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基于座滴法研究化學(xué)組成對無堿鋁硼硅玻璃表面張力的影響（一）

來源： 《玻璃搪瓷與眼鏡》 瀏覽 409 次 發(fā)布時間:2026-01-20

摘要：以 OLED 基板玻璃為研究對象，基于座滴法進(jìn)行玻璃熔體表面張力實驗，研究化學(xué)組成對無堿鋁硼硅玻璃表面張力的影響。研究結(jié)果表明：Al?O?/SiO? 和 MgO/RO（RO 為堿土金屬氧化物總和）的增加會導(dǎo)致玻璃熔體表面張力增大，增加 ZnO/(ZnO+SrO) 有降低玻璃熔體表面張力的作用；增加 RO/(Al?O?+B?O?)，玻璃表面張力會呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且在 RO/(Al?O?+B?O?)=1 處出現(xiàn)極大值。


隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子信息顯示產(chǎn)品，如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、電視、智能手表等呈現(xiàn)出日新月異的變化，顯示產(chǎn)品從笨重的 CRT（陰極射線管）快速轉(zhuǎn)換到輕薄的 LCD（液晶顯示）平板，近些年又出現(xiàn)了可柔可剛且性能更優(yōu)的 OLED（有機(jī)發(fā)光二極管顯示）。


基板玻璃作為平板顯示面板不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一，隨著顯示產(chǎn)品的技術(shù)革新也在不斷改進(jìn)與提升。OLED 的工藝技術(shù)相較 LCD 更為嚴(yán)苛，因此對 OLED 基板玻璃的生產(chǎn)提出了更高的技術(shù)要求。


無堿鋁硼硅玻璃是基板玻璃的優(yōu)選成分體系，具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，特別是在機(jī)械強(qiáng)度、介電性能、耐酸堿性以及耐熱性等方面均優(yōu)于其它玻璃系統(tǒng)。但無堿鋁硼硅玻璃對生產(chǎn)工藝參數(shù)要求很高，生產(chǎn)難度極大，全球 OLED 基板玻璃生產(chǎn)廠商及研發(fā)機(jī)構(gòu)均對生產(chǎn)工藝和性能問題十分關(guān)注。


表面張力是與生產(chǎn)基板玻璃密切相關(guān)的性能，不僅在玻璃熔化澄清過程中影響熔體中氣泡的生長、溶解和排出速度，還關(guān)系到基板玻璃熔體的澄清質(zhì)量，同時在成型過程中也起著重要的作用，尤其對于超薄化基板玻璃，表面張力會限制玻璃熔體的攤開展薄。在表面張力作用下，熔融玻璃帶會產(chǎn)生顯著的橫向回縮效應(yīng)，從兩側(cè)向中心聚攏，并且會導(dǎo)致沿板面寬度方向的厚度不均勻，出現(xiàn)板面兩側(cè)厚度大、中間厚度小的狀況（板邊為不合格厚度）。因此，不論溢流法還是浮法生產(chǎn)工藝，在開發(fā) OLED 基板玻璃的化學(xué)組成和實際生產(chǎn)中，玻璃熔體表面張力都是一個極為重要的生產(chǎn)控制指標(biāo)。


玻璃熔體表面張力很大程度上取決于玻璃化學(xué)組成，玻璃熔體原子或質(zhì)點間相互作用力越大，表面張力就越大。按照氧化物對玻璃熔體表面張力的影響，可將其分為表面惰性組分、表面活性組分和低溶解度高活性組分。表面惰性組分能增大系統(tǒng)表面張力，一般為網(wǎng)絡(luò)形成體，如 SiO?、Al?O? 等；表面活性組分能降低系統(tǒng)表面張力，一般為網(wǎng)絡(luò)外體，如 K?O、P?O? 等；低溶解度高活性組分趨向于聚集在表面，降低表面張力，添加微量即可對表面張力產(chǎn)生較大影響，如 V?O?、MoO? 等。對于滿足 OLED 基板使用的無堿鋁硼硅玻璃，其不含堿金屬氧化物，Al?O? 含量較高，表面張力高于普通鈉鈣玻璃。與 LCD 基板玻璃相比，為了進(jìn)一步提高玻璃應(yīng)變點溫度（T??.?），使玻璃在制備 OLED 過程中尺寸穩(wěn)定性增強(qiáng)，而減少了降低應(yīng)變點溫度和表面張力的 B?O? 含量，引起表面張力進(jìn)一步增大。因此，研究基板玻璃的表面張力與組成的關(guān)系，對于基板玻璃的超薄化成型具有重要意義。


本研究從 OLED 基板玻璃化學(xué)組成的 Al?O?/SiO?、RO/(Al?O?+B?O?)、MgO/RO 和 ZnO/(SrO+ZnO) 四個方面出發(fā)，探究化學(xué)組成對 OLED 基板玻璃熔體表面張力的影響，為優(yōu)化實際生產(chǎn)工藝提供理論基礎(chǔ)。


1 實驗方法


1.1 組成設(shè)計


根據(jù)開發(fā)需求，本文設(shè)計了四組不同化學(xué)組成的 OLED 基板玻璃。如表 1~表 4 所示，分別通過改變組成中的 Al?O?/SiO?、RO/(Al?O?+B?O?)、MgO/RO 和 ZnO/(SrO+ZnO)，研究表面惰性組分和表面活性組分的相對含量，以及同堿土金屬氧化物網(wǎng)絡(luò)作用相似但活性更強(qiáng)的過渡金屬氧化物對無堿鋁硅酸鹽玻璃表面張力的影響。


表 1 不同 Al?O?/SiO? 比的 OLED 基板玻璃化學(xué)組成
Al?O?/SiO? SiO? Al?O? B?O? SrO CaO MgO CaCl? 合計
0.15 69.53 10.20 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
0.17 68.03 11.70 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
0.20 66.53 13.20 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
0.23 65.03 14.70 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
0.25 63.53 16.20 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
表 2 不同 RO/(Al?O?+B?O?) 比的 OLED 基板玻璃化學(xué)組成
RO/(Al?O?+B?O?) SiO? Al?O? B?O? SrO CaO MgO SnO 合計
0.70 66.53 17.89 1.76 3.13 3.67 6.80 0.23 100.00
0.85 66.53 16.44 1.63 3.49 4.10 7.59 0.23 100.00
1.00 66.53 15.20 1.52 3.80 4.46 8.26 0.23 100.00
1.15 66.53 14.14 1.43 4.07 4.77 8.84 0.23 100.00
1.31 66.53 13.20 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
1.45 66.53 12.42 1.27 4.50 5.28 9.78 0.23 100.00
表 3 不同 MgO/RO 比的 OLED 基板玻璃化學(xué)組成
MgO/RO SiO? Al?O? B?O? SrO CaO MgO SnO 合計
0.34 66.53 13.20 1.28 5.85 6.60 6.31 0.23 100.00
0.39 66.53 13.20 1.28 5.38 6.07 7.31 0.23 100.00
0.44 66.53 13.20 1.28 4.91 5.54 8.31 0.23 100.00
0.50 66.53 13.20 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 100.00
0.55 66.53 13.20 1.28 3.97 4.48 10.31 0.23 100.00
表 4 不同 ZnO/(SrO+ZnO) 比的 OLED 基板玻璃化學(xué)組成
ZnO/(SrO+ZnO) SiO? Al?O? B?O? SrO CaO MgO SnO ZnO 合計
0 66.53 13.20 1.28 4.41 5.05 9.31 0.23 0 100.00
0.2 66.53 13.20 1.28 3.53 5.05 9.31 0.23 0.88 100.00
0.4 66.53 13.20 1.28 2.65 5.05 9.31 0.23 1.76 100.00
0.6 66.53 13.20 1.28 1.76 5.05 9.31 0.23 2.65 100.00
0.8 66.53 13.20 1.28 0.88 5.05 9.31 0.23 3.53 100.00