隨著科技的迅速發(fā)展，我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊恍┢桨屣@示電子產(chǎn)品如智能手機(jī)、平板電腦、液晶顯示器等越來(lái)越普及并逐步向輕薄化、輕量化發(fā)展，尤其是可折疊智能手機(jī)、電子穿戴產(chǎn)品以及柔性顯示技術(shù)已經(jīng)逐漸成為市場(chǎng)發(fā)展的主流。超薄玻璃因其良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)性能等優(yōu)良特性，成為生產(chǎn)平板顯示產(chǎn)品所必須的基礎(chǔ)材料。

為了滿足高性能平板顯示器的使用要求，超薄玻璃的各項(xiàng)質(zhì)量要求，尤其是表面粗糙度要求極其嚴(yán)格。如果超薄玻璃的表面粗糙精度不能保證，會(huì)直接影響到液晶顯示器中基板間的電場(chǎng)和像素，導(dǎo)致顯示器色彩不均勻，同時(shí)降低玻璃強(qiáng)度和透光率，造成產(chǎn)品缺陷，同時(shí)也會(huì)有化學(xué)強(qiáng)化后產(chǎn)生翹曲的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品良率。

目前，通常采用表面拋光技術(shù)實(shí)現(xiàn)超薄玻璃表面質(zhì)量和加工精度的要求，但由于超薄玻璃韋氏硬度高、加工易破碎，且拋光質(zhì)量要求高，屬于難加工材料，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)是一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。

超薄玻璃簡(jiǎn)介

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及定義，按玻璃厚度可將玻璃分為超厚玻璃、厚玻璃、普通玻璃、薄玻璃、超薄玻璃、柔性玻璃。按照化學(xué)成分的不同，可將超薄玻璃分為無(wú)堿超薄玻璃和含堿超薄玻璃，無(wú)堿玻璃即玻璃組分中無(wú)堿金屬元素，主要為無(wú)堿硼鋁硅酸鹽玻璃體系，用作TFT-LCD、OLED等基板玻璃；含堿超薄玻璃主要為高鋁硅酸鹽玻璃體系，其可離子強(qiáng)化的特性常用作高強(qiáng)蓋板玻璃。

玻璃厚度分類

超薄玻璃生產(chǎn)方法主要包括浮法、溢流下拉法、垂直引上法等。

其中，浮法技術(shù)需精確控制拉邊機(jī)和牽引機(jī)的工藝參數(shù)，同時(shí)還要考慮滲錫、波紋度等缺陷的產(chǎn)生，因此對(duì)工藝控制和裝備要求極高，但生產(chǎn)玻璃尺寸大，產(chǎn)量高；

溢流下拉法生產(chǎn)的玻璃表面質(zhì)量好，但受鉑金溢流槽尺寸限制，板寬窄、產(chǎn)量小；

溢流下拉法生產(chǎn)工藝示意圖

垂直引上法易操控、占地小，但是生產(chǎn)的玻璃平整度差、缺陷多，成品率低。

目前，國(guó)內(nèi)超薄玻璃生產(chǎn)方法主要為浮法和溢流下拉法，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)超薄玻璃在高端電子市場(chǎng)占比逐步提升。

超薄玻璃的拋光技術(shù)

超薄玻璃屬于脆性材料，因此在拋光時(shí)不同于金屬材料的車削、磨削、銑削等傳統(tǒng)的塑性加工方式，在精密加工過(guò)程中極易破碎，很難實(shí)現(xiàn)玻璃表面的精密拋光。為此，超薄玻璃的拋光是以硬脆材料的脆塑轉(zhuǎn)變機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)拋光原理及拋光方式的不同，可將其分為兩大類，即接觸式拋光技術(shù)和非接觸式拋光技術(shù)。

非接觸式拋光技術(shù)一般為離子束和電子束拋光，技術(shù)操作環(huán)境要求高，技術(shù)流程不完備，無(wú)法滿足大尺寸工件的整體拋光。因此，從提高超薄玻璃產(chǎn)量與質(zhì)量角度考慮，接觸式拋光技術(shù)目前占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

接觸式拋光技術(shù)即通過(guò)拋光件與被拋光玻璃間的相對(duì)摩擦實(shí)現(xiàn)拋光效果，針對(duì)超薄玻璃主要采用化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技術(shù)。CMP技術(shù)由于拋光效率高、環(huán)境污染小、技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是目前拋光超薄玻璃最有效的技術(shù)。其中，拋光液與拋光墊是拋光系統(tǒng)中的核心部分，其材料決定了最終的加工質(zhì)量。

CMP拋光原理圖

擴(kuò)展閱讀：化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)（CMP）中有哪些核心材料？

（1）拋光液

拋光液主要由去離子水、拋光粉、pH調(diào)節(jié)劑、分散劑等組成，其中拋光粉作為磨料，利用“軟磨硬”原理，通過(guò)較軟的拋光粉材料對(duì)玻璃表面進(jìn)行機(jī)械化學(xué)拋光處理，獲得高質(zhì)量的玻璃表面。

常用拋光粉材料的莫氏硬度

常見(jiàn)的拋光粉材料有金剛石、Al₂O₃、SiO₂、CeO₂等無(wú)機(jī)材料，它們適用于不同的拋光需求，在超薄玻璃的拋光中，比較軟的CeO₂由于拋光效率與拋光質(zhì)量?jī)?yōu)于其它材料而成為優(yōu)選材料。這是由于CeO₂可以與玻璃中的硅酸鹽反應(yīng)，Ce-O鍵能較高，會(huì)破壞Si-O鍵使之生成Si-O-Ce鍵，從而實(shí)現(xiàn)SiO₂的化學(xué)機(jī)械去除。

光學(xué)玻璃拋光用氧化鈰粉

從拋光機(jī)理出發(fā)，影響拋光效率的五大因素一般為：水分子在玻璃表面的擴(kuò)散速率、在拋光粉作用下的玻璃溶解速率、拋光粉對(duì)溶解產(chǎn)物的吸附速率、硅重新沉積玻璃表面的速率及水的腐蝕速率。

因此綜合比較，對(duì)硅酸鹽玻璃而言，其拋光效率最好的是CeO₂，其次為ZrO₂、ThO₂、TiO₂、Fe₂O₃。

（2）拋光墊

傳統(tǒng)拋光系統(tǒng)通過(guò)拋光墊與被拋光玻璃的相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)兩者間拋光液產(chǎn)生相對(duì)摩擦，從而實(shí)現(xiàn)玻璃的拋光，其拋光效果的實(shí)現(xiàn)主要依賴于拋光液與玻璃表面的化學(xué)機(jī)械作用。此技術(shù)操作簡(jiǎn)單，易于控制，同時(shí)也存在游離拋光粉分布不均導(dǎo)致拋光質(zhì)量低，廢料清除難度高及拋光液消耗大等諸多缺點(diǎn)，針對(duì)此問(wèn)題，精度高、表面損傷小的固結(jié)磨料研磨拋光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為超薄玻璃加工的研究重點(diǎn)。

固結(jié)磨料研磨拋光技術(shù)是將磨料固結(jié)在拋光墊中，以取代游離磨料，拋光過(guò)程中由于磨料鑲嵌在拋光墊中，因此壓入工件表面的深度相對(duì)較小，對(duì)工件表面產(chǎn)生的損傷小，另外凸起之間的溝槽有利于廢屑的排出，降低硅重新沉積玻璃表面的速率，從而提高玻璃表面拋光的效率和質(zhì)量。

固結(jié)磨料拋光墊示意圖

另外也有一些研究者嘗試其他途徑進(jìn)行玻璃拋光，例如針對(duì)固結(jié)磨料拋光技術(shù)中拋光墊各點(diǎn)線速度不同易產(chǎn)生拋光不均勻的缺點(diǎn)，提出磁性研磨拋光技術(shù)，即將磁性研磨料吸附在磁極端部，形成具有一定剛度的“磨料刷”，旋轉(zhuǎn)磁極帶動(dòng)“磨料刷”轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行拋光；或采用氣相沉積方法在拋光墊表面鍍上一層飾膜，相比于傳統(tǒng)CeO₂游離磨料，這種拋光方法的Ce用量大幅減少；同時(shí)也有人提出浴法拋光、浮法拋光等技術(shù)，可以獲得拋光精度較高的玻璃，如康寧公司和肖特公司采用浮法拋光技術(shù)分別對(duì)石英玻璃和微晶玻璃進(jìn)行拋光，玻璃表面粗糙度均低于0.2nm。

無(wú)論是磁性研磨拋光技術(shù)，還是浴法拋光、浮法拋光等技術(shù)，在拋光過(guò)程中均需要拋光模與玻璃的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械摩擦及拋光液的化學(xué)腐蝕實(shí)現(xiàn)拋光效果，因此可將此拋光技術(shù)視為化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)的延伸和完善。

總結(jié)

隨著終端顯示技術(shù)的進(jìn)步，尤其柔性顯示技術(shù)的提出及發(fā)展，導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)對(duì)超薄玻璃的需求量迅速提升，對(duì)其質(zhì)量要求也越來(lái)越高。超薄玻璃制造工藝復(fù)雜，技術(shù)門檻高，尤其超薄玻璃拋光技術(shù)更屬于高精尖技術(shù)領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)材料和技術(shù)研究較少，但是基于近些年光學(xué)玻璃拋光領(lǐng)域的技術(shù)積累，相信不久的將來(lái)定能實(shí)現(xiàn)超薄玻璃拋光技術(shù)的創(chuàng)新，推動(dòng)超薄玻璃相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考來(lái)源：

超薄玻璃拋光技術(shù)的研究進(jìn)展，李金威、宋在芝、石麗芬、王巍巍、曹欣（1.中建材蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司；2.浮法玻璃新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；

3.硅基材料安徽省實(shí)驗(yàn)室）。

粉體圈 小吉

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