摘 要：通過(guò)數(shù)值模擬的方式，針對(duì)高鋁硅酸鹽柔性玻璃，完成不同粘度玻璃流經(jīng)成型器后的軌跡模擬，發(fā)現(xiàn)了玻璃粘度越高，玻璃的有效板寬越小，但是玻璃的平整度越好。該結(jié)果表明：在后續(xù)柔性玻璃的展薄環(huán)節(jié)中，將玻璃的厚度降低到更低的水平，要綜合考慮有效板寬、平整度和粘度三者之間的關(guān)系，嚴(yán)格控制玻璃的粘度。

關(guān)鍵詞：柔性玻璃；粘度；板寬

1 前言

柔性玻璃是指厚度小于0.1mm的玻璃[1]。相較于傳統(tǒng)玻璃，其彎曲半徑低、柔韌性強(qiáng)，有望用于柔性顯示、OLED、照明、LSI 用轉(zhuǎn)接板、電容器及新型太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域[2]。目前，美國(guó)康寧公司、日本旭硝子公司、電氣硝子公司和德國(guó)肖特公司的柔性玻璃工藝技術(shù)比較成熟，初具市場(chǎng)銷(xiāo)售的能力[3，4]。我國(guó)雖然通過(guò)技術(shù)引進(jìn)奠定基礎(chǔ)，但對(duì)于厚度小于0.1mm柔性玻璃，國(guó)內(nèi)尚無(wú)任何研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)公開(kāi)表明具備生產(chǎn)能力。主要的原因就是缺乏基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，成型設(shè)備的設(shè)計(jì)與工藝條件的控制還更多地停留在經(jīng)驗(yàn)水平上，對(duì)玻璃成型規(guī)律也沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的研究[5，6]。柔性玻璃的板寬決定了柔性玻璃在后期牽引和展薄過(guò)程中的成效，而板寬又和玻璃液粘度有關(guān)。因此，本文旨在解釋玻璃液粘度與對(duì)板寬的影響規(guī)律，探索形成柔性玻璃一次快速穩(wěn)定拉薄關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)更能滿足市場(chǎng)應(yīng)用需求的柔性玻璃。

2研究對(duì)象及方法

2.1玻璃組成

本次實(shí)驗(yàn)的柔性玻璃采用狹縫下拉法生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程中存在拉伸展薄的過(guò)程。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，選用高鋁硅酸鹽玻璃作為主要的研究對(duì)象。

本次研究中高鋁硅酸鹽玻璃的組成如表1所示：

采用美國(guó)奧頓公司Model 1412 STD高溫旋轉(zhuǎn)粘度儀測(cè)玻璃黏液的溫度曲線，如圖1所示。

2.2玻璃的部分物理性能

密度采用阿基米德排水法測(cè)量，比熱容采用德國(guó)STA449c/3/G同步熱分析儀測(cè)量，具體如表2所示。

3結(jié)果與討論

為方便數(shù)值運(yùn)算，本文針對(duì)模擬系統(tǒng)中出現(xiàn)的工藝過(guò)程作出假設(shè)和簡(jiǎn)化：

（1）不考慮玻璃液的氣泡、結(jié)晶、雜質(zhì)等缺陷。

（2）玻璃液密度恒定，為牛頓流體和不可壓縮流體。

（3）玻璃密度大小和溫度的關(guān)系忽略不計(jì)。

整個(gè)系統(tǒng)僅存在內(nèi)部換熱，與外界不發(fā)生能量交換。模擬中的液體遵循質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律三大定律，并選擇非平衡壁面函數(shù)研究。初始條件中壓力設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.013×105Pa， 并同時(shí)設(shè)置空氣介質(zhì)溫度及傳熱模式，。由于要研究空氣介質(zhì)溫度變化， 所以空氣介質(zhì)溫度不設(shè)為定值。

玻璃液體流經(jīng)成型器通道的時(shí)候有兩種排列方式：水平方向和垂直方向。采用水平的排列方式，玻璃液會(huì)迅速流入成型器內(nèi)，并向狹縫位置快速移動(dòng)。越靠近狹縫位置，由于空間的急劇收縮，會(huì)讓其他玻璃液體無(wú)法迅速流出，只能發(fā)生回流，會(huì)對(duì)其他往下流動(dòng)的液體產(chǎn)生阻礙。為了避免這個(gè)缺點(diǎn)，因此在本次模擬中采用垂直的排列方式。

根據(jù)高鋁硅酸鹽玻璃粘度與溫度的關(guān)系曲線可以知道，玻璃的粘度主要和溫度有關(guān)系。當(dāng)玻璃液自身溫度較低，流經(jīng)狹縫通道后，出口溫度也會(huì)較低，此時(shí)的玻璃液體具有較大粘度，流動(dòng)粘滯性強(qiáng)。但是如果玻璃液自身溫度高，那么流經(jīng)狹縫通道后，出口處溫度也較高，玻璃液粘度較小，流動(dòng)粘滯性會(huì)顯著減弱。

為了研究玻璃液粘度對(duì)板寬的影響，擬選取粘度為500Pa·s、900Pa·s、1300Pa·s、1700Pa·s和2100Pa·s的五組模型進(jìn)行模擬計(jì)算。不同玻璃流經(jīng)成型器后的軌跡線如圖2所示。

（a）500Pa.s ; （b） 900Pa.s ; （c） 1300Pa.s （d） 1700Pa.s; （e） 2100Pa.s

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著粘度的增加，軌跡線的兩側(cè)明顯收窄，有效板寬逐步降低[7]。

通過(guò)進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)，玻璃液的邊部與粘度呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，玻璃液的粘度越多，橫向偏移越大，有效板寬越低。造成這個(gè)的主要原因是粘度越大，玻璃的流動(dòng)性越差，玻璃往下流需要更大的動(dòng)力（如圖3所示）。狹縫下拉法的玻璃液主要依靠的是自身的重力和軋輥的牽引來(lái)加速流動(dòng)。模擬中沒(méi)有計(jì)入牽引力，單純依靠

重力，兩邊因?yàn)榱魉俾亓π?，反而不容易流?dòng)。而中間因?yàn)榱黧w的流量大，重力大，加重了玻璃的流動(dòng)，從而讓玻璃液在中間較容易流動(dòng)。

從圖3可以看出，考慮到流速和有效板寬的大小，最合適的粘度應(yīng)該是500Pa.s～1300Pa.s，粘度太大，玻璃液的流速慢，有效板寬低。

但是在實(shí)際使用中，玻璃的板寬還要考慮玻璃的平整度。平整度TTV在半導(dǎo)體材料硅片中描述的是待測(cè)樣品里面最大厚度和最小厚度之間的差值。如果TTV數(shù)值大，平整度差，盡管獲得的板寬大，但是為了保證平整度，需要對(duì)玻璃進(jìn)行切割，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)際獲得的有效板寬減小。因此，將不同粘度的TTV數(shù)值模擬出來(lái)，也是十分必要的。

不同玻璃液粘度的TTV數(shù)值如圖4所示。從圖中可以明確地發(fā)現(xiàn)，隨著粘度的增加，玻璃的平整度TTV數(shù)值一直在增大。圖中的模擬結(jié)果證明，粘度越大，玻璃的平整度反而越好。在1300Pa.s以上的時(shí)候TTV數(shù)值的變化變小。

因此為了保證板寬的質(zhì)量，不能僅選擇粘度低的玻璃液，同時(shí)要考慮到玻璃的粘度和溫度的關(guān)系，有的玻璃往往需要更高的工藝溫度，這無(wú)疑也增加了生產(chǎn)的成本，并縮短了金屬成型器的壽命。因此，結(jié)合TTV數(shù)值和粘度與板寬的結(jié)果，綜合考慮應(yīng)該選擇玻璃液粘度在1300 Pa.s附近的。

4結(jié)論

（1）玻璃液的粘度越高，玻璃的有效板寬越小；

（2）玻璃液的粘度越高，玻璃表面的平整度越好；

（3）玻璃液的粘度選擇要綜合考慮板寬和平整度的關(guān)系。

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