第6章特种玻璃

第6章 特种玻璃6.1前言日用器皿玻璃和平板玻璃是以Na2O-CaO-SiO2系统为基础的传统玻璃。

近数十年，社会发展和科学技术进步对玻璃提出了更多特殊的要求，如具有更好的光学、热学、化学、力学和电学等方面的性能，以满足特别用途的需要，这些玻璃逐渐脱离了Na2O-CaO-SiO2系统玻璃范围，形成了专业应用的特种玻璃。

特种玻璃在建筑、交通、能源、化工、医药、航天、航空、舰船、电子、核工业等领域应用广泛，其突出特征是与新兴产业和国防需求联系紧密，在现代科学技术领域占据着其它材料无法替代的重要地位，因此，世界各国越来越关注各种高新性能特种玻璃材料的开发和利用，特种玻璃的研发和生产水平成为一个国家材料发展水平的重要标志之一。

1)安全玻璃安全玻璃是一类经剧烈振动或撞击不破碎，即使破碎也不易伤人的玻璃深加工产品，包括钢化玻璃、夹层玻璃和由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的玻璃制品。

钢化玻璃即淬火增强玻璃，这种玻璃破碎时形成无尖锐棱角的颗粒，对人体伤害很小，是使用最广泛的安全玻璃。

夹层玻璃即胶合玻璃，当受冲击破碎时，碎片不掉落、不飞溅，能有效地防止或减轻对人体的伤害。

由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的安全玻璃品种还有很多，如防弹玻璃、防盗玻璃、防火玻璃、夹丝玻璃、防护玻璃及贴膜玻璃等。

具有优良安全性、抗冲击性和抗穿透性的安全玻璃在建筑与装饰、汽车、飞机、火车、舰船、仪器仪表和家电等行业广泛应用。

随着社会经济的不断发展，安全玻璃的需求越来越多。

以建筑安全玻璃和汽车安全玻璃为例，发达国家建筑业的安全玻璃使用率（与普通玻璃相比）已达到70%，其中夹层玻璃使用率约占30%，同时对安全玻璃的隔热、调光、防火、防飓风等功能的需求也呈逐年上升趋势。

在汽车制造业，随着汽车使用量的高速增长以及汽车玻璃安全化程度的提高，对车用安全玻璃的刚性需求显著增加。

国内外安全玻璃产业正朝着技术创新、产品推新及多功能性的方向发展。

近几年，随着我国玻璃行业的快速发展和市场对安全玻璃产品需求的增加，安全玻璃产业出现了前所未有的繁荣现象。

2007年全国安全玻璃总产量仅为1.9亿m2，2011年前10个月，全国安全玻璃的累计产量达2.72亿m2，五年间安全玻璃的产量提高了43.2%，为满足国民经济发展、改善人们生活水平发挥了重大作用。

经过多年的努力和发展，我国的安全玻璃产业取得了显著成绩，但发展中仍存在一定问题。

一是平板玻璃产能过剩和玻璃深加工率低的矛盾问题依然存在。

2011年我国平板玻璃总产量达7.4亿重量箱，约占世界总产量的50%以上，我国已经成为世界上生产规模最大的平板玻璃生产国，普通平板玻璃和单一功能玻璃产能过剩现象明显。

但是玻璃的深加工率却明显偏低，2010年我国深加工玻璃产量仅占全部玻璃产量的36.8%，与世界平均水平相差20多个百分点，安全玻璃市场用量还有巨大的上升空间。

二是安全玻璃生产企业分散、产业链短。

我国的安全玻璃生产企业众多，并以中、小企业为主，大多从事低端、低质、功能单一的安全玻璃生产。

并且，玻璃生产与安全玻璃加工企业分离现象严重，生产-加工一体化进展缓慢，产业链短、集中度差，具有国际知名度的安全玻璃生产企业较少。

三是科技创新不足，高端产品进口依赖度高。

国内真正具有安全玻璃加工技术自主研发能力的企业很少，高端安全玻璃生产的核心技术大多掌握在欧、美、日等发达国家手中，先进生产装备大部分依靠进口，致使我国安全玻璃技术含量和附加值低、竞争力较差。

四是安全玻璃评价体系不健全、强制执行力度不够。

近年随着安全玻璃在高层建筑上的应用，由于钢化玻璃自爆引起的安全玻璃“不安全”现象时有发生。

因此，未来几年我国安全玻璃发展应注意以下几个问题：（一）提高企业集中度，增强国际竞争力。

为解决我国安全玻璃生产企业集中度低、国际知名企业数量少的问题，应加快国内安全玻璃企业重组，通过资源、技术、品牌的合理配置，特别是通过生产-加工一体化的发展，降低安全玻璃的生产成本，提高技术水平，满足国内高端需求，增强国际竞争力。

（二）加强科技创新，提高自主研发能力。

通过产-学-研相结合的方式，特别是充分依靠和带动国内大院大所的研发实力，进一步提高安全玻璃生产技术和生产装备研发能力，在安全玻璃的节能生产、复合钢化和真空一步法夹层等工艺及相关设备上，形成一批具有自主知识产权的全套技术和装备，抢占安全玻璃领域的制高点。

（三）以应用需求为导向，加强新品种开发。

随着安全玻璃应用领域的不断扩大，市场对安全玻璃产品提出了许多新的应用需求，如轻量化、功能集成化和智能化等。

安全玻璃产业应加大新品种的开发，特别是加快超薄安全玻璃、异形安全玻璃、多功能器件安全玻璃、光伏-建筑一体化安全玻璃等新品种的研发力度。

（四）完善评价体系，加大标准和规范的执行力度。

钢化玻璃占安全玻璃使用量的50%～70%，自爆是钢化玻璃使用过程面临的最大风险，因此应建立完备的安全评价体系，加大钢化玻璃出厂前的自爆检测与评价。

同时，进一步完善安全玻璃相关标准和应用规范，提高安全玻璃使用率，增强夹层安全玻璃使用的强制执行力度。

2)平板显示玻璃平板显示玻璃是指应用于各种平板显示器件的特种玻璃。

所谓平板显示器件一般是指显示屏对角线的长度与整机厚度之比大于4:1的显示器件。

由于平板显示器有许多优点，如薄型而轻巧、电压低、无X射线辐射、没有闪烁抖动、不产生静电、功耗低、寿命长等，在军事、民用领域都有极其广泛的用途。

平板显示玻璃是平板显示产业链上游关键的基础材料，是平板显示元件的载体，显示器件的主要制作工序都必须在玻璃基板上进行，其品质好坏对显示器的影响很大。

平板显示玻璃必须是高质量、薄厚度的特殊玻璃——表面平整度高，几乎无内在缺陷；热膨胀系数与辅材相匹配；化学稳定性和热稳定性优良；并且能进行精密存储。

为满足平板显示行业的发展需要，大尺寸、薄厚度、环保化成为显示器玻璃发展的新趋势。

平板显示玻璃按用途主要分为PDP基板玻璃、LCD（TN/STN-LCD、TFT-LCD）基板玻璃和以及触摸屏玻璃。

早期的PDP基板玻璃为浮法生产的钠钙硅玻璃，也有用改进了热性能的钠钙硅玻璃，如日本旭硝子的Asahi玻璃。

这些玻璃的优点是价格便宜，但其共同缺点是应变点低、热稳定性差。

近年来美国康宁玻璃公司、法国圣戈班公司、日本旭硝子公司、德国肖特公司等国际大型玻璃企业投入大量人力和物力对PDP基板玻璃进行研究，其中以日本旭硝子公司最为成功。

日本旭硝子公司采用浮法玻璃工艺技术成功地生产出牌号为PD200的基板玻璃，该产品性能优良，完全满足PDP显示屏制作工艺的需求，产品份额占国际市场90%以上，日本旭硝子公司成为世界上最大的PDP显示屏基板玻璃生产厂家。

美国康宁公司开发出的CS-25玻璃，性能优于传统的PDP用基板玻璃，也已实现工业化生产。

国内PDP 基板玻璃生产尚处于空白阶段，只有中国建筑材料科学研究总院做了一些研究工作，获得了适宜PDP生产的实验室基板玻璃样品。

LCD基板玻璃分为含碱玻璃及无碱玻璃两大类。

含碱玻璃包括钠玻璃及中性硅酸硼玻璃两种，多应用于TN及STN-LCD上，主要生产厂商有日本板硝子、旭硝子及中央硝子等，该类玻璃主要采用浮法工艺生产；无碱玻璃则以无碱铝硅酸玻璃为主，其碱金属总含量在1%以下，用于TFT- LCD上，主要生产厂商为美国康宁公司，该类玻璃主要采用溢流法工艺生产。

目前，5-7 代生产线是市场的主流，相关产品是桌上显示器、笔记本电脑及其他中小尺寸应用的重要支撑平台。

未来8 代生产线的逐步投产，将主要面对40 英寸以上的大尺寸液晶显示市场。

国内TN/STN-LCD基板玻璃已经实现国产化，TFT-LCD基板玻璃是目前产业化研发的重点。

我国目前拥有4条4代TFT-LCD生产线，并有两条6 代、3 条8代生产线开始建设，另有多条8 代、8.5 代线已提交项目申请，正在等待国家发改委的核准。

触摸屏玻璃主要用于触摸屏面板，是化学强化玻璃，组成为特殊的钠硅酸盐系统。

触摸屏玻璃是通过钠钾离子交换来提升自身强度，达到玻璃强化的目的，并且离子交换后玻璃的耐冲击性、表面硬度得到显著提升。

德国肖特采用独特的微浮法工艺生产的铝硅酸盐平板玻璃，通过采用较短时间，控制离子交换深度和表面压应力等工艺技术，获得了高强度低厚度公差的触摸屏玻璃。

国内触摸屏玻璃生产技术落后，95%依赖进口，原因在于国内触摸屏玻璃生产只是采用普通平板玻璃进行离子交换，其质量远远达不到进口产品水平。

目前国际上PDP基板玻璃生产采用的是浮法成形技术，LCD基板玻璃生产采用的是溢流成形或浮法成形技术，触摸屏玻璃生产采用的工艺是对特殊成分的玻璃进行离子交换。

与发达国家相比，我国平板显示玻璃在研发、产业化等方面都存在很大差距。

为使我国平板显示玻璃达到世界一流水平，建议未来的发展要突出如下几个方面的工作：（一）加强组分研究，形成具有自主知识产权的适合溢流成形、浮法成形等大规模生产工艺的玻璃组分；（二）提高熔制技术。

由于PDP基板玻璃采用高铝硅酸盐系统，LCD基板玻璃采用无碱高硼硅系统，触摸屏玻璃采用铝硅酸盐系统，这些系统玻璃的熔制具有玻璃液对耐火材料侵蚀性强、玻璃内气泡难以排出等特点，不易澄清和均化，这对熔窑结构、耐火材料、澄清均化技术等提出了更高的要求。

要产业化生产高质量的平板显示玻璃，熔制技术必须取得更本性突破。

（三）改进成形技术。

在提高熔制质量的同时，设计、制造专用的供料设备、成形设备，满足大尺寸、薄厚度、环保化平板显示玻璃产业化生产的需要。

3)镀膜玻璃镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或化合物薄膜，以改变玻璃的光学、电学、机械和化学等方面性能，达到装饰、节能、环保及可再生能源等目的的玻璃深加工产品。

目前我国常见的镀膜玻璃主要有太阳能热反射镀膜玻璃、Low-E镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃、ITO导电膜玻璃、薄膜太阳能光伏电池用TCO镀膜玻璃等。

这些镀膜玻璃广泛应用于节能建筑、电子、信息及新能源等领域。

我国镀膜玻璃生产是从1988年中国耀华玻璃集团公司引进美国二手设备开始的，虽然至今只有20多年的历史，但表面镀膜已成为我国玻璃深加工的主要生产方式之一。

据不完全统计，我国目前从事镀膜玻璃生产的厂家达470多家，拥有镀制各类不同功能膜的镀膜玻璃生产线740余条，其中引进国外装备线70多条，总生产能力近1.7亿m2，包括近百个品种。

近年来，国家对节能环保技术和新能源技术的开发和重视，为镀膜玻璃的发展注入了新的活力。

保守估计，到2020年，我国镀膜玻璃产量的年均增长速度将在20%左右。

未来十几年，节能环保的太阳能热反射镀膜玻璃仍会占据主导地位；而 Low-E玻璃因为其良好的低辐射隔热节能效果和成熟的制造技术，将成为市场上发展最快、应用最广、市场前景最好的镀膜玻璃产品；薄膜太阳能光伏TCO镀膜玻璃，既可以实现大面积光伏组件太阳能发电，大大降低光伏电池的成本，又可以和建筑幕墙、门窗玻璃、采光顶等有效结合，实现生态一体化绿色建筑，也将是镀膜玻璃的主要发展方向。