耐热冲击硼硅酸盐玻璃浮法成形工艺原理的研究

论文摘要

随着电子、生物、安全、新能源和航空航天等领域的发展,对相关平板玻璃材料提出了更高的要求。硼硅酸盐玻璃具有非常优异的性能,如良好的热稳定性、化学稳定性、机械性能、可加工性能和光学性能等,能满足这些要求。同时,用浮法工艺生产平板玻璃具有许多众所周知的优点,如成本低、产量大、表面质量好和品种多等,是大规模生产平板玻璃的最佳工艺。采用浮法工艺生产平板玻璃,锡槽段的成形工艺及原理是其关键技术之一。本课题采用高温粘度仪、高温表面张力仪、电子探针、原子力显微镜等现代分析测试手段,主要开展硼硅酸盐浮法玻璃成形工艺和原理的研究。主要工作和得到的结论如下:1、研究了硼硅酸盐浮法玻璃在锡液上的摊平过程,测试了玻璃的高温粘度,高温表面张力和高温密度,比较了硼硅酸盐浮法玻璃和钠钙硅浮法玻璃成形工艺的异同。研究表明:（1）平衡厚度:硼硅酸盐浮法玻璃的平衡厚度大于钠钙硅浮法玻璃的平衡厚度,并随着温度的升高而降低,1170℃约为7.46mm,1270℃约为7.10mm。对于硼硅酸盐浮法玻璃而言平衡厚度（Th）和温度（T）的关系满足经验公式Th=12.25-0.00408 T（1170℃＜T＜1270℃）。引入表面张力和密度的测试结果,将该公式进行理论化延深,还可以通过高温时玻璃表面张力/密度比值（Φ）来判断平衡厚度（Th）。它们之间的关系满足Th=0.060Φ-2.423。（2）抛光过程:高温表面张力/粘度比值是决定抛光效果和平整化时间的关键,现有浮法成形理论中抛光和平整化过程没有明确界限。本文认为抛光过程体现了高温时表面张力/粘度比值的微观效应,而平整化过程体现了高温时表面张力/粘度比值的宏观效应。浮法玻璃高温抛光过程中时间不是限制玻璃表面抛光质量的决定因素,温度是决定抛光质量的关键。硼硅酸盐浮法玻璃在大于1230℃以上的温度可以达到良好的抛光效果。（3）平整化过程:硼硅酸盐浮法玻璃平整化时间随着温度的升高而缩短,1168.6℃时大约需要109s,1276.7℃时大约需要35s。提出以表面张力与粘度在1168.6～1276.7℃范围的比值（88～97）,并结合抛光需要的温度（＞1230.0℃）共同决定硼硅酸盐浮法玻璃摊平抛光区域范围的方法。结合粘度曲线,制定出了硼硅酸盐浮法玻璃锡槽各区域的温度制度。2、模拟浮法玻璃的成形过程,探索了时间、温度和保护气体纯度对锡离子渗透的影响,比较了相同实验条件下钠钙硅浮法玻璃和硼硅酸盐浮法玻璃的渗锡特点。最后通过对渗锡量不同的硼硅酸盐浮法玻璃进行热处理,说明了产生热加工虹彩的渗锡量临界值。研究表明:（1）硼硅酸盐浮法玻璃涉锡面锡离子渗透深度可达25～40μm,渗锡量为0.2～1.2 at%。随着玻璃在锡液上停留时间的延长渗锡量增多,高温时锡离子以纵深方向的扩散为主,低温时在表面7μm左右以下的表层聚集。由于温度引起的硼反常现象,硼硅酸盐浮法玻璃在1050℃时产生异常凸起的渗锡曲线,但在较低的温度下会由于锡离子的逆扩散而消失。（2）相同条件下硼硅酸盐浮法玻璃的渗锡量小于钠钙硅浮法玻璃的渗锡量。（3）硼硅酸盐浮法玻璃产生热加工虹彩的临界渗锡量为0.81at%左右,提高保护气体的纯度有利于减少渗锡量。3、渗锡可以改变玻璃的表面性质,本文研究了硼硅酸盐浮法玻璃在生产过程中可能产生的相变情况,探明了锡离子渗透对硼硅酸盐浮法玻璃析晶的影响。研究表明:（1）硼硅酸盐玻璃表面在750℃保温20min左右会析出SiO2晶体。（2）渗入硼硅酸盐浮法玻璃涉锡面的锡离子可以抑制其表面析晶的程度。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状和发展趋势
• 1.2.2 我国的研究现状和发展趋势
• 1.3 研究目标和内容
• 1.4 实验方案
• 1.5 浮法玻璃成形工艺原理
• 第2章 玻璃的制备及性能结构测试
• 2.1 玻璃组成的选择
• 2.2 玻璃的制备
• 2.3 实验用硼硅酸盐玻璃的基本性能
• 2.4 成形温度范围的确定依据
• 2.5 性能和结构测试
• 第3章 平衡厚度的研究
• 3.1 引言
• 3.2 浮抛温度的确定
• 3.2.1 高温粘度的测试
• 3.2.2 浮抛温度的确定
• 3.3 高温表面张力和密度的研究
• 3.3.1 高温表面张力和密度的测试
• 3.3.2 高温表面张力和密度的实际意义
• 3.4 平衡厚度
• 3.4.1 浮法玻璃平衡厚度的决定因素
• 3.4.2 钠钙硅浮法玻璃的平衡厚度
• 3.4.3 硼硅酸盐浮法玻璃的平衡厚度
• 3.5 高温表面张力/密度与平衡厚度的关系
• 3.6 本章小结
• 第4章 抛光和平整化时间的研究
• 4.1 引言
• 4.2 表面抛光过程的时间和温度效力
• 4.2.1 抛光过程中的时间效力研究
• 4.2.2 抛光过程中的温度效力研究
• 4.2.3 抛光过程中的时间误差分析
• 4.3 平整化时间的理论分析
• 4.4 表面张力与粘度比值对抛光质量和平整化时间的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 涉锡面锡离子渗透和沾锡
• 5.1 引言
• 5.2 锡离子渗透
• 5.2.1 降温速率对锡离子渗透的影响
• 5.2.2 硼反常现象对锡离子渗透的影响
• 5.2.3 保护气体纯度对锡离子渗透的影响
• 5.2.4 硼硅酸盐浮法玻璃与钠钙硅浮法玻璃锡离子渗透量对比
• 5.3 锡离子渗透对热加工虹彩的影响
• 5.4 硼硅酸盐玻璃涉锡面的沾锡
• 5.5 本章小结
• 第6章 成形过程中的相变
• 6.1 引言
• 6.2 硼硅酸盐玻璃的相变
• 6.2.1 温度对相变的影响
• 6.2.2 时间对析晶的影响
• 6.3 锡离子渗透对析晶的影响
• 6.3.1 锡离子渗透对析晶的影响
• 6.3.2 表面析晶的控制
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录