一种具有红外反射性能的汽车风挡玻璃及其制备方法 【技术领域】
一种具有红外反射性能的汽车风挡玻璃及其制备方法涉及汽车风挡玻璃设计及制造技术领域，特别涉及具有节能隔热、防结雾功能的高档汽车风挡玻璃的设计及制造技术领域。
技术背景
能源与环保都是现代社会人们最为关注的问题。尤其在车船中，冬冷夏热是普遍存在的一个问题。由于普通风挡玻璃对红外没有明显的反射作用，所以汽车、船舶的玻璃成为能量损失的重要窗口。开发具有红外反射性能的汽车风挡玻璃有很实际的意义，它可以对红外线进行反射，从而减少汽车能量的损耗。此外，这种具有红外反射性能的汽车风挡玻璃具有一定的防结雾能力，更加节能环保。
现在市场上的风挡玻璃，只能满足强度以及安全性上的要求。目前的技术当中，还没有成熟的具有红外反射性能的汽车风挡玻璃，但是已经有很多公司，包括世界著名大的汽车品牌公司，例如宝马，也开始在这方面进行研究。普通地汽车风挡玻璃，如图1中，两层玻璃(1)和(4)，中间有PVB膜(3)，此种玻璃具有较强的抗冲击能力，但是反射红外线的能力很弱。为了减少能量的损失，有些汽车在侧面车窗上贴上有机膜或者上色，使得整块玻璃呈现出颜色，可以减少热量通过车窗的流动。但是这些方法制得的玻璃的可见光透过率很低，低于国家要求的汽车风挡玻璃的可见光透过率大于70％的要求，所以不适合做汽车风挡玻璃。
【发明内容】
本发明的目的，利用半导体氧化物薄膜的高的红外光反射率和良好的可见光透过率，提出了一种含有半导体氧化物薄膜的风挡玻璃，这种玻璃对可见光有较高的透过率，对各波长的红外辐射具有较高的反射率，同时又有一定的防结雾能力。
本发明所提出的汽车风挡玻璃含有外层玻璃、内层玻璃，以及所述内、外层玻璃之间的PVB薄膜，其特征在于，在所述外层玻璃和所述PVB薄膜之间或在所述内层玻璃和所述PVB薄膜之间还含有一层半导体氧化物薄膜，所述半导体氧化物薄膜是掺有氧化锡的氧化铟薄膜、或者掺有氧化铝、氧化硅、氧化硼、氧化镝、氧化镓中的至少一种以上的氧化锌薄膜，上述掺杂的含量质量百分比总额为0.1％～10％。
具有红外反射性能的汽车风挡玻璃的制备方法，其特征在于，它采用磁控溅射方法，以上述半导体氧化物为原材料，在所述外层玻璃的内表面沉积半导体氧化物薄膜，其中，溅射的工作气压为0.1Pa～5.0Pa，本底真空压力小于6.0×10-3Pa，电压为200V～600V，玻璃基片的温度为室温～400℃，所采用的中频交流抑制电源的频率范围是15KHz～60KHz；在所述外层玻璃的内表面沉积了半导体氧化物薄膜后，将其与所述PVB薄膜和内层玻璃进行热封装，构成汽车风挡玻璃。
具有红外反射性能的汽车风挡玻璃的另一种制备方法，其特征在于，它采用磁控溅射方法，以上述半导体氧化物为原材料，在所述内层玻璃的内表面沉积半导体氧化物薄膜，其中，溅射的工作气压为0.1Pa～5.0Pa，本底真空压力小于6.0×10-3Pa，电压为200～600V，玻璃基片的温度为室温～400℃，所采用的中频交流抑制电源的频率范围是15KHz～60KHz；在所述内层玻璃的内表面沉积了半导体氧化物薄膜后，将其与所述PVB薄膜和外层玻璃进行热封装，构成汽车风挡玻璃。
具有红外反射性能的汽车风挡玻璃的又一种制备方法，其特征在于，它采用磁控溅射方法，以上述半导体氧化物为原材料，在所述PVB薄膜的一面沉积半导体氧化物薄膜，其中，溅射的工作气压为0.1Pa～5.0Pa，本底真空压力小于6.0×10-3Pa，电压为200～600V，所采用的中频交流抑制电源的频率范围是15KHz～60KHz；在所述PVB薄膜上沉积了半导体氧化物薄膜后，将其与所述外层玻璃和内层玻璃进行热封装，构成汽车风挡玻璃。
有益效果：本发明所提出的风挡玻璃在车船的使用中，有以下的优点：
1、对可见光的高的透过率，可以满足国家对汽车风挡玻璃可见光透过率要高于70％的要求；
2、对红外辐射具有高的反射率(大于70％)，使玻璃具有隔热的性能。可以起到节能的作用；
3、有一定的防结雾能力，可以在一定程度上保证风挡玻璃的清晰度，节能环保，方便使用。
【附图说明】
图1是普通汽车风挡玻璃结构图，其中(1)外层玻璃，(3)PVB薄膜，(4)内层玻璃；
图2是本发明提出的汽车风挡玻璃的一种结构图，其中(1)外层玻璃，(2)半导体氧化物薄膜，(3)PVB薄膜，(4)内层玻璃；
图3是本发明提出的汽车风挡玻璃的另一种结构图，其中(1)外层玻璃，(2)半导体氧化物薄膜，(3)PVB薄膜，(4)内层玻璃；
图4是含有不同半导体氧化物薄膜的汽车风挡玻璃的红外反射率，其中1代表氧化锌镓薄膜，2代表氧化锌镝薄膜，3代表氧化锌硼薄膜，4代表氧化锌铝薄膜，5代表氧化锌硅薄膜，6代表氧化铟锡薄膜。
图5是防结雾对比实验结果，图5(a)是如实施例7所述的汽车风挡玻璃经过30个小时实验，图5(b)是普通汽车风挡玻璃经过30个小时实验。
具体实施方式：
如图2所示，本发明所提出的汽车风挡玻璃在外层玻璃和PVB薄膜之间有一层半导体氧化物薄膜，如图3所示，本发明提出的汽车风挡玻璃也可以是在内层玻璃和PVB薄膜之间有一层半导体氧化物薄膜。本发明的汽车风挡玻璃的制备方法是在外层玻璃的内表面、或内层玻璃的外表面、或在PVB薄膜的一个面上利用磁控溅射的方法，沉积上一层半导体氧化物薄膜，然后封装成为风挡玻璃。
实施例如下：
实施例1
用含10％氧化锡的氧化铟锡陶瓷靶材为原材料，采用磁控溅射方法在3mm厚的作为外层玻璃的热弯玻璃的内表面上沉积氧化铟锡薄膜，其溅射工艺为工作气压1.5Pa，本底真空3.0×10-3Pa，电压为350V。中频交流弧抑制电源的频率60KHz，玻璃温度为350℃。沉积得到350nm厚的氧化铟锡薄膜。然后将其与0.8mm厚的PVB薄膜以及4mm厚的热弯玻璃一起封装成如图2所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源1小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有47.5℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例2
用含2.0％氧化铝的氧化锌铝陶瓷靶材，采用溅射方法在0.8mm厚的PVB薄膜的一面上沉积氧化锌铝薄膜，其溅射工艺为工作气压2.0Pa，本底真空0.8×10-3Pa，电压为350V。中频交流弧抑制电源的频率25KHz，PVB薄膜为室温。沉积得到350nm厚的氧化锌铝薄膜。然后将其与3mm厚的热弯玻璃(外层)以及4mm厚的热弯玻璃(内层)一起封装成如图2所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有48.3℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例3
用含1.5％氧化硅的氧化锌硅陶瓷靶材，采用溅射方法在3mm厚的热弯玻璃上沉积氧化锌硅薄膜，其溅射工艺为工作气压2.5Pa，本底真空4.0×10-3Pa，电压为370V。中频交流弧抑制电源的频率30KHz，玻璃温度为100℃。沉积得到300nm厚的氧化锌硅薄膜。然后将其与0.8mm厚的PVB薄膜以及4mm厚的热弯玻璃一起封装成如图2所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有50.5℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例4
用含3.0％氧化硼的氧化锌硼陶瓷靶材，采用溅射方法在3mm厚的热弯玻璃上沉积氧化锌硼薄膜，其溅射工艺为工作气压3.8Pa，本底真空6.0×10-3Pa，电压为380V。中频交流弧抑制电源的频率45KHz，玻璃温度为250℃。沉积得到100nm厚的氧化锌硼薄膜。然后将其与0.8mm厚的PVB薄膜以及4mm厚的热弯玻璃一起封装成如图2所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有48.9℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例5
用含10％氧化镓的氧化锌镓陶瓷靶材，采用溅射方法在3mm厚的热弯玻璃上沉积氧化锌镓薄膜，其溅射工艺为工作气压0.1Pa，本底真空6.0×10-3Pa，电压为600V。中频交流弧抑制电源的频率15KHz，玻璃温度为400℃。沉积得到250nm厚的氧化锌镓薄膜。然后将其与0.8mm厚的PVB薄膜以及4mm厚的热弯玻璃一起封装成如图2所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有51.7℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例6
用含2.0％氧化铝的氧化锌铝陶瓷靶材，采用溅射方法在0.8mm厚的PVB薄膜上沉积氧化锌铝薄膜，其溅射工艺为工作气压5.0Pa，本底真空6×10-3Pa，电压为200V。中频交流弧抑制电源的频率25KHz，PVB薄膜温度为室温。沉积得到400nm厚的氧化锌铝薄膜。然后将其与3mm厚的热弯玻璃(外层)以及4mm厚的热弯玻璃(内层)一起封装成如图2所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有59.7℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例7
用含5.7％氧化镓及0.1％氧化镝的氧化锌镓镝陶瓷靶材，采用溅射方法在4mm厚的热弯玻璃上沉积氧化锌镓镝薄膜，其溅射工艺为工作气压0.8Pa，本底真空2.6×10-3Pa，电压为390V。中频交流弧抑制电源的频率45KHz，玻璃温度为200℃。沉积得到250nm厚的氧化锌镓镝薄膜。然后将其与0.8mm厚的PVB薄膜以及3mm厚的热弯玻璃一起封装成如图3所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有45.3℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
实施例8
用含0.1％氧化镝的氧化锌镝陶瓷靶材，采用溅射方法在4mm厚的热弯玻璃上沉积氧化锌镝薄膜，其溅射工艺为工作气压1.2Pa，本底真空2.5×10-3Pa，电压为300V。中频交流弧抑制电源的频率45KHz，玻璃温度为室温。沉积得到150nm厚的氧化锌镝薄膜。然后将其与0.8mm厚的PVB薄膜以及3mm厚的热弯玻璃一起封装成如图3所示结构的汽车风挡玻璃。将该汽车风挡玻璃安装于小汽车上，在车外温度35℃条件下，汽车静止停放于太阳直射的地方，关闭电源2小时后，安装了普通汽车风挡玻璃汽车的车内温度达到67℃，而安装了本发明的汽车风挡玻璃的车内温度仅有53.4℃。采用型号为UV2100的紫外可见光光度计测量本实施例的可见光透过率，测定其在波长为400nm～850nm的可见光区透过率均在70％以上。
在本发明中，掺杂的半导体氧化物薄膜具有较低的电阻率，约为1.0×10-3～1.0×10-4cm.Ω，因而有更高的红外反射率。同时它们又具有更加良好的可见光透过率。采用FT-IR5DX型红外光谱仪和Spectrum GX型傅立叶变换红外光谱仪测试了掺杂的本发明中的汽车风挡玻璃的红外反射率，如图4所示，给出了不同半导体氧化物薄膜的汽车风挡玻璃的红外反射率，其中1代表氧化锌镓薄膜，2代表氧化锌镝薄膜，3代表氧化锌硼薄膜，4代表氧化锌铝薄膜，5代表氧化锌硅薄膜，6代表氧化铟锡薄膜。由图可以看出，以上各种氧化物半导体薄膜的汽车风挡玻璃对于波长大于3500nm的红外光的反射率都高于70％。这说明本发明有良好的红外反射性能。
本发明还经过了防结雾对比实验。车外温度为-10℃，湿度为50％，车内温度为20℃，湿度为36％，经过30个小时后。采用实施例7所述的汽车风挡玻璃进行实验，从车窗内看车窗外的景物(为60号字打印文字)，没有明显结雾现象，如图5(a)；采用普通汽车风挡玻璃进行实验，基本全部结雾，如图5(b)。防结雾对比实验说明，本发明具有一定的防结雾能力。
本发明专利的半导体氧化物薄膜层的制备是利用中频磁控溅射的方法，此外也可以用离子束沉积、蒸发等方法。