜光伏用的透明導(dǎo)電膜玻璃，亦稱為在線TCO。薄膜光伏組件具有顏色均一、美觀大方、易于跟建筑相結(jié)合等優(yōu)勢(shì)，是提升建筑能效水平，實(shí)現(xiàn)低排放或零排放、碳中和的有效手段。我國在CdTe、鈣鈦礦薄膜電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化水平已居世界前列，玻璃膜電極是薄膜光伏產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵原材料。

電致變色智能玻璃通過外加電場(chǎng)使玻璃表面的膜材料變色，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的主動(dòng)動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)氣溫、光照、人體舒適度需求等條件進(jìn)行智能調(diào)控、靈活調(diào)節(jié)，是高節(jié)能、高舒適性的新一代節(jié)能玻璃材料。作為智能玻璃器件的窗口材料，在線鍍膜生產(chǎn)的膜電極材料得到了廣泛應(yīng)用。作為膜電極材料，主要考察指標(biāo)為表面電阻、可見光透射比、霧度等。

在線鍍膜玻璃主要存在問題有以下幾方面：

由于受限浮法玻璃生產(chǎn)線的環(huán)境條件，產(chǎn)品種類不夠豐富。研究目標(biāo)是功能復(fù)合，多功能化，開發(fā)更多的氧化物或氮化物鍍膜玻璃產(chǎn)品，充分發(fā)揮在線鍍膜優(yōu)勢(shì)，易于加工應(yīng)用，使用壽命長的優(yōu)勢(shì)。

鍍膜材料的利用率偏低，一般都低于10%，生產(chǎn)效率、材料利用率低。既浪費(fèi)，又不環(huán)保。而且多數(shù)有機(jī)前驅(qū)體有輻射或有毒，需開發(fā)實(shí)時(shí)化工回收、循環(huán)再利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

鍍膜過程中使用的有機(jī)介質(zhì)會(huì)對(duì)管路、反應(yīng)器等腐蝕，造成設(shè)備損耗，同時(shí)對(duì)供排氣管路暢通帶來障礙，設(shè)備需要經(jīng)常維護(hù)，包括氣路系統(tǒng)的疏通等工作。因此存在鍍膜周期的問題，不能像浮法玻璃那樣，長期連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)。優(yōu)化反應(yīng)器與系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)，提升材料耐蝕性，減少維護(hù)作業(yè)，延長鍍膜周期，提高生產(chǎn)效率，是在線鍍膜面臨的一大課題。

6 在線鍍膜智能化展望

當(dāng)前在線鍍膜系統(tǒng)的控制架構(gòu)采取分區(qū)控制、綜合統(tǒng)籌的模式，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)大部分的操作與工藝參數(shù)，綜合實(shí)現(xiàn)了各個(gè)工位的具體需求，初步實(shí)現(xiàn)了精細(xì)控制及自動(dòng)化。未來在線鍍膜的主要控制思路依然基于APC（先進(jìn)過程控制），持續(xù)優(yōu)化執(zhí)行層的節(jié)能效果、控制精度，配合玻璃行業(yè)智能工廠將實(shí)現(xiàn)智能排產(chǎn)、流程仿真、柔性制造、深度協(xié)同、智能決策、遠(yuǎn)程運(yùn)維和遠(yuǎn)程服務(wù)。充分利用先進(jìn)的測(cè)控手段和大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，建立專家數(shù)據(jù)庫，根據(jù)控制對(duì)象不同，在線鍍膜控制系統(tǒng)包括以下單元：鍍膜反應(yīng)器傳動(dòng)及定位系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、尾氣處理控制系統(tǒng)、質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)以及顯示展板系統(tǒng)等，全部由控制中心集中管控。流體力學(xué)的模擬仿真將繼續(xù)在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)改造中發(fā)揮重要作用，通過在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建鍍膜模型，優(yōu)化流體力學(xué)參數(shù)，分析溫度、壓力、流速、密度等對(duì)鍍膜生產(chǎn)的影響，持續(xù)對(duì)鍍膜生產(chǎn)進(jìn)行理論上的指導(dǎo)；未來數(shù)字孿生等新技術(shù)也會(huì)越來越多地應(yīng)用于在線鍍膜，可以通過大數(shù)據(jù)的分析完整地透視鍍膜設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的情況，鍍膜反應(yīng)器的每一個(gè)動(dòng)作都可以實(shí)時(shí)捕捉，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的反饋與革命性的優(yōu)化策略。在線鍍膜工段的MES制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備協(xié)調(diào)和管控、生產(chǎn)過程改進(jìn)、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)視、質(zhì)量管理等，與企業(yè)ERP系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)智慧工廠。MES系統(tǒng)具有狀態(tài)可視化、過程可追溯、生產(chǎn)精益化、管理智能化、成本可控化、績效數(shù)據(jù)化、信息可靠化、全程生產(chǎn)信息化等優(yōu)勢(shì)，未來MES制造系統(tǒng)會(huì)很好地融合于在線鍍膜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線鍍膜的智能制造。