图5. 溢流下拉法生产超薄玻璃示意图(http://www.sohu.com/a/164730965_505848)
3、狭缝下拉法
狭缝下拉法主要将熔融玻璃液导入铂铑合金所制成的槽中, 从槽底的狭缝流出, 利用自身重力及向下的拉力拉制成超薄玻璃(图6) 。 采用这种工艺制备的玻璃厚度可根据熔窑的拉引量、狭缝的大小及下拉速率来控制, 玻璃的翘曲度则可根据温度分布的均匀性控制, 可以连续生产超薄玻璃 。
图6. 狭缝下拉法生产超薄玻璃示意图(https://www.schott.com/advanced_optics/chinese/products/wafers-and-thin-glass/glass-wafer-and-substrates/ultra-thin-glass/index.html)
4、二次下拉法
二次下拉法采用浮法工艺制备的预成型玻璃原坯卷绕在圆筒状的绕辊上, 将玻璃母材垂直向下方输送, 利用加热装置将玻璃加热至软化点附近, 将软化后的玻璃基板向下延伸, 制备出超薄玻璃 。
根据国内科研和实际生产柔性玻璃的情况, 这些方法中二次下拉法和狭缝下拉法具有间歇性、投资成本低、配方变化容易等特点, 更适用于科研机构实验室研究开发 。 浮法和溢流下拉法具有大规模、大板宽、连续性生产的特点, 更适用于大规模工业化生产, 在工业化过程中具有成本低的优势 。 国内浮法工艺技术和装备比较成熟, 采用浮法技术更具有发展前景, 目前已经能够生产超薄的普通钠钙硅玻璃 。 随着工艺技术和装备的进一步发展和完善, 解决浮法技术中生产超薄柔性玻璃出现的问题, 能够加快推广柔性玻璃的应用领域和使用范围 。
没有最薄只有更薄
中国目前可大规模生产的0.12mm的超薄玻璃号称世界最薄玻璃, 其实还有更薄的玻璃 。
长期以来超薄玻璃的生产都以浮法工艺为主, 但被国外公司所控制 。 领先技术主要掌握在美国康宁(CORNING)、德国肖特(SCHOOT)、英国皮尔金顿、日本旭硝子(AGC)、日本电气硝子(NEG)等公司手里[3-4] 。 早在2012年, 世界最重要的手机触控面板玻璃供应商康宁公司就已发布其采用熔融溢流下拉法和高温滚压技术相结合的方法制备出厚度为100μm的超薄可绕式屏幕玻璃(图7), 并形象的命名为“垂柳”( Willow-Glass) 。 其通过化学钢化处理, 获得很高的强度和很强的可弯曲性, 可弯曲半径5cm, 能卷成宽1.3m、长300m、直径15.24cm的筒, 同时兼具轻便、成本低、可承受高达500℃高温等特性 。
图7. 康宁公司 0.1mm Willow-Glass玻璃(http://www.designcurial.com/news/glass-a-flexible-material-4388280)
直到2018年, 中国建材集团利用浮法技术工业化生产出0.12mm厚度的超薄玻璃(图8) 。 在2014年、2015年、2016年、2018年, 几乎每年一个台阶, 从0.3mm到0.2mm, 到0.15mm, 再到现在的0.12mm, 不断打破由自己创造的超薄浮法电子玻璃纪录 。 这之前我国只能稳定量产厚度为0.2 mm的普通钠钙硅玻璃和厚度为0.3 mm的无碱超薄玻璃, 其中也有部分科研机构对0.1 mm的柔性超薄玻璃进行研发, 但仅仅处于实验室研发阶段 。
近几年, 我国的几家玻璃生产企业也先后建成了超薄浮法生产线, 但产品厚度在0.2mm~1.1 mm之间, 还没有真正实现“微米级”和“柔性”[5] 。 总之, 我国与国外发达国家在超薄玻璃生产技术方面的差距较大 。
图8. 中国建材集团生产的0.12mm超薄玻璃(央视纪录片《创新中国》第一集)
这种新型材料有望替代超薄玻璃
长江后浪推前浪, 任何产品更新都不可能停滞不前, 超薄玻璃也会面临各种挑战 。 一方面面临关键技术突破的挑战, 超薄玻璃面临柔性化趋势的挑战随着新型显示产品的不断发展, 消费者对于包括移动通讯终端在内各种器件的轻薄化要求越来高, 提供更大存储空间、长续航时以及轻薄化的显示屏, 成为高端器厂商追求目标 。 另一方面超薄玻璃也面临聚酯类塑料薄膜等新型材料取代的挑战, 与超薄玻璃基板相比, 聚酯类塑料薄膜无论是薄型轻量化, 还是提高耐冲击性、实现柔性, 均具有无可比拟的优势(图9) 。 日前, 中国华为公司在西班牙巴塞罗那新品发布会推出旗下首款折叠屏Mate X-5G手机就是采用柔性OLED, 其使用PI(聚酰亚胺)作为下基板, 代替刚性OLED中的玻璃基板;使用薄膜封装代替玻璃封装 。
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