郭衛(wèi) 田芳 司敏杰 楊慧杰 董明

（浮法玻璃新技術國家重點實驗室 中國洛陽浮法玻璃集團有限責任公司技術中心洛陽 471009）

0 引言

浮法工藝中，玻璃成形是在通入保護氣體（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、攤平、拋光、拉薄和退火后，形成玻璃板。在此過程中，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，玻璃上表面與保護氣體接觸，稱其為空氣面［1］。國內(nèi)浮法工藝生產(chǎn)的超薄玻璃，在離子強化后容易出現(xiàn)翹曲變形的問題，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密性變差，影響產(chǎn)品的美觀和質(zhì)量，嚴重影響深加工廠家的使用，限制了超薄浮法玻璃的應用。

1 離子強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化后的翹曲方向，本實驗收集的樣品為市場上離子強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1#～ 5#樣品，采用廣東東莞天勤儀器有限公司精密光學影像儀 weimi432PS 對離子強化后的浮法玻璃樣品1#～ 5#進行翹曲值的測量，分別測試其錫面和空氣面的翹曲值，其結(jié)果見表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、移動電話、平板電腦、計算機顯示器等未來電子顯示裝置的發(fā)展趨勢是超薄和大尺寸，與之配套的蓋板玻璃的發(fā)展趨勢也是超薄和超大，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化后的翹曲機理和控制超薄玻璃的翹曲度對大尺寸的超薄玻璃的應用和發(fā)展有著非常重要的意義和價值［2-3］。1#～ 5#玻璃樣品錫面和空氣面的翹曲值見圖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，對于同一片玻璃，錫面的翹曲值比空氣面的翹曲值大，說明錫面的起伏變形較大，推測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，錫液的流場會對玻璃表面產(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

離子強化前原片樣品的表面成分檢測采用帶有能譜儀（ Energy Dispersive Spectrometer， EDS）的掃描電子顯微鏡進行測量，點濃度的采集為玻璃錫面和空氣面隨機選取多點進行測試，為了去掉絕對誤差，數(shù)據(jù)值進行了歸一化處理，根據(jù)能譜測試結(jié)果，由原子分數(shù)換算為質(zhì)量分數(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)量分數(shù)差值/錫面的質(zhì)量分數(shù)）×100%，計算結(jié)果見表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76.2%，而其他成分含量的變化率為1%～5%；說明在同一強化工藝條件下，玻璃表面成分中的錫是影響空氣面和錫面在離子強化過程中出現(xiàn)差異的最主要因素。

2.2 離子強化樣品的能譜分析

對離子強化后的3#超薄浮法玻璃樣品進行了能譜測試分析，在錫面和空氣面任意取多點進行能譜測試，取其平均值，其結(jié)果見表4。

表4 3 #樣品錫面與空氣面成分

由表4可以看出，離子強化后的3#玻璃樣品，其錫面的Na2O質(zhì)量分數(shù)約為3.2%，空氣面的Na2O質(zhì)量分數(shù)約為2.9%，錫面的K2O質(zhì)量分數(shù)約為12.9%，空氣面的K2O質(zhì)量分數(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，說明在離子強化過程中，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+進入玻璃體的量比空氣面一側(cè)熔鹽中的K+進入玻璃體的量少，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#玻璃樣品與原片進行對比分析，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)過離子強化后，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1#～ 5#樣品均進行了能譜測試，樣品呈現(xiàn)同樣的規(guī)律和趨勢，即離子強化后的樣品，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化處理時，錫面和空氣面的 K+→Na+擴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，是造成離子強化玻璃出現(xiàn)向錫面彎曲的重要原因之一。

3 結(jié)語

顯示裝置基板玻璃呈現(xiàn)出薄型化和輕量化的趨勢，但超薄化的同時也帶來顯而易見的弊端。對于浮法工藝生產(chǎn)的超薄玻璃，成形時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散過程，導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化過程中上下表面膨脹量不同而產(chǎn)生翹曲，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過調(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)部成形時間，使浮法玻璃上下表面的Sn離子濃度比例達到最佳，可有效控制超薄浮法玻璃的翹曲問題［5］。對浮法玻璃離子強化后的翹曲問題及生產(chǎn)工藝優(yōu)化具有指導意義。