一、定义与核心作用
清洁建筑玻璃用钛靶材是通过磁控溅射或反应溅射工艺，在玻璃表面沉积二氧化钛（TiO₂）或氮掺杂TiO₂薄膜的功能性材料。其核心作用在于赋予玻璃自清洁、光催化分解污染物、抗反射及抗菌等特性，通过光催化反应分解表面有机物污染物，减少人工清洁频率，提升建筑环保性与美观性。
二、材质与牌号
| 牌号标准 | 典型牌号 | 成分要求 | 应用场景 |
| GB/T 3620.1 | TA1 | Ti≥99.6%, O≤0.15%, Fe≤0.20% | 高透光率TiO₂镀膜玻璃 |
| JIS H4600 | TP340 | Ti≥99.5%, C≤0.03%, N≤0.02% | 光催化抗菌玻璃 |
| 特殊定制 | Ti-O合金靶 | TiO₂含量50-80wt% | 可见光响应型薄膜（λ>400nm） |
关键特性：
纯度：≥99.9%（3N5级），Fe杂质需＜50ppm以防止光催化活性下降。
晶粒结构：等轴晶（晶粒尺寸≤30μm），保证溅射膜层均匀性。
氧含量控制：氧含量需精确调控（10-20at%），影响薄膜结晶度（锐钛矿/金红石相比例）。
三、性能参数与特点
| 性能指标 | 典型值 | 技术意义 |
| 光催化活性（亚甲蓝降解率） | ≥90%（4小时，UV光照） | 自清洁效率核心指标 |
| 可见光透过率 | ≥80%（波长380-780nm） | 保障建筑采光需求 |
| 接触角（水） | ≤5°（超亲水性） | 雨水冲刷带走污染物 |
| 硬度（薄膜） | ≥8GPa（纳米压痕） | 抗刮擦，延长使用寿命 |
核心特点：
多相调控：锐钛矿相（光催化活性高）与金红石相（稳定性好）比例可调（如7:3）。
纳米结构：通过HiPIMS技术制备纳米孔结构（孔径10-50nm），比表面积提升3倍，增强污染物吸附。
耐候性：通过掺杂SiO₂或Al₂O₃（含量1-3%），耐酸碱腐蚀寿命＞15年（ASTM G154测试）。
四、制造工艺流程
1、原料处理：
氢化脱氢法（HDH）：制备高纯度钛粉（O≤0.15%）。
机械合金化：与TiO₂粉末混合（比例按靶材成分设计），球磨至粒径D50＜5μm。
2、成型与烧结：
冷等静压（CIP，200MPa）成型，密度≥85%理论值。
真空烧结（1250-1350℃，H₂/Ar气氛），致密度≥98%。
3、表面处理：
精密加工：靶材表面粗糙度Ra≤0.2μm，平面度±0.05mm/m。
氧化处理：表面预氧化形成纳米级TiO₂层，提升溅射初期膜层均匀性。
4、质量检测：
XRD分析锐钛矿/金红石相比例，要求锐钛矿≥70%。
激光粒度仪检测粉末分布均匀性（D90/D10＜3）。
五、应用领域
1、建筑幕墙：
日本AGC公司“Activ™”系列玻璃，光催化分解NOx效率＞85%（JIS R1705标准）。
可结合Low-E镀膜，实现自清洁+节能双功能（传热系数U值≤1.1W/m²·K）。
2、光伏玻璃：
镀TiO₂膜层提升透光率2-3%，光伏组件效率提升0.5%（晶科能源2023年数据）。
3、交通设施：
高铁车窗玻璃防雾涂层（接触角＜10°），可见光透过率＞75%。
4、医疗建筑：
抗菌型TiO₂-Ag复合镀层（Ag含量0.5-1.5%），对大肠杆菌杀灭率＞99.9%（ISO 22196）。
六、执行标准
| 标准类型 | 标准号 | 核心要求 |
| 材料性能 | ISO 10678 | 光催化活性测试（亚甲蓝降解率≥80%） |
| 薄膜透光率 | EN 410 | 可见光透射比允许偏差±3% |
| 环保认证 | LEED v4.1 | VOC排放量＜50μg/m³（薄膜材料要求） |
| 行业规范 | JC/T 2171-2013 | 建筑用自洁玻璃耐候性测试（3000小时QUV） |
七、与环保领域其他金属靶材对比
| 靶材类型 | 优势 | 劣势 | 典型应用场景 |
| 钛靶 | 高光催化活性、超亲水性 | 紫外依赖性强 | 自清洁玻璃、空气净化 |
| 氧化锌靶 | 可见光响应（λ≤450nm） | 耐湿性差（易生成Zn(OH)₂） | 抗菌涂层、UV屏蔽膜 |
| 氧化锡靶 | 导电性优（ITO薄膜） | 成本高（含In） | 节能Low-E玻璃 |
| 银靶 | 抗菌性强（Ag⁺释放） | 易硫化发黑 | 医疗设备抗菌玻璃 |
技术差异：
溅射气氛：钛靶需通入O₂/N₂反应气体（比例10-30%），而氧化锌靶可直接溅射。
膜层厚度：TiO₂膜典型厚度50-150nm，比氧化锡膜（200-300nm）更薄。
八、选购方法与注意事项
1、选购决策树：
光催化效率验证：要求提供第三方检测报告（按ISO 10678标准）。
相结构分析：XRD检测锐钛矿相占比，至少＞65%。
均匀性测试：抽查靶材不同位置溅射膜层，厚度偏差＜±5%。
环保认证：确认RoHS、REACH合规性（尤其限制Cd、Pb等重金属）。
2、关键注意事项：
杂质控制：Fe含量＞100ppm会显著降低光催化活性。
镀膜工艺匹配：需根据溅射设备（如线性阴极或旋转靶）选择靶材尺寸（常见宽度1-1.5m）。
维护保养：靶材使用后需氮气密封保存，防止吸潮导致表面氧化。
失效预警：当溅射速率下降30%或膜层亲水性（接触角＞15°）时需更换靶材。
九、前沿趋势
宽光谱响应：开发Ti-Nb-O合金靶材，将光催化活性扩展至近红外（λ=800nm）。
智能响应膜：TiO₂-WO₃复合靶材，实现湿度响应型自清洁（湿度＞80%时活性提升3倍）。
回收技术：采用氢碎法回收废靶材，钛回收率＞95%，成本降低40%。
预计到2027年，全球自清洁玻璃市场规模将达120亿美元，核心突破点在于开发无需紫外光激发的可见光驱动型钛靶材（如TiO₂/C₃N₄复合靶），推动24小时持续自清洁技术落地。
