田芳 郭衛(wèi) 司敏杰 董明 李紅霞 郎明

（浮法玻璃新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；中國洛陽浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心 洛陽 471009）

0 引言

浮法玻璃的滲錫是錫槽中錫液、玻璃液和保護(hù)氣體相互作用的結(jié)果，是不可避免的，并且超薄浮法玻璃在后期深加工的時(shí)候，滲錫會(huì)造成浮法玻璃出現(xiàn)“鋼化彩虹”及“翹曲”等問題［1-3］。對(duì)于超薄浮法玻璃而言，滲錫對(duì)玻璃空氣面和錫面的影響更顯著，會(huì)造成浮法玻璃錫面和空氣面成分、硬度等結(jié)構(gòu)以及物理或化學(xué)性質(zhì)有所區(qū)別［4］。本文從玻璃本體出發(fā)，將浮法玻璃按照層狀結(jié)構(gòu)處理，以實(shí)際測(cè)到的超薄浮法玻璃表面成分?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并熔制實(shí)驗(yàn)室樣品，來探討滲錫對(duì)浮法玻璃高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)及黏度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試樣

實(shí)驗(yàn)試樣為本單位實(shí)驗(yàn)室熔制的玻璃樣品，本實(shí)驗(yàn)從玻璃本體出發(fā)，以實(shí)際測(cè)到的不同滲錫量的玻璃表面成分?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模擬浮法玻璃錫面和空氣面的成分差異，設(shè)計(jì)并熔制不同錫含量的樣品3個(gè)，編號(hào)為A、B、C。

1.2 測(cè)試方法

本實(shí)驗(yàn)樣品的熱膨脹系數(shù)采用林塞斯高溫線膨脹儀L75進(jìn)行測(cè)試，將熔制的樣品進(jìn)行切割和磨拋，制成長約20 mm，寬約5 mm的條狀樣品，選擇升溫速率為5 ℃/min，升至800 ℃后降溫。

本實(shí)驗(yàn)采用RSV-1600旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)不同錫含量的樣品進(jìn)行了高溫黏度測(cè)試，測(cè)試溫度范圍為1100～1460 ℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲錫對(duì)超薄浮法玻璃熱膨脹系數(shù)的影響

熱膨脹系數(shù)是材料物理性能中一個(gè)非常重要的參數(shù)，是指物體溫度升高1 ℃時(shí)單位長度或體積上所增長的長度或體積，玻璃的熱膨脹性能不僅能反映出玻璃的熱歷史及其結(jié)構(gòu)性能，在玻璃深加工過程中，更能直接反應(yīng)玻璃結(jié)構(gòu)隨溫度的變化情況［5］。

為了模擬超薄玻璃錫面和空氣面的成分差異，以測(cè)到的不同滲錫量的玻璃表面成分?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并熔制不同錫含量的樣品3個(gè)，編號(hào)為A、B、C，其中A樣品SnO2含量為1.77%，B樣品SnO2含量為0.34%，樣品C為不加錫的樣品，樣品化學(xué)組成如表1所示。

表1 樣品化學(xué)組成 %

本實(shí)驗(yàn)樣品A、B、C玻璃的熱膨脹系數(shù)采用林塞斯高溫線膨脹儀L75進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 樣品A熱膨脹系數(shù)和絕對(duì)膨脹

圖2 樣品B的熱膨脹系數(shù)和絕對(duì)膨脹

圖3 樣品C的熱膨脹系數(shù)和絕對(duì)膨脹

樣品熱膨脹系數(shù)和特征點(diǎn)溫度如表2和表3所示。

表2 不同SnO2 含量樣品不同溫度下的熱膨脹系數(shù) ×10-6/℃

表3 不同SnO2含量樣品的特征點(diǎn)溫度 ℃

由表2、表3可以看出，在100～500 ℃溫度區(qū)間，隨著溫度的升高，各樣品的膨脹系數(shù)逐漸變大，并且在任意同一溫度下，其熱膨脹系數(shù)：C＞B＞A，即在同一溫度下，隨著SnO2含量的增加，樣品的熱膨脹系數(shù)變??；將不同SnO2含量樣品的熱膨脹曲線置于同一個(gè)坐標(biāo)系中，此現(xiàn)象和規(guī)律更明顯更易觀察到，不同SnO2含量樣品的熱膨脹曲線如圖4所示。

圖4 不同SnO2含量樣品的熱膨脹曲線

熱膨脹曲線的絕對(duì)膨脹值是指在升溫過程中，一定溫度下被測(cè)玻璃樣與標(biāo)準(zhǔn)樣的伸長長度的差值，是玻璃在常溫下與某點(diǎn)溫度時(shí)的絕對(duì)伸長量，玻璃的絕對(duì)膨脹曲線可以更明確地顯示出樣品在宏觀上的膨脹量。圖5為不同SnO2含量樣品的絕對(duì)膨脹曲線。

圖5 不同SnO2含量樣品的絕對(duì)膨脹曲線

由圖5可以看出，隨著溫度的升高，樣品的絕對(duì)膨脹變化規(guī)律為：C＞B＞A，即SnO2含量較低的樣品，其絕對(duì)膨脹量較大；SnO2含量較高的樣品，其絕對(duì)膨脹量最小。

2.2 錫對(duì)超薄浮法玻璃黏度的影響

本實(shí)驗(yàn)采用RSV-1600旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)不同錫含量的樣品進(jìn)行了高溫黏度測(cè)試，測(cè)試溫度范圍為1100～1460 ℃。

各樣品的低溫黏度曲線的擬合可根據(jù)VFT公式所獲得：

式中：h——黏度；

T——溫度；

A——前項(xiàng)；

B——假想活化能；

T0——VFT溫度。

VFT公式適合于玻璃的整個(gè)溫度范圍，A、B和T0為常數(shù)。確定這三個(gè)值至少需要知道三對(duì)黏度與溫度的數(shù)值：①玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)溫度及對(duì)應(yīng)黏度；②玻璃軟化區(qū)溫度及對(duì)應(yīng)黏度；③下沉溫度區(qū)溫度及對(duì)應(yīng)黏度（黏度小于103.22Pa·s）［5］。高溫黏度測(cè)試獲得了下沉溫度區(qū)的數(shù)據(jù)，而玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度（1012.4Pa·s）和軟化點(diǎn)溫度（1010Pa·s）可由玻璃樣品的熱膨脹曲線獲得，其特征點(diǎn)溫度見表3，各樣品選取的黏度與溫度值見表4；根據(jù)VFT方程可以獲得前項(xiàng)A、假想活化能B和VFT溫度值，見表5；最后可獲得低溫黏度擬合的圖譜，如圖6所示。

表4 樣品的黏度與溫度值

表5 VFT方程參數(shù)值

圖6 樣品低溫黏度曲線

由圖6可以看出，溫度-黏度曲線逐漸向上平移，在同一溫度下，樣品的黏度大小規(guī)律為：A＞B＞C，即在同一溫度下（低于850 ℃），SnO2含量較低的樣品，其黏度較小；SnO2含量較高的樣品，其黏度較大，一般認(rèn)為，浮法玻璃黏度較大，其熱膨脹系數(shù)較小，這也與高溫?zé)崤蛎浀臏y(cè)試結(jié)果符合。

根據(jù)熔體基本結(jié)構(gòu)理論：玻璃熔體在升溫時(shí)群間空隙逐漸增大，有利于小型四面體等多面體群和離子的穿梭移動(dòng)，表現(xiàn)為黏度的下降；熔體降溫時(shí)，空隙變小的同時(shí)還伴隨著小型多面體群聚合為大型多面體群的過程，網(wǎng)絡(luò)聚合程度不斷增強(qiáng)，表現(xiàn)為黏度的上升［6］；在浮法玻璃帶沿錫槽前進(jìn)方向，玻璃帶進(jìn)入錫槽時(shí)約1050 ℃，離開錫槽時(shí)約600 ℃，同時(shí)，滲錫也發(fā)生在錫槽階段，隨著滲錫層的產(chǎn)生，玻璃錫面與空氣面的黏度不同預(yù)示著其拉薄工藝也應(yīng)有所不同，這會(huì)對(duì)未來高品質(zhì)超薄浮法玻璃的生產(chǎn)工藝控制（錫槽的設(shè)計(jì)、溫度制度、拉薄工藝等）及質(zhì)量控制（波紋度、翹曲等）的精細(xì)、精確和自動(dòng)化會(huì)大有裨益，需要更多學(xué)者從不同的方面進(jìn)行更深入的研究。

3 結(jié)論

通過對(duì)不同滲錫量的玻璃樣品進(jìn)行模擬并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室樣品熔制，對(duì)各樣品進(jìn)行高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)及高溫黏度的測(cè)試和分析，得出以下結(jié)論：

（1）在同一溫度下，隨著SnO2含量的增加，樣品的熱膨脹系數(shù)變小，其絕對(duì)膨脹量也變?。?/p>

（2）在同一溫度下（低于850 ℃），SnO2含量較低的樣品，其黏度較?。籗nO2含量較高的樣品，其黏度較大。