磁控溅射镀膜技术在玻璃产业转型中的作用探讨

时间：2020-12-30 16:00:43　来源：雅意学习网本文已影响人

　　[摘要] 目前在全国平板玻璃产业存在严重的产能过剩问题，玻璃加工行业由于受到房地产调控的影响也面临暂时性困难。充分发挥磁控溅射镀膜技术的现有功能，寻找新的增长点，助力传统玻璃行业转型升级。
　　[关键词] 玻璃，镀膜玻璃，磁控溅射镀膜玻璃生产线
　　[中图分类号] TQ171 [文献标识码] A
　　平板玻璃作为一种窗用材料，具有高透光率，高硬度和耐久性，质量稳定，加工方便，至今没有其他材料可代替。我国是玻璃生产大国，平板玻璃产销量连续20多年稳居世界第一，河南省玻璃行业在全国也曾有过辉煌的历史。世界三大浮法工艺技术之一的“洛阳浮法工艺技术”就诞生于洛阳玻璃厂，该技术曾在上世纪70年代获得国家发明奖。2000年之前，传统平板玻璃企业的经济效益还是不错的，但随着我国经济的发展和民营经济的壮大，加之玻璃行业入门的门槛不高，浮法玻璃生产线蜂拥而上，造成严重的重复建设和产能过剩问题，玻璃企业经济效益每况愈下，数年来处于全行业微利和亏损状态。
　　根据玻璃协会统计数据，截止2012年底，全国共有浮法玻璃生产线274条，其中在产213条，在产生产线的产能为8.8亿重量箱（每重量箱为50Kg，下同）。包括浮法、压延、平拉等平板玻璃总产能12亿重量箱，2012年全年平板玻璃产量7.6亿重量箱，销量7.22亿重量箱[1]。与之形成对比的是，2000年之后，用浮法玻璃原片来进行钢化、镀膜、中空玻璃的玻璃深加工行业异军突起，产能急剧扩大，尤以通过在平板玻璃上镀膜，赋予了平板玻璃崭新的含义，改变了浮法玻璃的光学性能，成为玻璃深加工和玻璃行业产业升级主要技术力量。
　　早在上世纪90年代初，河南省洛阳玻璃厂和商丘振华玻璃厂就先后引进美国AIRCO公司具有世界先进水平的大型磁控溅射镀膜玻璃生产线，从事平板玻璃上镀膜产业，当时国内能生产镀膜玻璃的仅有几家，河南省在全国处于领先地位。但到2012年末，国内已投产的大型磁控溅射镀膜线90台/套，平均每台/套生产线的设计产能约300万平方米，加上房地产调控的影响，玻璃镀膜深加工行业产能也出现了暂时的过剩。现在国家产业政策明确要求严格控制新增平板玻璃产能，遵循调整结构、淘汰落后、市场导向、合理布局的原则，发展高档用途及深加工玻璃，积极研发各种膜材料，推出新型节能玻璃产品。
　　专家认为，平板玻璃上镀膜是玻璃企业升级深加工、延伸产业链、提高附加值的重要方向。目前河南省规模化的镀膜玻璃生产企业有洛玻新晶润公司、商丘振华金玻公司、北玻镀膜产品公司等，作者依据多年来从事镀膜玻璃行业的经验，对主流镀膜玻璃生产设备（真空磁控溅射镀膜生产线）目前所发挥的作用及将来玻璃产业转型中所起的作用进行探讨。
　　1 镀膜玻璃的概念和目前该产业状况
　　所谓镀膜玻璃，就是在普通平板玻璃的空气面镀上一层或多层金属、金属化合物、其他化合物薄膜。单层薄膜的厚度从10纳米到40纳米不等，属于真正的纳米材料。目前用于建筑工程的主要有两类镀膜玻璃，一类是通过镀膜使普通的平板玻璃具有对太阳光遮蔽功能，称为热反射镀膜玻璃；另一类通过镀膜使普通的平板玻璃对红外线有极高反射率、具有保温作用，称为低辐射镀膜玻璃，业界也称之为节能玻璃。
　　目前在欧美乃至亚洲的部分国家，节能玻璃几乎已经普及到每个家庭。比如德国、日本等国家的普及率，已经达到90%以上。而在国内既有的400多亿平方米的建筑中，九成以上没有使用节能玻璃。此外，数十亿平方米的公共建筑和数千万平方米的玻璃幕墙，目前仍以非节能单片玻璃和普通双层中空玻璃为主。
　　目前我国生产镀膜玻璃的主流工艺为真空磁控溅射镀膜工艺，产品主要应用在建筑用节能玻璃领域。该工艺所镀膜层均匀，工艺稳定，所镀膜层与玻璃本体结合力牢固，生产过程中改换品种灵活，产量高，适于生产大面积平板玻璃（常用板面2 540×3 660）。真空磁控溅射镀膜工艺的主要特点是在高的本底真空度（10torr-6torr）下，往工艺室充入工艺气体（通常为Ar、N2、O2），采用不同的靶材料，给装有靶材的阴极加负电压，形成等离子体进行反应溅射或不反应溅射，同时玻璃在靶材下方运动过程中沉积上薄膜。生产线配置的高低取决于工艺室靶材料的种类多少和溅射阴极的多少。世界上从上世纪70年代就有该工艺应用于镀膜玻璃的生产。当时，德国leybold公司和美国Airco公司是主要的真空磁控溅射生产线制造厂家和镀膜产品研发厂家。国内从80年代末和90年代初。洛玻、南玻、耀皮等国内重点玻璃企业先后从这两家引进生产线，最初生产的产品品种都是热反射镀膜玻璃，该镀膜玻璃所反射的各种色彩一下子折服了国内的建筑设计师，客户趋之若鹜。2000年之后，低辐射镀膜玻璃（Low-E玻璃）开始进入国内市场。该产品主要特点是太阳光的可见光部分具有高的透过率，对红外线部分具有高的反射率，具有选择吸收功能，该产品尤其适用于严寒和寒冷地区，一经面世即呈爆发性增长趋势。
　　2 真空磁控溅射镀膜玻璃生产线
　　镀膜玻璃产业的发展，既可为下游节能中空玻璃行业提供充足的原材料，也促使上游真空磁控溅射镀膜设备制造产业、靶材制造产业、真空泵制造产业的发展。以前世界上通用的大型连续玻璃镀膜成套设备被德国莱宝（Leybold）、冯·阿登纳（VonArdenen）、日本爱发科（ULVAC）和美国应用材料（AppliedMaterials）等国际巨头垄断。从20世纪80年代起，国内有沈阳真空技术研究所等一批科研机构开始真空镀膜技术的科技攻关，但应用领域基本局限于军工和小件装饰镀膜。到2005年以后，通过在线实际工作经验的积累、引进吸收、升级改造和自主创新，国内企业逐步掌握了大型连续镀膜技术，开始进行真空磁控溅射镀膜生产线的研发和试生产。2008年即有大型连续真空磁控溅射镀膜玻璃生产线进入商业化运营。广泛应用在镀膜玻璃和制镜等建筑材料玻璃镀膜。伴随着下游镀膜玻璃应用的发展，我国玻璃镀膜设备行业得到快速发展，涌现了成都南光、深圳豪威、湘潭宏大、洛阳北玻、张家港新艾柯、上海自创镀膜设备有限公司等一批专业从事真空磁控溅射镀膜生产线装备的制造企业，打破了过去我国工业玻璃镀膜生产线设备市场一度被国外企业垄断的局面。

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