超薄浮法电子玻璃的成型与退火工艺探讨
时间：2020-03-31 05:16:18 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：随着触摸屏显示行业的快速发展，以0.2～0.7mm厚度为代表的超薄浮法电子玻璃产品已经被广泛应用于显示终端中。本文探讨了超薄浮法电子玻璃生产过程中的成型及退火工艺，阐明了浮法超薄电子玻璃成型与退火的生产工艺控制理念，提出了玻璃粘锡等缺陷的控制方法，为超薄浮法电子玻璃的实际生产提供指导作用。
关键词：超薄浮法玻璃 成型 退火
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0092-04
Abstract： With the rapid development of touch screen display industry， ultra thin float electronic glass products represented by 0.2～0.7mm thickness have been widely used in display terminals. This paper discusses the forming and annealing process of ultra-thin float glass electronic production process，the process control concept of the float forming and annealing of ultra-thin electronic glass， put forward the control method of glass tin and other defects， provide guidance for the actual production of ultra-thin float glass electronic.
Key Words： Ultra thin float glass；Forming；Annealing
随着触摸屏显示行业的快速发展，市场对触摸屏玻璃表面保护玻璃的厚度要求越来越薄，玻璃的超薄化已经成为玻璃的重要发展趋势之一。触摸屏玻璃表面保护玻璃厚度要求小于1mm[1]，超薄电子玻璃产品已经被广泛应用于智能手机、平板电脑、AG玻璃、保护玻璃等显示终端中。目前，能够成熟稳定生产超薄电子玻璃的生产工艺主要有浮法和溢流法[2]，浮法工艺相对成熟，产量大，但是产品品质相对较低。采用浮法生产超薄电子玻璃的公司主要有日本旭硝子、德国肖特、中国南玻等。溢流法产品质量高，但是产量低，投资成本大，技术门槛高，采用溢流法生产超薄电子玻璃的公司主要有美国康宁、日本电气硝子、中国东旭集团、科立视等。
通过浮法工艺生产超薄电子玻璃，尤其0.7mm以下厚度的玻璃时，随着玻璃厚度的降低，所需拉边机数量增多，容易导致玻璃板边缘温度明显低于中部温度，加剧超薄电子玻璃横向厚度温差，容易造成玻璃厚薄差、波纹度和平面度難控制。并且超薄电子玻璃边部厚度大，中部板厚度薄，难以在同一退火速率下，实现不同厚度玻璃的退火。同时，超薄电子玻璃还容易产生微划伤、粘锡、辊印、翘曲、退火裂板、切割破损等一系列缺陷。
如何有效解决上述的一系列问题，持续稳定地生产出符合电子显示行业使用标准要求的高品质超薄浮法电子玻璃。本文结合长期积累的生产经验，分析和探讨超薄浮法电子玻璃的成型与退火工艺，希望能为超薄浮法电子玻璃的生产提供一定的指导作用。
1 超薄浮法电子玻璃成型控制
1.1 锡槽成型温度场设定
图1为0.7mm普通钠钙超薄电子玻璃的锡槽温度场典型的设定模式，我们可以看到玻璃液进入锡槽后在拉边机区域，经过拉边机的展薄作用后，逐步降温，经锡槽出口进入退火窑。超薄玻璃的成型过程与其他塑性材料相似，分为成型和定型两个阶段。所谓成型就是赋予玻璃具有一定的形状，所谓定型就是使玻璃的形状保持固定下来。在成型过程中，随着温度降低，玻璃由黏性流体转变为黏滞弹性体，再转变为弹性固体[3]。虽然超薄电子玻璃的成型原理与普通浮法玻璃相似，但是超薄电子玻璃的厚度分布、边部翘曲、微观波纹度等一系列问题较为突出，需从以下方面着手进行解决。
（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）确定适宜的流道温度。
拉引量确立后，需要摸索出适宜的流道温度，过高的流道温度会影响玻璃在锡槽的摊平和成型，而且会导致流量闸板寿命急剧缩短，显然对于稳定生产来说是一个不利因素。过低的流道温度，可能导致锡槽温度场偏低，需要开启大量的锡槽电加热来维持温度，显然对于成型控制和节能都是不利的。同时由于拉引量较低，如果流道温度长期过低运行，很可能导致唇砖和八字砖附近产生大量的析晶，危及锡槽出口爬坡的安全生产。所以需要综合平衡，制定一个满足生产需求的流道温度指标。
（3）合理的锡槽电加热分区。
对于低拉引量条件下生产超薄玻璃来说，为了保证合适的成型拉薄温度场，必须投入相对较多的电加热来维持温度，合理的锡槽电加热细分区才能保证玻璃厚度的可调性。虽然拉边机的参数可以对厚度产生影响，但总的来说，超薄玻璃的厚薄差控制主要是通过调整电加热来实现的。这一点与传统的普通浮法生产有较大的差异，如果电加热分区不合理，可能导致厚薄差无法达到电子玻璃的品质要求。图2为超薄电子玻璃的锡槽电加热分区示意图，图3为超薄电子玻璃的锡槽电加热分区照片。
如果条件允许的话，建议尽可能进一步细分拉薄区的电加热，将横向7个分区再细分为9个或11个分区，这样对于板宽方向厚度控制更为有效。不同分区条件下0.55mm厚度对比如图4所示，合理的锡槽电加热分区有利于改善超薄电子玻璃的厚度分布。
1.2 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橫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。图6为0.33mm厚度超薄电子玻璃拉边机速度趋势图，一般情况下，首对拉边机速度应能够保证锡槽前端安全适宜的“大肚子”宽度。拉边机头压入深度一般控制为主拉薄区最深，为15～25mm，后区逐步调浅，为防止玻璃板摆动，避免边部应力集中。
1.3 合适的锡槽出口温度
浮法工艺生产超薄电子玻璃，必须确立和摸索出适合生产线自身特点的不同厚度所对应的锡槽出口温度。务必做到适宜的低温控制，因为过高的出口温度必然导致板下锡缺陷，如划伤、粘锡等难以消除。而过低的出口温度意味着锡槽出口断板风险增大。
1.4 锡槽安全控制
不同于普通浮法生产，超薄浮法电子玻璃生产中，锡槽电加热功率开启相对较高，而且长期集中使用，所以锡槽顶罩内的温度控制就显得格外重要了。对于普通浮法来说，这个温度一般都较低，而对于超薄玻璃生产来说，这个温度会相对较高，所以必须考虑槽顶保护气体的分配冷却问题，保护电加热母排的安全。同理，锡槽两侧槽壁沿口砖位置渗出锡液的可能性也在增加，所以对于锡槽壁的有效冷却，防止锡液外渗也是必须考虑的问题。
1.5 板下锡缺陷控制
对于超薄浮法电子玻璃生产而言，板下锡缺陷控制是一个业界普遍性难题。经过长期的摸索实践，我们总结了过往的经验教训，按照以下控制思路，可以将粘锡等缺陷控制在良好的水平。
（1）采用为电子玻璃开发的新型陶瓷辊，表面粗糙度优良，耐高温，可以延长过渡辊的使用寿命，有效解决了辊面粘锡的问题。
（2）1#过渡辊采用全新吊挂结构形式，可以同时进行前、后、上、下的方便调节，以实现通过1#过渡辊对玻璃板抬起位置的调节，即可以自由实现玻璃板与锡液交界面的脱离点变换，达到控制、调节三角区长度的目的。
（3）选用高效直线电机，有效控制锡槽出口的锡灰聚积的问题。
（4）渣箱取消SO2使用，减少对锡槽尾端的污染。
（5）杜绝锡槽用水设备如拉边机、内窥镜等渗水，定期检测锡槽内气氛的露点，保证锡槽压力控制在30Pa以上。
2 超薄浮法玻璃退火控制
2.1 控制玻璃边部光边的厚度和宽度
图7为超薄浮法电子玻璃板的光边区域示意简图，浮法超薄电子玻璃生产工艺特点决定了玻璃的光边区域相对偏厚，而玻璃的净板区域相对较薄，如0.7mm超薄浮法电子玻璃，净板区域的厚度为0.7mm，而光边最厚的部分厚度一般为2.2mm左右。我们知道玻璃板是一个整体，所以就必须同时实现厚度相差几倍的光边部分与净板部分玻璃的退火，这也正是超薄玻璃退火难以控制的主要原因之一。通过设定适宜的锡槽温度场，优化拉边机参数配置，可以有效降低玻璃光边厚度和宽度，为达到良好退火创造必要条件。
2.2 合理的退火纵向、横向温度制度
退火速率决定玻璃最终的残余应力值，横向温度决定着玻璃板的应力分布特征[4]。为了解决好玻璃光边与净板厚度相差较大带来的退火问题，我们必须考虑到如何有效应对光边热量过多的问题。退火窑的冷却风管与电加热分布需要与玻璃板的宽度对应起来考虑。在退火窑设计之初务必考虑如何有效地精细分区，尽可能做到玻璃板的区域对应，避免过往普通浮法粗略分区，互相干扰的做法。引入新型热传导材料，对于光边对应部分的特殊处理，以及两侧移动式电加热手的合理布置与设定，对于边部与净板的退火衔接和平稳过渡有非常重要的意义。
3 结语
对于超薄浮法电子玻璃生产来说，合理的硬件配置，适宜的工艺指标设定，精细、稳定的操作控制是必要的基础。拉边机参数与锡槽温度场合理匹配，有效降低光边厚度和宽度才能取得良好的效果。随着3D盖板玻璃需求的持续增长和OLED显示屏推广，超薄浮法电子玻璃会有广阔的应用空间。
参考文献
[1]田英良，梁新辉，张磊，等.高碱铝硅酸盐玻璃的超薄浮法工艺探讨[J].武汉理工大学学报，2010，32（22）：102.
[2]张锐，陈德良，杨道媛，等.玻璃制造技术基础[M].北京：化学工业出版社，2009.
[3]王承遇，陈敏，陈建华.玻璃制造工艺[M].北京：化学工业出版社，2006.
[4]赵彦钊，殷海荣.玻璃工艺学[M].北京：化学工业出版社， 2015.
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