浮法工艺对高铝盖板玻璃化学钢化性能的影响分析.pdf

建筑玻璃与工业玻璃2024，1 -11-0引言本文所提超薄玻璃板在化学钢化后的钢化性能表征，是指产品在化学钢化后的表面应力、交换层深度。而决定玻璃产品化学钢化性能的因素主要与玻璃配方、钢化温度时间、盐浴组成、应力松弛有关。其中，量产产品的配方获得路径：通过配方开发优选几组钢化性能较好的配方，进一步中试生产，通过中试生产确定玻璃的熔化成形等生产性能以及验证钢化性能、综合强度最佳的配方。中试生产一般在60L单坩埚完成，成形后的产品经过精密退火-开片-精磨-抛光等冷加工后钢化，测试钢化性能和综合强度，最后优选出最佳的配方。浮法生产时选用中试优选出的配方，配方基本不变，当生产稳定后，开始取样进行系统的钢化工艺研究，获得不同厚度、不同规格产品的最佳钢化工艺。1钢化性能指标的差异XX年XX公司30TPD浮法F01生产线在生产出厚度为1.0mm的超薄产品后，同时取中试生产条料切片产品和F01生产线的浮法产品，两组产品经相同的加工方式加工后，在不同钢化工艺后检测出两种产品的钢化性能，统计表如表1。从表1可以看出：一是两组产品钢化后的两项主要钢化指标均存在明显的差异，浮法产品表面应力值较条料产品平均降低约260MPa，相应的应力层深度平均增加约11m；二是此种钢化性能差异不管采取何种钢化工艺基本上都是同步的。相同的产品设计配方，同样的后续冷加工方式，不同的生产方式为何出现了这种明显的差异呢？本文从浮法成形生产方式玻璃板上下表面与本体玻璃的成份差异、退火应力等因素对产品钢化性能的影响因素进行分析，获得浮法生产方式对超薄化学钢化性能影响因素。表 1中试和浮法产品钢化性能对比钢化工艺表面应力/MPa应力层深度/m中试产品浮法产品应力差值中试产品浮法产品深度差值430-6H9506902603651-15430-3H9907202702741-14420-6H9907302603244-12420-4H10207602602736-9410-6H10307602702740-13410-4H10507902602332-9400-6H10508002502535-10400-5H10808402402030-102主要影响因素分析2.1成分差异影响分析前述已提到玻璃的设计配方是决定玻璃本征强度的一个重要因素。众所周知，普通浮法玻璃（Na2O-CaO-SiO2系统）生产出的玻璃板表面成分相对于玻璃板中部成分存在着明显的差异，此种成分差异是采取浮法工艺生产后产品的典型特征（缺陷）。XX公司高铝玻璃系列产品均属于Na2O-Al2O3-SiO2系统，在浮浮法工艺对高铝盖板玻璃化学钢化性能的影响分析龚财云（成都光明光电股份有限公司，成都610100）Architectural&Functional Glass 1 2024-12-法生产后也存在如此的特征差异，如表2统计情况。成分上Si2O、Al2O3、Na2O等与玻璃的结构紧密程度密切相关，且在Na2O-Al2O3-SiO2玻璃系统中，这种差异也将在化学钢化时对Na+的自扩散系数产生影响，直接影响到产品在化学钢化时离子交换的程度和深度，即对产品的钢化性能也有明显影响。表 2特征差异统计样品状态配方中质量百分含量/wt%分子百分含量（mol%）Al/Na与中试Al/Na差值Na2OAl2O3Na2OAl2O3条料样品21.1713.018.3722.412.680.002012.5.11板上表面19.9713.258.4921.062.48-0.202012.5.22板上表面19.8113.268.5320.922.45-0.222012.6.18板上表面19.1313.708.8320.292.30-0.382012.5.11板下表面21.6412.748.2022.912.790.122012.5.22板下表面21.8012.758.2323.142.810.142012.6.18板下表面20.3712.868.2122.652.760.08由表2可以看出，浮法玻璃生产出的产品板上/下表面的Al/Na值明显与条料产品的Al/Na值不同。国内武汉理工大学教授在做这方面研究后，指出Al/Na的增加将使化学钢化时Na+、K+离子扩散深度增加，相对于标准样品而言，离子扩散深度的增加则将导致表面钢化应力值的降低，也即板下钢化性能降低，反之亦然。同时，浮法生产工艺造成的板上/下成分的差异深度也是基本相同的，但分布差异却明显不同。表3是SEM电镜测试Na2O同一块玻璃板在不同加工厚度下板上下的成分差异比较表。表 3成分差异统计抛光厚度Na2O-板上Na2O-板下Na2O-中试0-m14.6715.2315.505-m15.8115.0215.4710-m15.3114.8815.4820-m15.9815.8815.5130-m15.7715.4915.5040-m15.4415.5315.490-m 5-m 10-m 20-m 30-m 40-m16.5016.0015.5015.0014.5014.00Na2O-板上Na2O-板下Na2O-条料图 1从表3、图1可以清晰的看出，浮法玻璃板板面成分与玻璃本体成分差异厚度基本在30m，但板上和板下Na2O的变化趋势完全不同，这种差异化也是导致钢化后板上下钢化性能差异的重要原因之一。表4是XX公司F01线同系列的高铝玻璃系列原板产品在钢化前后的部分测试数据对比。从表4中可以清楚的看到这种板面成分差异带来的板面钢化性能的重大差异，同时这种差异也是导致钢化后玻璃板产生翘曲的关键原因。表 4钢化前后的部分测试数据对比来源高铝玻璃原板高铝玻璃条料状态钢化前钢化后钢化前 钢化后标记板上板下板上板下板上板上钢化工艺-400-6H-400-6H钢化性能CS（MPa）-800840-1050DOL（m）-3540-25成分测试Na2O14.75 15.154.346.9215.868.21Al2O314.00 13.7813.6913.8114.0613.63SiO257.30 56.9056.8656.4957.5856.98K2O5.905.8316.7814.345.1913.98K+离子钢化增加量K-10.888.51-8.79KDOL-380.80 340.40-219.75综上所述，浮法生产工艺由于玻璃板表面成分的差异，导致了钢化性能的降低，而中试条料条料切片产品却不存在此问题。2.2玻璃退火应力影响分析玻璃的退火过程实际上是降低玻璃永久应力和改变玻璃结构状态的一个过程。对于浮法生产工艺和中试条料生产工艺，相同配方的玻璃产品生产时的 （下转第22页）Architectural&Functional Glass 1 2024-22-由表2分析可知，由于本项目系统阻力小，氨水耗量大幅度降低，考虑催化剂和金属滤袋更换的折摊费用，本项目实施改造后，每年可节省运行费用96.9万元。另由于传统技术路线布袋及催化剂检修频繁，额外运行维护成本高，本成本分析表未对检修运行成本进行增补。可见，采取干法脱硫+尘硝一体化技术，不但满足污染物超低排放要求，还带来较好的经济效益。6结语随着 玻璃工业大气污染物排放标准 （GB26453-2022）等新标准在玻璃行业的全面实施，对玻璃窑炉产生的烟气进行多污染物综合治理是目前玻璃行业大气污染物达标排放的有效途径。通过干法脱硫、尘硝一体化联合技术方案的综合运用，对玻璃窑炉烟气中的粉尘、NOx及SOx等多污染物进行有效治理，符合国家节能环保政策要求，技术先进且经济合理。相关资料：1.玻璃工业大气污染物排放标准 （GB26453-2022）生态环境部，国家市场监督管理总局2022-10-22发布，2023-01-01实施.2.徐美君.玻璃行业废气治理技术的发展与现状J.玻璃，2011，2.3.汤红运，张志刚，李金虎.玻璃熔窑烟气脱硝工艺选择及流程布置探讨J.玻璃，2010，4.4.张磊，李彦涛，张蕾，等.玻璃窑炉烟气脱硫除尘脱硝综合治理技术的研究J.玻璃，2011，06：912.5.于振林，杜永芳，谢慧，等.玻璃行业窑炉余热利用与烟气环保治理一体化的研究与应用J.玻璃，2012，04：1014.（上接第12页）退火过程是完全不同的，由此造成了一个最主要的区别就在于最终的玻璃板表面结构状态（结构的紧密程度）的不同，钢化时因为应力松弛速度不同，导致玻璃的钢化性能差异，由此造成了玻璃板钢化后性能的不同。图2是XX公司F01线高铝玻璃原板产品在不同二次退火工艺下测试的表面应力统计图。可以明显地看出对于相对于玻璃退火速率的降低，玻璃板钢化后的表面应力均呈上升趋势；而相对于中试条料产品36/h的退火速率，可以预知F01线高铝玻璃系列原板产品约在30/h退火速率下，原板钢化后表面应力必将大幅降低，实际也正如表1的数据对比结果。而在相同钢化工艺条件下，条料产品钢化后的应力均在1000MPa以上，远高于F01浮法生产的产品钢化应力值。410-6h420-6h430-6h60/h 30/h 15/h 7.5/h950900850800750700650650应力/MPa图 2表面应力和退火速度的关系综上所述，浮法生产工艺过程中由于退火工艺和中试生产差异，不可避免地降低了原板的钢化性能和钢化性能一致性。3结论（1）浮法生产工艺由于玻璃板表面成分与玻璃板中部固有的特征性差异，造成了玻璃原板钢化性能的降低与板上下应力大小的差异。（2）浮法生产退火工艺调整的复杂性以及由此造成的玻璃板退火应力大小与分布不均，退火质量的降低最终表现在产品钢化性能的降低。超薄浮法生产技术代表着浮法工艺的最高水平，也是对工艺技术、工艺装备和生产管理极高要求的体现。尤其是对玻璃板的钢化性能有特殊要求的超薄高铝高碱触控面板玻璃，影响其钢化性能的因素众多，这需要工程技术人员针对不同的影响因素在生产线设计、工艺技术应用、生产运行管理等不同层面采取针对性的有效措施，减少和避免产品钢化性能的降低，以满足客户对玻璃原片质量的要求。相关资料：1.王立祥，刘振甫，金文国，等.玻璃深加工J，2012（4）：27.2.D.R.UHLMANNAHDN.J.KEIDL.GLASS SCIENCE AND TECHNOLOGY VOLUME 5 M：244247.3.Arunn K.Varshneya.Fundamentals of Inorganic GlassesM，2012：397401.