柔性玻璃的组成与性能研究文献综述

2020-04-15 18:10:40

1．目的及意义

随着高科技产业的不断发展，非平板显示器成为潮流，消费者钟爱具有曲面屏幕的电视机、手机、平板电脑、笔记本及穿戴设备，其圆润的棱角让手感舒适，还增加了防碰撞功能；除曲面显示器外，可弯曲的柔性显示器也正在成为新的潮流，如2016年初苹果公司正在申请的管状中空显示器，也有科研人员正在研究的折叠显示器，如电脑、手机的显示器不用时可像纸张一样折叠成很小面积，便于携带，使用时再将其铺开，即成需要的大面积显示器。柔性显示以其质轻、可轻薄化、耐用和可收卷等优点，成为最具发展潜力的下一代显示技术。

普通玻璃是脆性材料，但当玻璃厚度≤0．1 mm时，玻璃具有了柔软性，可以弯曲卷绕，称之为柔性玻璃。柔性玻璃具有普通玻璃的硬度、高的透过率及稳定的机械和化学性能，同时具有可弯曲、质量轻，可加工的特点，用途非常广泛。

美国康宁公司、日本旭硝子公司和德国肖特公司是世界柔性超薄玻璃的领跑者。2012年，美国康宁公司采用高温高压和熔融溢流下拉技术，生产出一种超薄柔性玻璃“willow glass”，厚度为0．1 mm，经钢化处理后，具有优良的强度、耐高温和可弯曲性；2014年，日本的旭硝子公司实现了50μm厚度的超薄玻璃基板的工业化，成功卷成长100m、宽1150 mm的圆卷状产品；2015年，德国Schott集团生产出0.03～1.10mm的D263 Teco和AF32eco的柔性玻璃；2018年，旭硝子玻璃给笔记本电脑和智能手机等折叠式设备开发了厚度仅为0.07mm的超薄玻璃。

目前我国的柔性玻璃还处于研究建设阶段，与我校合作建立的沙河玻璃研究院内就已搭建了狭缝下拉法柔性玻璃制备平台。狭缝下拉法是将熔融玻璃液注入铂金槽中，使玻璃液从槽底的狭缝流出，利用自身重力及拉边机拉力拉制而成柔性玻璃。在这个过程中，玻璃厚度根据熔窑的拉引量、狭缝大小及下拉速度来控制。2017年沙河玻璃技术研究院已持续拉制出有效宽度120mm、厚度薄至0.08mm的柔性玻璃。

柔性玻璃薄如蝉翼，虽具有良好的光学性能、热学性能、绝缘性能，可实现“卷对卷”工艺，但抗荷载能力很差，扭曲或触碰到尖锐物体很容易碎裂。要想使柔性玻璃具有广泛的市场应用，玻璃的柔性研究迫不及待。

查阅资料可知，玻璃的成分对玻璃的柔性具有一定的影响。本课题是在钠钙硅玻璃组成的基础上，通过调整玻璃的组成，探讨不同氧化物比例对玻璃料性、柔性及工艺性能的影响。{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}2.1基本内容：

a)材料制备

1.实验原料

本次实验主体为钠钙硅玻璃，所用主要原料如表2-1所示：

表2-1 试样玻璃的基本组成（质量分数）/（%）

SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	CaO	MgO
72	1	13.5	1.5	8	4

2.仪器及设备：

本次实验所用主要仪器如下所示：

电子天平；箱式硅钼棒电炉；电热鼓风干燥箱；粘度计；马弗炉；切割机；磨片机；抛光机；膨胀仪；显微硬度仪；抗折试验机；X射线衍射仪等。

b)材料表征

粘度测定

粘度随配料组分的变化极大，粘度值是决定玻璃制造过程中十分重要的数据，运用粘度计测量玻璃熔体的粘度，从而得知玻璃融化时所经历的各个特征温度点，探究材料的性能；测试所需样品为水淬后的玻璃渣。
硬度测定

运用维氏硬度压痕法对玻璃样品的脆性进行测试表征。
热膨胀系数测定

通过对试样进行热膨胀实验，绘制热膨胀曲线，得到T_g和T_f，对材料的料性进行研究。
XRD晶相分析

实验中采用X射线衍射仪(XRD)对粉体的物相进行分析，测定热处理后各个样品的晶体分布，对样品的工艺性能进行分析。
抗折强度检测

抗折强度是评价玻璃柔性的一个十分重要的指标，测量试样抗折强度，分析其柔性性能。

2.2研究目标：

1.调整玻璃中不同氧化物的质量百分比,成功熔制出玻璃试样。

2.通过对试样进行性能检测,探究得到Al₂O₃与Na₂O以及Al₂O₃与CaO的质量百分比的改变分别对玻璃柔性的影响规律。

2.3技术方案：

a)工艺流程

本实验所研究的柔性玻璃是以Na₂O-CaO-SiO₂作为基础玻璃体系，调整Al₂O₃与Na₂O以及Al₂O₃与CaO的质量百分比，采用传统的玻璃制备工艺制备试样，最后对试样进行性能检测评估。工艺流程如图2-1，具体过程包括制取待检测玻璃样和性能检测两部分。

图 2-1 玻璃试样制备工艺流程图

b)实验过程

采用高温熔融法制备玻璃，将所配置的原料均匀混合好后放入刚玉坩锅中，置于硅钼棒箱式电炉中加热，设置熔制温度为1550℃，在此温度下保温3小时澄清至无密集小气泡，则完成熔制。

将部分高温熔融的玻璃熔体倒入模具成型，玻璃毛坯成型后立即转入退火用箱式电阻炉，设置退火温度为560℃，保温50min，后取出自然冷却，经切割、打磨、抛光，制成所需大小、形状的试样，进行性能检测；剩余的玻璃熔体倒入水中, 然后在120℃的烘箱中干燥24小时，得到玻璃料，用于粘度和结构测试。
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