微晶玻璃的发展趋势

微晶玻璃的发展趋势（共8篇）

微晶玻璃的发展趋势 篇1

0 引言

近年来, 随着科学技术的进步和经济、社会的发展, 建筑涂料的发展也明显地成为了一个国家国民物质生活水平的重要标志。建筑涂料的品种按其化学成分可分为有机和无机建筑涂料两大类。有机高分子建筑涂料的粘结强度、光泽度、柔韧性以及耐污染等性能均比较优良, 而且装饰效果也较好。但在耐热性、表面硬度、耐老化以及最低成膜温度等技术性能等方面则不如无机涂料优越。

1 无机涂料

无机涂料主要是指以硅酸盐和磷酸盐类化合物作为粘结剂, 加入各种颜、填料、助剂、固化剂配制而成的涂料, 其中硅酸盐高分子化合物又可分为碱金属硅酸盐和硅溶胶。

1.1 无机涂料的优势

无机涂料存在着两大优势就是:资源优势和环保优势。大部分无机涂料的基料都是由极普通、储量极为丰富的天然矿石或金属氧化物等为原料 (例如石灰石、黏土、石英砂) , 而且生产工艺也不复杂, 能耗相对较低。

无机涂料具有明显的环保优势。首先, 大多数无机涂料以水为分散介质, 从根本上解决了涂料工业中溶剂对环境的污染。其次, 无机涂料的基料本身无毒, 除水挥发外, 无游离单体之类VOC的危害问题, 在火焰或高温下也不会向大气释放有害物质。再次, 无机涂料的基料在生产过程中只是消耗一定的能源, 不会造成其他的环境污染。

1.2 无机涂料的发展

无机建筑涂料的发展, 一是利用新技术, 提高涂料的性能;二是开发新型无机建筑涂料, 扩大它的应用范围。

无机水性硅酸盐涂料早已被欧美及日本等先进国家普遍用于桥梁、船舶、海上石油设施、各种储槽及钢铁防锈工程, 而且, 由于本品可直接与水泥产生化学交联的特性, 用于水泥建筑物时, 其附着力、物性、化性也优于有机涂料。

1.3 无机涂料的应用

无机涂料是涂料行业中重要的组成部分, 其用途很广泛。如:1) 内外墙建筑装饰;2) 无机防锈;3) 桥墩保护;4) 高温保护;5) 其他特殊用途。

无机涂料除了以上所介绍的几种应用以外, 还开发出了示温涂料、导电涂料、触媒涂料、防原子辐射涂料、可刮削封严涂料、防水涂料、应力指示涂料等, 它们在新技术中得到了较好的应用。

2 水玻璃无机涂料的主要组分

无机涂料一般分为水玻璃系列、磷酸盐系列和水泥系列等。其中水玻璃系列由于具有价格低廉、使用简便等优点, 因而应用前景广阔。

2.1 水玻璃

水玻璃是一种透明的玻璃状熔合物, 常呈绿色、黄色或介于二色之间的各种色泽。它是由碱金属硅酸盐组成。水玻璃溶液以及它的水溶液分别用下式表示:

式中:R2O是指碱金属氧化物, 如氧化锂, 氧化钠以及氧化钾等;

n——通常称为水玻璃模数。n≥3的称为中性水玻璃, n<3的称为碱性水玻璃, 实际上水玻璃溶液均明显呈碱性。

水玻璃稳定胶体的结构可表示为:

2.2 固化剂

钠水玻璃成膜过程中, 钠以离子的形式分散在涂膜中.涂膜遇水后, 由于钠离子是易溶的, 所以整个涂膜也能在水中离解.这就应将涂膜中的钠离子设法转变成水的不溶物, 方法就是“水玻璃的固化技术”。

2.2.1 固化技术

半个多世纪以来, 水玻璃涂料的发展都和其固化技术的进展息息相关。归纳起来水玻璃涂料常用的固化技术有如下3种方式:1) 加热固化;2) 固化液固化;3) 固化剂固化。

2.2.2 固化剂的选择

固化剂又称硬化剂, 它可以和水玻璃起化学反应, 具有提高水玻璃涂料的耐水、抗冻融以及其它性能的作用。有的固化剂还能使无机涂膜发生结构上的变化, 提高涂膜的表面硬度、耐热性和耐腐蚀性等功能。水玻璃系无机建筑涂料, 固化剂有金属、金属氧化物和氢氧化物以及金属盐类;有硅化物、氟硅化物;有磷酸盐、硼酸盐化合物以及某些有机化合物等。

在这些固化剂中, 氟硅酸钠 (Na2Si F6) 是钠水玻璃涂料常用的固化剂之一。它能水解生成的氢氟酸 (HF) , 中和水玻璃水解生成的游离碱, 可以破坏水玻璃的相对稳定性, 使反应朝着析出硅胶的方向进行。

2.3 乳液

乳液的种类和添加量多少是影响乳胶漆耐擦洗的最主要因素。目前涂料企业制作内墙乳胶漆采用的乳液有3大类, 一种是纯丙烯酸酯聚合物乳液, 简称纯丙乳液;一种是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液, 简称苯丙乳液;一种是醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液, 简称醋丙乳液。其中又以苯丙和醋丙乳液使用最广。相比而言用同等乳液量配制的涂料, 苯丙乳液要比醋丙乳液的耐洗刷性能好。

2.4 颜填料

颜料主要起遮盖和赋予涂层色彩的作用。无机颜填料具有较高的耐候性、耐光性、耐热性和着色性。在建筑涂料中正确使用颜填料不仅降低生产成本外, 还有助于提高产品质量。

2.5 助剂

在涂料中助剂的用量通常很少, (一般为配方总量的1%左右) , 但作用却很大。它的加入可以避免产生许多涂料的缺陷及涂膜弊病, 同时又可以使涂料的生产和施工过程易于控制, 而且某些助剂的添加, 可以赋予涂料一些特殊的功能, 如改善颜填料在水中的分散性, 提供涂料的贮存稳定性、改善涂料的成膜性及涂膜外观、满足涂料生产的工艺要求及满足不同的施工要求等等。

3 水玻璃无机涂料的配制和施工

水玻璃系无机建筑涂料的配制工艺比较简单, 只需将符合要求的各组分按规定的顺序定量地投人搅拌反应釜中。釜中的物料搅拌一定的时间经取样检验合格后即可出料而得到涂料产品。固化剂在现场施工前搅拌加人即可。

水玻璃系涂料对建筑物的基层具有选择性, 它尤其适用于水泥砂浆抹面、砖墙和混凝土表面上进行涂抹, 能牢固地粘附其原因是因为水玻璃溶液与这些硅酸盐材料中的组分 (Si O2、Al2O3、Ca O等) 起化学反应, 生成新的、更复杂的化合物。在已用石灰浆粉刷过的内外墙上加涂水玻璃涂料, 时有龟裂、翘曲起层, 甚至产生剥落现象, 就是因为石灰浆抹面本身与单基层粘附不牢的缘故。对于已刷好油漆或有机涂料的内外墙再加涂水玻璃涂料, 或在水玻璃无机涂料上面外罩油漆或有机涂料, 都是不适宜的。

4 国内外水玻璃无机涂料的现状及发展趋势

近年来我国已有不少水玻璃类建筑涂料产品研究成功, 为发展新型装饰材料起了一定的作用。但这些产品在性能上、装饰效果上还不很理想。随着理论研究的深入、实践经验的积累, 应集中力量尽快研究性能优异、价格便宜的水玻璃建筑涂料满足我国对建筑涂料的需求和发展。

由于水性无机涂料具有诸多优点, 在国外倍受重视, 发展也很快。国外顺应无机涂料发展的趋势, 不断地开发新产品。注重无机-有机复合型涂料的研究, 采用溶胶技术制备, 实际上是一种纳米材料改性的工艺, 所以能获得一些特殊性能。

5 研究意义和研究内容

无机涂料的研究日益引起人们的重视, 尤其是水玻璃无机涂料原材料来源丰富, 防火性能好, 价格低廉, 以致其发展较为引人注目。为了进一步改善无机涂料的耐水性, 完善其综合性能, 极有必要加强基础研究和工艺研究。

随着建筑行业的发展, 涂料品种不断增加, 就中小城市和乡镇农村, 内墙涂刷仍以中低档涂料为主。因此研究价格低廉的钠水玻璃涂料的改性技术很有实用价值。

水玻璃是无机涂料很好的粘结剂, 但是单独使用时耐水性太差, 不能作为涂料。还需研究水玻璃的改性技术, 提高其耐水性, 增强其粘结性和耐老化性, 改善其外观性状等。

参考文献

[1]张保利.建筑涂料的技术发展及趋势[J].中国涂料, 1999 (6) :7-10.

[2]张雪芹, 徐峰.无机建筑涂料[J].上海建材, 2005, 2:15-17.

[3]陈秀琴.耐水性水玻璃复合涂料的研制[J].华侨大学学报:自然科学版, 2000, 21 (3) :271-274.

[4]郭斌, 银鹏, 等.新型环保型建筑涂料的制备[J].西北轻工业学院学报, 2001, 19 (2) :34-36.

[5]林学贵.水玻璃生产技术及在建筑方面的应用[J].大连水产学院学报, 1993, 8 (2、3) :85-89.

[6]葛嵘.水玻璃涂料的固化技术[J].化学建材, 1986 (2) :1-4.

[7]雷生山, 袁伯才.高耐擦洗内墙涂料用苯丙乳液的研制[J].化学建材, 2009, 25 (5) :10-12.

[8]周锡荣, 唐绍裘, 等.新型无机涂料的制备及其应用[J].山东陶瓷, 2004, 27 (1) :17-20.

[9]李振阳.用无机酸对钠水玻璃进行耐水改性的探讨[J].无机盐工业, 1983 (4) :14-17.

微晶玻璃的发展趋势 篇2

【报告来源】前瞻网

【报告内容】中国ITO导电玻璃行业产销需求与投资预测分析报告前瞻（百度报告名可查看最新资料及详细内容）

我国玻璃企业主要分布在辽宁、河北、山东、江苏、浙江、广东、福建等中东部地区。玻璃自身易碎的特点和运输的局限性导致其销售模式分为300公里内采用密集式营销、300—800公里采用选择式分销、800公里以外采用独家营销。这也就是我们常说的玻璃企业的销售半径为500公里。许多玻璃企业在建厂时主要依附于需求地，随着我国中东部地区的大规模发展与建设，玻璃企业在这一地区形成相当规模。河北、山东、江苏、广东的玻璃生产企业已具有行业代表性。

我国玻璃市场具有一定的区域性，不过各地玻璃市场流通并非完全一致。通常当华东地区玻璃价格上涨时，由于交通运输方便，就会有货物运到华东市场；当该地区玻璃价格下降时，就会有产品流出该市场，以此达到均衡。西南地区由于运输不便，市场相对封闭，玻璃价格与其他地区差异较大。这样，我们会看到在同一时间内，各地玻璃报价有所不同。这种地域划分也是由于玻璃自身条件限制造成的。

行业发展特点

1.价格波动情况

目前我国玻璃行业价格完全市场化，价格波动幅度相对较大。以5mm浮法玻璃为例，2008年其月平均价格最低为12月份的57.3元/重量箱，最高为3月份的70.2元/重量箱，年内最大波动幅度接近22.5%。2009年月平均价格最低为2月份的48.40元/重量箱，最高为12月份的80.34元/重量箱，年内最大波动幅度接近66%。2010年受建筑行业的利好影响，玻璃价格整体维持在高位运行，年内最低价格为4月份的68.8元/重量箱，最高价格为1月的84.3元/重量箱，最大波动幅度为23%。而到2011年月平均价格最低为12月的57.6元/重量箱，最高为1月份的71.7元/重量箱，最大波动幅度为24%。

2.行业目前存在的问题

相关数据显示，在我国的玻璃行业中，深加工约占60%，未加工的玻璃使用为25%，原片直接出口占15%。因此，玻璃价格受市场波动影响，造成深加工企业原片采购价格的不稳定，尤其是面对批量较大的订单时，风险较大。

玻璃行业还存在很多其他问题。如玻璃的保质时间长短不一及玻璃自身的品质良莠不齐，深加工行业所使用的原片玻璃存在质量问题较多；玻璃重量大，搬运过程中易碎及不易存放等因素造成所需存储空间较大、装卸难度较大、运输成本过高；许多玻璃加工企业因价格波动及供应、采购等问题，需动用足够资金备货，造成较高的资金占用情况等。这些问题制约了玻璃及加工行业的成长与健康发展。

3.行业周期性特点

近年来，我国玻璃工业发展迅速，质量明显提高，品种显著增加，平板玻璃产量快速增长。从相关历史数

据我们可以发现玻璃行业存在繁盛—衰退—繁盛周期，这个周期模型可以简单描述为：经济快速增长—固定资产投资—玻璃价格上涨—经济增长过热—资产投资减缓—玻璃价格下跌—经济复苏刺激—经济快速增长。2004年、2007年、2010年都是玻璃行业的繁盛时期。玻璃行业对建筑行业的依赖性较高，相关数据显示，典型的90平方米的住宅就要使用约18平方米的玻璃。去年国家对房地产实行了新的调控政策，整个建筑市场需求量大幅减少，玻璃行业由此进入了衰退期。

对于玻璃企业来说，生产线的投入成本较高

一条好的玻璃生产线花费高达上亿元。一条生产线有500吨、800吨、1000吨不等的日溶化量。普通生产线一般使用寿命为七到八年，好的生产线可达十到十五年。一般来说，生产线一旦投产就如开弓之箭，无法像其他行业一样可以通过任意停产、开工来控制产量和库存，必须24小时进行生产。

玻璃行业的高产能带来了产能过剩。截至2012年5月上旬，玻璃生产企业停窑率为26%，环比回升0.3%，再创历史新高，且仓库存储数量已达2800万重量箱的较高点位。今年浮法玻璃总产能或达到11.1356亿重量箱，产能将过剩2.78亿重量箱。在目前严格的房地产调控政策下，玻璃行业进入供大于求的被动局面，去库存化成了玻璃行业当前最重要的手段。

4.相关产业政策

玻璃行业为高耗能、高排放行业。为响应玻璃行业十二五规划与行业发展，规范投资行为，防止盲目投资和重复建设，促进行业结构调整，实现协调和可持续发展，近年来，国家把平板玻璃行业作为宏观调控的重点行业之一，制定和颁布了一系列政策、法规和标准。相关部门先后出台了《关于促进平板玻璃工业结构调整的若干意见》、《平板玻璃行业准入条件》、《关于做好淘汰落后平板玻璃生产能力有关工作的通知》、《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业建设发展若干意见的通知》、《平板玻璃行业准入公告管理暂行办法》等。在生产企业的布局、玻璃产业的工艺与装备、玻璃的品种和质量、玻璃行业的能源消耗、环境保护、安全、卫生和社会责任、监督管理等方面做了严格的规定，提高了玻璃行业的准入门槛，控制了玻璃行业的产量及规模。

机遇与挑战

针对目前玻璃行业存在的问题，郑商所从服务企业的角度出发，拟推出玻璃期货品种，为企业提供有效的对冲工具。

1.玻璃期货中的完全厂库交割方式具有成本低、易于买方需求、交割风险较小等优势。

2.通过期货套期保值功能，玻璃加工企业可以锁定价格，保证利润目标，降低经营风险。

3.通过玻璃期货的交易功能，企业可以更方便合理地选择厂家及保质期内的玻璃。

4.通过玻璃期货平台，企业可以合理利用最有效的原片玻璃资源，从而更有利于浮法玻璃资源的均衡调配。

泡沫玻璃的多功能性及发展趋势 篇3

泡沫玻璃是一种性能优越的绝热(保冷)、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料,使用温度范围为-196～450 ℃,A级不燃,与建筑物同寿命,导热系数为0.058,透湿系数几乎为零。虽然其他新型隔热材料层出不穷,但是,泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性,在低热绝缘、防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位。它的生产是废弃固体材料再利用,可保护环境并获得丰厚的经济利益。

1 泡沫玻璃的制备及分类

泡沫玻璃是以玻璃粉为主要原料,加入发泡剂以及其他助剂,经高温焙烧后制成的一种轻质块状多孔材料。目前,常用的生产方法是以废弃玻璃及各种富含玻璃相的物质(如粉煤灰)为主要原料,添加发泡剂、改性剂、促进剂等物质,经细粉碎和均匀混合形成配合料,将它们放在模具中,送入到加热炉内进行烧制,经发泡、退火形成泡沫玻璃制品。

泡沫玻璃的种类繁多。根据生产工艺,可分为低温和高温泡沫玻璃;根据毛坯的退火方式,分为“一步法”和“二步法”泡沫玻璃;根据孔型结构,分为开孔型和闭孔型泡沫玻璃;根据原料不同,可分为钠钙硅、熔岩废渣、硼硅酸盐泡沫玻璃;根据使用功能,可分为隔热、吸声、自清洁等泡沫玻璃[1]。

2 泡沫玻璃的多功能性

泡沫玻璃的内部含有很多气孔,按照材料内部气孔的形态,可分为开口孔和闭口孔两种,孔隙率可达85 %以上。它具有表观密度小、导热系数小、强度高等优良的物理性质和化学稳定性。泡沫玻璃特殊的组织结构和物理、化学性质,赋予其较好的保温、隔热、吸声、防潮、防水、防火、防腐、不易老化等多种功能。

2.1 保温隔热功能

泡沫玻璃的热导率很小,是良好的保温隔热材料。泡沫玻璃的传热包括玻璃的孔壁和气孔中的气体。孔壁是固相,以传导为主,而气孔中的气体除了传导以外,主要是对流和辐射。泡沫玻璃中的气孔很多,传热主要以气孔中气体的对流和辐射为主,由于对流和辐射的传热效率很低,因此,泡沫玻璃的热导率很小。当泡沫玻璃内部的气泡为封闭态时,其吸水率也比较小,与同比重的其他隔热材料相比,具有更高的强度,并且容易加工。

利用以上特性,泡沫玻璃可作为液化石油气储罐及冷藏库的隔热材料,也可用于高层建筑的墙体材料和层顶隔热材料、居民住房的室内、室外隔热材料[1]。近年来,隔热泡沫玻璃逐渐应用于承压条件下的隔热、隔冷及防潮工程。如电厂大烟囱内壁、地下工程(如隧道)的隔冷隔水等;工程管道如城市露天燃气管道的隔热、隔冷、防雨、防火等。

2.2 吸声功能

由于泡沫玻璃具有许多微小的间隙和连续的气孔,用于隔音、吸音方面更具特色。当声波传播到泡沫玻璃上时,由于声波产生的振动,引起小孔或间隙内的空气运动,造成与孔壁的摩擦,紧靠孔壁的空气受孔壁的影响不易动起来,摩擦和粘滞力的作用使声波转换为热能而消耗,从而使声波衰减,达到吸收噪声的目的。在不同频率声波下,泡沫玻璃的吸声效果是不同的。对于低频(100～125 Hz),声波吸声系数较低;对于高频,声波吸声系数则比较高。微孔结构泡沫玻璃吸音频带宽(1.2～3.0 kHz),吸音效果可达60 %～80 %。与常用的玻璃棉、岩棉及矿渣棉等纤维吸声材料相比,其外表不需要再加装饰穿孔护面板[2]。

泡沫玻璃作为一种降噪、隔声屏障,目前已被广泛应用于地铁、地下军事设施、隧道、公路、工厂车间、音乐厅、影院、候车室、商场和展览大厅等噪声较大的场所,效果很好。20世纪90年代,我国在北京人民大会堂的空调机房与送风管道、上海市高架路两旁的吸音墙、上海地铁车站、上海游泳馆的吊顶和墙面、上海人民广场地下商场的空调风道和机房等设施中,采用吸音泡沫玻璃来消声隔声,其吸声降噪效果良好。现在很多国家和地区的飞机场周围,建筑外墙面也使用泡沫玻璃,用以降低飞机起落时的噪声,减少了对环境的污染。因此,研究开发声学性能良好、质量轻、易于安装维护的泡沫玻璃,具有重要的实用价值。

2.3 耐腐蚀功能

泡沫玻璃化学稳定性良好,能耐除氢氟酸之外的几乎所有的化学腐蚀,不氧化,不发生风化腐烂,对其他物品也没有腐蚀作用,而且无毒、无放射性伤害,长期受紫外线照射或热辐射仍然不发生老化,是石油、化工、冶金、国防等行业的优质建筑防腐材料。利用其良好的耐水、耐腐蚀和抗老化性能,可用于潮湿环境和风吹雨淋的露天条件下,如游泳馆、地铁、道路声屏障等。同时,泡沫玻璃不会产生纤维粉尘污染环境,非常适合于洁净环境的通风和空调系统的消声。

将泡沫玻璃制成玻璃砖用作建筑材料,其热工性能大大优于普通砖,不仅美观,而且具有明显的节能效果,特别是抗风化不老化,更是其他材料所不能比拟的。泡沫玻璃用于隧道、城市地铁、水库涵桥、高速公路护栏和路面等工程中,更能够显示其耐腐蚀、抗风化的优良性能。

2.4 吸水功能

泡沫玻璃是由无机玻璃连续相和无数个相对独立的气泡所组成,开孔型泡沫玻璃的吸水率可达50 %～70 %,有的甚至更高。在潮湿的环境中,不会因毛细管作用而将水吸入制品内部,隔热层内不会出现水汽凝结。在低温或超低温条件下,隔热层内也不会因吸水结冰而引起结构组织的变形或破坏,具有良好的透湿性和吸水性。适用于绿化隔墙,其微孔结构能填充土壤和水分,花草可以在砖体上生长。据报道,将泡沫玻璃固定在岩石斜坡上,利用泡沫玻璃中的开口气孔储存水分,当坡面土壤变干时,泡沫玻璃可将这些水分陆续供给土壤和植物,并且还可起到防止水土流失的作用[3]。

2.5 装饰功能

泡沫玻璃因其美观、质轻、耐热、抗冻、耐腐蚀等优异的性能,可作为建筑的墙面装饰材料、各种颜色的室内装饰材料及大型的雕塑等,将节能、环保、安全、装饰等多重功能融为一体。

3 结语

泡沫玻璃的研究和开发在我国起步较晚,加之生产泡沫玻璃的成本高、质量低,致使国内泡沫玻璃产业发展缓慢。目前,泡沫玻璃主要应用于建筑和石化领域,由于泡沫玻璃的多功能性及高强度等特点,还可应用于过滤材料、生物材料载体、绿化保水材料等方面。泡沫玻璃作为一种新型的建筑材料,其优良的性能已得到众多专家、学者的认可,泡沫玻璃的发展前景极为广阔。

随着节能环保技术的推广和应用,建筑工程对防水防潮、隔音降噪及装饰美化的要求也不断提高,如何降低生产成本,提高产品的质量和产量,成为泡沫玻璃产业亟待解决的问题。我国尾矿资源丰富,工业废渣的排放量也越来越大,充分利用废玻璃和多种工业废渣(如硼泥、粉煤灰、煤矸石等)生产泡沫玻璃[4,5],不仅可以减少环境污染,而且节约了自然资源,降低了生产成本。这样,不仅符合节能环保的发展理念,而且会带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]Китайгородский А И.泡沫玻璃[M].薛志麟等译.重庆:重庆工业出版社,1955.

[2]王承遇,陶瑛.玻璃材料手册[M].北京:化学工业出版社,2007.

[3]郭宏伟,高淑雅,高档妮.泡沫玻璃在建筑领域中的应用及施工[J].陕西科技大学学报:自然科学版,2006,24(6):57-60,69.

[4]方荣利,刘敏,周元林.利用粉煤灰研制泡沫玻璃[J].新型建筑材料,2003,(6):38-40.

微晶玻璃的发展趋势 篇4

硼硅酸盐玻璃由二氧化硅、氧化钠以及三氧化二硼基本构成, 其中所必须的游离氧由氧化钠提供, 有了这一分子的氧后, 硼氧三角体就变成了硼氧四角体, 其结构更加立体, 由层状转变为架状, 在这一架层空间内, 三氧化二硼与二氧化硅形成密度均匀的玻璃就较为容易了, 可以说, 这一架层为二者的结合提供了一个较为稳定的生成场所。由此可见硼硅酸盐玻璃的紧密型以及完整性, 这是热稳定性以及化学稳定性存在的基础。

(一) 热学性能

硼硅酸盐玻璃中含有大量的二氧化硅以及三氧化二硼, 高氧分子的存在使得其稳定性要优于一般的由钠钙硅组成的玻璃, 在热学方面的性能也较为突出, 并能够应用到化工市场当中。在耐热性能方面, 硼硅酸盐的△T值常常要高于150℃, 而一般的玻璃则只在100℃左右, 可见硼硅酸盐的耐热稳定性要远远优于普通玻璃, 这就是它被称为硬质玻璃的主要原因, 所以在食品器具应用方面, 建筑防火器械方面, 有着广泛地应用。

(二) 光学性能

由于硼硅酸盐玻璃所使用的制作精良的原材料, 以及其优于同一类别物质的性能, 硼硅酸盐玻璃在透视方面, 有着很高的影响力, 穿透力在盐类玻璃当中, 是实际应用情况反应最好的, 它的表面光滑, 且不具有高度的荧光反射, 所以, 在电泳、光子学以及光电学领域当中的贡献都是有目共睹的, 可以进行大批量生产投入日常的生成使用。

(三) 机械性能

除了以上的两种性能之外, 在机械性能方面, 也有很高的影响力。硼硅酸盐玻璃不仅在抗热方面有着较好的耐热力之外, 在硬度方面, 也是可以抵抗高强度的撞击的, 且不保留任何划痕。在密度方面, 其密度要比普通的钠钙硅玻璃要低12%, 相关数据表明, 其密度具体值为2.3克每立方厘米, 而钠钙硅玻璃的密度则为2.5克每立方厘米。在机械性能方面, 会应用到高层的玻璃建筑工作当中, 很大程度地减轻了建筑物整体的承重力, 减小了建筑物坍塌的危险系数, 除了应用于建筑物的使用材料之外, 还可以投入防弹玻璃以及装甲车玻璃的使用当中。

二、硼硅酸盐玻璃的应用

(一) 药用包装玻璃

在包装行业领域中, 还包括医用包装行业, 其中, 药用包装玻璃是包装大行业的一个分支, 这对所运用的玻璃的要求很高, 需要玻璃的稳定性、密封性以及机械性能都要达到相关标准, 因为有些药品其化学稳定性较差, 在运输过程中可能会发生化学变化, 这就需要存贮设备的制作精良, 材料要求要很高。普通的硅钠钙玻璃机械强度不够, 稳定性又差, 不利于性质活泼类的药品保护, 所以, 硼硅酸盐玻璃的应用范围要广于普通玻璃。

(二) 器皿与炊具玻璃

根据我们的日常生活经验来看, 大多数器皿用具都是由玻璃材质构成的, 这些玻璃用品对相关材料有着很高的要求, 需要其有高耐热性以及机械强度, 这样才能够保证在加热过程以及食品加工的过程中, 保证食物的营养成分不被流失。对于炊具的要求, 则需要其耐热强度要高, 在150摄氏度以上才能够保证在加热过程中, 不被熔化, 但是普通玻璃在加热过程中, 不能承受高热度, 所以, 就需要硼硅酸盐玻璃的耐热程度高的特性, 来完成日常生活中的食品加工。

(三) 仪器玻璃

仪器玻璃是主要应用于化学以及药用实验中用来盛装一些化学、药用以及生物实验药品的。这些玻璃仪器在加工的过程当中, 步骤比较繁杂, 环境条件以及自身条件导致了对加工的玻璃要求要高, 需要其具有良好的化学稳定性以及热稳定性, 同时还要具备机械强度高这一基本条件, 基于以上客观条件, 硼硅酸盐玻璃是最理想的制作仪器玻璃的用具, 目前, 已被用于科研、化工、医药卫生以及文化教育方面, 还包括工业生产, 为社会的工业发展方面做出了巨大的贡献。

(四) 眼镜玻璃和视镜

通过光的反射致使玻璃颜色发生改变这种变色玻璃大致可以分为两大类型, 一个是反射均匀型, 另一个是反射异相型, 其中异相型的变色玻璃的形成系统主要由硼硅酸盐玻璃构成的。这种变色玻璃主要应用于眼镜以及视镜玻璃, 还包括汽车防护玻璃以及激光防护, 新型仪器的开关装置等。工业玻璃视镜主要应用在石油、化工以及天然气液压缸方面。

三、硼硅酸盐玻璃的发展趋势

硼硅酸盐玻璃在诸多材料中脱颖而出, 主要依赖于其光学性能、机械性能以及热学性能方面, 具体应用在实验室药用器具、防护防火玻璃、日常生活中的器皿食品用具, 几乎涵盖了我们日常生活中所需的所有物质, 为我们日常生活提供了方便, 其他类型的普通玻璃是无法完成它在光学、热学以及机械方面的贡献的。不仅是在玻璃化工方面, 我国在熔化冶炼方面的技术也在不断地提高, 这就使得光纤通信方面的研究有所进步, 其中光纤通信中所需要的客观因素条件, 硼硅酸盐玻璃几乎满足所有的条件, 由此看来, 硼硅酸盐玻璃的应用范围也在不断地扩大, 其影响力也在不断地提升加强。全球范围内都对硼硅酸盐玻璃的广泛应用寄予了厚望, 关注度极高, 这说明在化工业的发展进程中, 硼硅酸盐玻璃也在扮演着至关重要的角色。

四、结语

随着科学技术的不断发展, 我国在硼硅酸盐玻璃方面的应用范围也在逐渐地扩大, 这一过程在某一程度上也是在促进着我国经济的发展, 新兴产业的出现也为社会带来了工作机遇以及岗位。硼硅酸盐玻璃由于其独特的耐热性能以及光学性能, 使其不同于普通玻璃, 所以, 在应用深度上, 硼硅酸盐玻璃的贡献是最大的, 为人们的生活带来了便利, 且从宏观角度来看, 由于硼硅酸盐玻璃的高性能是其他类型玻璃无法比拟的, 其发展前景也是一片大好。

参考文献

[1]西北轻工业学院, 主编, 玻璃工艺学.中国轻工业出版社, 1982.

[2]许求鑫.硼硅酸盐玻璃鳞片研制开发情况.上海涂料, 2002.

[3]沈长治, 杨厚德.关于池炉熔化硼硅玻璃的一些问题.玻璃与搪瓷, 1980.

[4]初相臣.我国硼硅酸盐玻璃的应用与发展前景研究[J].中国科技信息, 2005.

微晶玻璃的发展趋势 篇5

1 低熔点封接玻璃的种类

封接玻璃可分为低温封接玻璃和高温封接玻璃。使用时要选择具有合适的软化温度和热膨胀系数的封接玻璃。可比较低的温度下使用,实现不同材料之间的焊接。另外,有人将玻璃焊料分为稳定的焊料玻璃和结晶性的焊料玻璃2类。稳定的焊料玻璃主要是硼铅两元系统,常加一些SiO2,BaO,ZnO,Al2O3和CuO等次要成分来增加稳定性,降低热膨胀系数。结晶性焊料玻璃的基本组成是铅-锌-硼三元系统,次要成分为BaO,SiO2,Al2O3等。封接玻璃用于封接电视机显像管屏和锥,也用于高性能陶瓷微电子包装封接等。在低熔点封接玻璃分类上,并没有严格定义出划分低温封接玻璃和高温封接玻璃温度界限,因此,利用温度进行分类只是人们的一种意向。

1.1 封接玻璃的分类及特点

封接玻璃常按封接前后是否析晶分为2类[2]:一类为非结晶性封接玻璃;另一类为结晶性封接玻璃。非结晶性封接玻璃可以重复加热进行封接。结晶性封接玻璃在固化时,产生微晶,它既有晶相,也有玻璃相。

1.1.1 非结晶性封接玻璃

与结晶性封接玻璃相比,非结晶性封接玻璃使用方便,封接时间短。它可应用于小的封接面中,在较高封接温度下封接,它产生的封接应力较小。低温非结晶性封接玻璃既可用于单件封接,又可用于多件零件的再封接。通常非结晶性玻璃封接没有结晶性玻璃封接的强度高。但它具有较高的电阻率,较低的介电常数。使用非结晶性封接玻璃的封接方法有2种:一种是高温法,另一种是常温法。高温法又称之为加热浸渍法,这种方法特别适用于低温玻璃。这类封接玻璃主要有含氧化铅的硅酸盐,硼硅酸盐,硼酸盐玻璃等。

优点:非晶型封接玻璃在封接过程中不析晶,有良好的流散性和润湿性,能充满所需空间,封接接合处的外观质量好,气密性也好;由于封接过程中不存在晶型转化问题,封接过程中保持恒定,无明显的体积变化,封接应力相对稳定,封接工艺简单易行。

缺点:封接界面层的力学性能较差,抗热震能力不高;由于封接热膨胀系数保持一致,缺乏自身调节能力,在封接前必须选择合适的热膨胀系数,以免封接件中应力过大。

1.1.2 结晶性封接玻璃[3]

结晶性封接玻璃是含有稳定结晶体的封接材料,是指在封接过程中完全析晶或部分析晶,人们把结晶性封接玻璃比作热塑料。这种玻璃在封接后,再加热到较高温度而不软化。为了达到合适的晶体生长和最大的封接强度,初次烧结和固化周期非常重要。结晶性封接玻璃的使用方法是将玻璃粉末制成膏剂状,然后用与非结晶性封接玻璃相同的方法进行封接。当加热粉末状的结晶性封接玻璃时,它首先熔化成玻璃,此时它的流动性相当好,能够浸润被封的材料,形成很强的结合力,继续加热时,玻璃开始结晶。加热的温度决定其所生成晶体的大小和类型。晶体的大小和类型又决定玻璃的热膨胀系数。因此,不同的加热条件,封接玻璃的最终热膨胀系数也不同。在规定的温度下,必须有足够的时间,使玻璃充分晶化,否则再加热时,就会因产生应力而造成封接炸裂。封接可以在高于晶化的温度下进行,但此时封接强度大幅度下降。

优点:可以通过调节析出晶相的种类和数量,从而较大幅度地调节焊料玻璃的膨胀系数和膨胀特性,使之与被封接件的热膨胀系数匹配;晶化后的封接玻璃中,许多致密的微小晶体被薄的玻璃相所包围,一般结晶相膨胀系数低,因而玻璃相受到压应力,结晶相受到压应力,而通常致密的结晶相的强度高于玻璃相,这样封接层总的强度得到了提高。另外,玻璃相可以起到应力松弛的作用,即使玻璃层中出现裂纹,而一旦延伸到结晶相界面就被钝化,抑制了微裂纹的发展。从而提高封接强度、抗热震性和化学稳定性。

缺点:由于析晶过程和熔封工艺一次完成,若析晶过快,流散不畅,粘度瞬时增大,和封接体没有良好的浸润性,影响封接的气密性和强度;结晶型封接玻璃的封接条件一般比非晶型的要高,操作工艺的选择性强,如果选择不当,一方面不能达到调节性能的目的,另一方面由于晶型转变引起体积变化,导致封接件失效;析晶过程包括晶核形成与晶体生长2个阶段,完成封接所需时间较长。

2 低熔点封接玻璃的应用

封装玻璃的应用[4]范围很广,既可以民用,也可以军用,特别是在大型产业设备、航天系统、军事防御系统方面具有很多的用途。具体来说,它主要有以下3个方面的应用:1)用作封装材料,如管壳封装、涂层封装、钝化膜层等;2)纯粹的封接材料,用于陶瓷、金属和玻璃材料之间的相互封接;3)添加材料,作为电子材料的填充剂以改善和提高电子元件的性能。其中,第2个方面的应用需求最为突出[5]。

作为封接材料,玻璃可以用于:1)陶瓷-陶瓷封接,如集成电路、高密度磁头的磁隙、硅芯片、底座、传感器、MEMS、MOEMS等;2)金属-金属封接,如电热元件、家用电器等;3)玻璃-玻璃封接,如彩色显像管屏锥等;4)玻璃-金属封接,如对绝缘性、可靠性和气密性要求高的电真空器件、航天继电器、McM模块等。

3 封接玻璃的发展趋势

现在的封接玻璃的发展趋势主要有3个:无铅化、封接低温化和微晶化。

3.1 组成的无铅化[6,7]

目前国内外大多领域采用含铅的玻璃系统,大部分商用封接玻璃中PbO含量都很高,有的甚至高达70%。随着科学技术的不断进步和环保意识的增强,铅对人类的毒害和对环境的污染,越来越引起各方面的广泛关注。含有铅及其氧化物的烟尘排放到空气中凝聚成微尘,可以长时间漂浮在大气中。大于10 μm的尘粒会降落到地面,污染水源及土壤。同样铅玻璃废弃后也会对土壤和地下水造成污染。无铅封接玻璃是相对于含铅封接玻璃提出的,是一种很有市场潜力的新型环保封接材料,大多数性能都可与含铅封接玻璃相比甚至更优越,而且可以明显减少环境污染。

3.2 封接低温化

封接玻璃的封接温度是这一类材料的关键工艺参数和指标。封接玻璃封接温度的降低有利于光电子器件以及微电子器件制备工艺的优化。低温封接能防止金属零件的变形和氧化,同时所需的封接温度过高,将不利于封接时玻璃熔体的流动性,使得玻璃体不能布满整个封接空间,从而影响封接件的气密性。部分封接件内部使用吸气剂来保持真空度,吸气剂需要一定的激活温度,但如果封接温度高出太多的话,吸气剂就会失效。基于以上原因,必须降低封接温度。

低温封接玻璃封接温度的降低会导致封接层化学稳定性降低以及封接强度下降。在玻璃中引入晶须增强或纳米晶改性来提高化学稳定性和封接强度具有重要的研究价值。

3.3 微晶化

采用结晶性封接玻璃的优点:1)可以通过调节析出晶相的种类和数量,从而较大幅度地调节膨胀系数和膨胀特性,使之与被封接件的热膨胀系数匹配;2)晶化后的封接玻璃中,许多致密的微小晶体被薄的玻璃相所包围,一般结晶相膨胀系数低,因而玻璃相受到压应力,结晶相受到张应力。而通常致密的结晶相的强度高于玻璃相,这样封接层的总的强度得到了提高;3)玻璃相可以起到应力松弛的作用,即使玻璃层中出现微裂纹,而一旦延伸到结晶相界面就被钝化,抑制了微裂纹的发展,从而提高机械强度和抗热震性;4)电绝缘性能好,其抗击穿强度高于普通非结晶型封接玻璃;5)化学性能稳定,有较好的耐蚀性能,能长时间经受大气的侵蚀。

4 当前封接玻璃的研究动态

封接玻璃适用于陶瓷、玻璃和金属等材料间的封接,其主要特点是熔封温度低(400~700 ℃左右),耐热性、机械强度和电性能优异。目前国内外常选用PbO-SiO2, PbO-B2O3, PbO-B2O3-SiO2,PbO-ZnO-B2O3等典型系统。随着低熔点封接玻璃的无铅化、封接低温化和微晶化等发展的要求,国内外对封接玻璃的研究呈现出以下动态。

4.1 新系统低熔点封接玻璃

根据欧盟各国立法的电器及电子废弃物处理法(Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE)[6,7],预计在2008年将禁止使用Pb、Cd、Hg、Tl的材料。因此,各国都在加紧研制新型低熔点封接玻璃。这些研究主要集中在磷酸盐、钒酸盐和铋酸盐玻璃等几个系统[8]。

4.1.1 磷酸盐体系低熔封接玻璃

磷酸盐体系低熔封接玻璃所包含的氧化物有:P2O5,Al2O3,B2O3,SnO,ZnO,WO3,ZrO2,TiO2等。磷酸盐玻璃的结构单元是磷氧四面体[PO4],与硅酸盐和硼酸盐玻璃结构不同,具有自身的特殊性,在[PO4]四面体的4个键中有1个磷氧双键,使得四面体一顶角变型,因此,可将玻璃态P2O5看成是层状结构。在二元、三元、多元磷酸盐玻璃中添加其它氧化物,可引起不同反应,使层状的链状结构转为交联结构,或使层状结构的链断裂[9,10,11]。应当注意的是在磷酸盐玻璃结构中,链或环的长度对玻璃的Tg温度影响非常大[11]。此外,磷酸盐体系低熔封接玻璃的化学稳定性也是非常值得关注,甚至影响到其使用的问题。

Kenji Morinaga与Shigeru Fujino[12]研究了SnO-SnCl2-P2O3三元系统低熔点玻璃的制备、成玻范围、玻璃的性质,得到了组分变化、对玻璃转变温度(Tg)、软化温度(Tf)玻璃液相粘度的影响规律。其中有的转变温度达到350 ℃,软化温度可达到359 ℃。该系统玻璃的这些结、构性能都为其用于封接玻璃提供了理论支持。

另外,在磷酸盐系统低熔点玻璃的研究动态上值得人们的关注。Haruki Niida, Masahide Takahashi等[13]研究了利用有机-无机杂化制备SnO-Me2SiO-P2O5系统低熔点玻璃,具有极低的玻璃转变温度,Tg温度大约在29 ℃,且均匀、无色、透明。由于不需要在高温下对玻璃进行传统的熔制,仅需要在相对较低的温度下对制得的凝胶块进行热处理以除去其中的有机物即可制得玻璃,所以节省了大量的能源。因此,此类方法在实际生产中也具有潜在的应用前景,但该系统低熔点玻璃的化学稳定性有待进一步研究。

4.1.2 钒酸盐系统低熔封接玻璃

V2O5-B2O3-ZnO系统玻璃具有良好的介电性能和较大的介电常数,很低的熔融温度。但是V2O5在蒸气状态下有毒,生产中需要采取措施来避免其对人和大气的危害,而且V2O5价格也比较昂贵,其使用受到限制。日立制作所特开平公布了用于LSI外壳密封的V2O5-P2O5系统玻璃的系列组成[14],见表1。

由表1可以看出,主要成分是V2O5、P2O5, 其中还保留了少量的PbO,可完成400~500 ℃的封接,但是由于含有一定量的剧毒物质氧化铊使其使用受到限制。对于在此基础上改进的V2O5-P2O5-Sb2O3系统的玻璃粉,取消了PbO,封接温度范围为 400~500 ℃,其中除了钒的问题,由于Sb2O3属于变价离子,生产时也需严格控制气氛,制造难度较大,而且该系统玻璃化学稳定性较差、熔封时流动性也不是很好,因此,离实际应用还存在一定的距离。

4.1.3 Bi2O3低熔封接玻璃

Brechowskich、M. Heynes 和 Rao[15]发现:Bi2O3是有条件形成玻璃物质,其与玻璃形成体SiO2、B2O3或P2O5等组分共熔时,有相当宽的玻璃形成范围,即使约有1%的SiO2或B2O3存在时,也易于形成玻璃。刘洪学等[16]研究了Bi2O3引入PbO-ZnO-B2O3系统代替PbO,研制出具有低熔点、高膨胀系数的环保型微晶封接玻璃。由于氧化铋的成本太高、使用量大,而且封接温度偏高、膨胀系数太大,影响了其在实际中的应用。因此,在封接温度偏高、膨胀系数的研究与调整上还有许多工作可以开展。

4.2 增强封接玻璃的研究

电子元器件的密封与电子元器件本身及电子设备的性能息息相关,因此对封接技术、材料的要求也愈来愈高。航天工程要求航天继电器具有高抗过载能力、极低的泄露水平和失效率,并确保在规定条件下的可靠开关次数等综合性能。如何提高封接玻璃与被封接材料(合金)的封接性能是影响高真空度的重要因素之一,因此开展这项研究具有重要的现实意义。综合考虑封接的物理相容性与化学相容性, 通过在封接玻璃成分中添加微量的与被封接合金表面氧化物成分相近的金属氧化物,以期在不改变玻璃与被封接合金膨胀系数匹配良好的前提下,通过改变玻璃的化学键键性,以改善两者的润湿性,进而提高结合强度[17]。

另外,通过在外加的方法,制备复合型低温封接玻璃[2]。即将纳米尺寸的粉体、晶须、其他微晶玻璃粉加入传统熔融制备的磷酸盐、钒酸盐和铋酸盐玻璃粉中,寻找适宜的烧结条件, 获得特殊的烧结物结构,提高其玻璃化学稳定性、烧结体强度等实用性能。由于复合型低温封接玻璃的加入,复合型低温封接玻璃热膨胀系数、封接使用温度、有关电学性能等,都可以通过复合型低温封接玻璃的加入量,或种类进行有目的的调节。以期待获得封接效果最佳的复合型低温封接材料。

5 结 语

微晶玻璃的发展趋势 篇6

近年来, 随着科技的迅速发展, 显示技术越来越重视环保、节能、品质等特点, 目前, 平板显示技术已逐步取代了传统的CRT显示技术, 成为平板显示技术乃至显示器市场的主流产品[1]。玻璃基板是液晶显示器 (LCD) 面板的重要材料, 制作一片LCD面板需要用两片玻璃基板, 分别作为彩色滤光片底板和底层玻璃基板使用, 玻璃基板占LCD生产成本的4%左右, 是LCD面板质量优劣的重要影响因素[2]。

到目前为止, 生产平面显示器用玻璃基板主要有三种制作技术, 分别为溢流熔融法 (Overflow Fusion Technology) 、浮式法 (Float Technology) 及狭缝下引法 (Slot Down Draw) [3]。

二、液晶玻璃制备方法比较

溢流熔融法、浮式法和狭缝下引法是目前液晶玻璃基板的主要生产方法, 其特性不一, 各有优缺点[4]。

采用溢流熔融法主要的代表性玻璃有硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等无碱玻璃;采用浮式法生产的代表性玻璃主要是钠钙硅玻璃等有碱玻璃;采用狭缝下引法生产的代表性玻璃主要有钠钙硅玻璃、钡硼硅玻璃、铝硅酸盐玻璃等无碱或弱碱玻璃。溢流熔融法采用熔融帮浦成型, 浮式法依靠液态锡成型, 而狭缝下引法的成型介质是铂合金流孔漏板。溢流熔融法和狭缝下引发的成型原理都是重力, 浮式法的成型原理是锡液与玻璃液密度差。溢流熔融法和狭缝下引法采用垂直向下拉出, 浮式法中玻璃以水平方向拉出。溢流熔融法生产的玻璃厚度范围在0.4-2.5 mm, 主要是大中面积玻璃;浮式法生产的玻璃厚度范围较大, 为0.5–25 mm, 玻璃面积较大;狭缝下引法生产的玻璃厚度范围较小, 仅为0.03-1.1 mm, 比例面积较小。溢流熔融法玻璃厚度控制因素是玻璃液的溢流量和下拉速度;浮式法玻璃厚度控制因素有熔窑的拉引量、拉边机作用力和水平拉引速度;狭缝下引法控制玻璃厚度的因素是熔窑的拉引量、流孔开口大小及下拉速度。溢流熔融法、浮式法和狭缝下引法的生产能力不一样, 浮式法的生产能力最大, 单日产量可达900吨, 溢流熔融法和狭缝下引法的生产能力有限, 单日产量在5-20吨左右, 但浮式法投资成本及建窑空间都较大, 建厂周期也较长, 一般浮式法建厂周期在18-24个月, 溢流熔融法建厂所需投资最小。

综上所述, 溢流熔融法较浮式法和狭缝下引法而言, 综合技术性能最好。

三、国内外液晶玻璃基板发展状况

美国是世界上最早从事TFT-LCD基板玻璃研发和生产的国家, 其生产工艺和前端研发一直处于世界领先地位。目前世界上最大的LCD基板玻璃生产商是美国康宁股份有限公司, 该公司1959年发明了溢流熔融成形技术。2006年推出了不含砷、锑、钡等重金属的环保型基板玻璃, 它的诞生标志着基板玻璃发展到一个新的里程碑;2010年, 康宁公司推出了一款轻薄、环保的厚度仅为0.4 mm的基板玻璃, 能够满足更轻重量的便携式设备需求[5-7]。

日本也是研发和生产TFT-LCD基板玻璃大国, 代表厂商有日本Asahi公司、Avan Strate公司、NEG公司等。日本玻璃基板的生产工艺不像美国那样集中, 既有Asahi公司生产的浮式法工艺, 也有NEG公司和Avan Strate公司的溢流熔融法工艺[4]。2003年, 日本松下电器产业株式会社研发出抑制玻璃基板的黄变发生的方法[8]。2008年, 日本日本电气硝子株式会社报道了无碱玻璃基板的制造方法[9]。2010年, 日本电气硝子株式会社研发出通过下拉法直接制造可以用于低温p-Si TFT基板用途的玻璃基板的方法[10]。

我国研发LCD基板玻璃起步较晚, 直到2003年我国才开始基板玻璃的研发与探索。2003年8月有报导称, 广州汕头金刚玻璃科技股份有限公司, 研发TFT无碱玻璃基板取得成功, 并己申报国家发明专利。2008年9月我国第一块合格的LCD玻璃基板诞生于陕西咸阳, 至此才结束了我国LCD基板玻璃完全依赖进口的历史。目前我国主要从事TFT-LCD基板玻璃研发的企业和研究院校主要有:陕西咸阳彩虹集团、河北东旭投资集团有限公司、成都中光电科技有限公司、郑州旭飞光电科技有限公司、石家庄旭新光电科技有限公司、中国建材集团蚌埠玻璃工业设计研究院、中国建筑材料科学研究总院以及北京工业大学等单位。

四、结语

目前, TFT-LCD基板玻璃产业经历20多年的发展已经较为成熟, 在OLED的技术还没有完全成熟之前, TFT-LCD还将在占据显示领域的主导地位。但LCD基板玻璃的生产成型技术一直被国外几家大公司垄断, 特别是溢流熔融成型工艺其生产技术含量高, 工艺复杂, 而我国在LCD基板玻璃方面的研究开发尚处于初期阶段, 要突破国外大公司的技术封锁, 必须依靠自主创新。展望未来, TFT-LCD基板玻璃的发展趋势有以下几点:

(1) 基板玻璃薄片大型化。随科技的不断发展, 屏幕显示器尺寸越来越大, 因而大尺寸基板玻璃薄片是TFT-LCD基板玻璃产业的一个重要发展趋势, 而大尺寸玻璃薄片的包装和运输又成为是一个不可忽视的重要问题, 因此, 降低玻璃密度、提高玻璃杨氏模量是未来TFT-LCD基板玻璃的发展方向。

(2) 基板玻璃表面高精细化。目前, 定向触控电子显示器和柔性电子显示器已暂露头角, 高应变点铝硅酸盐玻璃是未来基板玻璃发展的一个重要趋势。

综上所述, 未来TFT-LCD基板玻璃的发展方向是:降低玻璃密度、提高玻璃弹性模量及韧度、提高玻璃的应变点、环保节能。

摘要：目前平板液晶显示技术已逐步取代传统的CRT显示技术, 基板玻璃作为液晶显示设备的重要组成部件, 其生产成型工艺一直处于国际大公司的垄断状态。本文针对液晶显示基板玻璃的生产成型技术, 比较了熔融溢流法、浮式法及狭缝下引法的工艺技术特点, 最后概述了目前液晶玻璃基板的国内外发展状况, 并提出了液晶玻璃基板的研究开发重点。

微晶玻璃的发展趋势 篇7

玻璃熔窑全氧燃烧技术赋予了玻璃熔窑灵活多样的操作。全氧燃烧玻璃熔窑的助燃用氧气,不需要预热,省去了蓄热室或换热器,燃料的利用率提高,玻璃熔化更加稳定,熔化率明显增加。但这种窑的窑内碱蒸气和水蒸气浓度大量增加,使得窑顶、池壁等部位的侵蚀加剧[1]。如何延长耐火材料的使用寿命,生产性能更加优异的耐火材料成为业内人士关注的热点问题。

1 全氧燃烧

玻璃熔窑采用纯度不低于85%的氧气作为助燃气体用于燃烧的技术,称为全氧燃烧。通常玻璃熔窑熔化部主要是为适合空气助燃型熔窑运行而设计的燃烧系统,用一组全氧燃烧喷枪来替代。全氧燃烧系统由燃料管道、氧气制备装置、流量控制装置 (包括自动安全截止阀)、氧气供气管道、喷嘴和喷嘴砖等构成。

全氧燃烧玻璃熔窑结构类似于单元窑,与蓄热室玻璃熔窑相比省去了蓄热室、小炉等装置,增设了在胸墙上安装的全氧-重油或全氧-天然气喷嘴,大大提高了燃烧效率,并大幅度减少了NOx 等有害气体的排放量[2],在节能方面相对于空气助燃具有明显的优势。刘志付等通过燃烧和传热计算确定了全氧熔窑的热能使用和消耗途径,计算表明,采用玻璃熔窑全氧燃烧技术后,熔化单耗可以降低30%以上[3],如图1所示。

2 全氧燃烧玻璃熔窑火焰气氛对耐火材料的影响

玻璃熔窑的全氧燃烧技术具有节能减排、保护环境、提高玻璃质量和产量等一系列优点,但同时火焰气氛也给耐火材料带来了一些不良的影响。随着火焰辐射的加强,助燃气体量减少,水蒸气和碱蒸气浓度相应增大,玻璃液黏度降低,温度升高,从而加大了对耐火材料的侵蚀,表现在以下几点。

(1)全氧燃烧比空气燃烧产生的水蒸气浓度高约 3.5 倍(如表1),大量的水蒸气与玻璃液表面发生反应,产生大量挥发性氢氧化物逸出液面;高碱性的NaOH或Na2O将与呈酸性的硅砖反应,使含硅质的耐火材料发生严重侵蚀[4]。

(2)全氧燃烧玻璃熔窑内气氛变化较大,碱蒸气(NaOH)浓度增加数倍,造成窑顶硅砖侵蚀加剧[5](如图2),式(1)描述了耐火材料表面被侵蚀的化学反应。

undefined

式(1)中MOH和耐火物中的SiO2反应产生液态的M2O和SiO2。

(3)窑顶内表面温度比空气助燃时降低了25～50℃,但气流速度冲量较大,加剧了窑顶硅砖的侵蚀。

3 我国全氧燃烧玻璃熔窑用耐火材料

3.1 国产耐火材料的优势

我国耐火材料原料极为丰富,是世界上最大的矾土出口国,拥有居世界首位的约80亿吨的菱镁矿和占世界储量30%的晶质石墨[6]。

另外,国产耐火材料还具有以下几个优点[7,8]:(1)高品质,低价位; (2)交货周期短,项目收益快; (3)信息沟通及时,变更计划方便;(4)劳动力费用和制造成本较低。

3.2 全氧燃烧玻璃窑炉耐火材料的现状

玻璃行业尤其是浮法玻璃窑炉主要使用的定型耐火材料有电熔耐火材料、硅砖和镁质耐火材料3大类。全氧燃烧的玻璃窑炉,由于省去了蓄热室,所用的耐火材料主要是前面两类。

3.2.1 电熔耐火材料

玻璃窑用电熔耐火材料主要包括电熔锆刚玉砖、电熔刚玉砖和电熔氧化锆砖3大类。电熔刚玉砖是生产技术难度最大、技术含量最高的玻璃窑用耐火材料,主要包括2个品种,即电熔α-βAl2O3砖和电熔β-Al2O3砖[9]。该系列材料结构致密,高温下抗玻璃液或碱蒸气的侵蚀性极强,对玻璃液几乎不产生任何污染,是全氧燃烧熔窑不可缺少的筑炉材料。

电熔锆刚玉砖材料的使用最广泛,高温、高侵蚀区选择含ZrO2较高的材料。电熔α-βAl2O3普遍在低温区使用,如冷却部、供料通道等。在上部结构中电熔α-βAl2O3主要是用在全氧燃烧玻璃熔窑的大碹上,在这里,电熔α-βAl2O3砖与电熔β-Al2O3砖类似,但不同于电熔锆刚玉砖,它们含有很低的玻璃相,不易形成液滴和杂物。电熔β-Al2O3砖用在玻璃液冷却区域,其耐碱侵蚀性能优良,但如用于投料区上部结构就很容易受粉尘微粒(SiO2、CaO、MgO)侵蚀[10,11]。

低玻璃相电熔锆刚玉砖由于高温下玻璃相的渗出量很低,比普通的电熔锆刚玉砖砌筑在上部结构更为“干燥”。另外,低玻璃相含量使其具有更高的抗蠕变性能,从而能够把正常的熔窑使用温度从1600℃提高到1650℃[12,13]。这对全氧燃烧玻璃熔窑的投料区上部结构更为有利,因而该部位普遍采用低玻璃相电熔锆刚玉砖。

我国在20世纪80年代末研制出包括电熔α-βAl2O3唇砖在内的电熔刚玉砖系列产品。研制的产品首先在秦皇岛耀华公司的浮法玻璃窑上使用并取得成功,之后于20世纪90年代初电熔刚玉砖的批量系列产品(电熔α-βAl2O3砖和电熔β-Al2O3砖)在通辽玻璃厂引进的美国托利多技术400t/d浮法窑上替代进口使用成功,经过1个窑期的考验证明其使用性能达到了国外同类产品的水平[14]。

瑞泰科技股份有限公司原为玻璃熔窑耐火材料科研中试基地,以氧化熔融法科研成果为依托,已发展成为全国生产锆刚玉系列和氧化铝系列多品种配套熔铸耐火材料的单位,主要产品有α-βAl2O3和β-Al2O3、33#、44#和池底锆刚玉熔铸耐火材料系列,其中α-β熔铸耐火材料居国际先进水平[15]。淄博旭硝子电熔材料有限公司生产的33#、36#、41#氧化法电熔锆刚玉材料、电熔α-βAl2O3砖是玻璃窑用高级耐火材料,质量被公认为国内第一,处于世界先进水平,曾出口20多个国家,国内覆盖各省市。

3.2.2 硅砖

玻璃窑用硅砖应具有下列特征:①高温体积稳定,不会因温度波动而引起炉体变化。由于硅砖的荷重软化温度高、蠕变率小、玻璃窑在1600℃下可以保持炉体不变形,结构稳定。②对玻璃液无污染。硅砖的主要成分是SiO2,在使用时如有掉块或表面熔滴,不影响玻璃液的质量。③耐化学侵蚀。上部结构的硅砖受玻璃配料中含R2O气体的侵蚀,表面生成一层光滑的变质层,使侵蚀速度变低,起到保护作用。④体积密度小,可减轻炉体质量。

以前玻璃熔窑的大碹主要使用的是硅砖,但在全氧燃烧窑内,碱蒸气浓度高了4～5倍,且气流冲量很大,低熔点的硅酸盐玻璃相富集在硅的表面,在重力及环境条件的影响下,硅砖表面反应物以融滴的形式滴下,碱蒸气趁机向硅砖内部扩散,加速硅砖的侵蚀[16],因此,硅砖并不适合长窑龄熔窑的大碹材质。日本旭硝子公司[17]通过模拟试验得出,电熔α-βAl2O3砖和低玻璃相电熔锆刚玉砖比较适用于全氧燃烧熔窑。另外,电熔β-Al2O3砖也是抗碱蒸气侵蚀较好的耐火材料[18,19]。英国科学家经多次试验后得到了一种改良硅砖,其结构致密,玻璃相成分为CaO·SiO2,熔融温度达1520℃,能够耐高浓度碱蒸气的侵蚀。美国科学家认为采用电熔锆刚玉砖可能会有碹滴下落,更倾向于用电熔α-βAl2O3砖,在空气助燃和全氧燃烧(无粉尘)时,其碹顶砖材表面都形成α-Al2O3层和气孔[20]。电熔α-βAl2O3砖适用于大多数场合[21,22] 。表2列出了当前全氧燃烧条件下碹顶选用的几种耐火材料及使用厚度。表3为我国全氧燃烧熔窑一些部位的耐火材料配置[17,23,24,25]。

电熔α-βAl2O3砖碹顶材料对其质量和尺寸要求非常严格。2002年瑞泰科技对传统硅砖进行了改进,研发出适合大规模推广用于全氧燃烧技术特种硅质碹顶材料[26]。现在,我国已经可以大规模生产电熔α-βAl2O3砖用于全氧窑炉。改良后的41#电熔锆刚玉砖在1600℃高温下与硼酸盐玻璃反应120h,砖体表面形成70mm左右的界面层,成了一道坚固的防线,大大提高了砖材的抗侵蚀性并减少了对玻璃液的污染,是全氧燃烧熔窑池壁的理想材料。在我国通辽浮法玻璃厂和国内其他浮法玻璃熔窑的池壁和拐角都采用41#锆刚玉砖[27,28]。池壁用的33#锆刚玉砖在我国建筑材料科学研究院也早已研究出来,并在国内的全氧浮法玻璃厂应用。

尖晶石耐火材料是一种新的烧结材料,在玻璃池炉上部结构中具有潜在的应用前景。虽然这种耐火材料目前还尚未得到广泛应用,但近几年来无论是在熔化钠钙玻璃或是硼硅酸盐玻璃的传统火焰燃烧池炉还是纯氧燃烧池炉中都已经进行过“试用”。

4 展望

建筑玻璃未来呈现两大发展趋势 篇8

随着科技的进步及玻璃技术的飞速发展, 建筑玻璃的功能已经不再是仅仅满足采光要求, 而是要具有能调节光线、保温隔热、安全、艺术装饰等特性。当前, 应用于幕墙最多的是平板玻璃。其在使用过程中可以加工成安全玻璃, 如钢化玻璃、夹层玻璃等。还可以加工成彩釉玻璃起到装饰作用。并且也可以加工成镀膜玻璃, 不仅具有装饰功能, 还可以起到节能的作用。而另一种新材料也开始进入建筑领域, 如用于太阳能电磁发电板的压花玻璃。

建筑玻璃未来呈现两大发展趋势:一是建筑玻璃的质量将会不断地提升, 包括建筑玻璃产品的节能性能;二是建筑玻璃将会使用新的结构形式提升安全性能。而建筑玻璃未来的发展方向也会沿着安全节能走下去, 不断开发新技术来提高产品性能。如今, 建筑玻璃开始引入新技术, 即太阳能光伏板。