膜層厚度對Low-E玻璃光學性能的影響

井 治,錢寶鐸,任立鋒

(1.中國建材國際工程集團有限公司,蚌埠 233018;2.安徽方興科技股份有限公司,蚌埠 233018)

膜層厚度對Low-E玻璃光學性能的影響

井 治1,錢寶鐸2,任立鋒1

(1.中國建材國際工程集團有限公司,蚌埠 233018;2.安徽方興科技股份有限公司,蚌埠 233018)

該文利用TFCalc膜系設計軟件建立單銀Low-E鍍膜玻璃膜層模型,分析各個膜層厚度的改變對膜層膜面反射顏色、玻面反射顏色、透過顏色及透過率的影響,總結了膜層厚度對膜層顏色及透過率影響的規律。

TFCalc; Low-E玻璃膜層; 膜層顏色

Low-E玻璃也稱低輻射玻璃,它是一種鍍膜玻璃,可以采用真空磁控濺射的方法,在浮法玻璃基片表面鍍制含有一層或兩層甚至三層金屬基的膜系制得。Low-E玻璃可以降低能量吸收或控制室內外能量交換,以此達到環保節能的目的。Low-E玻璃具有傳熱系數低和反射紅外線的特點,主要是其功能層起作用。Ag、Cu、Au和Al等金屬都具有很高的紅外反射特性[1],常用來制備功能層。Ag對可見光和紅外光的反射率最高,并且很容易蒸發,且中性好,偏振效應最小[2]。所以,普遍選擇Ag作為功能層來制備Low-E玻璃。

1 建立理論模型

該文采用TFCalc膜系設計軟件,對膜層進行設計,并對其進行優化和模擬。建立Low-E單銀膜層理論模型,基底采用6 mm普通浮法玻璃,設計膜層結構為GLASS/SiNx/NiCr/Ag/NiCr/SiNx,見圖1。

在TFCalc軟件上建立理論模型,模擬優化后得到理論膜厚值,見表1。

表1 Low-E膜系膜厚值

利用TFcalc膜系設計軟件優化后,可以獲得此Low-E膜系膜層的一些光學常數,見表2。

根據表1可以看出,Low-E膜層透過率為57.16%。根據GB/T 7921—1997[3]規定的CIE1976(L*、a*、b*)均勻色空間可以看出,膜面反射(GR)a*值為負值,接近零點;b*值為負值,數值較大,膜面顏色在藍色區域。玻面反射(FR)a*值為負值,b*值為負值,玻面反射顏色在藍灰區域。透過顏色(T)a*值為負值,接近零點;b*值為正值,接近零點,顏色接近中性。

表2 Low-E膜層光學常數

2 模擬實驗

此Low-E膜層結構為GLASS/SiNx/NiCr/Ag/NiCr/SiNx。將靠近玻璃面的膜層標記為第1層,其它各層依次為第2層、第3層、第4層、第5層,即第1層為電介質膜SiNx,第2層為界面層NiCr,第3層為功能層Ag,第4層為界面層NiCr,第5層為電介質保護膜SiNx,如圖1所示。

由表1可以看出,金屬層膜層厚度都比較薄,其厚度不能大幅度改變。設定每層膜厚增加原來膜層厚度的20%。分別增加第1層至第5層膜層的厚度,其余四層膜厚保持不變。根據GB/T 7921—1997[3]和GB/T 2680—94[4]規定的顏色和透射比,采用TFcalc軟件模擬出膜層膜面反射、玻面反射、透過顏色和透過率變化趨勢,選取六個點,記錄其變化數值,見表3。

表3 膜面反射L*、a*、b*及透過率值

3 對比分析及討論

3.1 膜面反射顏色分析

從表3中選取第1層至第5層的膜面反射的L*、a*、b*值,得圖2。根據圖2(a)可以看出,增加第5層的厚度,對膜面反射L*值影響最大,L*有增大趨勢,其次是第1層的影響較為明顯,但增加其厚度,L*有降低趨勢。改變第2、3、4層膜層的厚度對L*的改變不明顯。由圖2(b)可以看出,增加第1、2、3、4層膜層厚度,a*值都有增加趨勢,向紅色方向變化,第1、3層變化較第2、4層明顯,且趨勢一致。增加第5層膜層厚度,a*值有減小趨勢,向綠色方向變化,影響較為明顯。由圖2(c)中可以看出,增加第3層厚度,b*值有減小趨勢,向藍色方向變化明顯。增加第5層厚度,b*值都有增加趨勢,向黃色方向變化明顯,與第3層變化相反。改變其余三層的厚度,對b*值影響不大。第2、4層趨勢一致。

3.2 玻面反射顏色分析

從表4中選取第1層至第5層的玻面反射的L*、a*、b*值,得圖3。根據圖3(a)可以看出,增加第5層的厚度,對玻面反射L*值影響最大,L*有增大趨勢,其次是第1層的影響較為明顯,但增加其厚度,L*有降低趨勢。改變第2、3、4層膜層的厚度對L*的改變不明顯。這與膜面反射顏色變化規律一致。由圖3(b)可以看出,分別增加這五層膜層的厚度,a*值在一個很小范圍內(ΔE≤1)變化,這說明改變膜厚對玻面反射a*值改變不是很明顯。由圖3(c)中可以看出,增加第5層厚度,b*值變化范圍較大,有增大趨勢,向黃色方向變化,對玻面反射顏色改變較明顯。改變其他四層膜層,b*值變化很小,對顏色改變很小。第2、4層趨勢基本一致。

表4 玻面反射L*、a*、b*及透過率值

3.3 透過顏色分析

從表5中選取第1層至第5層的透過顏色的L*、a*、b*值,得圖4。根據圖4(a)可以看出,增加第5層的厚度,對膜面反射L*值影響最大,L*值有減小趨勢。其次是第1層的影響較為明顯,但增加其厚度,L*值有增大趨勢,這與膜面和玻面反射顏色變化規律相反。改變第2、3、4層膜層的厚度對L*的改變較小。由圖4(b)可以看出,分別增加這五層膜層的厚度,a*值在一個很小范圍內(ΔE≤0.4)變化,這說明改變膜厚對透過顏色a*值改變很小。由圖4(c)可以看出,分別增加這五層膜層的厚度,b*值在一個很小范圍內(ΔE≤1.7)變化,這說明改變膜厚對透過顏色b*值改變很小?？傮w來說,改變膜厚對透過顏色的影響很小,可以忽略不計。

表5 透射L*、a*、b*及透過率值

3.4 透過率分析

改變各層膜的厚度,從表3～表5中選取透過率得圖5?？梢钥闯鲈黾拥?層膜層厚度,T值有增大趨勢,說明在一定范圍內,增加第1層厚度對Low-E膜層具有一定的增透作用。其余四層厚度增加,T值都減小,透過率降低。

4 結 論

該文通過TFCalc薄膜設計軟件對Low-E單銀膜層進行模擬分析,比較了各個膜層厚度的改變對膜層膜面反射顏色、玻面反射顏色、透過顏色及透過率變化的影響,對實際生產工藝調試具有指導意義。在實際生產工藝調試中,可以根據膜層顏色變化的規律,相應的改變膜層厚度,從而達到預期的顏色值,減少不必要的調試時間,進一步節約成本。

[1] Valkonen E,Karsson B,Ribbing C G.The Optical Properties of Low-E Glass[J].Solar Energy,1984,32(2):211-215.

[2] 孫喜蓮,范修正,邵建達.Al2O3和Cr過渡層對Ag膜光學性質及其附著力的影響[J].金屬學報,2007,20(3):307-310.

[3] GB/T 7921—1997,中華人民共和國國家標準均勻色空間和色差公式[S].

[4] GB/T 2680—94,中華人民共和國國家標準建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接投射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關窗玻璃參數的測定[S].

Impact on the Optical Properties of Low-E Glass with Different Film Thickness

JING Zhi1,QIAN Bao-duo2,REN Li-feng1
(1.China Triumph International EngineeringGroup Co,Ltd,Bengbu 233018,China;2.Anhui Fangxing Science& Technology Co,Ltd,Bengbu 233018,China)

The model of mono-silver coated Low-E glass were established in theory by using the software of TFCalc.The variation of reflected color of film face,reflected color of glass face,transmitted color and transmittance with the film thickness change were analyzed.The rules about the impact of film thickness on film color and transmittance were summarized.

TFCalc; the film of Low-E glass;the color of film

2014-08-18.

井 治(1988-),助理工程師.E-mail:david_jz@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.013