镀膜材料

2024-10-20

镀膜材料（共7篇）

镀膜材料篇1

空心玻璃微珠是一种细小、轻质、表面光滑、中空的球形颗粒, 其主要化学成分是硅、钠等的氧化物。空心玻璃微珠一般可分为人造空心玻璃微珠和粉煤灰空心微珠2种,粉煤灰空心微珠一般是从火电厂粉煤灰中提取,空心微珠的生成与煤种、煤质、燃烧温度、燃烧方式等因素有关[1,2];而人造空心玻璃微珠则是利用超细粉末在高温气流中熔融形成的。空心玻璃微珠作为一种新型多功能材料,具有耐磨性强、无毒、自润滑、分散性、流动性、稳定性好、低的导热系数、收缩率,较高的强度,隔音、耐水性、耐酸碱性、电绝缘性、热稳定性好等特性, 已广泛应用于建材、塑料、橡胶、涂料、化学、冶金、航海、航天等领域。

当今社会,电磁波辐射已成为继噪声污染,大气污染,水污染,固体废物污染之后的又一大公害。目前防止电磁波干扰的主要方法是使用电磁波屏蔽材料和电磁波吸收材料。屏蔽是用导电或导磁体的封闭面将内外两侧空间进行的电磁性隔离。从其一侧空间向另一侧空间传输的电磁能量由于实施了屏蔽而被抑制到极微量,电磁波吸收是以降低电磁波的反射能量,即可将入射的电磁波转换成热能从而将电磁波吸收掉[3]。材料对电磁波屏蔽和吸收掉程度用屏蔽效能(SE)来表示,单位为分贝(dB),一般来说,SE越大则衰减的程度就越高。电磁屏蔽材料分为涂覆型和结构型2类[4],电磁屏蔽涂料是由导电填料,树脂黏结剂,溶剂,和添加剂组成。涂覆型吸波材料由于具有工艺简单、使用方便及电磁参数容易调节等特点,使其在吸波材料研究应用领域的作用非常重要,尤其是对现役武器装备的隐身性能改装和电子设备的电磁辐射防护、电磁兼容等,其作用不可替代[5]。高性能吸收剂是涂覆型吸波材料的核心。为满足吸波涂层“薄、轻、宽、强”的效果,吸收剂的研究也在向高效、轻量度化和复合化方向发展。从理论上讲,金属材料是极优的电磁波损耗材料, 但是金属微粉的抗氧化、耐酸碱能力差;介电常数较大且频谱特性差;密度较大[6]。而空心玻璃微珠与金属粉相比, 密度小, 如果对其表面进行金属化处理改性, 则有可能取代金属粉用于电磁波吸收或电磁屏蔽材料的制备,因此,近年来空心玻璃微珠表面镀膜材料引起了广泛关注。而这其中的关键就是如何使金属均匀涂覆在微珠的表面。

1 空心微珠表面镀膜的常见方法

粉体涂层制备的方法有很多,常见的有溶胶凝胶法,表面修饰法,成核生长法,粉末化学镀法,水解沉淀法,机械球磨法,气相沉积法等。应用在空心微珠表面镀膜工艺主要有粉末化学镀法,溶胶凝胶法和气相沉积法等,其中尤以粉末化学镀应用最为广泛。

1.1 粉末化学镀

化学法是指在液体介质中,利用溶液中所发生的物理化学变化制备涂层复合粉料的方法。涂层材料一般是无机盐、醇盐或者有机物,这些有机物通过水解、沉淀等反应产生细小的涂层物质粒子,涂层粒子和核粒子之间通过吸附、粘附、沉积和表面反应等方式,使涂层材料均匀的附着在核粒子表面。这种方法在空心微珠表面镀膜中的应用最为广泛。由于各种粉体的导电性不同,涂层的方法也不尽相同。1)当粉体具有电导性,可以直接进行化学镀(置换法);2)当粉体无导电性(即导电性很差)时,首先在粉体表面上生成金属核心,作为后续化学镀反应的催化形核中心,使化学镀反应得以起动而后随着反应的进行,最终在粉体表面上形成一层均匀的金属或合金涂层。对于空心玻璃微珠而言,因为其表面绝缘,需要采用第二种方法进行镀膜。

粉末化学镀方法,它具有设备简单、操作方便、包覆效果好等优点。粉末化学镀还能起到抑制粉体的分解、提高粉体的耐蚀性、导电性、美化粉体的外观等作用,随着科学的发展,粉体上的化学镀的应用越来越广泛。曾爱香等[7]以AgNO3作为活化剂,以H2PO-3作为还原剂,经敏化,活化两步处理在空心微珠表面包覆Ni-Co-P合金。其操作过程为,将经碱洗的空心微珠在一定浓度的银氨溶液中,磁力搅拌2 h,然后将经过敏化的空心微珠加入到次亚磷酸钠溶液中进行活化0.5 h,在碱性镀液中超声振荡进行施镀。黄绍强等[8]利用胶体钯溶液活化工艺实现了在玻璃微珠表面化学镀银,同时研究了不同还原剂对镀层形貌镀层的结合力影响。研究表明用葡萄糖和酒石酸钾钠混合做还原剂再配以适当添加剂进行化学镀银可使镀层导电性,表面均匀度,结合强度等都有较大改进。凌国平[9]采用钯盐敏化活化一步法在空心玻璃微珠表面化学镀钴,研究了装载量对镀覆粉体的形貌,密度的影响。结果表明,当装载量较少时,玻璃微珠间存在较多的单质Co,随着装载量的增加,单质Co存在的量减少。装载量越大,磁性微珠的密度就越小,包覆层中Co晶粒的尺寸越小,粉末中单质Co的量也越小。当装载量为5 g/L时,表面镀膜均匀,镀层表面基本无突起物,粒子更细小。王宇[10]等采用甲醛-银氨溶液在空心玻璃微珠表面进行化学镀银,制备出来吸波用银包覆空心玻璃微珠粉体,探讨了pH值,稳定剂及装载量对微珠化学镀银的影响。结果表明,提高镀液的pH值能够增加镀液中的银析出量,微珠表面的银包覆较为致密;稳定剂可阻止镀液的自分解,但会导致表面包覆层的不致密;通过调整空心微珠的装载量,能够调节表面包覆银颗粒的粒径大小,控制银镀层的厚度,同时增加装载量能、减少自分解现象。

1.2 溶胶凝胶法

溶胶凝胶法的基本工艺流程是[11,12]:首先以醇盐为原料制备含涂层物的溶胶,然后加入核粒子分散,调节溶液中的各种工艺参数,或使用有机促凝剂,得到凝胶包裹核粒子的涂层复合粒子,再经过干燥或者热处理即得到所需复合粉料。溶胶凝胶法制备复合涂层的过程中能够将核粒子完全均匀的包覆,因而能够取得较好的涂层效果。华中科技大学的王采芳采用溶胶凝胶法制备出了以空心微珠为基的钡铁氧体涂层复合材料,性能优越。溶胶-凝胶法制备粉末的优点是:制得的粉末粒度小、纯度高,反应过程易控制、制品均匀度高,能从分子水平设计和控制材料的均匀性和粒度,能在低温下合成高纯、超细、均匀的纳米复合粉末。它的缺点是所用原料大多数为有机化合物,成本较高;工艺过程所花时间较长;由于凝胶中液体含量大,干燥时产生的收缩大,可能引起胚体出现干裂等问题。另外制备的超细粉末中较易出现团聚现象。

1.3 气相沉积法

气相沉积法分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。CVD方法主要通过气相反应物的沉积形成涂膜,为了强化反应,在CVD法中引入各种强化和激活方法,如离子激活、光激励和超声场产生空化效应等。PVD是利用物理方法“逐出”的分子涂层或原子堆积于被涂物质表面形成涂层,如等离子体、蒸发沉积、溅射沉积和粒子束等。成本过高一直是个突出的问题。北京有色金属研究院的毛昌辉教授就利用磁控溅射制备了空心微珠表面镀膜材料。

2空心微珠表面的主要镀膜种类及相关研究进展

空心微珠表面镀膜其实就是表面金属化的一个过程。目前主要有银系,铜系,镍系等几类,它们各有各自的优缺点。银系,化学性质稳定,防腐性强,导电好,但是价格贵;铜系成本低,且容易氧化,导电性不稳,需要对其做表面处理;镍系吸收和散射能力都比较强,磁矢量衰减幅度大,且具有良好的抗氧化性,抗化学腐蚀性,所以应用最为广泛。马承银[13]将二氧化钛以化学沉积的方法包覆空心玻璃微珠,得到了具有反射近红外的隔热新型材料。曾爱香[7]研究了采用硝酸银活化法在空心微珠表面包覆Ni-Co-P,可用于电磁屏蔽和微波吸收,民用方面可制成防电磁辐射材料,军用方面可制成吸波隐形材料。凌国平等[9]采用化学镀的方法,在空心微珠表面镀覆具有磁性的金属Co层制备低密度的磁粉,化学镀Co层具有优异的软磁和硬磁性能。葛凯勇等[14]利用化学镀对空心微珠表面进行镀镍改性,改性的微珠表面较均匀的附着金属镍。将改性前后的微珠制成吸波材料,测试结果表明,改性后的空心微珠具有较好的吸波性能。Sung-Soo Kim[15]研究了空心陶瓷微珠表面镀Co-Fe金属层对电磁和微波具有吸波性能。S.Shukla等[16]在粉煤灰空心微珠表面进行化学镀铜,经过化学镀铜的粉煤灰空心微珠可以用作导电填料,用在聚合物中可以应用于电磁屏蔽。王宇等[10]在空心玻璃微珠表面进行化学镀银,制备出来吸波用银包覆空心玻璃微珠粉体。毛倩瑾[17]以空心微珠为芯材用化学镀工艺进行了镀银,镀铜,镀镍等表面金属化处理,得到表面金属包覆完整的导电粉体,该粉体作为电磁防护涂料的导电填料具有密度小,导电性能良好的优点。涂料中加入镀镍微珠后具有吸波性能,涂料中加入镀Cu-Ag微珠后具有电磁屏蔽性能。杨丽等[18]对空心玻璃微珠粉末进行化学镀Fe-Ni合金镀层具有较好的雷达波吸收性能。另外,张秋禹[19]等报道,对空心玻璃微珠经偶联处理以后再活化的方法,在空心微珠表面进行化学镀镍改性后,用在医学免疫检测技术上前景看好。

3 结语

通过对玻璃微珠表面化学镀镍,钴,银,铜,等导电的物质,改变了其电磁性能,可以用代替部分纯金属导电填料应用于电磁防护涂料中。传统的电磁防护涂料使用的导电填料密度大,使得填料易于沉淀,影响力电磁防护涂料的储存与使用性能。采用价廉质轻的空心玻璃微珠为基材,进行表面金属化处理,可以获得导电良好的复合导电填料,应用于电磁屏蔽或吸波材料的制备。

摘要：空心玻璃微珠是一种新型材料,具备质轻,高强度的特点。利用化学或者物理方法将其表面金属化可以有效解决金属粉末的密度大,易氧化的缺陷,制备出高性能的电子屏蔽材料。

关键词：空心玻璃微珠,镀膜,屏蔽材料

镀膜材料篇2

1玻璃镀膜技术

玻璃的镀膜,是玻璃表面处理中的重要方法,并越来越多的引起玻璃同行和相关学者的关注和研究。镀膜方法的发展和完善,业已成为功能玻璃研发的亮点。

1.1玻璃表面处理方法

玻璃表面处理方法可分为3大类:表面加工、表面改性和表面镀膜。

以蚀刻和研磨为主的表面处理法,称为表面加工法;以电解扩散、离子交换、液相处理和气相处理而进行的电解渗透、离子扩散交换、溶出和化学反应进行着色、增强和“富硅”的表面处理法,称为表面的改性法;以物理气相沉积、化学气相沉积、微法涂镀、化学喷涂、醇盐水解和金属盐液还原等表面处理法,称为表面镀膜法。

1.2玻璃表面镀膜种类

1)根据玻璃镀膜时的物理和化学条件分类

依镀膜中是否发生化学反应,可分为物理镀膜和化学镀膜;依使用镀膜介质的形态,可分为干法镀膜和湿法镀膜;依镀膜介质与玻璃表面结合状态,可分为覆盖沉积镀膜和渗入镀膜;依物质量的增减变化,可分为减量镀膜和增量镀膜;依镀膜时的温度,可分为热镀膜和冷镀膜等。

2)根据镀膜原理分类

依据镀膜原理可分为:非电解镀膜;水解镀膜;化学喷涂镀膜;化学气相沉积镀膜;物理气相沉积镀膜;微法镀膜等。

非电解镀膜,是将金属盐溶液,通过还原作用,在玻璃表面形成金属膜的方法。

水解镀膜,是用金属醇盐有机液,在高温下水解转为金属氧化物膜的方法。

化学喷涂镀膜,是将金属盐(无机或有机物)液通过喷枪雾化发生热分解和氧化反应生成金属氧化物膜的方法。

化学气相沉积镀膜,是将无机或有机金属化合物的蒸气,进行分解或化和形成金属或金属氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等的方法。

物理气相沉积法,是利用真空蒸发、溅射形成金属或化合物的方法。

不同的镀膜方法,适宜不同的镀膜要求。同一种膜质可用不同镀膜方法来实现。有的镀膜方法(如微法等),也可实现多膜层和多物质的镀膜。

2微法玻璃镀膜技术

2.1微法玻璃镀膜技术简介

微法玻璃镀膜技术,属于化学镀膜方法;是利用介相理论微相体概念而创立的电子应用技术镀膜方法,是一种适应性很强的镀膜方法。

从反应物的宏观形态来讲,微法使用的镀膜介质,既不是固相、液相,也不是气相,而是一种介相,其分子簇准直径可达10 μm以下。这样的介质,在气相载体中的状态,类似于气溶胶和干雾的状态,很容易在玻璃基板上形成层流体,可在较宽松条件下,较好地与玻璃表面接触而键合、成膜。

微法镀膜技术,在成膜原理上与化学喷涂镀膜、化学气相沉积镀膜和溶胶凝胶镀膜法有相似之处。所不同的是反化学喷涂法使用的是毫米级夜相分子簇;化学气相沉积法使用的是纳米级气体分子;而微法使用的是微米级雾态气溶胶分子簇,简称微相(介相)态。

微法镀膜技术,是在几种镀膜方法基础上发展起来的,吸收了溶胶凝胶法化学反应的气氛稳定性、气相沉积法的均匀性、溅射法的电磁控制性、喷涂法的简易性,然后采用电声、机械声和声纳相结合的激励方法,用特制设备来实现的。工艺流程如图1所示。

微法镀膜技术使用的专用设备,主要包括反应器、贮液器、介相器、微相处理器、集微相器、介入器和分布器等。微法镀膜设备,主要由不锈钢材质和电子器件组成。

微法镀膜技术使用镀液(称之为前驱液)由介质、助剂和水组成。反应器是镀膜玻璃前驱液的反应釜。介相器是液相介质进行介相化处理的专用电子设备。微相处理器是介相体再处理设备,可将镀液转化为微相体。处理后的镀液基本上达到玻璃镀膜时微相体形态要求。在特定条件下,使微相体“纳相化”,再与玻璃表面反应、键合、成膜。介入器是对微相介质进行活化处理的设备,是为了适应不同功能膜厚度要求而设置的,并对微相处理器处理后的雾状气溶胶进行活化,以提高反应介质的活性,有利于膜层的形成。分布器是反应介质在热玻璃基板上方的分布设备,用它的特殊结构来构建介质均布的介质层,同时又是一种具有均布“补偿”的专用设备,以保证介质反应、膜层厚度及均匀性。

2.2微法玻璃镀膜技术特点

1)工艺简单易行,适应性较强,镀膜温度范围较大(300～600 ℃),便于平板玻璃厂及加工玻璃厂在线和离线实施。

2)一种工艺,多种产品,可实现多种镀膜玻璃品种的轮换生产。

3)不使用易燃易爆的化工原料,环保、安全。

4)设备造价低、原料成本低、运行成本低、能耗低。

2.3微法玻璃镀膜技术进展

目前,微法镀膜技术已在浮法玻璃生产线和离线进行了工业化实践。相信不久的将来,该法可在线和离线上生产热反射玻璃、低辐射玻璃、低反射玻璃、光催化自洁玻璃、光催化杀菌玻璃、常效杀菌玻璃等多品种镀膜玻璃。

3影响玻璃镀膜的因素

产品的质量主要取决于膜层的性能、大面积均匀性、牢固性、批量镀膜产品的重复性等主要指标。

影响膜层性能有3大因素:玻璃基板性能;镀膜介质;镀膜工艺。

玻璃的镀膜过程是个系统工程,影响玻璃镀膜的因素很多,该文重点介绍下面几个影响微法玻璃镀膜质量的因素。

3.1镀膜介质种类及活性

镀膜介质是指镀膜原料、溶媒及助剂。

同一种膜,由于镀膜方法不同,所使用的镀膜介质也不同。相同的镀膜介质,采用不同的镀膜方法,其膜层性能也不同。这些都是由镀膜过程中的物理效应和化学反应所决定的。

为了激励和控制镀膜反应,一般都需要加入一定的助剂。助剂决定镀膜介质的活性。活性不同,介质的反应效果也不同。因此,镀膜介质的选择具有很强的科学性。

非电解镀膜法,应选择可溶性金属盐,高效的还原剂和活性的助剂物质;水解镀膜法,应选择金属的有机化合物(烷氧基化物)、醇醚酯类溶媒及活性助剂;化学喷涂法,应选择可溶性金属盐或金属有机物及相应溶媒;化学气相沉积法,应选择易成为蒸气的金属化合物(无机或有机)、有效的气载体,如常选用金属的烷类、乙酰丙酮类介质;物理气相沉积法、应选择金属或金属的氧化物、硫化物、碳化物和氮化物等。欲制氧化物膜时,应选择反应性气体作载体。

从某种角度上讲,玻璃的膜层需要玻璃化。从膜层玻璃化行为角度上讲,膜层介质的多组分体系比单组分更易被玻璃化,镀膜效果更好,故在镀膜中一般使用多元物质。玻璃基板上亚稳相非晶态物质的存在,有利于玻璃化行为的形成。在镀膜时往往需对玻璃表面(特别是离线镀膜)进行活化处理。

镀膜介质的选择,除考虑膜的性能外,还应考虑介质在贮运、反应及废物排放时的毒性、环保、安全及对溶媒体的适应程度等。对于不同的膜层性能要求,应同时或分别加入稳定剂、催化剂、增塑剂、偶联剂、功能调解剂等。如采用气相沉积法镀阳光控制膜时,常加入能吸收自由电子的气态物质。

微法镀膜介质的选择,充分考虑了镀膜介质的活性,充分考虑了镀膜原料、溶媒和助剂。原料上选择固相粉状无毒或低毒的无机物,选择水做溶媒,选择能激励功能膜形成又易于控制膜生长的助剂物质。因此,在镀膜前和镀膜中不存在易燃性和物质爆炸极限,不需气体保护,不排出剧毒和易燃易爆物,使镀膜生产更具有环保和安全性。

3.2镀膜介质状态及输送

镀膜介质的工作状态,要依据镀膜实施方法和技术路线来选择。

一般来说,非电解镀膜法、水解镀膜法、化学喷涂镀膜法和微相镀膜法的镀膜介质状态要用液态;化学气相沉积镀膜法的镀膜介质状态要用气(汽)态;物理气相沉积法的镀膜介质状态要选用固态。

玻璃镀膜过程的成功,除选择介质的工作状态外,还要考虑固态物质的纯度、气液态物质的浓度和输送参数。

输送参数,是指介质输送时的压力、流量和温度。在一定镀膜条件下,浓度决定膜层的厚度,反应效率和结合度等。在一定条件下,输送参数决定膜层的厚度、反应速率、膜层均匀性和膜层的牢固度等。浓度和输送参数,要经过实践和计算获得。如气相沉积镀膜中,气体分子在玻璃基板上扩散速度足够小时,使晶粒形成和成长得到抑制。玻璃基板上气体的结构和取向与基板结晶结构和取向差别较大时,更易形成膜层的玻璃化行为。通过熔体冷却、气相沉积、气相水解、液相合成、晶体高能转化,都可以形成物质的玻璃化,在光学性能上,只有膜层的玻璃化行为才能与玻璃基板有一定的制衡性。

微法镀膜介质,选择了微相体的镀膜工作态介质,这种气溶胶体能在输送中和与基体表面接触时形成稳定态,易形成层流状的微相幕体,有利于镀膜反应的进行和膜层均匀体的形成。

3.3镀膜工艺方法和技术路线

玻璃镀膜的工艺方法和技术路线是可选的,主要根据膜层的物理性、方法成熟性、技术线路操作性、投资和运行费用的节约性及技术嫁接企业的实际条件来决定。

1)已有的平板玻璃生产线,应当选择在线镀膜技术。

化学气相沉积法、物理气相沉积法、液相喷涂法和微法镀膜技术,都可适应在线镀膜。

2)企业欲生产镀膜玻璃时,应当选择离线镀膜技术。

非电解镀膜法、水解镀膜法、物理气相沉积镀膜法和微法,都适宜离线镀膜。

具体选择何种镀膜方法,要经过对技术先进性、经济合理性、生产的环保、安全性和经济实力的综合考量后,做出决定。微法镀膜技术,具有技术先进性、经济合理性、环保安全性等整体指标的可选性,具有比较好的性价比。用一种方法可轮换生产多品种镀膜玻璃。

3.4镀膜设备及结构

玻璃镀膜是介质与基板物理效应和化学反应的具体体现。

物理镀膜,是通过固相材料在电(磁)场力作用下的物理效应来实现的。

化学镀膜,是经过气相、液相物质的化学反应来实现的。

在一定的条件下,物理效应和化学反应的有效进行,取决于镀膜设备及其结构。镀膜设备和结构,又直接影响物质流状态、离散性、分布性和与基板的结合性。不同的镀膜方法,应采用不同的镀膜设备。同一镀膜方法,镀膜设备和结构,不仅制约镀膜的成败,也影响着膜层的质量。特别是宽板的在线镀膜,镀膜介质能否均匀分布在玻璃整板上,能否保证的接触条件和反应时间,能否使反应废弃物最少等,都与镀膜设备和结构有关。如气相沉积镀膜法,采用对接车和石墨材狭缝缓冲结构,是有一定科学道理的。

微法镀膜技术,在在线和离线的多次实践中,不断地完善设备和结构。微法介相器突出了电声—机械声—声纳相结合的设计思路;微相处理器,突出了微相与异相结合的设计思路;介入器突出了液相活化二相流制衡的设计思路;分布器突出了“补偿”大合小分的设计思路。通过这样的设计和实践,使微法设备的结构更适宜微相体产生、物质流输送、气溶胶形成、微相体均布和化学反应进行。

此外,分布器均布功能及相对位置、镀膜工艺参数及气氛、玻璃基板的状况及温度场、镀膜反应进行中、后工艺参数控制、玻璃基板的表面反应、钠离子影响及膜层的保护等因素均可影响微法玻璃镀膜的质量。

4镀膜玻璃的技术经济、环保和安全性

玻璃的镀膜成本,主要包括镀膜介质成本、设备成本、技术成本、运行成本、清洁成本和销售成本。玻璃表面镀膜方法很多,各有其特点,但其技术经济性是有差异的。

一般,化学气相沉积法和磁控溅射镀膜设备的成本较高。从综合比较看,微法镀膜设备的投入较低,具有较好的性价比,而且适应性较强。

镀膜过程中的环保和安全,主要指镀膜介质在贮存、输送和使用过程中,对大气和人员所造成的污染和伤害。

一般使用有机介质和溶剂,对大气和人体污染和伤害较大。特别是许多有机物质,都具有易燃、易爆性。利用金属的无机盐、亚硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐,也要排放NOX、SOX和HCl等气体。镀膜中的一些易挥发的金属氧化物成分,有的对大气会造成污染,对人体也会造成伤害。在镀膜中,应尽量禁止使用有毒、有害、易燃、易爆介质。应严格控制未经处理而排放的污染、有毒物。

微法镀膜,从介质的选用、设备设计、生产过程、废物排放等方面进行了较多考虑,从技术经济经、环保和安全角度进行了慎重考虑,以最大限度的减少在镀膜玻璃生产中对环保和安全的损害。

5镀膜玻璃的发展前景

21世纪开始,我国的镀膜玻璃发展瞄准了技术提高和国内外二个市场,出现了加工设备配套式的镀膜玻璃发展路线,引用先进技术(如双靶双极磁控,双旋转靶和监控技术等)发展镀膜玻璃,适应市场需要发展镀膜玻璃品种,按国家政策导向发展镀膜玻璃(如低辐射玻璃),发展浮法玻璃在线镀膜技术,改造原有镀膜设备,使镀膜玻璃的发展出现了新的生机。这一时期,除镜面膜、阳光控制膜和ITO膜的镀膜玻璃品种外,出现了低辐射膜、减反射膜、高反射膜、光催化膜、杀菌膜等镀膜玻璃的新品种。同时,一些企业都在玻璃镀膜技术和设备的开发上加大了投入,镀膜玻璃的发展出现了新特点。但在发展上仍存在着质量、品种、技术、设备和成本上的诸多问题,特别是发展镀膜玻璃的合力还没有形成。

PECVD双镀膜技术优化分析篇3

关键词：太阳能电池,PECVD,双镀膜

0 引言

等离子增强化学气相沉积 (plashms enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 是现今较为主流的一种氮化硅膜的沉积方法, 主要是因为这种方法具有沉积温度较低、速度较快、工艺延续性好、镀膜缺陷少等优点。氮化硅膜悠着良好的绝缘性和对杂质离子的掩蔽能力, 其作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在晶体硅太阳电池生产工艺中。在此基础上, 又出现双层镀膜或者多层镀膜的方法, 其中以双层镀膜为主。

由于氮化硅膜层数的增多, 怎样在这样的内部结构中完成更好的对光的吸收就成为了主要攻关方向, P行多晶硅电池生产工艺中, 调整反应气体比例、工艺时间, 增大两层膜之间的折射率差, 可以有效的增加光能转换。通过试验分析工艺调整前后对电池电参数的影响, 改进工艺参数, 提高太阳能电池的转换效率。

1 试验方法

本试验使用Centrotherm的管式镀膜设备, 采用增强化学气相沉积 (PECVD) 法沉积氮化硅薄膜。PECVD一般由Si H4和NH3在等离子体气氛下反应, 其过程如下:

将1000片P型多晶原硅片均匀分成两批, 保证两批片源一直, 用相同的设备、工艺进行制绒、扩散、刻蚀等, 之后将两批鬼片在同一PECVD设备上分别用REF (为一般常规工艺) , G2 (调整后工艺) 两种工艺进行表面氮化硅膜沉积, 具体工艺条件如表1所示。

G2工艺是调整两次镀膜工艺中氨气和硅烷的反应体积, 改变沉积时间, 功率、反应温度与反应舱室压强保持不变。完成此工序后在同一设备上进行印刷、烧结和测试, 结束后对比成品电池的电参数。另外, 分别对两种工艺后的反射率进行测试对比。

2 试验对于电参数的影响

2.1 实验测试

(1) 实验中REF工艺所做出电池测试效率为17.25%, G2工艺所作出电池测试效率为17.31%。电池电参数的对比结果如表2所示。

其中Uoc为开路电压, Isc为短路电流, Rs为串联电阻, FF为填充因子, Ncell为太阳电池转换效率。由表2可知, G2工艺下电池转换效率提高0.06%。

(2) 对于G2工艺试验结构表明, 其突出的优势为有效的提高了短路电流Isc, 进而提高了电池转换效率, 电池的Isc和Ncell分布如表3所示:

从表3中可以明确看到, G2工艺对于短路电流Isc和电池转换效率Ncell有了明显提升。

(3) 对两种工艺下镀膜后的电池进行反射率测量, 在REF常规工艺下, 发射率测试均值为5%;在G2工艺下, 反射率测量为4.7%。可以看到, 调整之后对于电池的反射率有明显减低的作用。

2.2 试验分析

试验结果表明, G2工艺下, 即在改变了反应气体体积的情况下, 太阳电池转化效率提高了0.06%, 主要体现在短路电池Isc的提高。主要是由于两层镀膜下, 折射率的改变极大的增加了光能的吸收和转换, 增加了钝化和减反射效果, 从而提高了电池的转换效率。镀膜颜色有所加深。

3 结论

通过采用PECVD法在气体比例不同的两种试验条件下, 即氨气与硅烷的比例在第一层镀膜调整为4:1, 第二层镀膜为13:1, 功率、反应温度与反应舱室压强保持不变的条件下。对P型多晶硅片表面进行氮化硅沉积, 实验中常规工艺所做出电池测试效率为17.25%, 镀膜后反射率为5%;增大两次镀膜折射率差后所作出电池测试效率为17.31%, 镀膜后反射率为4.7%。通过试验对比, 分析两种工艺对于太阳能电池电参数的影响。结果表明在调整气体比例后, 增大了两层膜之间的折射率差, 增加了钝化和减反射效果, 短路电流Isc得到提升, 反射率明显减低, 提高了太阳能电池的转换效率0.06%, 镀膜颜色有所加深。说明了调整增大两层膜之间的折射率差, 能够有效提高太阳电池的转换效率。

参考文献

[1]BennerJP, KazmerskiL.Photo voltaics gaining greater visibility.SPeetrum, IEEE.1999, 36 (9) :34-42

[2]李新贝, 张方辉, PECVD SiNx沉积条件对薄膜性能的影响[J].材料保护, 2006, 39 (7) :12-16

低辐射镀膜玻璃技术综述篇4

关键词：低辐射镀膜玻璃,专利

1概述

低辐射镀膜玻璃(low-Emissity glass,简称low-E玻璃)问世于二十世纪80年代,是一种具有选择性吸收和反射的功能性玻璃,主要应用于建筑、居室装修、汽车、制镜等四大领域,其中建筑领域用量最大,其既满足建筑物良好的采光要求,又可有效地阻挡玻璃以辐射形式传递热量。

低辐射镀膜玻璃通过在普通玻璃表面镀金属或金属氧化物膜层制成。低辐射镀膜本质上是一种透明导电膜,对于380~780nm的可见光具有较高的透射率,同时对红外光特别是6~15μm的远红外光具有较高的反射率。与普通玻璃相比,低辐射玻璃具有节约能源、减少照明能耗、不易结露结霜、增加居室的舒适感的优点

本文结合专利技术情况,对于低辐射镀膜玻璃的技术发展情况进行概述。

2低辐射镀膜玻璃技术分支

低辐射镀膜玻璃的生产方法从生产工艺上可分为“在线”和“离线”两种方法,两种方法获得的产品又分别具有不同的优缺点。

2.1在线low-E玻璃生产工艺

“在线”low-E玻璃生产工艺最早是由英国皮尔金顿公司研发出来的,是利用高温热解法生产镀膜玻璃的技术,包括热喷涂法和化学气相沉积(CVD)、雾化热分解,目前多采用CVD法,其生产原理是通过高温使得镀膜材料发生热解反应,所生成的氧化物沉积在金属表面形成所需要的镀膜。“在线法”镀膜实施的部位可以在浮法玻璃生产线的锡槽、过渡辊合或退火窑前端,反应的温度在400-700℃之间。在线low-E玻璃生产工艺的典型专利技术如下表所示:

在线low-E玻璃的膜层结构主要是由折射率梯度变化的中间层(阻挡层或颜色衰减层)和低辐射层组成。膜层材料主要为半导体氧化物如Sn O2、In2O3、Cd O、Zn O和Cd2Sn O4,产品颜色仅有青色和无色两种。其中无色产品常因材质及膜层厚度影响而呈现微暗黄色。低辐射层作为外膜层,主体成分是掺杂的Sn O型导电薄膜,中间层的主体成分是Si OC,作用是抑制热玻璃基体中的碱金属离子扩散到导电膜层中,碱金属离子会引起导电率和隔热性能降低,并影响Low-E玻璃表面的色饱和度。在线low-E玻璃的镀膜是高温下淀积的,膜层较厚,牢固度好,耐磨性好,能像普通玻璃一样储存、处理和切割,可钢化和弯曲。既可暴露在环境中单片使用,也可做成中空、夹层玻璃使用。

2.2离线low-E玻璃

离线low-E玻璃生产工艺是采用真空磁控溅射法对于已加工成型的玻璃制品进行表面处理的工艺,产品的辐射系数和可见光透过率上均优于在线low-E玻璃,且生产设备简单、工艺参数稳定,目前在工业中较多采用的是离线Low-E玻璃,但与在线法生产的产品相比,离线low-E玻璃存在镀层较软、对温湿度较为敏感、无法单片使用等问题。离线low-E玻璃生产工艺的典型专利技术如下表所示:

离线low-E玻璃的镀膜膜又称溅射膜或软膜,其基本组成包括:

2.2.1功能膜:控制整个膜系的表面电阻,决定镀膜玻璃的辐射率,通常为纳米级厚度(10-12nm)的金属层,常用材料有金、银、锡、铟、铜。一般是银,因为银具有最好的光谱透反特性,峰值波长为0.45um,在低温下的辐射率为0.02,是长波(热)能最好的反射物体。由于银反射可见光,而且极易氧化、质软、不耐磨、与玻璃的附着力差,所以更多采用的是金属系多层膜。通常结构是用电介质膜把金属的红外反射膜夹在中间。

2.2.2第一层介质膜:金属氧化膜或类似的绝缘膜,常用材料有Sn O2、Zn O2、Ti O2、Bi2O3、Ti O2、In2O3、ITO、Si3N4等,起到提高银与玻璃表面附着力和防止银层被Cl和S侵蚀的作用,同时兼有调节膜系光学性能和颜色的作用,适当设计上、下层膜的不同折射率和光学厚度,使膜面减反射,能够使可见光的透射率得到提高,同时又对银膜具有保护作用,防止被热氧化和氯离子腐蚀。

2.2.3外层介质膜:金属氧化膜或类似的绝缘膜,既是减反射膜也是保护膜。在可见光和近红外太阳能光谱中起减反射作用,以提高此波长范围内的太阳能透射比,同时保护银膜,提高膜系的物化性能。

根据膜系结构和性能的不同,离线low-E玻璃分为单银低辐射玻璃、双银低辐射玻璃和阳光控制低辐射玻璃,通过镀层结构的设计可以达到不同的技术效果。

3发展趋势及展望

Low-E玻璃以其高效地隔热保温作用,成为理想的节能型玻璃窗材料,被誉为21世纪最理想的幕墙玻璃材料。自从美国PPG公司1960年采用高温热解法生产出具有光和热反射作用的镀膜玻璃以来,low-E玻璃得到了快速发展。目前全世界的Low-E玻璃年产量已超过1.6亿平方米,在发达国家的年均产量递增均保持在25%以上。我国Low-E玻璃已经具有一定规模,2004年Low-E玻璃的产量为350万m2,2005年约达600万m2;但以生产离线Low-E玻璃为主,浮法在线低辐射玻璃生产技术尚不成熟。

我国的低辐射镀膜玻璃行业还存在着一定的技术缺陷,主要包括以下几个方面:(1)生产成本过高,这是制约Low-E玻璃普及的最重要因素之一。(2)膜层的光学性能和生产工艺有待进一步提高。(3)膜层稳定性、耐磨性及牢固度不够理想,开发可以进行热弯曲等深加工的离线Low-E玻璃,已成为Low-E玻璃研究的热点之一。(4)国内的规模化生产发展不足,而且主要的镀膜设备基本依靠进口,限制了我国Low-E玻璃发展,需要开发具有自主知识产权的技术和产品。

参考文献

[1]董镛.低辐射镀膜玻璃的现状与前景[J].真空与低温,2000(9):13-151.

[2]周建民.低辐射镀膜玻璃的加工及应用[J].国外建材科技,2008(6):43-48.

[3]姚寿山等.低辐射镀膜玻璃及其应用[J].材料开发与应用,2002(12):38-42.

[4]刘起英等.低辐射镀膜玻璃的现状及展望[J].玻璃,2002(6):9-13.

镀膜位置对玻璃热工性能的影响篇5

1.1 镀膜玻璃简介

镀膜玻璃是在玻璃表面镀上一层或者多层金属或着其他化合物组成, 达到改变玻璃的某种光学性能、满足特种要求的膜系产品。其可以分为以下两类:低辐射镀膜玻璃 (Low-E) 与阳光控制镀膜玻璃。Low-E玻璃对 (4-25) μm的远红外线有相对较高的反射比;阳光控制镀膜玻璃对 (300-1800) μm的阳光有一定的控制作用。

1.2 玻璃热工性能指标的衡量

具体的可用以下性能指标来对玻璃的热工性能作出系统的评价: (1) 太阳辐射的热系数; (2) 太阳辐射的透过率; (3) 遮阳系数; (4) 可见光透过率; (5) 透过光线冷暖的指数; (6) 表面热辐射率; (7) 传热系数; (8) 热绝缘系数。

2对玻璃采用模拟实验进行分析

2.1中空玻璃

实验时选用6mm厚的LOW-E玻璃A、6mm厚的阳光控制镀膜玻璃B和6mm厚的无色玻璃C, 组合成中空玻璃模型 (见图1) 。中空玻璃系统出于对镀膜的保护, 所以将镀膜应放在2#位置或3#位置。表1给出了镀膜面在2#与3#时分别的热工参数。

对中空玻璃来说, 通过比较镀膜面分别在2#、3# 位置时的热工参数可以得出 (见表1) :两者的可透比、U值是完全相同的, 而遮阳系数相比2# 位明显小于3# 位。这种差异的存在是由于二次传热不同引起的, 特别是由吸热率较高的镀膜玻璃组成的中空玻璃尤为明显。当镀膜面位于3# 位时, 它所反射的热量没有直接反射到室外去, 而是反射到了中空玻璃的气体间隔层之中, 经过外边玻璃的反射作用和内部的热量传导, 经过反复的反射作用, 使得整个玻璃的二次传热作用大大增加。以上结论可通过公式1得到验证。

αe1-中空玻璃第一片玻璃的太阳光直接吸收比;αe2-中空玻璃第二片玻璃的太阳光直接吸收比。G-两片玻璃间的热传导。W/ (m2*K)

镀膜面分别在2#、3# 位时, hi=8W/ (m2*K) , he=23W/ (m2*K) , G均相同, 分母也相同, 所以在比较qi时只需比较分子的大小即可。两片玻璃间的热传导G, 以配置6mm CL+12A+6mm CL为例, G为5W/ (m2*K) , 当间隔层充入导热率极低的惰性气体时, G的值将会更小, 当中空玻璃镀膜尤其是Loe-E中空玻璃时, 它的G值也才仅仅在2W/ (m2*K) 左右, 由此可见, αe2将远远大于αe1, 所以, 相比来说第二片玻璃的太阳光吸收比的变化对中空玻璃系统的热传导影响较大, 如果镀膜面在3# 位时, 将会大大增加第二片玻璃的太阳光吸收比, 在乘积效应的影响下, 就会使整个玻璃的二次传热增大。综上所述, 镀膜面放在2# 位时, 将会给玻璃系统带来充足的遮阳面积, 使遮阳效果更好。

2.2单层玻璃

选用6mm厚的阳光控制镀膜玻璃 (它的非镀膜面校正能发射率为0.840;镀膜面的校正发射率为0.416) 分别计算玻璃膜面放置在室内位置、室外位置时的热工参数 (表2所示) 。

我们将位于室外的镀膜玻璃称为A, 将位于室内的镀膜玻璃称为B。对于单片玻璃而言, 玻璃A与玻璃B的可将光透射比、太阳光直射比虽然相同, 但玻璃A的太阳光反射比确比玻璃B高的很多。从而说明了玻璃A对阳光的吸收率要比玻璃B低。依据给出的公式, 在计算二次传热时的外表面热换系数he=23W/ (m2*K) , 但是内表面换热系数是一个与内表面校正发射率相关的函数。

Qi-玻璃向室内二次传热的系数;αe-玻璃对太阳的吸收比

我们可以看出Qi是由两个变量决定的, 当玻璃对太阳的吸收比不变时, 玻璃向室内二次传热的系数是随着反射率的增加而增大;当反射率不变时, 玻璃向室内二次传热的系数同样是随着玻璃对太阳的吸收比的增加而增大。玻璃A的玻璃对太阳的吸收比相对玻璃B的玻璃对太阳的吸收比来说是远小于的, 但是, 玻璃A的室内表面的反射率为0.840相对于玻璃B的室内表面反射率0.461来说是相对较大的, 所以, 由于反射率与玻璃对太阳的吸收比的相互影响, 致使玻璃A的玻璃向室内二次传热的系数同玻璃B的玻璃向室内二次传热的系数相近, 致使遮阳系数仅仅相差0.03。

通过对两者U值的比较, 我们不难看出玻璃A的U值小于玻璃B的U值。其原因是玻璃的U值计算公式是以下面的公式为基础的:

玻璃A的内表面是非镀膜面, 室内换热系数为8W/ (m2*K) ;玻璃B是内表面镀膜面, 室内换热系数为5.79W/ (m2*K) 。但是室外的换热系数是一个同风速有关的函数。由上述可知玻璃内表面的校正发射率决定着玻璃室内换热系数的大小, 也决定着U值的大小。综上所述, 有较低反射率的单片玻璃, 安装时镀膜面应安装在室内, 这样不仅可以使得玻璃充分发挥其保温性能, 而且还可以避免镀膜面造成的光污染、气候变化等自然条件对镀膜面的破坏。

3 结束语

在安装镀膜玻璃时, 单片镀膜玻璃的膜面要放在室内, 这样不仅可以保护膜面, 还可以降低玻璃幕墙带来的光污染。对于中空玻璃来说, 在温带地区对玻璃系统的遮阳系数和传热系数有相对严格的要求, 所以居民常会选用遮阳型低辐射镀膜玻璃, 安装玻璃时, 镀膜面再从室外向室内数第二层为宜, 这样将会大大增加玻璃的节能效果。

参考文献

[1]GB/T18915.1-2013.镀膜玻璃第1部分:阳光控制镀膜玻璃[S].

[2]GB/T18915.2-2013.镀膜玻璃第2部分:低辐射镀膜玻璃[S].

[3]JGJ113-2009.建筑玻璃应用技术规范[S].

[4]JGJ/T151-2008.建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程[S].

镀膜机冷却循环水的设计篇6

随着国内光学行业的发展, 光学企业也快速发展与成长, 为光学元件镀膜的车间设计项目也随之增多。镀膜工艺, 是为了提高镜头的透光率和影像的质量, 对镜头进行真空镀膜处理 ( 镀膜主要是为了减少反射) , 真空镀膜是膜料 ( Cr2O3) 在电子束的作用下在镀膜机内形成蒸气附着到玻璃片上。光学元件镀膜工艺设备投资大, 专业技术性强, 对生产环境要求高 ( 对环境洁净度有要求) 。光学元件镀膜机冷却循环水是影响镀膜工艺的关键工序, 是影响镀膜成品合格率的重要因素之一。镀膜机大都从国外进口, 价格也比较贵, 对冷却循环水的指标 ( 温度, 压力等) 比较敏感, 如果冷却水的温度和压力不在镀膜机产品规定范围内工作, 镀膜机就会发出警示信号, 甚至停止工作, 给生产造成巨大的经济损失, 因而生产方对冷却循环水设计要求非常严格。给排水专业在此类项目的设计中, 主要是配合生产工艺专业, 根据生产工艺提出的要求进行给排水设计。

2 冷却循环水设计需要满足以下几点要求

2. 1 系统稳定性

根据镀膜工艺的生产特点, 镀膜生产线是每天连续24h运转不间歇的, 因而冷却循环供水系统也要保证24h连续供给才能满足镀膜机的正常运转。作为冷却循环供水系统的核心, 循环水泵的选用非常关键, 循环水泵应选用质量可靠运行稳定的水泵, 且水泵必须配有备用水泵。水泵运行出现异常时, 除了常规的能自动切换至备用泵外, 还应有报警信号送至值班中心, 及时了解故障, 排除故障。另外供给系统的电源必须保证24h不间断供应, 确保系统连续运转。保证供水系统的稳定, 系统连续运转后每隔半年应做一次全面维护保养, 维护保养系统的关键部件: 水泵, 电动机, 电动机与水泵联轴器, 控制柜, 阀门, 管路等。

2. 2 系统运行的节能

节能降耗也是我们设计中必须要考虑的因素之一, 也是符合企业科学发展的要求。镀膜冷却循环系统是由一套水泵组供给多台镀膜机, 只有在生产任务饱满时镀膜机才全部投入运行, 大部分时间只有部分镀膜机在运行, 当有的镀膜机关机时, 不应该无端耗费冷却循环水的电能。为了达到节能的目的, 循环水泵均采用变频泵, 且每个水泵均单独设置变频器, 变频器具有调频、调速等基本功能, 变频器的工频电源一般是50Hz或60Hz, 工频电源的频率和电压都是恒定不变的。以工频电源工作的电机在调速时可能会造成功率的下降, 而通过变频器的调整, 电机在调速时就可以减少功率损失而达到节能的目的。每台水泵设有变频器投资比较高, 但可以保证系统运行的稳定性, 保证某台水泵或某个变频器出现故障时, 不对整个系统的正常运行产生影响。为了保证系统的正常运转, 设计中每台水泵单独设置变频器是必要的, 这样既能保证系统运行的稳定, 也能保证系统运行的节能降耗。

2. 3 水质

冷却循环水的结垢是设计冷却循环水在运行过程中难以避免的问题。镀膜机冷却循环水系统要求不结垢、不堵塞 ( 设备内局部冷却管内径4mm, 还有很多弯道) , 要求循环系统内的水质长时间 ( 连续6 个月) 运转后不变差。为了保证设备的换热效率和使用年限, 为了控制冷却循环水系统引起的结垢, 我们首先要了解循环水结垢的原因, 水中溶解盐类产生固相沉淀是构成结垢的主要因素 (随着循环水温度的升高, 碳酸钙等盐类的溶解度降低, 水分蒸发溶解盐的浓度达到饱和程度) , 为防止循环系统内管道不结垢, 就要大大降低循环水中的溶解盐, 循环水采用自来水是达不到设计要求的, 镀膜工艺的冷却循环水一般都采用电阻率不小于15兆欧的RO水, RO水是经过反渗透后的纯净水, 已基本去除水中的细菌、病毒、胶体、有机物和98%以上的溶解性盐类, 去除了溶解盐, 循环水在运行过程中基本不会有结垢, 半年内水质不会变差。当然要保证水质, 管材也很重要, 设计中要选用内壁光滑的管材, 经过比较及相关行业市场调查, 设计多采用的是不锈钢管 (SUS304) , 不锈钢管抗拉强度大, 防腐蚀能力强、保温性能好、维护成本低, 是镀膜机冷却循环水管材的首选之一。不锈钢管 (SUS304) 管材造价比较高, 工程中采用塑料管材或钢塑管也是满足要求的。

2. 4 水压

镀膜机进水水压根据设备要求来设计的, 一般来说, 镀膜机要求冷却循环水进口压力都比较高, 一般要求达到6kgf/cm2± 0. 2kgf / cm2, 由于镀膜机的瞬间开、关水, 造成水压的降低、升高, 水压恢复到设计压力公差范围内允许时间要不超过10 秒, 对水压的回压速度要求挺高的。设计要达到水压要求是比较容易达到的 ( 只要设计中计算好水泵扬程即可满足要求) , 但是系统10 秒内要回到设计压力, 这个要求确实比较难以达到。一般整个系统有15 - 20 台镀膜机, 单台镀膜机的流量也比较大 ( 有80L/min, 50L/min) , 关掉一台镀膜机或几台镀膜机, 对系统的影响肯定是比较大, 系统在10 秒内恢复到设计压力, 如果仅按常规设计, 很难达到要求。经过查阅一些资料及参观学习了一些类似工艺冷却循环水的项目, 也将设计方案与生产方及施工方作了详细的探讨与研究, 最后决定的设计方案是将供给镀膜机冷却循环水管网设计成环状管网, 管网内水的流速要控制在低流速内 ( 约控制在0. 6m/s内, 远小于有关规范规定的经济流速) , 供水管网为环状, 循环水又在低流速内运行, 这样镀膜机的瞬间开、关对水压波动比较小, 管网水压的恢复时间比较快。采用供水环网的供水模式, 对工艺调整具有灵活性, 不会因工艺设备布置调整 ( 增减设备或设备移动) 而调整干管。镀膜行业升级快, 为适应市场的发展需要不断调整镀膜机数量与型号, 生产企业特别讲究实施速度, 时间就是效率, 工艺设计循环水要能适应工艺布局在较短时间内完成调整, 能及时满足实施的要求, 为企业的生产赢得宝贵时间。供水系统采用环网的供水模式, 虽然初期投资高, 但对整个项目来说, 项目长期运行投资效益高。保持水压稳定另一重要的措施是循环加压泵的配备上, 在条件允许下, 循环加压泵数量配置要相对多一些 ( 三至四台为宜, 水泵流量选择时也要适当留有余量) , 且每台泵必须均采用变频泵, 在变频供水系统中, 最好能配置一个稳压罐, 起平衡水量及稳定压力的作用, 避免在小流量时频繁开启水泵, 配置稳压罐对提高整个系统的稳定性非常关键。

2. 5 水温

工艺要求循环水进水水温比较低 ( 18°C ± 2°C) , 循环水经过设备后, 回水温度升温约5 度左右。要达到冷却循环水的要求, 需通过板式换热设备与冷冻水 ( 7°的进水, 12°的回水) 进行交换, 冷却循环水管温度较低 ( 进水温度18°C ± 2°C, 回水温度23°C ± 2°C) , 循环管道及循环水池均需保温。设计中要尽量保证循环水池内各处水温均衡, 循环供水回水管在水池内尽量远距离布置, 防止短路, 使循环水在水池里充分混合。热水密度相对冷水小, 热水会浮在上面, 因此经过板换换热设备降温了的水要尽量回在水池上方, 经过设备循环升温的水要尽量从水池底部进入, 这样便于水的混合, 使水池内各处水温尽量均衡, 干管上的温度在线测量仪表随时监控设备入水温度, 根据温度值自动调节板式换热器冷冻水入口处的电动阀大小。水温如果不在设计范围内时, 系统要能及时发出报警信号至监控中心, 及时排除故障。

3 设计方案选用

在冷却循环水设计过程中, 以下两种设计方案应用比较多 ( 水箱都是开式水箱) , 均可以达到镀膜机冷却循环水的要求, 两种方案在工程实例中也均有应用, 根据生产企业的反映, 实际运行过程中效果都不错, 可以满足冷却循环水水质水压水温的要求, 保证其供水系统的稳定性。

3. 1 方案一

水箱 ( RO水) ———加压水泵 ( 带稳压罐的变频水泵组) ——— 板式换热器 ( 与7 度冷冻水交换) ———冷却循环供水环网 ( 各设备冷却循环给水均从环网接出) - 冷却循环回水环网- 回至水箱。本方案设备冷却循环回水直接通过板式换热器与冷冻水交换后达到设计所需温度, 温度调节通过温度传感器控制冷冻水进水阀门的大小, 从而达到设备冷却循环水进水温度要求。此方案优点: 系统相对简单, 温度好控制。缺点: 板式换热器进水管前的电动阀一旦出现故障, 水温波动大。

3. 2 方案二

本方案有两套循环系统

循环系统1: 水箱 ( RO水) ———加压水泵 ( 带稳压罐的变频水泵组) ———冷却循环供水环网 ( 各设备冷却循环给水均从环网接出) - 冷却循环回水环网- 回至水箱。

循环系统2: 水箱 ( RO水) ———加压水泵 ( 带稳压罐的变频水泵组) ———板式换热器 ( 与7 度冷冻水交换) - 回至水箱。

该方案设备冷却循环回水回至循环水箱后, 通过板式换热器与水箱里的水不停进行交换, 直至水箱的水温达到设备冷却循环水进水温度要求。

此方案优点: 换热系统出现故障时, 对水温波动相对较小。缺点: 系统相对复杂, 水箱内水温会出现不均衡现象。

4 小结

为镀膜工艺设备配套服务的给排水设计, 在设计前期要与甲方、与设备厂家、与相关专业多沟通, 多交流, 多参考有关资料, 多去现场调研, 进行必要的方案比选, 使设计满足设备对水质水压水温的要求, 保证其供水系统的稳定性, 同时设计要适应工艺变化的灵活性, 管路设计及设备的选用要有前瞻性, 为生产企业带来最大的经济效益。

参考文献

[1]上海现代建筑设计 (集团) 有限公司, 中国建筑设计研究院, 广东省建筑设计研究院.GB50015-2003 (2009年版) 建筑给水排水设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2010.