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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(jì)效益，在經(jīng)歷石油危機(jī)之后，在各國(guó)政策的推廣下，其市場(chǎng)銷售量經(jīng)歷迅速增長(zhǎng)的階段。目前各發(fā)達(dá)國(guó)家的LOW-E玻璃都得到了大規(guī)模的普及，而當(dāng)前中國(guó)LOW-E玻璃使用率僅為8%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)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(jiǎn)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(duì)波長(zhǎng)范圍4.5-25μm的遠(yuǎn)紅外線有較高的反射比（大約將80%以上的遠(yuǎn)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(yáng)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(dá)到隔熱保溫節(jié)能降耗的目的。

Low-E靶材相對(duì)于Low-E鍍膜生產(chǎn)來說，其作用類似于當(dāng)年的CRT模具和玻殼生產(chǎn)的關(guān)系，可見其重要性。通過對(duì)LOW-E鍍膜原材料市場(chǎng)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(xiàng)目即將進(jìn)入試生產(chǎn)階段，生產(chǎn)過程中會(huì)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(zhǎng)度3897mm），從多個(gè)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(duì)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(jìn)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(duì)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(jī)械零件維修等實(shí)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(jī)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(dá)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(dòng)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(jìn)行的，離子弧是壓縮電弧，其弧柱細(xì)，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(diǎn)?；」鉁囟燃s7000度。離子流的速度達(dá)亞音速。等離子噴涂可以噴涂熔點(diǎn)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(dá)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(duì)于火焰噴涂，因其火焰溫度相對(duì)較低，約為3000度左右。對(duì)于熔點(diǎn)較高的材料無法噴涂或效果不好，但對(duì)熔點(diǎn)較低的材料進(jìn)行噴涂，其噴涂效果好，致密度高，涂層牢固?；鹧鎳娡恐饕?jiǎng)恿ο臑槿細(xì)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(jiǎn)介：

制硅鋁粉：為保證工藝穩(wěn)定，需采購(gòu)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(gòu)的靶材襯管不能直接使用，為使噴涂層結(jié)合牢固，需要對(duì)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(gè)生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，靶材規(guī)格不同，噴涂時(shí)間有長(zhǎng)短，單臺(tái)噴涂設(shè)備的生產(chǎn)能力非常有限，連續(xù)30多小時(shí)才能生產(chǎn)一根長(zhǎng)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(jī)加工工序：噴工序完成后，需對(duì)表面作加工處理，以達(dá)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(dòng)電弧噴涂設(shè)備1臺(tái)、全自動(dòng)噴砂機(jī)1臺(tái)、噴砂房抽風(fēng)吸塵系統(tǒng)1套和噴涂房抽風(fēng)吸塵系統(tǒng)1套。

（2）制粉設(shè)備

制粉設(shè)備包括：干燥機(jī)1臺(tái)、高速粉碎機(jī)1臺(tái)、篩分機(jī)1臺(tái)、混粉機(jī)1臺(tái)和磁選機(jī)1臺(tái)。

(3) 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備

非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備包括自動(dòng)拋光機(jī)1臺(tái)、自動(dòng)噴砂軌道車1臺(tái)和自動(dòng)噴涂軌道車1臺(tái)。

五、結(jié)束語(yǔ)

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(jìn)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(diǎn)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