鋁硅酸鹽超薄電子玻璃

1鋁硅酸鹽超薄電子玻璃的定義及其特性鋁硅酸鹽超薄電子玻璃是指以鋁硅酸鹽玻璃成分體系為基礎(chǔ)，厚度1.3mm以下的平板玻璃，具有高強(qiáng)、耐磨、透明、平整等優(yōu)異的性能，是目前國(guó)內(nèi)外平板顯示器蓋板玻璃的主要材料，也可用于其他電子領(lǐng)域。目前市場(chǎng)在用的鋁硅酸鹽超薄電子玻璃主要有三種類型，即高鋁硅酸鹽玻璃、鋰鋁硅酸鹽玻璃、鋰鋁硅酸鹽微晶玻璃，鋁硅酸鹽系列玻璃憑借其良好的綜合性能和突出的化學(xué)強(qiáng)化特性，在顯示蓋板保護(hù)玻璃中獲得廣泛應(yīng)用。盡管如此，人們還是在研發(fā)更好力學(xué)性能的新一代玻璃，將鋰鋁硅微晶玻璃作為新的研究對(duì)象代替鋰鋁硅玻璃。微晶玻璃力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)來(lái)源于其遭遇外力破壞時(shí)呈現(xiàn)的三重阻力效應(yīng)：玻璃本征強(qiáng)度＋晶格阻擋＋化學(xué)增強(qiáng)。微晶玻璃具有更好的裂紋壓制層，阻止裂紋擴(kuò)展。高鋁硅玻璃單側(cè)的“裂紋壓制層”僅為玻璃厚度的5%左右，而微晶玻璃單側(cè)的“裂紋壓制層”高達(dá)玻璃厚度的25%左右。圖1為晶體阻礙裂紋擴(kuò)展的示意圖，也顯示了晶體對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻礙。圖1晶體阻礙裂紋擴(kuò)展的示意圖2高鋁硅酸鹽及鋰鋁硅酸鹽玻璃生產(chǎn)工藝浮法和溢流法是生產(chǎn)高鋁和鋰鋁硅酸鹽超薄電子玻璃主流的工藝方法。總體上兩種工藝的對(duì)比見(jiàn)表1。表1蓋板玻璃基板制備工藝對(duì)比3微晶玻璃目前鋰鋁硅酸鹽微晶玻璃有兩種生產(chǎn)工藝，一是采用光學(xué)玻璃的生產(chǎn)方法：熔化＋澆筑＋切片＋研磨＋拋光；二是采用壓延或者流孔下拉＋壓延組合方法。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外也在研究采用浮法工藝生產(chǎn)鋰鋁硅酸鹽微晶玻璃。3.1

澆筑法與壓延法生產(chǎn)微晶玻璃的工藝對(duì)比光學(xué)玻璃通常采用澆筑法生產(chǎn)，小批量也可采用不連續(xù)熔化澆筑，每一爐最大可到幾噸，最小可到幾克；有一定產(chǎn)量規(guī)模的一般采用連續(xù)熔化澆筑，日熔化量最小數(shù)百公斤，最大一般不超過(guò)20噸。在繼承和借鑒光學(xué)玻璃工藝基礎(chǔ)上，鋰鋁硅微晶超薄電子玻璃也可使用間歇或連續(xù)熔化澆筑法生產(chǎn)，日熔化量一般不超過(guò)3噸。玻璃熔化后澆筑成厚度約30mm的玻璃磚，再經(jīng)過(guò)晶化處理得到微晶玻璃磚，在整形后用線切割工藝將玻璃磚切割成玻璃片，再將玻璃片研磨拋光得到滿足厚度和表面質(zhì)量要求的玻璃片，最后經(jīng)過(guò)CNC加工后就可以包裝出貨。澆筑法生產(chǎn)微晶玻璃的優(yōu)勢(shì)：①熔化爐小，可靈活調(diào)整玻璃品種；②采用光學(xué)玻璃工藝生產(chǎn)，玻璃質(zhì)量高；③成型過(guò)程中幾乎無(wú)涼玻璃滯留，不易析晶。澆筑法生產(chǎn)微晶玻璃的劣勢(shì)：①生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)能低，且光學(xué)玻璃級(jí)別的玻璃熔制澆筑對(duì)坩堝、熔制工藝、澆筑經(jīng)驗(yàn)要求較高，需要一定程度的經(jīng)驗(yàn)積累；②玻璃要先制成厚的玻璃磚再退火、晶化，能耗高，效率低；③要將厚的玻璃磚切割成薄片，還要進(jìn)行研磨、拋光，物料損耗大、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本大幅度提高。壓延法是一個(gè)很成熟、傳統(tǒng)的平板玻璃生產(chǎn)方法，通過(guò)壓延輥快速成形的特性可有效避免玻璃的析晶，生產(chǎn)電子微晶玻璃成形退火方式與傳統(tǒng)壓延工藝相同，增加了晶化熱處理以及后加工環(huán)節(jié)，玻璃熔化后送入壓延機(jī)壓成薄片，經(jīng)過(guò)晶化處理得到微晶玻璃薄片，再將玻璃片研磨拋光得到滿足厚度和表面質(zhì)量要求的玻璃片，最后經(jīng)過(guò)CNC加工后就可以包裝出貨。壓延法生產(chǎn)微晶玻璃的優(yōu)勢(shì)：①直接壓成玻璃薄片，在后續(xù)加工中省去了整形、切割工序，生產(chǎn)效率大大提升，生產(chǎn)成本大大降低；②壓延成形對(duì)不同微晶玻璃品種的適應(yīng)性廣，玻璃在經(jīng)過(guò)壓延輥時(shí)玻璃被快速冷卻，可以阻止玻璃析晶；③日熔化量可大于熔鑄法。壓延法生產(chǎn)微晶玻璃的劣勢(shì)：①經(jīng)過(guò)壓延后玻璃表面粗糙，仍然要經(jīng)過(guò)研磨、拋光才能達(dá)到電子玻璃對(duì)表面質(zhì)量要求；②傳統(tǒng)常規(guī)的玻璃壓延成形一步達(dá)到超薄玻璃的厚度及厚薄差有一定難度；③進(jìn)入壓延機(jī)前玻璃在供料口邊部或底部容易形成滯留低溫區(qū)玻璃，容易析晶。3.2

浮法工藝生產(chǎn)鋰鋁硅酸鹽微晶玻璃的技術(shù)分析（1）超薄電子微晶玻璃的浮法工藝要求超薄電子鋰鋁硅酸鹽微晶玻璃產(chǎn)品要滿足透明、厚度達(dá)到超薄、表觀缺陷達(dá)到質(zhì)量要求、理化性能達(dá)到產(chǎn)品要求等條件。用浮法工藝生產(chǎn)這種玻璃必須面臨微晶玻璃透光性、析晶性能等很多問(wèn)題，最核心的問(wèn)題是在玻璃成形過(guò)程中的析晶問(wèn)題。對(duì)于浮法玻璃生產(chǎn)，各個(gè)工藝點(diǎn)的黏度點(diǎn)是相對(duì)不變的，玻璃成分不同，玻璃的溫度-黏度曲線不同，玻璃在各處的溫度會(huì)有很大差別，但是在各處的黏度值是相同的，即在固定成分和溫黏特性下，浮法玻璃生產(chǎn)的工藝溫度范圍也是基本確定的。浮法生產(chǎn)幾處關(guān)鍵的工藝黏度點(diǎn)見(jiàn)表2。表2各特征玻璃黏度點(diǎn)因此，分析匹配浮法工藝各環(huán)節(jié)與透明微晶玻璃熔化、析晶特性的相互影響，是判斷浮法生產(chǎn)工藝可行性的重要前提。（2）浮法工藝生產(chǎn)微晶玻璃各工藝環(huán)節(jié)適用性分析熔化澄清。微晶玻璃在熔化澄清階段的溫度會(huì)遠(yuǎn)高于其析晶上限溫度，不存在析晶的問(wèn)題，主要面臨的問(wèn)題一是需要的熔化溫度可能很高，需要全氧＋電助熔才能保證熔化；二是Li2O含量可能很高，對(duì)耐火材料侵蝕性強(qiáng)，需要配置優(yōu)質(zhì)耐火材料；三是為保證澄清可能需要復(fù)合澄清劑，也可能需要鉑金高溫澄清系統(tǒng)。只要能根據(jù)生產(chǎn)的微晶玻璃成分特性設(shè)計(jì)好熔窯系統(tǒng)就可以滿足生產(chǎn)需求。冷卻成形。微晶玻璃在冷卻成形階段存在最大問(wèn)題就是析晶，這也是微晶玻璃能否采用浮法工藝生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。浮法工藝生產(chǎn)玻璃液必須經(jīng)過(guò)流量閘板、唇磚進(jìn)入錫槽，進(jìn)入錫槽的玻璃液要經(jīng)過(guò)八字磚才能脫離與耐火材料的接觸，完全漂浮在錫液上，不存在滯留的“死玻璃”，離開(kāi)八字磚時(shí)玻璃的黏度logη約為3.7。因此，要保證微晶玻璃在離開(kāi)八字磚前不產(chǎn)生析晶，玻璃的析晶上限溫度要比此處溫度低30℃。所以，微晶玻璃的析晶上限溫度要在低于其自身黏度logη＝3.7對(duì)應(yīng)的溫度30℃以下，在開(kāi)展浮法工藝設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)玻璃體系進(jìn)行詳細(xì)的熱工參數(shù)測(cè)試。玻璃離開(kāi)八字磚后盡管不與耐火材料接觸，但是玻璃后續(xù)將經(jīng)過(guò)攤平拋光、拉邊機(jī)逐級(jí)拉薄，厚度逐步減薄，移動(dòng)速度逐步加快，溫度逐步降低，在某一處的溫度將進(jìn)入玻璃析晶上限溫度以內(nèi)，如果此時(shí)的玻璃降溫速度小于玻璃的析晶速度，玻璃將會(huì)在成形過(guò)程中產(chǎn)生析晶。所以，微晶玻璃的析晶速度要低于其在錫槽內(nèi)的降溫速度。另外，玻璃在流量閘板處的溫度以及成形溫度也不能太高。如果流量閘板處溫度高于1350℃，流道、唇磚材質(zhì)就不能使用電熔氧化鋁，閘板也不能使用石英陶瓷；成形溫度太高，錫槽電加熱原件也不能使用硅碳棒，錫槽耐火材料也會(huì)很大不同，錫槽溫度的提高也會(huì)使得錫的揮發(fā)大量增加，產(chǎn)生更多的玻璃缺陷。所以，微晶玻璃成分設(shè)計(jì)要使其自身對(duì)應(yīng)浮法成形黏度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度不能太高。晶化退火。微晶玻璃浮法生產(chǎn)中如果不考慮一次晶化，僅僅進(jìn)行玻璃退火，那么主要考慮的是玻璃退火溫度是否在析晶下限溫度以上，也就是退火過(guò)程中會(huì)不會(huì)析晶或因分相發(fā)生而影響后期析晶，一般情況下超薄玻璃拉引速度會(huì)很快，玻璃退火的降溫速度會(huì)大大高于玻璃析晶速度，所以退火過(guò)程電子超薄微晶玻璃析晶風(fēng)險(xiǎn)不大。微晶玻璃浮法工藝生產(chǎn)中如果考慮一次晶化，就不僅僅進(jìn)行玻璃退火，還要進(jìn)行晶化處理；需要考慮玻璃在退火中先要在析晶下限以上的成核溫度范圍內(nèi)，某一溫度點(diǎn)保溫一段時(shí)間成核，再升高溫度在晶體長(zhǎng)大溫度范圍內(nèi)的某一溫度點(diǎn)保溫一段時(shí)間使玻璃晶體生長(zhǎng)到一定尺寸，然后再逐步降溫冷卻進(jìn)入切裝工序。一次晶化爐需要根據(jù)玻璃成分及析晶晶相等特性設(shè)計(jì)，才能有效控制好晶體數(shù)量、大小。由于超薄電子玻璃光邊厚度與中部玻璃厚度差較大，在晶化時(shí)可能會(huì)不均勻析晶，這也是需要考慮的問(wèn)題。切裝。微晶玻璃如果不進(jìn)行一次晶化，在切裝時(shí)與非微晶玻璃差別不大，只是玻璃硬度會(huì)有所增加。微晶玻璃如果進(jìn)行一次晶化，在切裝時(shí)與非微晶玻璃差別就會(huì)很大，主要是玻璃硬度會(huì)有很大