超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题

超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题

郭文亮赵宝盛

河北南玻玻璃有限公司河北廊坊065600

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，离子强化是增强玻璃机械力学性能的重要手段之一，对于超薄浮法玻璃而言，其经过离子强化后会出现翘曲的问题，限制了超薄浮法玻璃的应用和发展，通过分析超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题的影响因素，总结了超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题的研究现状。

关键词：超薄浮法玻璃；离子强化；翘曲

引言

随着时代高科技产业的飞速发展，市场对超薄玻璃的需求日益上升。智能手机、平板电脑等设备不断普及，显示器件如LCD、OLED、触摸屏等用的基板玻璃呈现出薄型化和轻量化的趋势。但超薄化的同时也带来显而易见的弊端，玻璃的力学性能会随着厚度质量的减小而下降，杂质、缺陷等一系列降低玻璃强度的负面因素都会被放大。为了能够满足基板玻璃的使用要求，必须使得基板薄玻璃在小的厚度下仍具有高的力学强度。因此需要对玻璃进行强化。化学钢化能够保证玻璃钢化后的较好的热稳定性和光学质量，产品不易变形且可进行适当的切裁、磨边、钻孔等冷加工。化学钢化设备简单，产品容易实现，是超薄玻璃唯一实用的增强技术。玻璃的化学钢化是利用玻璃表面离子的迁移和扩散特性，使玻璃的表面层区域的成分发生变化，导致玻璃表面的微裂纹消失或者在玻璃表面形成压应力层，从而使玻璃的机械强度和热稳定性得到提高。经化学钢化处理后的玻璃强度通常要比普通玻璃的强度提高几倍甚至十几倍。目前国内外研究离子钢化玻璃普遍集中在普通钠钙硅玻璃，对高铝玻璃的化学钢化研究相对较少。对于浮法工艺生产的超薄高铝玻璃，成型时由于玻璃下表面与熔融金属锡接触而存在一定程度的渗锡，导致玻璃上下表面离子分布存在差异，因此造成玻璃板在化学钢化过程中上下表面应力不均而翘曲，严重影响产品质量。目前，四川旭虹光电科技有限公司已宣布0．3mm铝硅浮法玻璃成功下线，对浮法超薄铝硅玻璃化学钢化过程的研究将具有更加重要的意义。本文选用1．1mm厚的浮法钠钙硅玻璃和浮法高铝玻璃，分别对其表面进行化学钢化处理，比较两种玻璃不同的化学钢化行为，获得化学钢化过程规律性的认识，从而对可能出现的翘曲问题具有指导意义。

1超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题的研究现状

浮法超薄玻璃离子强化后的翘曲问题是行业共同的难题，比较常用的处理方法是减小由化学强化产生的强化应力来处理翘曲问题，或者通过对玻璃的至少一个面进行处理后而将表面异质层除去后进行离子强化。国外对浮法玻璃离子强化后的玻璃翘曲问题也进行了研究，冈畑直树等对渗锡面进行HF侵蚀，达到上下面离子状态相同，对减小翘曲度起到了指导作用；宫坂聪史等采用氟化剂对玻璃表面进行氟化处理，能够减小离子强化后的翘曲；B·纳维特等通过离子注入处理降低在离子交换时的离子交换程度来控制翘曲，以及通过在玻璃面上形成SiO膜后进行化学强化来调节化学2强化时进入玻璃的离子交换量等，但是这些成果都在专利知识产权保护体系范围内。国内研究学者们也对超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题进行了一系列的研究，提出通过调整离子交换温度或者缩短离子交换的时间，可缓解玻璃翘曲问题；沈益平等对浮法玻璃渗锡面进行抛光减薄，使玻璃上下表面的结构和质量相接近，再进行离子交换来提高玻璃平整度，减缓翘曲；朱冠宇等在空气面进行镀膜处理，形成一层阻隔膜，可以限制空气面离子交换量；蔡礼貌等研究了渗锡深度和渗锡量对超薄浮法玻璃离子强化后翘曲变形的影响；研究了超薄浮法玻璃在离子交换过程中上下表面应力不均而出现的翘曲问题。

2超薄浮法电子玻璃成型控制

2.1确定匹配的拉引量

普通浮法玻璃的锡槽温度场主要是由玻璃液本体带入的热量来维持的，有时为了保证锡槽高温区温度，还在前区加了高温区水包进行适度降温，而对于低拉引量下生产超薄电子玻璃的锡槽来说，情况就大不一样。由于超薄玻璃生产受到拉引速度的限制，不适合在大吨位的拉引量下进行生产。所以首先需要确立一个合适的拉引速度，通过拉引速度反推计算得到一个适宜的拉引量。这个拉引量应在生产线设计之初就加以充分论证，以便与熔窑有一个较优的匹配度。随着玻璃厚度的下降，拉引量需要逐步下调。

2.2低温型和高温型离子交换法的比较

与低温型离子交换相比，高温型离子交换的热处理温度高，离子交换和扩散的速度快，同时又因为交换温度太高，交换过后的平板玻璃易发生弯曲变形，且所用的锂盐在碱金属盐类中比较昂贵，导致生产成本较高。而低温型离子交换法热处理温度较低，虽然交换速度较高温型慢，但处理加工工艺简单，钾盐来源广泛价格经济，所以用于工业生产中低温型离子交换法更加具有实用的意义。

2.3玻璃原片对超薄浮法玻璃离子强化后翘曲的影响

在浮法玻璃生产工艺过程中，玻璃的拉薄成形主要是在锡槽中完成的，当超薄玻璃板在锡槽中拉薄成形时，玻璃下表面与锡槽中的高温熔融锡会有长时间的接触，两者之间存在不可避免的离子扩散过程，超薄玻璃板的其中一面会存在一定程度的渗锡，这一面称为“锡面”，锡液的渗透深度为10～20mm，另一面与空气面接触，称为“空气面”，浮法工艺生产的玻璃板都有锡面和空气面，其表面结构存在着一定的差异，在超薄玻璃板离子强化过程中，对于玻璃板空气面，其主要发生的相互作用是玻璃中的小半径碱金属离子与熔盐中的大半径金属离子相互扩散，同时对于玻璃板锡面，由于渗锡的影响，玻璃中的小半径碱金属离子与熔盐中的大半径金属离子相互交换的离子量小于空气面的离子交换量，锡面与空气面产生的表面压应力不同，离子强化后的超薄浮法玻璃由于上下表面应力分布不均而出现翘曲变形。此外，超薄玻璃板在锡槽中拉薄成形过程中，锡液的流场、拉边机的排布以及锡槽中的温度和气氛等对超薄浮法玻璃板在离子强化后产生的翘曲都有一定的影响。

2.4锡槽内板形控制及拉边机参数设置

(1)典型的锡槽内玻璃板形设置。超薄电子玻璃在锡槽内的板形大致如图5所示，一般在锡槽腰部达到最宽，随后逐步收缩，通过拉边机的作用，控制玻璃板收缩率不能过大，并伴随着温度逐步降低，玻璃板以设定的宽度和厚度定型，进入退火窑。此过程中必须严格控制锡槽的纵向温降梯度和横向温差，以适宜的纵向温降梯度和横向温度分布到达锡槽出口，对于控制翘曲、波纹度和切割等至关重要。(2)锡槽拉边机速差控制趋势。超薄电子玻璃拉边机参数设置的原则：前区速度慢，后区速度快。

结语

离子交换设备简单，工艺容易实现，是超薄浮法玻璃增强机械力学性能的有效实用技术，在离子交换过程中上下表面应力不均而产生的翘曲问题，严重影响了产品质量，目前，处理超薄浮法玻璃离子交换后上下面应力不同的关键技术大多被国外公司垄断，翘曲问题限制了中国超薄玻璃的进一步发展，因此，探究更有效更实用的处理超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题的技术途径，突破国外知识产权保护体系的限制，成为超薄浮法玻璃亟待解决的问题之一，若有效解决超薄浮法玻璃离子强化后的翘曲问题，可大大拓宽超薄浮法玻璃的应用领域，推动超薄浮法玻璃加工工艺技术的发展与进步。

参考文献

［1］展贵鑫,宫汝华,何根,等.不同化学强化条件对玻璃盖板性能影响性研究[J].硅酸盐通报,2017（S1）:1-6.

［2］冈畑直树,中川浩司,山中一彦,等.能够减小化学强化时的翘曲的玻璃板[P].中国专利:CN104203859A.2014-12-10.

［3］宫坂聪史,中田英子,林泰夫,等.能够减小化学强化时的翘曲的玻璃板[P].中国专利:CN104203860A.2014-12-10.