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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?；」鉁囟燃s7000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?/p>

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