本發(fā)明涉及超薄電子玻璃技術領域，特別是涉及一種超薄電子玻璃成型設備和成型方法。

背景技術：

超薄電子玻璃是指厚度在0.1～1.1mm范圍內的電子玻璃。電子玻璃系指可應用于電子、微電子、光電子領域的一類高技術產品，主要用于制作集成電路以及具有光電、熱電、聲光、磁光等功能元器件的玻璃材料。

基板玻璃作為超薄電子玻璃的一種，是目前在微電子、光電子和新能源等高新技術中應用最廣、發(fā)展最快的特種超薄電子玻璃之一；主要包括液晶基板玻璃、太陽能電池用基板玻璃、存儲器用基板玻璃以及集成電路制作過程中制備光刻用的基板玻璃。

目前液晶基板玻璃全球市場份額美國康寧公司約占60％，日本的旭硝子公司約占20％，其它公司如肖特、電氣硝子、國內的彩虹等公司總共占20％左右的份額。此外，目前國內使用的主要是g6代及以下的生產線(g6面板尺寸為1500×1800mm)，而世代越高的生產線能夠生產出尺寸越大、板寬越寬、面積越大的基板玻璃，這樣的一塊基板玻璃上越能裁切成大板，能夠裁切出的產品就越多，裁切率越高，成本就越低。因此，g8.5代(面板尺寸為2200×2500mm)的生產線在生產60吋及以上的液晶基板玻璃上優(yōu)勢明顯。但是g8.5代及以上生產線生產出的液晶基板玻璃和蓋板的市場被國外公司壟斷，目前主流的成型方法有兩種：溢流法和浮法。

溢流法，美國康寧公司專利，生產出的玻璃質量好，不需要研磨拋光等二次加工等，但生產線投資大，主要投資在于熔化和成型設備的內襯全部要采用白金包裹，白金內襯的投資巨大。且用溢流法生產世代越高的液晶基板玻璃(g8.5代及以上)的設備投資相應越貴，技術要求也相應越高。

浮法具有噸位大，板寬寬，和生產成本低的特點；目前成功量產的只有旭硝子公司。然而浮法工藝中，采用錫槽作為成型設備，成型過程中將金屬錫加熱成液態(tài)并保持成型需要的溫度。雖然一般浮法玻璃的成型溫度只需650-1050℃，但是超薄電子玻璃由于其組成中氧化鋁含量高、粘度大，因此成型溫度也需要更高，一般要達到700-1250℃。浮法成型玻璃時，因金屬錫的存在，玻璃下表面容易沾錫，需要研磨拋光等二次處理，后期加工成本高，使得利用浮法生產出的超薄電子玻璃產品性能達不到高世代液晶基板玻璃的要求，且加熱金屬錫需要較高能耗。因此，浮法高世代超薄電子玻璃技術發(fā)展遭遇了技術壁壘。

因此，一種能夠滿足應用于超薄電子玻璃的成型方法和設備是本領域亟需的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中存在的技術缺陷，第一方面，提供一種能夠顯著提高產品性能的超薄電子玻璃成型設備，包括成型槽、向成型槽中提供氣態(tài)成型介質的成型介質供給系統(tǒng)、用于檢測和控制成型介質參數(shù)和成型參數(shù)的檢測控制裝置、用于達到成型介質溫度和成型溫度的加熱裝置、以及設置在成型槽兩側上方用于牽引玻璃液使其成型的成型拉邊機，所述成型槽沿其長度方向和玻璃液運行方向依次分為高溫成型段和低溫成型段；所述成型槽上方為待成型的玻璃液，成型槽內的上部設有掛鉤，掛鉤上固定并鎖緊有兩層成型介質混合器，成型槽內的底部設有若干用于定期清理成型介質混合器的吹掃器和用于定期排出冷卻水及雜質的放水閥，成型槽的兩側還設有用于泄壓的排氣閥。

所述成型槽包括一縱剖面呈倒置梯形的殼體和包覆在殼體外部的保溫層，殼體的長度為35-42m，深度為180-350mm，側面與底面的角度為10-22°。

所述成型介質混合器為均勻分布有若干通孔的不銹鋼板，有兩層，由下至上依次為第一成型介質混合器和第二成型介質混合器，且兩者的通孔交錯設置；優(yōu)選的，第一成型介質混合器的厚度為12-15mm，孔徑為40-60μm，相鄰兩孔的圓心距為90-120μm；第二成型介質混合器的厚度為7-8mm，其上分布的小孔孔徑為20-30μm，相鄰兩個小孔之間的圓心距離為60-90μm；更優(yōu)選的，第二成型介質混合器與玻璃液之間的距離為5-8mm，與第一成型介質混合器之間的距離為10-25mm。

所述成型介質供給系統(tǒng)包括提供氮氣和氬氣的氮站、提供去離子水的水站及均勻分布在成型槽底部的成型介質出口；所述成型介質出口分為設置在高溫成型段和低溫成型段的氮氣出口、設置在高溫成型段的氬氣出口和設置在低溫成型段的水蒸氣出口；氮站通過氮氣管道和氬氣管道與氮氣出口和氬氣出口相連，水站通過去離子水管道與水蒸氣出口相連；氮氣管道、氬氣管道和去離子水管道上均設有閥門，還設有用于加熱管道中n2、ar和去離子水使去離子水成為水蒸氣的煙氣余熱加熱系統(tǒng)；優(yōu)選的，煙氣余熱加熱系統(tǒng)與成型介質出口之間的氮氣管道、氬氣管道和去離子水管道外部還設有保溫隔層。

所述檢測控制裝置包括壓力檢測控制裝置、溫度檢測控制裝置和流量檢測控制裝置；其中，壓力檢測控制裝置設置在成型介質混合器與玻璃液之間和成型介質混合器與成型槽底部之間，溫度檢測控制裝置設置在兩層成型介質混合器之間，流量檢測控制裝置設置在氮氣管道、氬氣管道、去離子水管道上。

所述加熱裝置包括煙氣余熱加熱系統(tǒng)和設置在成型槽的殼體和保溫層之間的電加熱系統(tǒng)。

第二方面，本發(fā)明提供一種超薄電子玻璃成型方法，使用上述超薄電子玻璃成型設備，包括以下步驟：

(1)高溫成型段成型介質的調試：開啟氮氣管道、氬氣管道以及煙氣余熱加熱系統(tǒng)，將n2和ar加熱后通過氮氣出口和氬氣出口噴入成型槽內的高溫成型段，并依次經第一成型介質混合器和第二成型介質混合器混合后，作為高溫段成型介質，其壓力為10-20pa，溫度為960-1280℃；優(yōu)選的，高溫段成型介質由按體積百分含量為85-95％的n2和5-15％ar組成；

(2)初步成型：將熔融狀態(tài)的玻璃液通至成型槽的上方，此時高溫段成型介質向上噴出，在玻璃液下表面形成微正壓，同時成型拉邊機在成型槽兩側上方牽引玻璃液，使玻璃液初步成型成接近所需尺寸和厚度的初步玻璃液；

(3)低溫成型段成型介質的調試：開啟氮氣管道和去離子水管道，以及煙氣余熱加熱系統(tǒng)，將去離子水加熱成水蒸氣后和加熱后的n2分別通過水蒸氣出口和氮氣出口噴入成型槽的低溫成型段，并依次經第一成型介質混合器和第二成型介質混合器混合后，作為低溫段成型介質，其壓力為8-16pa，溫度為690-960℃；優(yōu)選的，低溫段成型介質由按體積百分含量為70-90％的n2和10-30％的水蒸氣組成；

(4)準確成型：步驟(2)得到的初步玻璃液繼續(xù)沿成型槽的長度方向行進至低溫成型段，此時低溫段成型介質向上噴出，在初步玻璃液下表面形成微正壓，同時成型拉邊機在成型槽兩側上方牽引玻璃液，將處于接近所需尺寸和厚度的初步玻璃液微調至所需尺寸和厚度，通過拉邊機的對數(shù)、拉引速度和角度來完成準確成型，得到超薄電子玻璃。

當成型介質的壓力過高時，成型槽兩側的排氣閥自動打開進行泄壓，直到壓力下降到設定壓力；當壓力過低時，成型介質供給系統(tǒng)自動提高成型介質的供給壓力，直到壓力上升至設定壓力。

定期使用所述吹掃器對成型介質混合器進行吹掃，吹掃使用壓力為0.4-0.7mpa、流量為40-60nm³/h、溫度為150-280℃的氮氣。

第三方面，本發(fā)明提供一種超薄電子玻璃，是由上述成型方法得到的。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的超薄電子玻璃成型設備，與現(xiàn)有錫槽成型設備相比，由于成型介質不使用錫，因此徹底解決了玻璃表面沾錫和熔化錫單位能耗高的問題。還因為本發(fā)明的成型設備中成型介質是氮氣、氬氣和飽和水蒸氣，對環(huán)境沒有污染、對現(xiàn)有設備的改造程度低、成型介質來源廣泛、成本低、并能充分利用玻璃熔窯產生的廢熱對成型介質進行加熱，能夠滿足國內對超薄電子玻璃大型化的發(fā)展要求，生產出的玻璃尺寸可達2200×2500mm以上，完全能夠滿足g8.5代及以上電子玻璃的要求。用本發(fā)明的成型設備和成型方法能達到以下效果：①實現(xiàn)薄型化，一次成型后的電子玻璃厚度在0.5mm以下；②實現(xiàn)功能化，使電子玻璃達到gb/t20314-2006液晶顯示器用薄浮法玻璃標準中的各項規(guī)定，滿足后續(xù)加工使用要求；③實現(xiàn)環(huán)保化，在超薄電子玻璃的成型過程中綠色成型、無毒、對環(huán)境無污染、同時成型介質成本低。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明超薄電子玻璃成型設備的結構示意圖；

圖2所示為圖1中成型槽的縱剖面圖；

圖3所示為圖1中第二成型介質混合器的俯視圖；

圖4所示為圖1中成型槽的側視圖。

具體實施方式

本發(fā)明用于超薄電子玻璃的成型設備包括成型槽、成型介質供給系統(tǒng)、檢測控制裝置、加熱裝置。

其中，成型槽是用來將熔融好的玻璃液成型的裝置。成型介質供給系統(tǒng)用來將成型介質——高溫的氮氣、氬氣和過熱飽和水蒸汽分別通過管道輸送到成型槽中后，進行混合，用于玻璃成型。檢測控制裝置是用來檢測、調節(jié)各管道、成型槽中參數(shù)，并保證參數(shù)的穩(wěn)定。加熱裝置是為了保證成型溫度的要求而設置的，主要采用硅碳棒來加熱成型槽殼體，殼體再將熱量傳導給成型槽內的成型介質，保證成型槽的溫度滿足成型的要求。

以下結合具體實施例，更具體地說明本發(fā)明的內容，并對本發(fā)明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發(fā)明進行限制。

本發(fā)明提供的超薄電子玻璃成型設備，如圖1所示，包括成型槽2、成型介質供給系統(tǒng)、檢測控制裝置、加熱裝置和成型拉邊機24。其中，

一、成型槽

成型槽2如圖2所示，包括殼體3和包覆在殼體3外部的保溫層4。殼體3為一長槽體，其縱剖面呈倒置梯形，即開口由下至上逐漸增大的梯形，梯形的斜邊與底邊的角度為10-22°，殼體3的長度為35-42m，深度為180-350mm。殼體3的上方為待成型的玻璃液1，并沿長度和玻璃液運行方向(如圖4中箭頭所示)分為高溫成型段和低溫成型段。保溫層4采用多層保溫材料，以減少殼體3的散熱，節(jié)約能源。

殼體3內的上部設有成型介質混合器。成型介質混合器為均勻分布有若干通孔的不銹鋼板，不銹鋼材質選用310s，由下至上設置兩層，分別為第一成型介質混合器6和第二成型介質混合器5。第一成型介質混合器6的厚度為12-15mm，孔徑為40-60μm，相鄰兩孔的圓心距為90-120μm。第二成型介質混合器5如圖3所示，厚度為7-8mm，上面分布的小孔20的孔徑為20-30μm，相鄰兩個小孔之間的圓心距離為60-90μm。第二成型介質混合器5與待成型的玻璃液1之間的距離為5-8mm，與第一成型介質混合器6之間的距離為10-25mm。第二成型介質混合器5與第一成型介質混合器6的通孔交錯設置，以使成型介質能夠得到進一步的混合。

在殼體3內部兩側對應成型介質混合器的位置還設置有掛鉤23，用來將成型介質混合器固定并緊鎖在殼體3內。成型槽2的底部與第一成型介質混合器6之間的空間為底槽。成型槽2的殼體3底部內側還設有若干吹掃器22，可以對成型介質混合器定期進行吹掃，將其表面的雜質吹掃干凈，吹掃器22采用壓力為0.4-0.7mpa、流量為40-60nm³/h、溫度為150-280℃的氮氣進行吹掃，由于吹掃時壓力急劇升高，因此需要在成型槽2的兩側對稱設置排氣閥17，自動泄壓。在成型槽2低溫成型段的底部還設有放水閥19，定期將成型過程中液化后的冷卻水及其它雜質一起排出。

二、成型介質供給系統(tǒng)

成型介質供給系統(tǒng)包括提供氮氣和氬氣的氮站9、提供去離子水的水站10及成型介質出口7。

成型介質出口7均勻分布在成型槽2的底部，分為氮氣出口、氬氣出口和水蒸氣出口；其中，氮氣出口均勻分布在成型槽高溫成型段和低溫成型段的底部，而氬氣出口僅分布在成型槽高溫成型段的底部，水蒸氣出口則分布在成型槽低溫成型段的底部。

氮站9利用空分法制備得到氮氣和氬氣，氮站9上連接有氮氣管道12和氬氣管道11分別將氮氣和氬氣輸送至氮氣出口和氬氣出口。水站10內儲存有去離子水，并與去離子水管道13連接將去離子水輸送至水蒸氣出口。氮氣管道12、氬氣管道11和去離子水管道13上均設有閥門8，還設有煙氣余熱加熱系統(tǒng)21，用來加熱管道中的n2、ar和去離子水，并將去離子水加熱至水蒸氣；為了減少管道的散熱，輸送加熱后成型介質(n2、ar和水蒸氣)的管道外設有保溫隔層14。

氮氣和氬氣作為高溫成型段的成型介質，先在成型槽高溫成型段的下部進行初步混合，然后向上運行至第一成型介質混合器6和第二成型介質混合器5，得到充分混合后，作用在待成型的玻璃液底面，使其初步成型。氮氣和水蒸氣作為低溫成型段的成型介質，先在成型槽低溫成型段的下部進行初步混合，然后向上運行至第一成型介質混合器6和第二成型介質混合器5，得到充分混合后，作用在初步成型的玻璃底面，使其最終成型。

高溫成型段和低溫成型段的交界處并不進行嚴格的隔離，因此交界處實際上高溫成型介質和低溫成型介質都存在，即氮氣、氬氣和水蒸氣都有，溫度和壓力也介于高溫成型段和低溫成型段之間，以保證成型參數(shù)的連續(xù)性，從而使玻璃液在成型過程中性質穩(wěn)定。

三、檢測控制裝置

檢測控制裝置分為壓力檢測控制裝置、溫度檢測控制裝置和流量檢測控制裝置，設置在氮氣管道12、氬氣管道11、去離子水管道13和成型槽2上。

流量檢測控制裝置25僅設置在氮氣管道12、氬氣管道11和去離子水管道13上，用來檢測和控制n2、ar和去離子水(或水蒸氣)的流量。

成型槽2中的壓力檢測控制裝置15設置在第二成型介質混合器5上方，玻璃液1底面的下方，用來檢測成型介質的壓力，并控制成型介質的壓力保持在10-20pa之間，當壓力大于20pa時，成型槽兩側的排氣閥17自動打開進行泄壓，直到壓力下降到10-20pa為止，當壓力小于10pa時，控制系統(tǒng)通過提高成型介質的供給壓力，來提高成型介質的壓力在10-20pa之間；壓力過高會將玻璃吹起，導致玻璃成型后表面不平整，壓力過低會使玻璃因重力作用產生向下的變形、翹曲，壓力過高或過低均不能使成型后的玻璃達到電子玻璃的使用要求。壓力檢測控制裝置15還設在第一成型介質混合器6和成型槽2之間，即底槽中，用來調整成型介質的溫度、壓力和流量參數(shù)，底槽的空間較大，可用來穩(wěn)定成型介質的壓力，并保證成型介質的其它參數(shù)穩(wěn)定。

溫度檢測控制裝置16設置在第一成型介質混合器6和第二成型介質混合器5之間，用來檢測成型介質的溫度。

四、加熱裝置

加熱裝置包括煙氣余熱加熱系統(tǒng)21和電加熱系統(tǒng)18。其中，煙氣余熱加熱系統(tǒng)21設置在成型介質供給系統(tǒng)中的氮氣管道12、氬氣管道11和去離子水管道13上。電加熱系統(tǒng)18設置在成型槽2的殼體3和保溫層4之間，用來提供成型所需要的溫度。

由于成型槽內采用分區(qū)控制溫度，因此可根據(jù)不同位置的溫度要求來采用不同的加熱功率，成型槽進入端相對功率大，裝機功率為280kw，成型槽后端溫度低，相對功率低，同時成型介質和玻璃本身也有一定溫度，裝機功率120kw，整個電加熱系統(tǒng)裝機功率為400kw。開始投產運行時滿功率負荷，運行加熱功率為300-350kw，正常運行時由于成型介質本身具有的溫度和玻璃余熱，需要加熱的功率下降了，這時加熱功率為150-220kw。

五、成型拉邊機

成型拉邊機24設置在成型槽2的上方，并沿成型槽2的長度方向對稱設置若干臺，待成型的玻璃液1在成型拉邊機24的牽引作用下成型。由于高溫成型段負責初步成型，低溫成型段負責準確成型，因此，高溫成型段和低溫成型段兩側的成型拉邊機24工作時的參數(shù)不同，高溫成型段兩側的成型拉邊機24用來將待成型的玻璃液初步成型至所需厚度和尺寸的范圍內，低溫成型段兩側的成型拉邊機24用來將初步成型后的玻璃液精確成型至所需厚度和尺寸。

基于以上成型設備，本發(fā)明還提出了一種超薄電子玻璃成型方法，包括以下步驟：

(1)高溫成型段成型介質的調試：開啟氮氣管道12和氬氣管道11的閥門，以及煙氣余熱加熱系統(tǒng)21，將n2和ar加熱后通過氮氣出口和氬氣出口噴入成型槽2內的高溫成型段，并以體積百分含量為85-95％的n2和5-15％ar作為高溫段成型介質依次經第一成型介質混合器6和第二成型介質混合器5混合；混合后的高溫段成型介質壓力為10-20pa，溫度為960-1280℃；

(2)初步成型：成型槽2與熔化區(qū)相連接，將熔融狀態(tài)的玻璃液1通至成型槽2的上方，此時高溫段成型介質向上噴出，在玻璃液下表面形成微正壓，同時成型拉邊機24牽引玻璃液，使玻璃液初步成型成所需尺寸和厚度左右的初步玻璃液；

剛通入玻璃液時，為防止剛剛流入的玻璃液被吹起，高溫段成型介質的壓力可以稍低，然后通過成型拉邊機固定玻璃兩側的位置，即確定尺寸，然后通過調整成型拉邊機的對數(shù)、速度、角度來確定成型玻璃的厚度；

(3)低溫成型段成型介質的調試：開啟氮氣管道12和去離子水管道13的閥門，以及煙氣余熱加熱系統(tǒng)21，將去離子水加熱成水蒸氣后和加熱后的n2分別通過水蒸氣出口和氮氣出口噴入成型槽2的低溫成型段，并以體積百分含量為70-90％的n2和10-30％的h2o(g)作為低溫段成型介質依次經第一成型介質混合器6和第二成型介質混合器5混合；混合后的低溫段成型介質壓力為8-16pa，溫度為690-960℃；

(4)準確成型：達到此工序時的玻璃液粘度很大，主要對其尺寸和厚度進行微調，并保證最終玻璃產品的各項指標；于是初步成型后的初步玻璃液繼續(xù)沿成型槽2的方向行進至低溫成型段，低溫段成型介質向上噴出，在初步玻璃液下表面形成微正壓，同時成型拉邊機24牽引玻璃液，將處于要求尺寸和厚度左右的初步玻璃液微調至要求尺寸和厚度，完成準確成型，得到超薄電子玻璃；成型槽的玻璃出口與退火窯相連，成型后的超薄電子玻璃再進行退火工序，消除玻璃的應力。

本發(fā)明的成型設備中成型介質向上噴出，在玻璃液下表面形成微正壓，使玻璃液漂浮在具有一定壓力的成型介質上方，同時通過成型拉邊機的牽引實現(xiàn)玻璃液在成型介質上面成型，杜絕了現(xiàn)有技術中玻璃漂浮在熔融錫液上而使玻璃下表面發(fā)生沾錫的情況，減少了超薄電子玻璃成型后的二次加工工序，提高成品率，降低生產成本。本發(fā)明使用氮氣和氬氣作為高溫成型段的成型介質，是因為氬氣是惰性氣體，不與其它介質發(fā)生化學反應，性質穩(wěn)定，且氬氣的密度為1.784kg/m³，比氮氣和空氣的密度都大，相同體積的氣體密度大產生的浮力大，有利于玻璃成型；生產過程中可直接使用現(xiàn)有錫槽成型技術中制備氮氣的設備，只需再增加一個制備氬氣的分餾塔即可。本發(fā)明使用水蒸氣作為低溫成型段的成型介質，是因為低溫成型段屬于準確成型階段，不需要那么高的成型溫度，用水蒸氣替代氬氣即可滿足成型溫度的要求，又可降低生產成本和能耗，還有利于與后續(xù)的退火工序銜接；此外，水蒸氣的來源是經過凈化的去離子水，熱源來自煙氣余熱，實現(xiàn)能量綜合利用；不僅如此，水蒸氣可與玻璃表面發(fā)生化學反應(h2o+na⁺→naoh+h⁺)，使玻璃表面的堿金屬離子溶出，于是玻璃表面形成貧堿層，從而使玻璃表面形成富硅層，有利于提高電子玻璃的化學性質和機械性能(如修復玻璃表面的微裂紋等)?？梢?，采用本發(fā)明的成型方法，不僅能夠實現(xiàn)超薄電子玻璃的成型，減少錫對玻璃的污染，還能夠減少玻璃表面的微裂紋，起到修復玻璃表面的作用。

本發(fā)明提供的超薄電子玻璃成型設備和成型方法中成型介質使用的是氮氣、氬氣和水蒸氣，對環(huán)境沒有污染、對現(xiàn)有設備的改造程度低、成型介質來源廣泛，成本低、并能充分利用玻璃熔窯產生的廢熱對成型介質進行加熱，能夠滿足國內對電子玻璃在大型化，薄型化，功能化，環(huán)保化，在超薄電子玻璃制造過程中綠色、產品環(huán)保的要求，有益于推廣應用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的內容。