超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題

2024年2月26日發(作者：農歷二十)

超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題

摘要：隨著我國的經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，離子強化是增強玻璃機械力學性能的重要手段之一，對于超薄浮法玻璃而言，其經過離子強化后會出現翹曲的問題，限制了超薄浮法玻璃的應用和發展，通過分析超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題的影響因素，總結了超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題的研究現狀。

關鍵詞：超薄浮法玻璃；離子強化；翹曲

引言

隨著時代高科技產業的飛速發展，市場對超薄玻璃的需求日益上升。智能手機、平板電腦等設備不斷普及，顯示器件如LCD、OLED、觸摸屏等用的基板玻璃呈現出薄型化和輕量化的趨勢。但超薄化的同時也帶來顯而易見的弊端，玻璃的力學性能會隨著厚度質量的減小而下降，雜質、缺陷等一系列降低玻璃強度的負面因素都會被放大。為了能夠滿足基板玻璃的使用要求，必須使得基板薄玻璃在小的厚度下仍具有高的力學強度。因此需要對玻璃進行強化。化學鋼化能夠保證玻璃鋼化后的較好的熱穩定性和光學質量，產品不易變形且可進行適當的切裁、磨邊、鉆孔等冷加工?；瘜W鋼化設備簡單，產品容易實現，是超薄玻璃唯一實用的增強技術。玻璃的化學鋼化是利用玻璃表面離子的遷移和擴散特性，使玻璃的表面層區域的成分發生變化，導致玻璃表面的微裂紋消失或者在玻璃表面形成壓應力層，從而使玻璃的機械強度和熱穩定性得到提高。經化學鋼化處理后的玻璃強度通常要比普通玻璃的強度提高幾倍甚至十幾倍。目前國內外研究離子鋼化玻璃普遍集中在普通鈉鈣硅玻璃，對高鋁玻璃的化學鋼化研究相對較少。對于浮法工藝生產的超薄高鋁玻璃，成型時由于玻璃下表面與熔融金屬錫接觸而存在一定程度的滲錫，導致玻璃上下表面離子分布存在差異，因此造成玻璃板在化學鋼化過程中上下表面應力不均而翹曲，嚴重影響產品質量。目前，四川旭虹光電科技有限公司已宣布0．3mm鋁硅浮法玻璃成功下線，對浮法超薄鋁硅玻璃化學鋼化過程的研究將具有更加重要的意義。本文選用1．1mm厚的浮法鈉鈣硅玻璃和浮法高鋁玻璃，分別對其表面進行化學鋼化處理，比較兩種玻璃不同的化學鋼化行為，獲得化學鋼化過程規律性的認識，從而對可能出現的翹曲問題具有指導意義。

1超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題的研究現狀

浮法超薄玻璃離子強化后的翹曲問題是行業共同的難題，比較常用的處理方法是減小由化學強化產生的強化應力來處理翹曲問題，或者通過對玻璃的至少一個面進行處理后而將表面異質層除去后進行離子強化。國外對浮法玻璃離子強化后的玻璃翹曲問題也進行了研究，岡畑直樹等對滲錫面進行HF侵蝕，達到上下面離子狀態相同，對減小翹曲度起到了指導作用；宮坂聰史等采用氟化劑對玻璃表面進行氟化處理，能夠減小離子強化后的翹曲；B·納維特等通過離子注入處理降低在離子交換時的離子交換程度來控制翹曲，以及通過在玻璃面上形成SiO膜后進行化學強化來調節化學2強化時進入玻璃的離子交換量等，但是這些成果都在專利知識產權保護體系范圍內。國內研究學者們也對超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題進行了一系列的研究，提出通過調整離子交換溫度或者縮短離子交換的時間，可緩解玻璃翹曲問題；沈益平等對浮法玻璃滲錫面進行拋光減薄，使玻璃上下表面的結構和質量相接近，再進行離子交換來提高玻璃平整度，減緩翹曲；朱冠宇等在空氣面進行鍍膜處理，形成一層阻隔膜，可以限制空氣面離子交換量；蔡禮貌等研究了滲錫深度和滲錫量對超薄浮法玻璃離子強化后翹曲變形的影響；

研究了超薄浮法玻璃在離子交換過程中上下表面應力不均而出現的翹曲問題。

2超薄浮法電子玻璃成型控制

2.1確定匹配的拉引量

普通浮法玻璃的錫槽溫度場主要是由玻璃液本體帶入的熱量來維持的，有時為了保證錫槽高溫區溫度，還在前區加了高溫區水包進行適度降溫，而對于低拉引量下生產超薄電子玻璃的錫槽來說，情況就大不一樣。由于超薄玻璃生產受到拉引速度的限制，不適合在大噸位的拉引量下進行生產。所以首先需要確立一個合適的拉引速度，通過拉引速度反推計算得到一個適宜的拉引量。這個拉引量應在生產線設計之初就加以充分論證，以便與熔窯有一個較優的匹配度。隨著玻璃厚度的下降，拉引量需要逐步下調。

2.2低溫型和高溫型離子交換法的比較

與低溫型離子交換相比，高溫型離子交換的熱處理溫度高，離子交換和擴散的速度快，同時又因為交換溫度太高，交換過后的平板玻璃易發生彎曲變形，且所用的鋰鹽在堿金屬鹽類中比較昂貴，導致生產成本較高。而低溫型離子交換法熱處理溫度較低，雖然交換速度較高溫型慢，但處理加工工藝簡單，鉀鹽來源廣泛價格經濟，所以用于工業生產中低溫型離子交換法更加具有實用的意義。

2.3玻璃原片對超薄浮法玻璃離子強化后翹曲的影響

在浮法玻璃生產工藝過程中，玻璃的拉薄成形主要是在錫槽中完成的，當超薄玻璃板在錫槽中拉薄成形時，玻璃下表面與錫槽中的高溫熔融錫會有長時間的接觸，兩者之間存在不可避免的離子擴散過程，超薄玻璃板的其中一面會存在一定程度的滲錫，這一面稱為“錫面”，錫液的滲透深度為10～20mm，另一面與空氣面接觸，稱為“空氣面”，浮法工藝生產的玻璃板都有錫面和空氣面，其表面結構存在著一定的差異，在超薄玻璃板離子強化過程中，對于玻璃板空氣面，其主要發生的相互作用是玻璃中的小半徑堿金屬離子與熔鹽中的大半徑金屬離子相互擴散，同時對于玻璃板錫面，由于滲錫的影響，玻璃中的小半徑堿金屬離子與熔鹽中的大半徑金屬離子相互交換的離子量小于空氣面的離子交換量，錫面與空氣面產生的表面壓應力不同，離子強化后的超薄浮法玻璃由于上下表面應力分布不均而出現翹曲變形。此外，超薄玻璃板在錫槽中拉薄成形過程中，錫液的流場、拉邊機的排布以及錫槽中的溫度和氣氛等對超薄浮法玻璃板在離子強化后產生的翹曲都有一定的影響。

2.4錫槽內板形控制及拉邊機參數設置

(1)典型的錫槽內玻璃板形設置。超薄電子玻璃在錫槽內的板形大致如圖5所示，一般在錫槽腰部達到最寬，隨后逐步收縮，通過拉邊機的作用，控制玻璃板收縮率不能過大，并伴隨著溫度逐步降低，玻璃板以設定的寬度和厚度定型，進入退火窯。此過程中必須嚴格控制錫槽的縱向溫降梯度和橫向溫差，以適宜的縱向溫降梯度和橫向溫度分布到達錫槽出口，對于控制翹曲、波紋度和切割等至關重要。(2)錫槽拉邊機速差控制趨勢。超薄電子玻璃拉邊機參數設置的原則：前區速度慢，后區速度快。

結語

離子交換設備簡單，工藝容易實現，是超薄浮法玻璃增強機械力學性能的有效實用技術，在離子交換過程中上下表面應力不均而產生的翹曲問題，嚴重影響了產品質量，目前，處理超薄浮法玻璃離子交換后上下面應力不同的關鍵技術大多被國外公司壟斷，翹曲問題限制了中國超薄玻璃的進一步發展，因此，探究更有效更實用的處理超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題的技術途徑，突破國外知

識產權保護體系的限制，成為超薄浮法玻璃亟待解決的問題之一，若有效解決超薄浮法玻璃離子強化后的翹曲問題，可大大拓寬超薄浮法玻璃的應用領域，推動超薄浮法玻璃加工工藝技術的發展與進步。

參考文獻

［1］展貴鑫,宮汝華,何根,等.不同化學強化條件對玻璃蓋板性能影響性研究[J].硅酸鹽通報,2017（S1）:1-6.

［2］岡畑直樹,中川浩司,山中一彥,等.能夠減小化學強化時的翹曲的玻璃板[P].中國專利:CN104203859A.2014-12-10.

［3］宮坂聰史,中田英子,林泰夫,等.能夠減小化學強化時的翹曲的玻璃板[P].中國專利:CN104203860A.2014-12-10.