摘  要：闡述了幾種常見鍍膜工藝的特點(diǎn)，進(jìn)行工藝比較，結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用對(duì)鍍膜的應(yīng)用做了一定的歸納和總結(jié)，對(duì)未來(lái)鍍膜工藝進(jìn)行展望。

　　關(guān)鍵詞：真空鍍膜；蒸發(fā)鍍膜；濺射鍍膜

　　Study for Several Vacuum Coating Processes and the Applications

　　Zhang Ya-juan

　　(Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, Hubei, China)

　　Abstract：It first described several common characteristics of the vacuum coating process, and then proceed to process, Finally, summarized the current practical application of vacuum coatings and the coating process on the future outlook.

　　Key words：vacuum coating ;vacuum evaporating; magnetron sputtering

　　中圖分類號(hào)：TB75      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

　　0 引言

　　鍍膜在利用某些薄膜材料的紅外線反射性能的同時(shí)，也利用了薄膜在可見光譜范圍的干涉效應(yīng)，通過(guò)對(duì)薄膜厚度的調(diào)整，既達(dá)到熱反射功能，又可形成所需的反射顏色效果。

　　1 幾種鍍膜工藝特點(diǎn)

　　光學(xué)玻璃的鍍膜生產(chǎn)工藝有：溶膠-凝膠鍍膜、反應(yīng)蒸發(fā)鍍膜、真空陰極磁控濺射鍍膜等工藝方法。下面就這幾種鍍膜工藝分別進(jìn)行介紹：

　　a) 溶膠-凝膠鍍膜。是將III、V、VI族金屬、半金屬元素的有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)鹽溶于有機(jī)溶劑中獲得溶膠鍍液[1]，采用浸漬或離心甩膠的方法涂覆在基片表面，再進(jìn)行干燥脫水處理獲得固體薄膜的方法。例如制備光催化功能薄膜[2]：先水解

　　再脫水     (120 ℃下)

　　該技術(shù)對(duì)薄膜材料有要求[3]：有機(jī)極性溶體溶解度范圍不能窄，最好不用水溶液；有少量水參與時(shí)應(yīng)容易發(fā)生水解，而且水解形成的薄膜不應(yīng)溶解，生成的揮發(fā)物易于去除；水解形成的氧化物應(yīng)易于低溫充分脫水；薄膜、基片附著力好。

　　b) 反應(yīng)蒸發(fā)鍍膜。在蒸發(fā)不少金屬氧化物時(shí),會(huì)出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象,這會(huì)使光學(xué)膜產(chǎn)生光吸收現(xiàn)象。在反應(yīng)沉積過(guò)程中,通過(guò)向剩余氣體中加氧可以適當(dāng)消除光吸收的影響。由于熱分解或太低的蒸發(fā)壓強(qiáng)而化合物不可能直接蒸發(fā)的所有情況都可采用反應(yīng)蒸發(fā)鍍膜技術(shù)。通常用低價(jià)氧化物或金屬原材料生產(chǎn)氧化膜,也可用這種方法生產(chǎn)硫化物和氮化物或其他化合物。必須注意的是在反應(yīng)條件下進(jìn)行蒸發(fā)時(shí),需要連續(xù)補(bǔ)充化學(xué)反應(yīng)消耗的氣體。在薄膜沉積中,必須選擇相關(guān)過(guò)程的所有參數(shù),使沉積的薄膜滿足最佳化標(biāo)準(zhǔn)。用這種方法生產(chǎn)的氧化物膜的質(zhì)量通常仍然略低于計(jì)算結(jié)果并略有吸收。這種反應(yīng)蒸發(fā)膜呈多晶[4],非晶或聚合物結(jié)構(gòu),表面較粗糙,并有柱狀或海綿狀微細(xì)結(jié)構(gòu),這些微細(xì)結(jié)構(gòu)有較大的空隙和較大的內(nèi)表面。除此以外,膜層對(duì)基底的附著力很差,抗磨損能力和硬度都很低。由于膜的密度小,膜的折射率比塊狀氧化物折射率低得多。膜的吸收水蒸氣和其他氣體使其折射率和其他物理性質(zhì)改變。在反應(yīng)蒸發(fā)之前,把基底加熱到300 ℃左右,可以提高膜的質(zhì)量。雖然加熱基底可能會(huì)導(dǎo)致較粗糙的膜結(jié)構(gòu)、增加表面粗糙度,但是加熱基底已成為鍍膜過(guò)程的不可缺少的步驟。

　　c) 真空陰極磁控濺射鍍膜（又稱離線鍍膜）[5]，分為熱反射鍍膜和低輻射Low-E鍍膜。除此以外，采用真空磁控濺射鍍膜法生產(chǎn)熱反射鍍膜玻璃，還具有膜層牢固和均勻，化學(xué)穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，并且能獲得多種理想光學(xué)性能和豐富的反射顏色。

　　采用熱反射鍍膜時(shí)，可以進(jìn)行多層膜的生產(chǎn)，可形成的材料極多。離線低輻射Low-E鍍膜需鍍一層純銀薄膜作為功能膜，純銀薄膜在兩層金屬氧化物膜之間，金屬氧化膜對(duì)純銀膜提供保護(hù)，且作為膜層之間的中間層，能增加顏色的純度及光的透射水平。由于有多種金屬靶材[6]可以選擇，及多種金屬靶材組合，所以濺射法生產(chǎn)的離線低輻射Low-E鍍膜可由多種配置，在顏色和純度方面濺射鍍膜液優(yōu)于熱噴涂，而且離線法的新產(chǎn)品開發(fā)方面也比較靈活。最主要的優(yōu)點(diǎn)在于濺射生產(chǎn)的離線低輻射Low-E鍍膜[7]的中空玻璃其“U”值優(yōu)于熱解法產(chǎn)品的“U”值，但它的缺點(diǎn)就是膜層比較脆弱。

　　2 工藝比較

　　a) 濺射鍍膜與蒸發(fā)鍍膜相比，有許多優(yōu)點(diǎn),如任何物質(zhì)均可以濺射，尤其是高熔點(diǎn)，低蒸氣壓元素和化合物；濺射膜與基板之間的附著性好；薄膜密度較高；膜厚可控制性和重復(fù)性較好等。缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，需要高壓裝置；

　　b) 將蒸發(fā)法與濺射法相結(jié)合，即為離子鍍。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是得到的膜與基板間有極強(qiáng)的附著力，有較高的沉積速率，膜的密度高。蒸發(fā)鍍膜過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。這種鍍膜可以通過(guò)微調(diào)閥控制鍍膜室中氣體的成分和含量，按照人名的需求制成各種不同性質(zhì)的薄膜；

　　c) 溶膠-凝膠法制備薄膜比起傳統(tǒng)的制膜方法，具有以下優(yōu)勢(shì)：(a) 鍍膜設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作；(b) 工藝過(guò)程溫度較低，鍍膜通常在室溫或接近室溫的環(huán)境下，形成的薄膜純度較高；(c) 可以在大尺寸以及各種形狀不規(guī)則基底上鍍膜；(d) 化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確，易于改性，摻雜量的范圍加寬，可以有效控制薄膜成分及微觀結(jié)構(gòu)。

　　3 應(yīng)用

　　溶膠-凝膠法制備薄膜主要被用在制備減反膜、高反膜、電致或光致變色薄膜、光波導(dǎo)等方面。用反應(yīng)蒸發(fā)鍍膜法在制備各種濾光片、反射鏡等方面也用的比較多。

　　采用磁控濺射鍍膜法生產(chǎn)熱反射鍍膜玻璃，是目前國(guó)際上大面積生產(chǎn)鍍膜玻璃的最先進(jìn)工藝方法，比傳統(tǒng)的鍍膜方法在產(chǎn)品來(lái)年說(shuō)在功能、勞動(dòng)生產(chǎn)率、成本等方面有顯著的改進(jìn)。磁控濺射鍍膜能夠按需要的比例控制太陽(yáng)直接輻射的反射、透過(guò)和吸收，并產(chǎn)生需要的反射顏色。其產(chǎn)品的特點(diǎn)是：a) 有效限制太陽(yáng)直接輻射的入射量，遮陽(yáng)效果較明顯；b) 具備豐富多彩的反射色調(diào)和極佳的裝飾效果；c) 對(duì)室內(nèi)物體和建筑構(gòu)件具有良好的視線遮蔽功能；d) 較理想的可見光透過(guò)比和反射比，減弱紫外光的透過(guò)，并且可以加工成中空熱反射玻璃、夾層熱反射玻璃等復(fù)合產(chǎn)品。此外，離線低輻射（Low-E）鍍膜產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：a) 裝飾效果好，多為中性色調(diào)，清淡、高雅；b) 節(jié)能性較好，由于表面輻射率E低，從而具有更低的傳熱系數(shù)“U”值；c)舒適性能好，在隔絕熱輻射的同時(shí)，很好的保證了自然采光；d) 遮蔽系數(shù)Sc范圍廣，可滿足不同地區(qū)的使用需求。

　　4 前景展望

　　鍍膜技術(shù)在現(xiàn)代光通訊、光顯示、光存儲(chǔ)以及光成像中都具有極為廣泛、重要的應(yīng)用。近十年來(lái)國(guó)內(nèi)光學(xué)薄膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，新興的光學(xué)薄膜產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。筆者看到，光學(xué)薄膜技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的同時(shí)，自身的設(shè)計(jì)理論與制備技術(shù)以及應(yīng)用研究也在不斷發(fā)展。除了向極限光學(xué)性能的光學(xué)薄膜技術(shù)（極短波長(zhǎng)的光學(xué)薄膜、極高精度的相位型光學(xué)薄膜等）發(fā)展之外，也在向微結(jié)構(gòu)型光學(xué)薄膜的方向發(fā)展。從上述對(duì)幾種光學(xué)薄膜技術(shù)的比較和薄膜應(yīng)用分析可知，光學(xué)薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)前景非常廣闊，相信在未來(lái)的日子中光學(xué)薄膜一定可以有更好更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]Yoldas B E. Alumina gels that form porous transparent Al2O3.Mater Sci, 1975, 10(11):1856-1860.

　　[2]Lombardi T, Klein L C. Processing alumina gels: effects on surface area and pore volume. Adv Ceram Mater,1988,3(2):167 ～170.

　　[3]張勤儉 李  敏，等.用溶膠-凝膠法制備Al2O3涂層工程陶瓷的表面改性研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào), 2001(5):7-8.

　　[4]Jing Chengbin, Zhao Xiujian, Han Jianjun, et al. A new method of fabricating internally sol -gel coated capillary tubes. Surface and Coatings Technology,2003,162(2-3):228-233.

　　[5]陳舉強(qiáng).卷繞式高真空鍍鋁膜蒸發(fā)舟及其使用工藝的探討[J].真空，2002,39（3）:41-43.

　　[6]達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)(第3版)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004.1122-1146.

　　[7]Rogozin A， Shevchenko N， Vinnichenko M， et al． Realtime evolution of the indium tin oxide film properties and structure during annealing in vacuum ［J].Journal of Applied Physics,2004,85(5):212-215．