超薄浮法電子玻璃的成型與退火工藝探討

喬 偉，鄭 旭，劉園園，盛蘊(yùn)卓

（1 河北視窗玻璃有限公司 河北 廊坊 065000）

（2 河北省企業(yè)技術(shù)中心 河北 廊坊 065000）

（3 河北省超薄電子玻璃技術(shù)創(chuàng)新中心 河北 廊坊 065000）

0 引言

超薄浮法電子玻璃是一種應(yīng)用廣泛的高性能電子材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等性能。 然而，由于制造難度較大，加之成型及退火工藝對性能表現(xiàn)有著直接的影響，因此相關(guān)工藝的研究與探討對于電子玻璃的應(yīng)用與發(fā)展至關(guān)重要。本文通過對超薄浮法電子玻璃的成型與退火工藝進(jìn)行深入研究，旨在探討制備過程中的關(guān)鍵問題以及優(yōu)化工藝，以期進(jìn)一步提升其性能，為后續(xù)應(yīng)用研究提供理論支持。

1 超薄浮法電子玻璃的概念及應(yīng)用

1.1 超薄浮法電子玻璃的概念

薄膜晶體管液晶顯示器（thin film transistor-liquid crystal display， TFT-LCD）是一種高性能的特種玻璃材料，由硅、氧、鉀、鋁和其他成分等元素組成。 它是目前最廣泛應(yīng)用于顯示器和太陽能電池板等領(lǐng)域的材料之一，具有出色的光學(xué)、力學(xué)和化學(xué)性能［1］。

TFT-LCD 玻璃比傳統(tǒng)玻璃更加耐用和堅韌，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性，能夠抵抗許多不同的物理和化學(xué)破壞。 TFT-LCD 玻璃也具有很高的透光性、熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，成為電子工業(yè)中最常見的材料。

1.2 超薄浮法電子玻璃的應(yīng)用

TFT-LCD 玻璃被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如手機(jī)、電視機(jī)、數(shù)碼相框等，能夠提供清晰且高質(zhì)量的圖像和視頻，也能有效提高電子設(shè)備的外觀設(shè)計。 在電腦中，TFT-LCD 玻璃是顯示屏的關(guān)鍵組件，能夠提供清晰的圖像，保持設(shè)計的輕盈和緊湊。 TFT-LCD 玻璃也被廣泛應(yīng)用于平板電視和智能手機(jī)屏幕等領(lǐng)域，其優(yōu)異的性能和品質(zhì)，改變了人們的視覺體驗(yàn)和使用體驗(yàn)。

2 超薄浮法電子玻璃的制備工藝

超薄浮法電子玻璃的制備工藝主要包括原料制備、熔融、純化、浮法、切割等步驟。

2.1 原料制備

在制備超薄浮法電子玻璃的過程中，原材料制備是重要的步驟。 不同類型的玻璃需要使用不同的原材料，例如硅酸鹽玻璃需要使用硅石和石灰石等原材料。 在原料制備的過程中，需要對原材料進(jìn)行篩選、洗滌、研磨等處理，以保證原材料的真正純度和均勻性［2］。 在整個制備過程中，原材料直接影響著玻璃的制備成本和質(zhì)量。

2.2 熔融

原料制備后，放入熔融爐中進(jìn)行熔融。 在熔融的過程中，需要將原材料加入熔融爐，并控制爐子中的溫度和熔化速度。 通常在熔融的過程中，還需要添加特定的化學(xué)品或氣體，以達(dá)到所需的玻璃成分。 在熔融爐中，熔體會被攪拌均勻，以保證玻璃成分的一致性和純度。

2.3 純化

在熔融過后，玻璃還需要進(jìn)行純化處理。 純化是為了去除玻璃中的雜質(zhì)和氣泡，提高玻璃的透明度和機(jī)械強(qiáng)度。 一般純化劑需要進(jìn)行反復(fù)加入和排出，以確保雜質(zhì)去除干凈，同時也需要在真空泵輔助下進(jìn)行處理，以去除玻璃中的氣泡。

2.4 浮法

浮法是制備TFT-LCD 玻璃的核心步驟。 在浮法過程中，將熔化的玻璃液體倒入平坦的鋼板中，然后讓鋼套懸浮在玻璃熔池中，逐漸冷卻成型。 此過程是根據(jù)材料的物性和熔化后的流變性質(zhì)進(jìn)行控制的。 鋼板上形成的玻璃液體會上下波動，在垂直的方向上不斷成型，形成平整的玻璃板。

2.5 切割

經(jīng)過浮法的TFT-LCD 玻璃需要切割成所需要的尺寸和形狀。 切割通常是通過自動切割設(shè)備進(jìn)行的，具體的切割過程需要根據(jù)不同的材料和尺寸來進(jìn)行調(diào)整。 切割后的TFT-LCD 玻璃具有平整度和光滑度，可以用于液晶顯示器、平板電視、智能手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備的制造。

3 超薄浮法電子玻璃的成型工藝

超薄浮法電子玻璃的成型工藝是一個十分復(fù)雜的過程，包括拋光、清洗、光刻、蒸鍍等步驟。 下面將詳細(xì)介紹每一步的具體操作。

3.1 拋光

在進(jìn)行拋光前，需要清洗玻璃表面，去除表面的污垢和雜質(zhì)。 清洗的方式比較多樣，可以使用高壓水槍和清潔劑，也可以采用強(qiáng)酸強(qiáng)堿等化學(xué)方法。 清洗完后，將玻璃放入切割機(jī)中進(jìn)行切割，制成所需的尺寸和形狀［3］。

接下來是拋光。 拋光的目的是使玻璃表面光滑均勻，便于后續(xù)的加工。 拋光的方法有很多種，常見的有機(jī)械拋光和化學(xué)拋光。 機(jī)械拋光是使用一種有機(jī)材料，例如聚氨酯，放在輥上滾動，將玻璃表面拋光。 化學(xué)拋光則是將玻璃表面涂上一層化學(xué)溶液，在一定溫度下反應(yīng)，然后再去除表面的殘留物。

3.2 清洗

清洗是成型工藝中重要的一步。 清洗的目的是去除玻璃表面和內(nèi)部的雜質(zhì)和污垢，保證后續(xù)工藝的進(jìn)行。 通常使用去離子水和清洗液進(jìn)行清洗。

去離子水是指去掉離子的水，主要通過反滲透或離子交換獲得。 使用去離子水進(jìn)行清洗能夠有效去除水中的雜質(zhì)和離子，避免在成型過程中污染玻璃材料。 而清洗液則是通過選擇性地溶解污垢和雜質(zhì)，被溶解后從玻璃表面脫落。

3.3 光刻

光刻是一種重要的成型工藝，用于制造微小的電路、光學(xué)器件等微觀結(jié)構(gòu)。 在進(jìn)行光刻之前，需要先對玻璃進(jìn)行預(yù)處理，將表面涂上一層感光膠。 感光膠具有敏感性，可以在經(jīng)過一個特定的波長的光線照射后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 這樣在進(jìn)行光刻時，只需對玻璃進(jìn)行局部的曝光和顯影等處理，即可制備出所需的圖形。

具體操作流程如下：

（1） 將玻璃表面涂上一層感光膠，然后放入光刻機(jī)中。

（2） 使用一個掩模板，即芯片或膜片上的微小結(jié)構(gòu)，將光線照射到感光膠上。

（3） 照射后，放入顯影劑中處理，將未曝光的感光膠去除，形成所需的結(jié)構(gòu)。

（4） 最后將玻璃經(jīng)過烘烤處理，去除殘留的水分和化學(xué)物質(zhì)，得到所需的結(jié)構(gòu)。

3.4 蒸鍍

蒸鍍是一種超薄膜制備的重要方法，可以制備出各種金屬膜、氧化物膜等材料。 在進(jìn)行蒸鍍之前，需要對玻璃表面進(jìn)行清洗和去離子處理。 然后放入真空腔室中進(jìn)行蒸鍍。

具體操作流程如下：

（1） 將玻璃放在真空腔室中。

（2） 增加真空度，將空氣和濕氣排出。

（3） 加熱源產(chǎn)生熱輻射，使得蒸鍍材料揮發(fā)成氣體。

（4） 將氣態(tài)的材料沉積在玻璃表面上，形成均勻的薄膜。

（5） 最后需要對薄膜進(jìn)行測試和檢測，確保達(dá)到所需的質(zhì)量和厚度。

3.5 注意事項(xiàng)

超薄浮法電子玻璃的成型過程中需要注意以下幾個問題：

（1）材料品質(zhì)。 首先考慮選用玻璃的質(zhì)量，確保物料足夠優(yōu)質(zhì)，不會出現(xiàn)表面污染或裂痕。

（2）溫度控制。 超薄浮法電子玻璃的成型必須在合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。 高溫可能會使玻璃變形甚至溶解，而低溫則可能導(dǎo)致玻璃破裂。 因此，成型時溫度分布應(yīng)均勻，以確保形狀一致性。 見圖1。

圖1 0.7mm 普通鈉鈣超薄電子玻璃的錫槽溫度場典型的設(shè)定模式

（3）切割和研磨。 超薄浮法電子玻璃容易破裂，因此在切割和研磨時需要小心。 使用專業(yè)的工具，以防止損壞材料，控制玻璃邊部光邊的厚度和寬度，如0.7 mm 超薄浮法電子玻璃，凈板區(qū)域的厚度為0.7 mm，而光邊最厚的部分厚度一般為2.2 mm 左右。 見圖2。

圖2 超薄浮法電子玻璃板的光邊區(qū)域示意簡圖

4 超薄浮法電子玻璃的退火工藝

退火是一種重要的玻璃加工工藝，可以改善玻璃的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 在TFT-LCD 玻璃的制備和成型過程中，以及后續(xù)的應(yīng)用中，退火起到了至關(guān)重要的作用。

4.1 預(yù)熱

預(yù)熱是一種對玻璃進(jìn)行溫度升高的過程，主要目的是加熱玻璃，以便在退火過程中使玻璃均勻地達(dá)到所需的溫度。 預(yù)熱的時間和溫度通常應(yīng)根據(jù)玻璃的種類、厚度和形狀等因素來進(jìn)行調(diào)整。 在預(yù)熱的過程中，應(yīng)逐漸增加溫度，并注意防止玻璃出現(xiàn)熱震裂的情況。

4.2 退火

退火是一種對玻璃進(jìn)行高溫處理的過程，以改善熱處理性能。 在退火的過程中，需要嚴(yán)格控制溫度、時間和氣氛等參數(shù)。 通常選擇氮?dú)饣虺Ｑ趸瘹錃夥者M(jìn)行退火，在恰當(dāng)?shù)耐嘶饻囟认率共ＡO化，并達(dá)到獲得所需的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的目的。

4.3 冷卻

完成退火之后，需要對玻璃進(jìn)行冷卻。 冷卻的目的是使玻璃從高溫狀態(tài)下逐漸降溫，返回常溫狀態(tài)。 玻璃的冷卻過程可以通過多種方式進(jìn)行，例如自然冷卻或強(qiáng)制冷卻。

自然冷卻是一種沒有輔助設(shè)備的冷卻方式，通過讓退火后的玻璃逐漸冷卻到室溫，達(dá)到冷卻的目的。 自然冷卻的冷卻速率相對較慢，對玻璃使用的溫度和時間有限制。

強(qiáng)制冷卻是一種通過外力的輔助幫助來進(jìn)行快速降溫的過程。 強(qiáng)制冷卻可以使用淬火方式或者通過將退火后的玻璃放入溫度更低的爐子中進(jìn)行冷卻。 強(qiáng)制冷卻是一種有效的冷卻方式，可以使玻璃降溫速度加快，但是對玻璃質(zhì)量會造成一定的影響，需要仔細(xì)控制。

4.4 注意事項(xiàng)

超薄浮法電子玻璃的退火工藝中需要注意以下幾個方面：

（1）溫度選擇。 退火溫度過高會導(dǎo)致玻璃變形或破裂，溫度過低則無法消除殘留應(yīng)力或改善光學(xué)性能。 一般超薄浮法電子玻璃的退火溫度控制在500 ～600 ℃之間。見圖3。

圖3 退火溫度狀態(tài)圖

（2）保溫時間。 玻璃的保溫時間也很重要，通常在1～4 h 之間。 過短的時間無法消除殘留應(yīng)力，而過長的時間可能會導(dǎo)致晶化或其他變化。

（3）加熱速率。 加熱速率應(yīng)該逐漸增加，以防止溫度升高過快導(dǎo)致玻璃破損或變形。

（4）環(huán)境氣氛。 在玻璃退火過程中，應(yīng)該控制氧氣、水分和其他有害氣體的含量，以避免玻璃表面氧化或出現(xiàn)不良反應(yīng)。

總之，在超薄浮法電子玻璃的退火工藝中，需要控制好溫度、保溫時間、加熱速率和處理環(huán)境等因素，以確保退火效果并保護(hù)玻璃質(zhì)量。

5 超薄浮法電子玻璃的成型與退火工藝中存在的問題及解決建議

超薄浮法電子玻璃是目前廣泛應(yīng)用于高科技行業(yè)中的一種材料，然而在成型與退火工藝中存在一些問題需要解決。 下面針對這些問題逐一進(jìn)行分析，并提出相關(guān)的解決建議。

5.1 成型中存在的問題

（1）厚度不均勻

浮法電子玻璃生產(chǎn)線上的成型過程中，首先要保證玻璃的厚度均勻。 然而在實(shí)際生產(chǎn)中，由于溫度變化、機(jī)械壓力不均等因素的影響，導(dǎo)致成型過程中出現(xiàn)厚度不均勻的情況。 這樣會影響到玻璃的質(zhì)量，導(dǎo)致玻璃的應(yīng)用范圍受限［4］。

（2）表面不平整

在成型的過程中，玻璃表面容易出現(xiàn)劃痕和氣泡等問題，使得玻璃表面不平整。 這樣會使得玻璃的質(zhì)量下降，從而影響玻璃的應(yīng)用性能。

5.2 退火過程中存在的問題

（1）變形問題

超薄浮法電子玻璃在高溫條件下進(jìn)行退火處理，容易出現(xiàn)變形問題。 在退火處理中，玻璃會因?yàn)閮?nèi)部應(yīng)力的釋放而變形，導(dǎo)致玻璃產(chǎn)生彎曲或者扭曲的情況，從而影響玻璃的使用效果。

（2）色差問題

退火過程中，玻璃材料的溫度會不斷升高，就會導(dǎo)致玻璃發(fā)生顏色變化，產(chǎn)生色差問題。 這樣會讓玻璃無法滿足客戶的顏色需求，從而導(dǎo)致玻璃的質(zhì)量下降。

5.3 建議解決方法

5.3.1 成型問題的解決方法

（1）加強(qiáng)生產(chǎn)過程的管理，精準(zhǔn)控制成型工藝參數(shù)，確保玻璃的厚度均勻。

（2）加裝壓力均衡系統(tǒng)，控制玻璃的機(jī)械壓力，減少表面不平整的問題。

5.3.2 退火問題的解決方法

（1）對退火過程中的溫度和時間進(jìn)行精準(zhǔn)控制，避免過高溫度和過長時間的退火處理，從而減少玻璃變形的風(fēng)險。

（2）控制退火過程中的氧氣和硫化氫等氣體的含量，減少氣體對玻璃顏色的污染，從而減少玻璃的色差問題。

5.3.3 進(jìn)一步措施

針對以上問題，還可以采取以下措施：

（1）引入先進(jìn)的成型技術(shù)和設(shè)備，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低成本。

（2）建立健全的質(zhì)量控制體系，確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

（3）優(yōu)化整個生產(chǎn)線的流程，從源頭上解決問題，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

綜上所述，針對超薄浮法電子玻璃成型與退火工藝中存在的問題，可以通過加強(qiáng)生產(chǎn)過程管理、優(yōu)化設(shè)備技術(shù)、控制氣體含量等措施加以解決，并建立起健全的質(zhì)量控制體系，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶的需求，推動行業(yè)的發(fā)展［5］。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，超薄浮法電子玻璃的應(yīng)用前景廣闊。 本文通過對超薄浮法電子玻璃的成型與退火工藝進(jìn)行深入研究，對目前加工存在的問題提出了一些解決方案，可以通過加強(qiáng)生產(chǎn)過程管理、優(yōu)化設(shè)備技術(shù)、控制氣體含量等措施，并建立起健全的質(zhì)量控制體系來提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 未來還可以進(jìn)一步深入研究和優(yōu)化超薄浮法電子玻璃的制備和工藝，提高其性能和應(yīng)用價值。 同時，也需要加強(qiáng)與電子產(chǎn)業(yè)的合作，了解其需求和反饋，不斷推進(jìn)超薄浮法電子玻璃技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。