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等離子噴涂設(shè)備生產(chǎn)線

 Low-E玻璃鍍膜用硅鋁靶材的制備方法分析

前言：由于低輻射玻璃優(yōu)良的節(jié)能功能和巨大的隱形經(jīng)濟效益，在經(jīng)歷石油危機之后，在各國政策的推廣下，其市場銷售量經(jīng)歷迅速增長的階段。目前各發(fā)達國家的LOW-E玻璃都得到了大規(guī)模的普及，而當前中國LOW-E玻璃使用率僅為8%，遠低于發(fā)達國家應(yīng)用水平。LOW-E玻璃的鍍膜技術(shù)是其關(guān)鍵，而鍍膜用的靶材又是關(guān)乎其成敗的關(guān)鍵耗材，本文從技術(shù)的角度分析了LOW-E玻璃鍍膜用硅鋁靶材的制備方法。

低輻射鍍膜玻璃簡稱低輻射玻璃或LOW-E（Low Emissivity Glass）玻璃，是在玻璃表面鍍膜包括銀層在內(nèi)的多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品，因其所鍍的膜層具有極低的表面輻射率而得名；普通玻璃的表面輻射率在0.84左右，低輻射玻璃的表面輻射率在0.25以下；它對波長范圍4.5-25μm的遠紅外線有較高的反射比（大約將80%以上的遠紅外線熱輻射反射回去），具有良好的阻隔熱輻射透過的作用；在夏季可以阻隔物體受太陽照射后發(fā)出的二次輻射熱，同樣冬季可以減少室內(nèi)的熱量向外流失，從而達到隔熱保溫節(jié)能降耗的目的。
Low-E靶材相對于Low-E鍍膜生產(chǎn)來說，其作用類似于當年的CRT模具和玻殼生產(chǎn)的關(guān)系，可見其重要性。通過對LOW-E鍍膜原材料市場的調(diào)研分析，LOW-E靶材作為消耗品，用量較大，成本較高。目前，我公司LOW-E鍍膜項目即將進入試生產(chǎn)階段，生產(chǎn)過程中會用到多種材料的靶材（我公司LOW-E鍍膜生產(chǎn)線所需靶材有6種：SiAl、NiCr、TiOx、ZnAl、ZnSn、Ag），作為耗材，每月就要消耗3-4百萬。下文中我們以硅鋁旋轉(zhuǎn)靶為例（外形尺寸內(nèi)徑133mm，長度3897mm），從多個技術(shù)角度來分析其制備方法。
一、制作靶材的工藝原理
硅鋁靶材（SiAl Target）的生產(chǎn)工藝屬于熱噴涂工藝。熱噴涂包括：電弧噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂。硅鋁靶材生產(chǎn)需要前兩種噴涂方式，電弧噴涂用來對靶材基管噴涂打底，使得材料噴涂層與基管結(jié)合牢固。靶材涂層使用等離子熱噴涂。
1.電弧噴涂是利用燃燒于兩根連續(xù)送進的金屬絲之間的電弧來熔化金屬，用高速氣流把熔化的金屬霧化，并對霧化的金屬粒子加速使它們噴向工件形成涂層的技術(shù)。電弧噴涂是鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕、耐磨損和機械零件維修等實際應(yīng)用工程中最普遍使用的一種熱噴涂方法。電弧噴涂系統(tǒng)一般是由噴涂專用電源、控制裝置、電弧噴槍、送絲機及壓縮空氣供給系統(tǒng)等組成。電弧噴涂只能使用金屬絲作為噴涂材料。
圖一 電弧噴涂示意圖

2.等離子噴涂作為一種熱噴涂工藝，可分為三大類：①高溫高壓等離子體，電離度100%，溫度可達幾億度，用于核聚變的研究；②低溫低壓等離子體，電離度不足1%，溫度僅為50～250度；③高溫低壓等離子體，約有1%以上的氣體被電離，離子體中心具有幾萬度的溫度。離子、自由電子、未電離的原子的動能接近于熱平衡。靶材熱噴涂所利用的正是這類等離子體。等離子噴涂是利用等離子弧進行的，離子弧是壓縮電弧，其弧柱細，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性好等特點。弧光溫度約7000度。離子流的速度達亞音速。等離子噴涂可以噴涂熔點較高的材料，特別是氧化物陶瓷，噴涂效率非常高。但由于其速度僅達亞音速，其噴涂層的致密度不如HVOF的高。
圖二 等離子噴涂的工作原理圖

3. 超音速火焰噴涂（HVOF）是將氣態(tài)或液態(tài)燃料與高壓氧氣混合后在特定的燃燒室或噴嘴中燃燒，產(chǎn)生的高溫、高速的燃燒焰流被用來噴涂?；鹧嫠俣?倍音速以上。對于火焰噴涂，因其火焰溫度相對較低，約為3000度左右。對于熔點較高的材料無法噴涂或效果不好，但對熔點較低的材料進行噴涂，其噴涂效果好，致密度高，涂層牢固?；鹧鎳娡恐饕獎恿ο臑槿細狻?br /> 二、工藝流程
制硅鋁粉——>襯管噴砂——>電弧噴涂打底——>等離子噴涂——> 拋光加工——>包裝
主要工序簡介：
制硅鋁粉：為保證工藝穩(wěn)定，需采購硅錠、鋁錠通過磨粉、篩粉、混粉等步驟制備噴涂用硅鋁粉體。
噴砂工序：采購的靶材襯管不能直接使用，為使噴涂層結(jié)合牢固，需要對襯管作拋光噴砂處理。
打底：噴涂某種合金材料作為噴涂層與襯管的過渡層，作用是使得涂層與襯管銜接更穩(wěn)固。打底絲材采用鎳鋁合金。
噴涂工序：該工序是整個生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，靶材規(guī)格不同，噴涂時間有長短，單臺噴涂設(shè)備的生產(chǎn)能力非常有限，連續(xù)30多小時才能生產(chǎn)一根長度為3897mm的靶材。由于噴槍噴頭是一種易耗件，噴涂期間可能需要多次更換噴槍噴頭。
機加工工序：噴工序完成后，需對表面作加工處理，以達到用戶要求的規(guī)格尺寸。
三、硅鋁靶材規(guī)格表

四、工藝設(shè)備
（1） 噴涂設(shè)備
靶材噴涂設(shè)備包括80KW等離子噴涂設(shè)備1套、30KW全自動電弧噴涂設(shè)備1臺、全自動噴砂機1臺、噴砂房抽風吸塵系統(tǒng)1套和噴涂房抽風吸塵系統(tǒng)1套。
（2）制粉設(shè)備
制粉設(shè)備包括：干燥機1臺、高速粉碎機1臺、篩分機1臺、混粉機1臺和磁選機1臺。
(3) 非標準機械設(shè)備
非標準機械設(shè)備包括自動拋光機1臺、自動噴砂軌道車1臺和自動噴涂軌道車1臺。
五、結(jié)束語
LOW-E鍍膜玻璃的膜系是由多種材料組成，由于篇幅所限，本文僅以其中較為典型的硅鋁靶材的制備為例進行了闡述。硅鋁靶材的制備采用的是熱噴涂的方法，是利用火焰、電弧或等離子射流等某種熱源將涂層材料（絲、棒、粉）加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，借助焰流或高速氣體將其霧化，形成小的熔滴，并加速噴射到襯管或襯板表面，快速冷卻凝固成涂層的過程。熱噴涂旋轉(zhuǎn)靶材是把涂層材料直接噴涂于襯管上，不需要另外的粘結(jié)工序。然而，銀（Ag）等一些熔點較高的“軟”金屬必需分別粘結(jié)。其它靶材的制備方法見下表。
表：一些主要靶材及其制備方法

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