出品:科普中国
制作:陈健 (中国科学院上海硅酸盐研究所)
监制:中国科学院计算机网络信息中心
超薄玻璃和普通玻璃到底哪不一样?超薄玻璃与日常经常看到玻璃一样, 都为无规则结构的非晶亚稳态固体材料(如图1), 具有各向同性、无固定熔点、渐变性与可逆性 。 一般是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸等)为主要原料, 另外加入少量辅助原料制成的 。 它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物, 都是硅酸盐复盐 。
图1. 玻璃的原子结构示意图(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Glass.
http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/crystal/120103.html.)
超薄玻璃是相对普通平板玻璃而言的, 差别仅仅在于厚度不同 。 一般认为厚度小于1.5mm的玻璃即为超薄玻璃 。 实际生活中根据玻璃厚度不同, 可将玻璃分成六种类型[1]:
1)特厚玻璃19~30mm;
2)超厚玻璃12~19mm;
【超薄玻璃没有最薄只有更薄】3)厚玻璃8~12mm;
4)普通平板玻璃4~8mm;
5)薄玻璃1.5~3mm;
6)超薄玻璃<1.5mm 。
其中厚度小于0.5mm的超薄玻璃具有良好的挠性 。 一张A4打印纸的厚度是0.095mm, 而厚度小于0.1mm的超薄玻璃具有可弯曲性能, 又可称为柔性玻璃(如图2) 。
图2.超薄玻璃(http://www.zh-zhencheng.com/n1/56.html.)
超薄玻璃质量轻、耐高温、耐冲击
超薄玻璃不仅具有玻璃的基本特性如高透明性、电绝缘性、耐热性、化学稳定性和抗气性等, 还具有薄型质量轻、耐高温、耐冲击、柔性等独有的特点 。 因此在显示器面板、ITO(氧化铟锡)导电膜玻璃基板、柔性显示基板、智能表面、OLED(Organic Light-Emitting Diode)照明和柔性太阳能电池等领域具有广泛的应用前景(如图3), 将给新一代电子产品的外观和形式带来变革 。
随着平板显示技术的飞速发展, 世界市场对超薄玻璃的需求巨大, 过去几年中, 国际市场对超薄玻璃的需求量以每年20%的速度递增[2] 。
我国对超薄玻璃的需求量也与日俱增 。 据估算, 目前国内超薄浮法玻璃的年需求量约为5000万m2, 并以每年15%的速度递增 。 在智能移动终端迅速普及、液晶面板需求越来越旺盛的情况下, 超薄玻璃将是我国最为短缺、也是最有潜力的产品之一, 也是玻璃材料生产厂商的重要机遇, 同时超薄玻璃的生产技术难度很高, 其价格则是普通玻璃价格的数十倍甚至数百倍 。
图3. 超薄玻璃应用柔性显示领域(https://www.baidu.com.(组合图))
超薄玻璃是怎么生产出来的?
目前, 超薄玻璃的生产方法主要有浮法、溢流下拉法、狭缝下拉法和二次下拉法等 。
1、浮法
浮法主要是将经过熔化、澄清、冷却的玻璃液在调节闸板的控制下经流道平稳连续的流入锡槽, 漂浮在熔融金属锡液体表面, 玻璃液流入锡槽后在重力的作用下摊平, 在表面张力作用下抛光, 在主传动拉引力作用下向前漂浮, 在拉边机作用下实现玻璃带的加工变薄等过程, 形成超薄柔性玻璃(图4) 。
图4. 浮法生产超薄玻璃示意图(http://www.sohu.com/a/164730965_505848)
2、溢流下拉法
溢流下拉法是目前超薄玻璃制造中的热点技术, 也是制约国内超薄电子玻璃产业发展的瓶颈 。 溢流下拉法主要将熔融的玻璃液注入到楔形溢流槽内, 使玻璃液从溢流槽溢出, 将在溢流槽下方一体化后的熔融玻璃下拉而制造超薄玻璃(图5) 。
该法末端所生产玻璃带两外表面除了与空气接触外, 不与任何固体或液体接触, 即不用槽子砖、引砖、转向辊, 也不用锡槽, 无需研磨等处理;在成形过程中, 玻璃熔液流向与其所形成玻璃带的两侧面相平行, 这就有利于在玻璃带的两侧安装温度调节装置, 以利于消除玻璃板面的不平整度, 提高玻璃板面质量 。
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