郭衛(wèi) 田芳 司敏杰 楊慧杰 董明

（浮法玻璃新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)洛陽(yáng)浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心洛陽(yáng) 471009）

0 引言

浮法工藝中，玻璃成形是在通入保護(hù)氣體（N2和 H2）的錫槽中完成的，熔融玻璃液從熔窯流入并漂浮在相對(duì)密度大的錫液面上，在其重力和表面張力的共同作用下，玻璃液在錫液面上鋪開(kāi)、攤平、拋光、拉薄和退火后，形成玻璃板。在此過(guò)程中，滲錫是不可避免的，在錫槽中，玻璃板下表面與錫液接觸，稱其為玻璃錫面，玻璃上表面與保護(hù)氣體接觸，稱其為空氣面［1］。國(guó)內(nèi)浮法工藝生產(chǎn)的超薄玻璃，在離子強(qiáng)化后容易出現(xiàn)翹曲變形的問(wèn)題，使超薄浮法玻璃表面平整度受損，玻璃蓋板與顯示面板貼合的嚴(yán)密性變差，影響產(chǎn)品的美觀和質(zhì)量，嚴(yán)重影響深加工廠家的使用，限制了超薄浮法玻璃的應(yīng)用。

1 離子強(qiáng)化后超薄浮法玻璃翹曲現(xiàn)象

為了判斷超薄浮法玻璃離子強(qiáng)化后的翹曲方向，本實(shí)驗(yàn)收集的樣品為市場(chǎng)上離子強(qiáng)化后的超薄浮法玻璃產(chǎn)品，厚度均為0.7 mm，根據(jù)規(guī)格尺寸編號(hào)1#～ 5#樣品，采用廣東東莞天勤儀器有限公司精密光學(xué)影像儀 weimi432PS 對(duì)離子強(qiáng)化后的浮法玻璃樣品1#～ 5#進(jìn)行翹曲值的測(cè)量，分別測(cè)試其錫面和空氣面的翹曲值，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各樣品翹曲值

保持超薄玻璃樣品豎立，沿著玻璃樣品的長(zhǎng)度方向目視觀察，可以明顯觀察到：1#～ 5#樣品均為C形彎曲；用錫面識(shí)別儀區(qū)分出玻璃樣品的錫面與空氣面，發(fā)現(xiàn)1#～ 5#樣品翹曲方向是彎向錫面。

從表1中可以看出，對(duì)于同一厚度的中鋁超薄浮法玻璃，其規(guī)格尺寸越大，翹曲度也越大，說(shuō)明大尺寸的超薄浮法玻璃，其翹曲度較難控制。

電視屏幕、智能手機(jī)、移動(dòng)電話、平板電腦、計(jì)算機(jī)顯示器等未來(lái)電子顯示裝置的發(fā)展趨勢(shì)是超薄和大尺寸，與之配套的蓋板玻璃的發(fā)展趨勢(shì)也是超薄和超大，但是尺寸越大、厚度越薄，其翹曲度的控制難度越大，因此，探究超薄浮法玻璃離子強(qiáng)化后的翹曲機(jī)理和控制超薄玻璃的翹曲度對(duì)大尺寸的超薄玻璃的應(yīng)用和發(fā)展有著非常重要的意義和價(jià)值［2-3］。1#～ 5#玻璃樣品錫面和空氣面的翹曲值見(jiàn)圖1。

圖1 1 #～ 5 #玻璃樣品錫面和空氣面的翹曲值

從圖1中可以看出，對(duì)于同一片玻璃，錫面的翹曲值比空氣面的翹曲值大，說(shuō)明錫面的起伏變形較大，推測(cè)可能是由于浮法玻璃漂浮在錫液面上，玻璃板的空氣面是自然拋光，而玻璃板的錫面與錫液相接觸，錫液的流場(chǎng)會(huì)對(duì)玻璃表面產(chǎn)生影響，因此，浮法玻璃錫面比空氣面的起伏變形稍大，不論是宏觀質(zhì)量還是微觀結(jié)構(gòu)，玻璃板的錫面和空氣面存在較大差異，這在超薄玻璃板上表現(xiàn)得更突出。

2 能譜分析

2.1 原片的能譜分析

離子強(qiáng)化前原片樣品的表面成分檢測(cè)采用帶有能譜儀（ Energy Dispersive Spectrometer， EDS）的掃描電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)量，點(diǎn)濃度的采集為玻璃錫面和空氣面隨機(jī)選取多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，為了去掉絕對(duì)誤差，數(shù)據(jù)值進(jìn)行了歸一化處理，根據(jù)能譜測(cè)試結(jié)果，由原子分?jǐn)?shù)換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其結(jié)果如表2所示。

表2 原片錫面與空氣面成分

由表2可以計(jì)算出玻璃錫面與空氣面各氧化物的含量變化率，各氧化物的含量變化率為（錫面和空氣面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差值/錫面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）×100%，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，在超薄浮法玻璃空氣面和錫面的表面成分中，SnO2含量的變化率最大，高達(dá)76.2%，而其他成分含量的變化率為1%～5%；說(shuō)明在同一強(qiáng)化工藝條件下，玻璃表面成分中的錫是影響空氣面和錫面在離子強(qiáng)化過(guò)程中出現(xiàn)差異的最主要因素。

2.2 離子強(qiáng)化樣品的能譜分析

對(duì)離子強(qiáng)化后的3#超薄浮法玻璃樣品進(jìn)行了能譜測(cè)試分析，在錫面和空氣面任意取多點(diǎn)進(jìn)行能譜測(cè)試，取其平均值，其結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 3 #樣品錫面與空氣面成分

由表4可以看出，離子強(qiáng)化后的3#玻璃樣品，其錫面的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3.2%，空氣面的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.9%，錫面的K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為12.9%，空氣面的K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為13.5%，其錫面的Na2O含量高于空氣面的Na2O含量，錫面的K2O含量低于空氣面的K2O含量，說(shuō)明在離子強(qiáng)化過(guò)程中，錫面的Na+和 K+的離子交換量較空氣面要小一些，即在玻璃體錫面，熔鹽中的K+進(jìn)入玻璃體的量比空氣面一側(cè)熔鹽中的K+進(jìn)入玻璃體的量少，玻璃體中錫面一側(cè)的Na+析出較空氣面一側(cè)的Na+析出少，所以玻璃錫面一側(cè)剩余的Na+較空氣面一側(cè)多，其K+含量也較空氣面一側(cè)少；同理，玻璃空氣面一側(cè)Na+和K+離子交換量較錫面一側(cè)稍大，總之，玻璃錫面的離子交換量稍低于空氣面的離子交換量［4］。

取3#玻璃樣品與原片進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 原片和3 #樣品的Na 2O和K 2O含量變化

由圖2可以看出，與原片相比，不管是錫面還是空氣面，3#樣品Na2O含量明顯減少，K2O含量明顯增多，并且對(duì)于原片，其錫面的Na2O含量低于空氣面的Na2O含量，錫面的K2O含量稍高于空氣面的K2O含量，經(jīng)過(guò)離子強(qiáng)化后，其錫面的Na2O含量高于空氣面的Na2O含量，錫面的K2O含量低于空氣面的K2O含量，也證明了錫面K+和Na+的交換量稍低于空氣面的交換量［3］。

對(duì)1#～ 5#樣品均進(jìn)行了能譜測(cè)試，樣品呈現(xiàn)同樣的規(guī)律和趨勢(shì)，即離子強(qiáng)化后的樣品，其玻璃表面Na2O和K2O的含量，錫面的Na2O含量稍高于空氣面的Na2O含量，錫面的K2O含量稍低于空氣面K2O含量，即玻璃錫面的離子交換量稍低于空氣面的離子交換量，這可能是由于玻璃錫面滲入了一定量的錫離子（ Sn2+或 Sn4+） ，使得超薄玻璃板兩面存在Na+離子濃度差，因此，超薄玻璃板在離子強(qiáng)化處理時(shí)，錫面和空氣面的 K+→Na+擴(kuò)散速率和交換總量存在一定差異，使得玻璃錫面的小半徑Na+和熔鹽中大半徑K+的離子交換量低于空氣面的離子交換量，推測(cè)是由于大半徑K+置換小半徑Na+較多，則其表面膨脹量較大，玻璃錫面和空氣面離子交換量不同，可能導(dǎo)致玻璃板兩面膨脹增量出現(xiàn)差異，錫面的交換量低，其膨脹量較少，空氣面離子交換量大，其膨脹量較大，是造成離子強(qiáng)化玻璃出現(xiàn)向錫面彎曲的重要原因之一。

3 結(jié)語(yǔ)

顯示裝置基板玻璃呈現(xiàn)出薄型化和輕量化的趨勢(shì)，但超薄化的同時(shí)也帶來(lái)顯而易見(jiàn)的弊端。對(duì)于浮法工藝生產(chǎn)的超薄玻璃，成形時(shí)由于玻璃下表面與錫接觸而存在不可避免的離子交換和擴(kuò)散過(guò)程，導(dǎo)致玻璃上下表面離子分布存在差異，因此造成玻璃板在離子強(qiáng)化過(guò)程中上下表面膨脹量不同而產(chǎn)生翹曲，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)調(diào)整玻璃厚度、合理的成形溫度制度，提高錫槽密封性，控制玻璃在錫槽內(nèi)部成形時(shí)間，使浮法玻璃上下表面的Sn離子濃度比例達(dá)到最佳，可有效控制超薄浮法玻璃的翹曲問(wèn)題［5］。對(duì)浮法玻璃離子強(qiáng)化后的翹曲問(wèn)題及生產(chǎn)工藝優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。