楊威 趙龍江 徐劍 王答成 徐莉華
(彩虹顯示器件股份有限公司 咸陽 712000)
鉑金通道是TFT-LCD液晶用基板玻璃生產(chǎn)中一項至關重要的部位,主要作用是對熔化好的玻璃液進行澄清、均化、調整玻璃液黏度,改善玻璃液欠點(包括氣泡、結石、貴金屬缺陷),為下道工序提供合格優(yōu)質的玻璃液[1]。玻璃基板配合料經(jīng)過窯爐熔化之后流入鉑金通道中,鉑金通道外部環(huán)境中的氧濃度經(jīng)測氧儀測量約為19.8%,與空氣中的氧氣濃度基本接近,鉑金通道在輸送玻璃液的高溫環(huán)境下不可避免地會產(chǎn)生高溫氧化揮發(fā),造成玻璃液中產(chǎn)生鉑銠等貴金屬欠點[2-3]。因此降低鉑金通道外圍大環(huán)境氧氣濃度是減少鉑銠缺陷產(chǎn)生的有效措施,但是當鉑金通道外圍環(huán)境氧氣濃度過低,在還原性氣氛下,玻璃液中的某些化合物會被還原為K、C、S、B、Mg等元素,這些元素均能與鉑發(fā)生反應生成低熔點共熔物而造成鉑金“中毒”[4]。所以探索合適的鉑金通道外圍氧氣濃度范圍是降低鉑銠合金產(chǎn)生高溫氧化揮發(fā),減少玻璃貴金屬欠點的有效措施。
本文通過設計科學的實驗測試裝置,測量氧濃度與玻璃液中鉑銠含量的對應關系,探索出玻璃液中鉑銠含量較低的氧濃度區(qū)間,且該氧濃度區(qū)間內不會引起鉑金還原性“中毒”。
本實驗設計了科學合理的氧氣濃度與玻璃液鉑銠含量的測試裝置,如圖1所示。
測試裝置分為兩個區(qū)域:A區(qū)和B區(qū),A區(qū)主要實現(xiàn)升溫反應功能,B區(qū)主要實現(xiàn)氣體流量控制及測氧排廢氣功能。實驗流程為:
將與產(chǎn)線相同比例玻璃配合料配制好后放入鉑金坩堝內,鉑金坩堝材質為PtRh20,鉑金坩堝置于石英管材質的反應室內,為了防止實驗過程熱量外溢,石英管出口采用硅鋁系耐火棉及橡膠塞密封,橡膠塞上中下開三個孔,插入三只純度>99.99%的剛玉管,上部剛玉管接入氧氣濃度監(jiān)測儀器,中部剛玉管接入廢氣排出管,下部剛玉管接入氮氣通入管及流量控制閥,所有部件連接好后,將反應石英管A區(qū)置于高溫爐中,按照圖2的升溫曲線,以3 ℃/min的升溫速率升溫至1600 ℃,保溫180 min,升溫過程通入氮氣,通過調節(jié)氮氣流量實現(xiàn)石英管反應腔體內的氧氣濃度控制。
圖2 高溫爐升溫過程升溫曲線
N2流量調節(jié)與氧氣濃度對應關系見表1。
表1 N 2流量調節(jié)與氧氣濃度對應關系
石英管反應腔體內氧氣調節(jié)的目標濃度為3%、5%、6%、8%、10%、15%及19.8%,通過調節(jié)N2流量來控制石英管反應室腔體內鉑金坩堝外部環(huán)境的氧氣濃度,待玻璃配合料充分反應熔化后隨爐冷卻,將不同氧氣濃度下對應的玻璃樣品采用ICP質譜儀測量不同氧氣濃度對應的玻璃液中鉑銠濃度,通入不同的N2流量來實現(xiàn)反應室空間內達到目標氧氣濃度。
但是,當鉑金坩堝外部環(huán)境氧氣濃度達到3%,此時不再增加N2流量來繼續(xù)降低氧氣濃度,原因是鉑金在還原性氣氛下會與玻璃液中的某些化合物被還原為K、C、S、B、Mg等元素,這些元素均能與鉑發(fā)生反應生成低熔點共熔物而造成鉑金“中毒”。
不同氧氣濃度對應的玻璃液中鉑銠濃度檢測結果如圖3所示。
圖3 不同氧氣濃度下對應玻璃液鉑銠含量
從圖3可以看到,石英管反應室腔體內的氧氣濃度為15%~19.8%,對應玻璃液中的鉑銠濃度較高,易形成貴金屬欠點,而隨著氧氣濃度逐漸下降,對應的玻璃液中的鉑銠濃度也隨之下降,當石英管反應室腔體內的氧氣濃度控制在3%~6%時,對應玻璃液中的鉑銠濃度基本保持在穩(wěn)定狀態(tài),此時Pt濃度基本穩(wěn)定在0.0459×10-6左右,Rh濃度基本穩(wěn)定在0.3489×10-6左右,較氧氣濃度19.8%時,對應的玻璃液中的Pt濃度下降約35%,Rh濃度下降約60%,大幅降低了玻璃液中殘留的鉑銠缺陷。
本文設計了科學合理的實驗裝置及測量方法,通過調節(jié)N2流量來控制鉑金坩堝外部空腔的氧氣濃度,測量對應氧氣濃度下玻璃液中的鉑銠濃度。實驗結果表明:隨著鉑金坩堝外部空腔的氧氣濃度下降,對應的玻璃液中的鉑銠濃度也隨之下降,當鉑金坩堝外部環(huán)境的氧氣濃度保持在3%~6%時玻璃液中的鉑銠濃度最小,此時玻璃液中的Pt濃度基本穩(wěn)定在0.0459×10-6左右,Rh濃度基本穩(wěn)定在0.3489×10-6左右,較正常狀態(tài)氧氣濃度為19.8%時,對應的玻璃液中的Pt濃度下降約35%,Rh濃度下降約60%,大幅降低了玻璃液中殘留的鉑銠缺陷。此外,通過對基板玻璃生產(chǎn)中鉑金通道氧濃度與玻璃液中鉑銠關系的研究,為高世代、大尺寸基板玻璃的低貴金屬缺陷密度生產(chǎn)提供了強有力的理論依據(jù)。