一種透明可鋼抗劃傷涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是關于一種透明可鋼抗劃傷涂層及其制備方法，所述的涂層沉積于基體上，涂層包括支撐層、耐腐層和潤滑層；支撐層，沉積于基體之上，支撐層材質(zhì)為Si3N4和/或TiO2；耐腐層，沉積于支撐層之上，耐腐層材質(zhì)為ZrO2和/或ZrYOx，潤滑層，沉積于耐腐層之上，潤滑層材質(zhì)為ZnAlOy。本發(fā)明采用磁控濺射法將所述的支撐層、耐腐層和潤滑層依次濺鍍在基體上。依據(jù)本發(fā)明所制備的涂層，具有較高的硬度和耐酸堿腐蝕性，不僅可以保護基體免于摩擦、侵蝕等的破壞，而且所述的支撐層、耐腐層和潤滑層光透過率高，保持了基體原有外觀和光學透明功能，更適于實際應用。
【專利說明】
一種透明可鋼抗劃傷涂層及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種涂層，特別是涉及一種透明可鋼抗劃傷涂層及其制備方法?！颈尘凹夹g】
[0002]觸摸屏、光學鏡頭、汽(列)車風擋玻璃、飛機透明件等各種功能玻璃在使用過程中極易發(fā)生磨損、劃傷等損害，這將導致產(chǎn)品功能下降，使用壽命縮短。如果在這些功能玻璃表面沉積一層耐劃傷涂層，在滿足光學透過性要求的前提下提高玻璃的抗劃傷、耐腐蝕能力，將大大延長材料在使用過程中，特別是風沙和腐蝕等各種惡劣環(huán)境中的使用壽命。
[0003]目前在各種功能玻璃表面使用較多的無機保護膜層主要有氮化硅、氮化鈦、類金剛石等，其中鍍有氮化鈦薄膜的玻璃存在較強的光學反射和吸收，透明性差;氮化硅薄膜雖具有較高的硬度和透明度但不耐堿腐蝕，不宜長期暴露在大氣環(huán)境中；類金剛薄膜雖然具有硬度高、摩擦系數(shù)低的特點，但內(nèi)應力大易脫膜，此外由于其主要成分是碳元素，所以不能進行熱鋼化。而玻璃表面有機保護涂層的硬度較小，耐劃傷效果有限，而且普遍使用的旋涂或貼膜等涂層制備辦法不利于大面積生產(chǎn)和應用。
[0004]所以現(xiàn)在市場上急需一種透明性佳、耐腐蝕性好、抗劃傷性能強、并且可以經(jīng)受玻璃熱鋼化過程的涂層，然而單獨某一種材料很難同時滿足上述要求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于，在現(xiàn)有的玻璃制品表面沉積一層透明、可鋼化、抗劃傷的涂層，所述的涂層包括支撐層、耐腐層和潤滑層，所要解決的技術問題是保護玻璃制品免于磨損、劃傷等損害，所述的涂層同時具備透明性佳、耐腐蝕性好、抗劃傷性能強、可以經(jīng)受玻璃鋼化過程的特點，從而更加適于實用。
[0006]本發(fā)明的目的及其技術問題是采用以下技術方案實現(xiàn)的。
[0007]依據(jù)本發(fā)明提出的一種透明可鋼抗劃傷涂層，包括支撐層、耐腐層和潤滑層；
[0008]支撐層，沉積于基體之上，所述的支撐層材質(zhì)為Si3N4和/或Ti02;
[0009]耐腐層，沉積于所述的支撐層之上，所述的耐腐層材質(zhì)為Zr02和/或ZrY0x;
[0010]潤滑層，沉積于所述的耐腐層之上，所述的潤滑層材質(zhì)為ZnAlOy。
[0011]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。
[0012]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其中所述的基體為玻璃。
[0013]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其中所述的支撐層的厚度為5-100nm; 和/或所述的耐腐層的厚度為5-30nm;和/或所述的潤滑層厚度為l-10nm〇[〇〇14]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其中所述的支撐層通過磁控濺射法沉積于所述的基體;所述的耐腐層通過磁控濺射法沉積于所述的支撐層;所述的潤滑層通過磁控濺射法沉積于所述的耐腐層。
[0015]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其中所述的潤滑層的摩擦系數(shù)為小于 0.2〇
[0016]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其中所述的涂層可沉積在建筑玻璃、飛機擋風玻璃、輪船擋風玻璃、汽車擋風玻璃或顯示屏幕玻璃等的表面作為其保護涂層(即所述的基體為建筑玻璃、飛機擋風玻璃、輪船擋風玻璃、汽車擋風玻璃或顯示屏幕玻璃等)。
[0017]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還采用以下的技術方案來實現(xiàn)。
[0018]依據(jù)本發(fā)明提出的一種透明可鋼抗劃傷涂層的制備方法，包括，
[0019]通過磁控濺射法將支撐層沉積于基體，所述的支撐層材質(zhì)為Si3N4和/或Ti〇2;[〇〇2〇]通過磁控濺射法將耐腐層沉積于所述的支撐層，所述的耐腐層為Zr02和/或ZrY0x; [0021 ]通過磁控濺射法將潤滑層沉積于所述的耐腐層，所述的潤滑層為ZnA10y。
[0022]本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。
[0023]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層的制備方法，其中所述的沉積的方法為磁控濺射法，所述的支撐層的濺射靶材為SiAl合金靶和/或T1x陶瓷靶;所述的耐腐層的濺射革巴材為純金屬Zr祀和/或ZrY合金革E;所述的潤滑層的派射祀材為ZnAl合金革巴。
[0024]優(yōu)選的，前述的一種透明可鋼抗劃傷涂層的制備方法，其中所述的支撐層的工作氣體為Ar和N2，或Ar和02，工作氣壓為0.1-0.3Pa;所述的耐腐層的工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.1-0.3Pa;所述的潤滑層的工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.1-0.3Pa。
[0025]本發(fā)明前述的涂層即為沉積在基體表面的，由支撐層、耐腐層和潤滑層三層結構構成的涂層。第一層為支撐層，所述的支撐層與被保護的基體材料直接接觸，以阻擋基體材料離子擴散侵蝕膜層，支撐層具有高硬度和高致密度的特點，為耐腐層和潤滑層提供一個堅實的基礎，且支撐層與基體材料具有良好的結合力，起承上啟下的作用；第二層為耐腐層，所述的耐腐層具有較高的硬度和彈性模量以及耐酸堿腐蝕性能，可耐常溫下lmol/L的 HC1溶液和lmo 1 /L的NaOH溶液腐蝕24h;第三層為潤滑層，所述的潤滑層具有較低的摩擦系數(shù)以及與耐腐層良好的結合力。本發(fā)明涂層適用于包括觸摸屏、光學鏡頭、汽(列)車風擋玻璃、飛機透明件等各種功能玻璃在內(nèi)的各種無機玻璃。
[0026]借由上述技術方案，本發(fā)明提出的一種透明可鋼抗劃傷涂層及其制備方法至少具有下列優(yōu)點:
[0027]1、本發(fā)明中的涂層的支撐層、耐腐層和潤滑層選用透明的氮化物或氧化物，可見光區(qū)域內(nèi)的消光系數(shù)小于E-10,且支撐層、耐腐層和潤滑層的折射率相近，550nm處折射率均為2.0,最大限度的保證了涂層的透光效果。不影響被保護基體的原有外觀和光學透明功能。
[0028]2、本發(fā)明的耐腐層具有較高的硬度和彈性模量，潤滑層具有較低的摩擦系數(shù)以及與耐腐層良好的結合力，制成的涂層具有較高的抗彈性形變、塑性形變能力和較低的表面粗糙度，可有效保護基體材料不受尖銳物體的劃傷；
[0029]3、本發(fā)明耐腐層的耐酸堿腐蝕性能優(yōu)異，增長了基體的使用耐久性；同時本發(fā)明所用涂層的熱穩(wěn)定性好，在玻璃熱鋼化溫度下物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定。
[0030]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后?！靖綀D說明】
[0031]圖1為本發(fā)明涂層示意圖，其中，1為基體，2為支撐層，3為耐腐層，4為潤滑層。
[0032]圖2為鍍有實施例1涂層的建筑用玻璃在顯微鏡下的摩擦磨損形貌。[〇〇33]圖3為實施例1基體材料一建筑用玻璃在顯微鏡下的摩擦磨損形貌。
[0034]圖4為鍍有實施例1涂層的建筑用玻璃在可見光區(qū)域的透過率。【具體實施方式】
[0035]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的涂層及其制備方法的【具體實施方式】、結構、特征和功效，詳細說明如后。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結構或特點可由任何合適形式組合。
[0036]實施例1
[0037]將建筑用玻璃作為基體材料，經(jīng)由鍍膜設備進片室傳送進入濺射室，其中濺射室的本底真空優(yōu)于2 X l(T4Pa基體在濺射腔室中的傳送速度為0.5m/min。
[0038]首先在玻璃基體上沉積支撐層:采用脈沖直流磁控反應濺射法在玻璃基體上沉積 Si3N4薄膜形成支撐層，使用的靶材是SiAl合金靶(含A1 10%wt)，工作氣體為高純Ar(純度 99.99 % )和高純N2(純度99.99 % )，脈沖直流電源濺射功率為2500W，工作氣壓為0.3Pa，Ar 流量為30 s c cm，N2流量為40 s c cm，鍍膜過程中不進行加熱。[〇〇39]玻璃基體從SiAl靶下經(jīng)過之后表面沉積了一層Si3N4薄膜，完成了支撐層的制備， 基體繼續(xù)向前傳動，在支撐層上進行耐腐層的制備:采用脈沖直流磁控反應濺射法在支撐層上沉積Zr02薄膜形成耐腐層，使用的靶材是純金屬Zr靶，工作氣體為Ar和02(純度 99.99% )，脈沖直流電源濺射功率為2000W，工作氣壓為0.3Pa，Ar流量為20sccm，02流量為 23SCCm，鍍膜過程中不進行加熱。
[0040]完成了支撐層和耐腐層的制備后，玻璃基體繼續(xù)向前傳動，在耐腐層上進行潤滑層的制備:采用脈沖直流磁控反應濺射法在耐腐層上沉積ZnA10x薄膜形成潤滑層，使用的靶材是ZnAl合金靶(含A1 2%wt)，工作氣體為Ar和02,脈沖直流電源濺射功率為400W，工作氣壓為0.3Pa，Ar流量為20sccm，02流量為30sccm，鍍膜過程中不進行加熱。[0041 ]涂層制備完畢，將鍍膜玻璃基體送出濺射腔室(制得的鍍膜玻璃基體如圖1所示)。 [〇〇42]依據(jù)本發(fā)明提供的方法在玻璃樣品上沉積透明可鋼抗劃傷涂層后，可以顯著提高其耐劃傷能，遭受尖銳硬質(zhì)物體的刮擦表面不產(chǎn)生明顯的劃痕，見圖2。圖3為未鍍膜玻璃摩擦磨損顯微圖像，摩擦磨損實驗所用磨球為直徑4mm的氮化硅小球，載荷為20g，摩擦頻率為 100r/min，摩擦時間30min?？梢钥吹浇?jīng)過30min的摩擦磨損試驗未鍍膜的玻璃表面發(fā)生嚴重破損，產(chǎn)生大量碎肩，磨痕寬度較大;而鍍有本發(fā)明涂層的玻璃表面沒有產(chǎn)生任何破損， 只有一道細微的壓痕。圖4為鍍有本發(fā)明涂層玻璃在可見光區(qū)域的透過率，其平均透過率為 81%，保持了玻璃高透過率的特點。[〇〇43] 參照標準GB/T 14915.1-2002測試薄膜的耐酸堿腐蝕性能:選用濃度為lmol/L的鹽酸溶液和濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液作為測試介質(zhì)，測試設定溫度為23±2°C，測試周期為24h。
[0044]耐酸性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:0.5%。
[0045]耐堿性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:0.3%。[〇〇46]以上數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明制備的涂層透光率高，且具有耐酸堿腐蝕的性能。
[0047]實施例2
[0048]本實施例的基體材料為飛機擋風玻璃；[〇〇49]支撐層的材質(zhì)為Ti02，濺射靶材為T1x陶瓷靶，厚度為8nm，工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.lPa;[〇〇5〇]耐腐層的材質(zhì)為ZrYOx，濺射靶材為ZrY合金靶，厚度為5nm，工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.lPa;[〇〇511潤滑層的材質(zhì)為ZnA10y，濺射靶材為ZnAl合金靶，厚度為lnm，工作氣體為Ar和02， 工作氣壓為0.lPa。[〇〇52]本實施例其他的試驗條件與實施例1相同或做適當調(diào)整。
[0053]本實施例制得的鍍有本發(fā)明涂層的飛機擋風玻璃在可見光區(qū)域的平均透過率為 83%，保持了玻璃高透過率的特點。[〇〇54] 參照標準GB/T 14915.1-2002測試薄膜的耐酸堿腐蝕性能:選用濃度為lmol/L的鹽酸溶液和濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液作為測試介質(zhì)，測試設定溫度為23±2°C，測試周期為24h。
[0055]耐酸性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:0.5%。
[0056]耐堿性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:0.5%。[〇〇57]以上數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明制備的涂層透光率高，且具有耐酸堿腐蝕的性能。
[0058]實施例3
[0059]本實施例的基體材料為輪船擋風玻璃；
[0060]支撐層的材質(zhì)為Si3N4和Ti02,濺射靶材為SiAl合金靶和Ti0x陶瓷靶，厚度為 100nm，工作氣體為Ar、N2和〇2，工作氣壓為0 ? 2Pa;[0〇61 ] 耐腐層的材質(zhì)為Zr〇2和ZrYOx，派射革E材為純金屬Zr革E和ZrY合金革E，厚度為15nm， 工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.2Pa;[〇〇62]潤滑層的材質(zhì)為ZnA10y，濺射靶材為ZnAl合金靶，厚度為5nm，工作氣體為Ar和02， 工作氣壓為〇.2Pa。
[0063]本實施例其他的試驗條件與實施例1相同或做適當調(diào)整。
[0064]本實施例制得的鍍有本發(fā)明涂層的輪船擋風玻璃在可見光區(qū)域的平均透過率為 85%，保持了玻璃高透過率的特點。[〇〇65] 參照標準GB/T 14915.1-2002測試薄膜的耐酸堿腐蝕性能:選用濃度為lmol/L的鹽酸溶液和濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液作為測試介質(zhì)，測試設定溫度為23±2°C，測試周期為24h。
[0066]耐酸性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:1%。
[0067]耐堿性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:0.5%。[〇〇68]以上數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明制備的涂層光透過率高，且具有強耐酸堿腐蝕的性能。
[0069]實施例4
[0070]本實施例的基體材料為汽車擋風玻璃；
[0071]支撐層的材質(zhì)為Si3N4,濺射靶材為SiAl合金靶，厚度為80nm，工作氣體為Ar和N2， 工作氣壓為〇.3Pa;
[0072]耐腐層的材質(zhì)為Zr〇2,派射革E1材為純金屬Zr革[1，厚度為30nm，工作氣體為Ar和〇2,工作氣壓為〇.3Pa;[〇〇73]潤滑層的材質(zhì)為ZnA10y，濺射靶材為ZnAl合金靶，厚度為10nm，工作氣體為Ar和02， 工作氣壓為〇.3Pa。
[0074]本實施例其他的試驗條件與實施例1相同或做適當調(diào)整。
[0075]本實施例制得的鍍有本發(fā)明涂層的汽車擋風玻璃在可見光區(qū)域的平均透過率為 85%，保持了玻璃高透過率的特點。[〇〇76]參照標準GB/T 14915.1-2002測試薄膜的耐酸堿腐蝕性能:選用濃度為lmol/L的鹽酸溶液和濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液作為測試介質(zhì)，測試設定溫度為23±2°C，測試周期為24h。
[0077]耐酸性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:1.5%。
[0078]耐堿性的測試結果為:浸漬前后的可見光透射比差值的絕對值為:0.5%。[〇〇79]以上數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明制備的涂層，且具有強耐酸堿腐蝕的性能。
[0080]實施例5
[0081]本實施例的基體材料為顯示屏幕玻璃；[〇〇82]支撐層的材質(zhì)為Si3N4,濺射靶材為SiAl合金靶，厚度為10nm，工作氣體為Ar和N2， 工作氣壓為0.lPa;[0〇83 ]耐腐層的材質(zhì)為Zr 〇2，派射革E1材為純金屬Zr革m，厚度為5nm，工作氣體為Ar和〇2，工作氣壓為0.lPa;[〇〇84]潤滑層的材質(zhì)為ZnA10y，濺射靶材為ZnAl合金靶，厚度為lnm，工作氣體為Ar和02， 工作氣壓為0.lPa。
[0085]本實施例其他的試驗條件與實施例1相同或做適當調(diào)整。
[0086]本實施例制得的鍍有本發(fā)明涂層的顯示屏幕玻璃在可見光區(qū)域的平均透過率為 87%，保持了顯示屏幕玻璃高透過率的特點。[〇〇87]參照標準GB/T 14915.1-2002測試薄膜的耐酸堿腐蝕性能:選用濃度為lmol/L的鹽酸溶液和濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液作為測試介質(zhì)，測試設定溫度為23±2°C，測試周期為24h。
[0088]耐酸性的測試結果為:浸漬前后的可見光投射比差值的絕對值為:0.3%。
[0089]耐堿性的測試結果為:浸漬前后的可見光投射比差值的絕對值為:0.2%。
[0090]以上數(shù)據(jù)說明，本發(fā)明制備的涂層光透過率高，且具有耐酸堿腐蝕的性能。
[0091]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種透明可鋼抗劃傷涂層，其特征在于，包括:所述的涂層包括支撐層、耐腐層和潤滑層；支撐層，沉積于基體之上，所述的支撐層材質(zhì)為Si3N4和/或Ti02;耐腐層，沉積于所述的支撐層之上，所述的耐腐層材質(zhì)為Zr02和/或ZrYOx;潤滑層，沉積于所述的耐腐層之上，所述的潤滑層材質(zhì)為ZnA10y。2.根據(jù)權利要求1所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其特征在于:所述的基體為玻璃。3.根據(jù)權利要求1所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其特征在于:所述的支撐層的厚度為5-100nm;和/或所述的耐腐層的厚度為5-30nm;和/或 所述的潤滑層的厚度為1-lOrim。4.根據(jù)權利要求1所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其特征在于:所述的支撐層通過磁控濺射法沉積于所述的基體；所述的耐腐層通過磁控濺射法沉積于所述的支撐層；所述的潤滑層通過磁控濺射法沉積于所述的耐腐層。5.根據(jù)權利要求1所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其特征在于:所述的潤滑層的摩擦系數(shù)為小于〇.2。6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層，其特征在于:所述的涂層可沉積在建筑玻璃、飛機擋風玻璃、輪船擋風玻璃、汽車擋風玻璃或顯示屏 幕玻璃的表面作為其保護涂層。7.—種透明可鋼抗劃傷涂層的制備方法，其特征在于:包括，通過磁控濺射法將支撐層沉積于基體，所述的支撐層材質(zhì)為Si3N4和/或Ti02;通過磁控濺射法將耐腐層沉積于所述的支撐層，所述的耐腐層為Zr02和/或ZrYOx;通過磁控濺射法將潤滑層沉積于所述的耐腐層，所述的潤滑層為ZnA10y。8.根據(jù)權利要求7所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層的制備方法，其特征在于:所述沉積的方法為磁控濺射法，所述的支撐層的濺射靶材為SiAl合金靶和/或T1x陶瓷靶；所述的耐腐層的濺射靶材為純金屬Zr靶和/或ZrY合金靶；所述的潤滑層的濺射靶材為ZnAl合金靶。9.根據(jù)權利要求7所述的一種透明可鋼抗劃傷涂層的制備方法，其特征在于:所述的支撐層的工作氣體為Ar和N2，或Ar和02，工作氣壓為0.1-0.3Pa;所述的耐腐層的工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.1-0.3Pa;所述的潤滑層的工作氣體為Ar和02，工作氣壓為0.1-0.3Pa。
【文檔編號】C03C17/34GK106082694SQ201610378075
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】黃星燁, 劉靜, 汪洪
【申請人】中國建筑材料科學研究總院