超薄浮法电子玻璃的成型与退火工艺探讨

乔 伟，郑 旭，刘园园，盛蕴卓

（1 河北视窗玻璃有限公司 河北 廊坊 065000）

（2 河北省企业技术中心 河北 廊坊 065000）

（3 河北省超薄电子玻璃技术创新中心 河北 廊坊 065000）

0 引言

超薄浮法电子玻璃是一种应用广泛的高性能电子材料，具有优异的光学、电学、力学等性能。 然而，由于制造难度较大，加之成型及退火工艺对性能表现有着直接的影响，因此相关工艺的研究与探讨对于电子玻璃的应用与发展至关重要。本文通过对超薄浮法电子玻璃的成型与退火工艺进行深入研究，旨在探讨制备过程中的关键问题以及优化工艺，以期进一步提升其性能，为后续应用研究提供理论支持。

1 超薄浮法电子玻璃的概念及应用

1.1 超薄浮法电子玻璃的概念

薄膜晶体管液晶显示器（thin film transistor-liquid crystal display， TFT-LCD）是一种高性能的特种玻璃材料，由硅、氧、钾、铝和其他成分等元素组成。 它是目前最广泛应用于显示器和太阳能电池板等领域的材料之一，具有出色的光学、力学和化学性能［1］。

TFT-LCD 玻璃比传统玻璃更加耐用和坚韧，具有很高的机械强度和耐腐蚀性，能够抵抗许多不同的物理和化学破坏。 TFT-LCD 玻璃也具有很高的透光性、热稳定性和尺寸稳定性，成为电子工业中最常见的材料。

1.2 超薄浮法电子玻璃的应用

TFT-LCD 玻璃被广泛应用于各种电子设备中，如手机、电视机、数码相框等，能够提供清晰且高质量的图像和视频，也能有效提高电子设备的外观设计。 在电脑中，TFT-LCD 玻璃是显示屏的关键组件，能够提供清晰的图像，保持设计的轻盈和紧凑。 TFT-LCD 玻璃也被广泛应用于平板电视和智能手机屏幕等领域，其优异的性能和品质，改变了人们的视觉体验和使用体验。

2 超薄浮法电子玻璃的制备工艺

超薄浮法电子玻璃的制备工艺主要包括原料制备、熔融、纯化、浮法、切割等步骤。

2.1 原料制备

在制备超薄浮法电子玻璃的过程中，原材料制备是重要的步骤。 不同类型的玻璃需要使用不同的原材料，例如硅酸盐玻璃需要使用硅石和石灰石等原材料。 在原料制备的过程中，需要对原材料进行筛选、洗涤、研磨等处理，以保证原材料的真正纯度和均匀性［2］。 在整个制备过程中，原材料直接影响着玻璃的制备成本和质量。

2.2 熔融

原料制备后，放入熔融炉中进行熔融。 在熔融的过程中，需要将原材料加入熔融炉，并控制炉子中的温度和熔化速度。 通常在熔融的过程中，还需要添加特定的化学品或气体，以达到所需的玻璃成分。 在熔融炉中，熔体会被搅拌均匀，以保证玻璃成分的一致性和纯度。

2.3 纯化

在熔融过后，玻璃还需要进行纯化处理。 纯化是为了去除玻璃中的杂质和气泡，提高玻璃的透明度和机械强度。 一般纯化剂需要进行反复加入和排出，以确保杂质去除干净，同时也需要在真空泵辅助下进行处理，以去除玻璃中的气泡。

2.4 浮法

浮法是制备TFT-LCD 玻璃的核心步骤。 在浮法过程中，将熔化的玻璃液体倒入平坦的钢板中，然后让钢套悬浮在玻璃熔池中，逐渐冷却成型。 此过程是根据材料的物性和熔化后的流变性质进行控制的。 钢板上形成的玻璃液体会上下波动，在垂直的方向上不断成型，形成平整的玻璃板。

2.5 切割

经过浮法的TFT-LCD 玻璃需要切割成所需要的尺寸和形状。 切割通常是通过自动切割设备进行的，具体的切割过程需要根据不同的材料和尺寸来进行调整。 切割后的TFT-LCD 玻璃具有平整度和光滑度，可以用于液晶显示器、平板电视、智能手机、平板电脑等电子设备的制造。

3 超薄浮法电子玻璃的成型工艺

超薄浮法电子玻璃的成型工艺是一个十分复杂的过程，包括抛光、清洗、光刻、蒸镀等步骤。 下面将详细介绍每一步的具体操作。

3.1 抛光

在进行抛光前，需要清洗玻璃表面，去除表面的污垢和杂质。 清洗的方式比较多样，可以使用高压水枪和清洁剂，也可以采用强酸强碱等化学方法。 清洗完后，将玻璃放入切割机中进行切割，制成所需的尺寸和形状［3］。

接下来是抛光。 抛光的目的是使玻璃表面光滑均匀，便于后续的加工。 抛光的方法有很多种，常见的有机械抛光和化学抛光。 机械抛光是使用一种有机材料，例如聚氨酯，放在辊上滚动，将玻璃表面抛光。 化学抛光则是将玻璃表面涂上一层化学溶液，在一定温度下反应，然后再去除表面的残留物。

3.2 清洗

清洗是成型工艺中重要的一步。 清洗的目的是去除玻璃表面和内部的杂质和污垢，保证后续工艺的进行。 通常使用去离子水和清洗液进行清洗。

去离子水是指去掉离子的水，主要通过反渗透或离子交换获得。 使用去离子水进行清洗能够有效去除水中的杂质和离子，避免在成型过程中污染玻璃材料。 而清洗液则是通过选择性地溶解污垢和杂质，被溶解后从玻璃表面脱落。

3.3 光刻

光刻是一种重要的成型工艺，用于制造微小的电路、光学器件等微观结构。 在进行光刻之前，需要先对玻璃进行预处理，将表面涂上一层感光胶。 感光胶具有敏感性，可以在经过一个特定的波长的光线照射后，发生化学反应。 这样在进行光刻时，只需对玻璃进行局部的曝光和显影等处理，即可制备出所需的图形。

具体操作流程如下：

（1） 将玻璃表面涂上一层感光胶，然后放入光刻机中。

（2） 使用一个掩模板，即芯片或膜片上的微小结构，将光线照射到感光胶上。

（3） 照射后，放入显影剂中处理，将未曝光的感光胶去除，形成所需的结构。

（4） 最后将玻璃经过烘烤处理，去除残留的水分和化学物质，得到所需的结构。

3.4 蒸镀

蒸镀是一种超薄膜制备的重要方法，可以制备出各种金属膜、氧化物膜等材料。 在进行蒸镀之前，需要对玻璃表面进行清洗和去离子处理。 然后放入真空腔室中进行蒸镀。

具体操作流程如下：

（1） 将玻璃放在真空腔室中。

（2） 增加真空度，将空气和湿气排出。

（3） 加热源产生热辐射，使得蒸镀材料挥发成气体。

（4） 将气态的材料沉积在玻璃表面上，形成均匀的薄膜。

（5） 最后需要对薄膜进行测试和检测，确保达到所需的质量和厚度。

3.5 注意事项

超薄浮法电子玻璃的成型过程中需要注意以下几个问题：

（1）材料品质。 首先考虑选用玻璃的质量，确保物料足够优质，不会出现表面污染或裂痕。

（2）温度控制。 超薄浮法电子玻璃的成型必须在合适的温度范围内进行。 高温可能会使玻璃变形甚至溶解，而低温则可能导致玻璃破裂。 因此，成型时温度分布应均匀，以确保形状一致性。 见图1。

图1 0.7mm 普通钠钙超薄电子玻璃的锡槽温度场典型的设定模式

（3）切割和研磨。 超薄浮法电子玻璃容易破裂，因此在切割和研磨时需要小心。 使用专业的工具，以防止损坏材料，控制玻璃边部光边的厚度和宽度，如0.7 mm 超薄浮法电子玻璃，净板区域的厚度为0.7 mm，而光边最厚的部分厚度一般为2.2 mm 左右。 见图2。

图2 超薄浮法电子玻璃板的光边区域示意简图

4 超薄浮法电子玻璃的退火工艺

退火是一种重要的玻璃加工工艺，可以改善玻璃的物理性质和化学性质。 在TFT-LCD 玻璃的制备和成型过程中，以及后续的应用中，退火起到了至关重要的作用。

4.1 预热

预热是一种对玻璃进行温度升高的过程，主要目的是加热玻璃，以便在退火过程中使玻璃均匀地达到所需的温度。 预热的时间和温度通常应根据玻璃的种类、厚度和形状等因素来进行调整。 在预热的过程中，应逐渐增加温度，并注意防止玻璃出现热震裂的情况。

4.2 退火

退火是一种对玻璃进行高温处理的过程，以改善热处理性能。 在退火的过程中，需要严格控制温度、时间和气氛等参数。 通常选择氮气或常氧化氢气氛进行退火，在恰当的退火温度下使玻璃极化，并达到获得所需的物理性质和化学性质的目的。

4.3 冷却

完成退火之后，需要对玻璃进行冷却。 冷却的目的是使玻璃从高温状态下逐渐降温，返回常温状态。 玻璃的冷却过程可以通过多种方式进行，例如自然冷却或强制冷却。

自然冷却是一种没有辅助设备的冷却方式，通过让退火后的玻璃逐渐冷却到室温，达到冷却的目的。 自然冷却的冷却速率相对较慢，对玻璃使用的温度和时间有限制。

强制冷却是一种通过外力的辅助帮助来进行快速降温的过程。 强制冷却可以使用淬火方式或者通过将退火后的玻璃放入温度更低的炉子中进行冷却。 强制冷却是一种有效的冷却方式，可以使玻璃降温速度加快，但是对玻璃质量会造成一定的影响，需要仔细控制。

4.4 注意事项

超薄浮法电子玻璃的退火工艺中需要注意以下几个方面：

（1）温度选择。 退火温度过高会导致玻璃变形或破裂，温度过低则无法消除残留应力或改善光学性能。 一般超薄浮法电子玻璃的退火温度控制在500 ～600 ℃之间。见图3。

图3 退火温度状态图

（2）保温时间。 玻璃的保温时间也很重要，通常在1～4 h 之间。 过短的时间无法消除残留应力，而过长的时间可能会导致晶化或其他变化。

（3）加热速率。 加热速率应该逐渐增加，以防止温度升高过快导致玻璃破损或变形。

（4）环境气氛。 在玻璃退火过程中，应该控制氧气、水分和其他有害气体的含量，以避免玻璃表面氧化或出现不良反应。

总之，在超薄浮法电子玻璃的退火工艺中，需要控制好温度、保温时间、加热速率和处理环境等因素，以确保退火效果并保护玻璃质量。

5 超薄浮法电子玻璃的成型与退火工艺中存在的问题及解决建议

超薄浮法电子玻璃是目前广泛应用于高科技行业中的一种材料，然而在成型与退火工艺中存在一些问题需要解决。 下面针对这些问题逐一进行分析，并提出相关的解决建议。

5.1 成型中存在的问题

（1）厚度不均匀

浮法电子玻璃生产线上的成型过程中，首先要保证玻璃的厚度均匀。 然而在实际生产中，由于温度变化、机械压力不均等因素的影响，导致成型过程中出现厚度不均匀的情况。 这样会影响到玻璃的质量，导致玻璃的应用范围受限［4］。

（2）表面不平整

在成型的过程中，玻璃表面容易出现划痕和气泡等问题，使得玻璃表面不平整。 这样会使得玻璃的质量下降，从而影响玻璃的应用性能。

5.2 退火过程中存在的问题

（1）变形问题

超薄浮法电子玻璃在高温条件下进行退火处理，容易出现变形问题。 在退火处理中，玻璃会因为内部应力的释放而变形，导致玻璃产生弯曲或者扭曲的情况，从而影响玻璃的使用效果。

（2）色差问题

退火过程中，玻璃材料的温度会不断升高，就会导致玻璃发生颜色变化，产生色差问题。 这样会让玻璃无法满足客户的颜色需求，从而导致玻璃的质量下降。

5.3 建议解决方法

5.3.1 成型问题的解决方法

（1）加强生产过程的管理，精准控制成型工艺参数，确保玻璃的厚度均匀。

（2）加装压力均衡系统，控制玻璃的机械压力，减少表面不平整的问题。

5.3.2 退火问题的解决方法

（1）对退火过程中的温度和时间进行精准控制，避免过高温度和过长时间的退火处理，从而减少玻璃变形的风险。

（2）控制退火过程中的氧气和硫化氢等气体的含量，减少气体对玻璃颜色的污染，从而减少玻璃的色差问题。

5.3.3 进一步措施

针对以上问题，还可以采取以下措施：

（1）引入先进的成型技术和设备，提高生产效率和生产质量，降低成本。

（2）建立健全的质量控制体系，确保产品的质量稳定可靠。

（3）优化整个生产线的流程，从源头上解决问题，提高生产效率和产品质量。

综上所述，针对超薄浮法电子玻璃成型与退火工艺中存在的问题，可以通过加强生产过程管理、优化设备技术、控制气体含量等措施加以解决，并建立起健全的质量控制体系，从而提高生产效率和产品质量，满足客户的需求，推动行业的发展［5］。

6 结语

综上所述，随着电子产业的快速发展，超薄浮法电子玻璃的应用前景广阔。 本文通过对超薄浮法电子玻璃的成型与退火工艺进行深入研究，对目前加工存在的问题提出了一些解决方案，可以通过加强生产过程管理、优化设备技术、控制气体含量等措施，并建立起健全的质量控制体系来提高生产效率和产品质量。 未来还可以进一步深入研究和优化超薄浮法电子玻璃的制备和工艺，提高其性能和应用价值。 同时，也需要加强与电子产业的合作，了解其需求和反馈，不断推进超薄浮法电子玻璃技术的发展和应用。