铝硅酸盐超薄电子玻璃

1铝硅酸盐超薄电子玻璃的定义及其特性
铝硅酸盐超薄电子玻璃是指以铝硅酸盐玻璃成分体系为基础，厚度1.3 mm以下的平板玻璃，具有高强、耐磨、透明、平整等优异的性能，是目前国内外平板显示器盖板玻璃的主要材料，也可用于其他电子领域。

目前市场在用的铝硅酸盐超薄电子玻璃主要有三种类型，即高铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐微晶玻璃，铝硅酸盐系列玻璃凭借其良好的综合性能和突出的化学强化特性，在显示盖板保护玻璃中获得广泛应用。

尽管如此，人们还是在研发更好力学性能的新一代玻璃，将锂铝硅微晶玻璃作为新的研究对象代替锂铝硅玻璃。

微晶玻璃力学性能优势来源于其遭遇外力破坏时呈现的三重阻力
效应：玻璃本征强度＋晶格阻挡＋化学增强。

微晶玻璃具有更好的裂纹压制层，阻止裂纹扩展。

高铝硅玻璃单侧的“裂纹压制层”仅为玻璃厚度的5%左右，而微晶玻璃单侧的“裂纹压制层”高达玻璃厚度的25%左右。

图1为晶体阻碍裂纹扩展的示意图，也显示了晶体对裂纹扩展的阻碍。

图1 晶体阻碍裂纹扩展的示意图
2高铝硅酸盐及锂铝硅酸盐玻璃生产工艺
浮法和溢流法是生产高铝和锂铝硅酸盐超薄电子玻璃主流的工艺
方法。

总体上两种工艺的对比见表1。

表1 盖板玻璃基板制备工艺对比
3微晶玻璃
目前锂铝硅酸盐微晶玻璃有两种生产工艺，一是采用光学玻璃的生产方法：熔化＋浇筑＋切片＋研磨＋抛光；二是采用压延或者流孔下拉＋压延组合方法。

同时，国内外也在研究采用浮法工艺生产锂铝硅酸盐微晶玻璃。

3.1 浇筑法与压延法生产微晶玻璃的工艺对比
光学玻璃通常采用浇筑法生产，小批量也可采用不连续熔化浇筑，每一炉最大可到几吨，最小可到几克；有一定产量规模的一般采用连续熔化浇筑，日熔化量最小数百公斤，最大一般不超过20吨。

在继承和借鉴光学玻璃工艺基础上，锂铝硅微晶超薄电子玻璃也可使用间歇或连
续熔化浇筑法生产，日熔化量一般不超过3吨。

玻璃熔化后浇筑成厚度约30 mm的玻璃砖，再经过晶化处理得到微晶玻璃砖，在整形后用线切割工艺将玻璃砖切割成玻璃片，再将玻璃片研磨抛光得到满足厚度和表面质量要求的玻璃片，最后经过CNC加工后就可以包装出货。

浇筑法生产微晶玻璃的优势：
①熔化炉小，可灵活调整玻璃品种；
②采用光学玻璃工艺生产，玻璃质量高；
③成型过程中几乎无凉玻璃滞留，不易析晶。

浇筑法生产微晶玻璃的劣势：
①生产规模小，产能低，且光学玻璃级别的玻璃熔制浇筑对坩埚、熔制工艺、浇筑经验要求较高，需要一定程度的经验积累；
②玻璃要先制成厚的玻璃砖再退火、晶化，能耗高，效率低；
③要将厚的玻璃砖切割成薄片，还要进行研磨、抛光，物料损耗大、生产效率低、生产成本大幅度提高。

压延法是一个很成熟、传统的平板玻璃生产方法，通过压延辊快速成形的特性可有效避免玻璃的析晶，生产电子微晶玻璃成形退火方式与传统压延工艺相同，增加了晶化热处理以及后加工环节，玻璃熔化后送入压延机压成薄片，经过晶化处理得到微晶玻璃薄片，再将玻璃片研磨抛光得到满足厚度和表面质量要求的玻璃片，最后经过CNC加工后就可以包装出货。

压延法生产微晶玻璃的优势：
①直接压成玻璃薄片，在后续加工中省去了整形、切割工序，生产效率大大提升，生产成本大大降低；
②压延成形对不同微晶玻璃品种的适应性广，玻璃在经过压延辊时玻璃被快速冷却，可以阻止玻璃析晶；
③日熔化量可大于熔铸法。

压延法生产微晶玻璃的劣势：
①经过压延后玻璃表面粗糙，仍然要经过研磨、抛光才能达到电子玻璃对表面质量要求；
②传统常规的玻璃压延成形一步达到超薄玻璃的厚度及厚薄差有
一定难度；
③进入压延机前玻璃在供料口边部或底部容易形成滞留低温区玻璃，容易析晶。

3.2 浮法工艺生产锂铝硅酸盐微晶玻璃的技术分析
（1）超薄电子微晶玻璃的浮法工艺要求
超薄电子锂铝硅酸盐微晶玻璃产品要满足透明、厚度达到超薄、表观缺陷达到质量要求、理化性能达到产品要求等条件。

用浮法工艺生产这种玻璃必须面临微晶玻璃透光性、析晶性能等很多问题，最核心的问题是在玻璃成形过程中的析晶问题。

对于浮法玻璃生产，各个工艺点的黏度点是相对不变的，玻璃成分不同，玻璃的温度-黏度曲线不同，玻璃在各处的温度会有很大差别，但是在各处的黏度值是相同的，即在固定成分和温黏特性下，浮法玻璃生产的工艺温度范围也是基本确定的。

浮法生产几处关键的工艺黏度点见表2。

表2 各特征玻璃黏度点
因此，分析匹配浮法工艺各环节与透明微晶玻璃熔化、析晶特性的相互影响，是判断浮法生产工艺可行性的重要前提。

（2）浮法工艺生产微晶玻璃各工艺环节适用性分析
熔化澄清。

微晶玻璃在熔化澄清阶段的温度会远高于其析晶上限温度，不存在析晶的问题，主要面临的问题一是需要的熔化温度可能很高，需要全氧＋电助熔才能保证熔化；二是Li2O含量可能很高，对耐火材料侵蚀性强，需要配置优质耐火材料；三是为保证澄清可能需要复合澄清剂，也可能需要铂金高温澄清系统。

只要能根据生产的微晶玻璃成分特性设计好熔窑系统就可以满足生产需求。

冷却成形。

微晶玻璃在冷却成形阶段存在最大问题就是析晶，这也是微晶玻璃能否采用浮法工艺生产的关键环节。

浮法工艺生产玻璃液必
须经过流量闸板、唇砖进入锡槽，进入锡槽的玻璃液要经过八字砖才能脱离与耐火材料的接触，完全漂浮在锡液上，不存在滞留的“死玻璃”，离开八字砖时玻璃的黏度logη约为3.7。

因此，要保证微晶玻璃在离开八字砖前不产生析晶，玻璃的析晶上限温度要比此处温度低30 ℃。

所以，微晶玻璃的析晶上限温度要在低于其自身黏度logη＝3.7对应的温度30 ℃以下，在开展浮法工艺设计前应对玻璃体系进行详细的热工参数测试。

玻璃离开八字砖后尽管不与耐火材料接触，但是玻璃后续将经过摊平抛光、拉边机逐级拉薄，厚度逐步减薄，移动速度逐步加快，温度逐步降低，在某一处的温度将进入玻璃析晶上限温度以内，如果此时的玻璃降温速度小于玻璃的析晶速度，玻璃将会在成形过程中产生析晶。

所以，微晶玻璃的析晶速度要低于其在锡槽内的降温速度。

另外，玻璃在流量闸板处的温度以及成形温度也不能太高。

如果流量闸板处温度高于1350 ℃，流道、唇砖材质就不能使用电熔氧化铝，闸板也不能使用石英陶瓷；成形温度太高，锡槽电加热原件也不能使用硅碳棒，锡槽耐火材料也会很大不同，锡槽温度的提高也会使得锡的挥发大量增加，产生更多的玻璃缺陷。

所以，微晶玻璃成分设计要使其自身对应浮法成形黏度点对应的温度不能太高。

晶化退火。

微晶玻璃浮法生产中如果不考虑一次晶化，仅仅进行玻璃退火，那么主要考虑的是玻璃退火温度是否在析晶下限温度以上，也就是退火过程中会不会析晶或因分相发生而影响后期析晶，一般情况下超薄玻璃拉引速度会很快，玻璃退火的降温速度会大大高于玻璃析晶速
度，所以退火过程电子超薄微晶玻璃析晶风险不大。

微晶玻璃浮法工艺生产中如果考虑一次晶化，就不仅仅进行玻璃退火，还要进行晶化处理；需要考虑玻璃在退火中先要在析晶下限以上的成核温度范围内，某一温度点保温一段时间成核，再升高温度在晶体长大温度范围内的某一温度点保温一段时间使玻璃晶体生长到一定尺寸，然后再逐步降温冷却进入切装工序。

一次晶化炉需要根据玻璃成分及析晶晶相等特性设计，才能有效控制好晶体数量、大小。

由于超薄电子玻璃光边厚度与中部玻璃厚度差较大，在晶化时可能会不均匀析晶，这也是需要考虑的问题。

切装。

微晶玻璃如果不进行一次晶化，在切装时与非微晶玻璃差别不大，只是玻璃硬度会有所增加。

微晶玻璃如果进行一次晶化，在切装时与非微晶玻璃差别就会很大，主要是玻璃硬度会有很大程度增加，玻璃切裁、破碎都需要特殊设计。

4结语
目前国内铝硅酸盐超薄电子玻璃已经获得工业化生产突破并获得
广泛应用，而锂铝硅系微晶玻璃刚刚兴起，规模化生产还处于开发阶段，尤其是浮法生产研究方面还处于初期探索，要转化为实际生产还面临一些关键问题需要研究解决。

但采用浮法工艺生产电子超薄微晶玻璃是今后玻璃工业技术发展的重要方向。