CN109115862B - 一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法。该方法在反应室内通入氮气以调控实验装置中的氧气浓度，保温一段时间后，考察该氧气浓度对应的玻璃液中铂、铑含量变化情况，从而得出该氧气含量下玻璃液中金属欠点的形成情况。本发明步骤简单，涉及的测量条件中温度、氧气含量、原材料与实际生产中铂金通道所处的环境一致，能够准确的得出不同氧含量下，铂金通道铂、铑在高温状态的挥发情况。

Description

一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法
【技术领域】
本发明属于TFT-LCD玻璃基板用铂金通道高温氧化挥发领域，具体为一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法。
【背景技术】
铂金通道是TFT-LCD用液晶玻璃基板生产中一个至关重要的部件，主要作用是澄清、均化、调整玻璃液黏度，改善玻璃液欠点，为下道工序提供合格优质的玻璃液。由于玻璃料粉经过窑炉熔融之后要流入铂金通道中，铂金通道外部环境中的氧浓度经测氧仪测量约为19.8％，与空气中的氧浓度接近，铂金通道在输送玻璃液的高温下不可避免的会出现高温氧化挥发，造成玻璃中出现铂铑等贵金属欠点。所以降低通道外围大环境氧气浓度是减少铂铑缺陷的有效措施，但是当氧气浓度过低，在还原性气氛下，玻璃中的某些化合物被还原成K、Al、As、S、Si、B、Mg等元素，这些元素都能与铂反应生成低共熔物而引起铂金“中毒”。所以探索合适的氧气浓度范围是降低铂铑高温氧化挥发的主要手段。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，该方法是通过调控控制室内的N2流量来实现对氧气浓度的控制，进而探索出减少铂铑合金高温氧化挥发的氧气浓度范围。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，包括以下步骤：
S1、将反应室放置在程控炉中，反应室一部分在程控炉内，为A区；一部分在程控炉外，为B区；
S2、将盛有玻璃料粉的坩埚放入至反应室的A区内；B区的外端口插入带有若干个通气管的橡皮塞；通气管包括测氧仪接入管、排气管和N2或压缩空气进气管；
S3、升温程控炉中的温度至铂金通道中的温度，通过N2或压缩空气进气管通入N2，调整反应室内的氧气浓度至目标氧气浓度，或通入压缩空气模拟空气中的氧气浓度；
S4、步骤S3中氧气浓度到达目标氧气浓度后恒温保持，在此温度下玻璃料粉在高温下熔化，且保持熔融状态；反应室随炉自然冷却至室温，熔融的玻璃粉冷却成为玻璃块；将玻璃块拿出，测量玻璃块中Pt含量和Rh含量。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤S1中，反应室选用纯度为99.99％Al2O3刚玉管。
优选的，步骤S2中，坩埚的材料选用铂金合金坩埚PtRh20。
优选的，步骤S2中，B区内橡皮塞旁的通气管均被硅铝系耐火棉包裹。
优选的，步骤S2中，排气管将反应室内排出的废气排至水中。
优选的，步骤S3中，铂金通道中的温度为1350℃。
优选的，步骤S4中，氧气浓度到达目标氧气浓度后，调小通入的N2流量，使得反应室中氧气浓度维持目标氧气浓度，恒温保持20h。
优选的，步骤S4中，通过ICP质谱仪测量玻璃块中的Pt含量和Rh含量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法。该方法在反应室内通入氮气以调控实验装置中的氧气浓度，保温一段时间后，考察该氧气浓度对应的玻璃液中铂、铑含量变化情况，从而得出该氧气含量下玻璃液中贵金属欠点的形成情况。本发明步骤简单，涉及的测量条件中温度、氧气含量、原材料与实际生产中铂金通道所处的环境一致，能够准确的得出不同氧含量下，铂金通道铂、铑在高温状态的挥发情况。
进一步的，本发明选用纯度为99.99％的Al2O3刚玉管作为控制室，耐化学腐蚀能力强，抗热震性好，不易炸裂，使用寿命长。
进一步的，本发明坩埚材料选用铂铑合金PtRh20，与输送玻璃液的铂金通道为同种材料，得到的结果与相关参数可直接用于生产中。
进一步的，本发明将刚玉管内的进气管与排气管用硅铝系耐火棉包裹，防止控制室内的热气流外溢，减少高温过程的温度损失。
进一步的，排气管的出口接入至水桶中，使排出气体溶于水中，减少对空气的污染及人体的伤害。
进一步的，试验恒温温度为1350℃，与生产情况一致；恒温保持20h，经前期生产经验及相关资料表明玻璃液中Pt和Rh离子浓度在此温度下20h后挥发量基本趋于饱和平衡，保证测得的Pt含量和Rh含量为最终状态。
【附图说明】
图1为本发明测量装置的结构示意图；
其中：1-程控炉；2-反应室；3-玻璃料粉；4-坩埚；5-硅铝系耐火棉；6-测氧仪接入管；7-排气管；8-N2或压缩空气进气管；9-橡胶塞。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开了一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法。该方法基于测量方法的装置，具体包括以下步骤：
S1、选用纯度为99.99％的Al2O3刚玉管作为反应室2，反应室2一侧在程控炉1内，用于搁置反应物，为A区；另一侧在程控炉1外，为B区；
S2、将铂铑合金坩埚4和玻璃料粉3放入至反应室A区内，其中铂铑合金坩埚4选用PtRh20；B区端部插有一个橡皮塞9，橡皮塞9中设置有测氧仪接入管6、排气管7和N2或压缩空气进气管8。反应室B区内的测氧仪接入管6、排气管7和N2或压缩空气进气管8在靠近橡皮塞9的部分共同被硅铝系耐火棉5包裹，防止热气流外溢；本发明中所选用的玻璃料粉与实际生产的玻璃料粉配比相同，且不含任何贵金属。
S3、将程控炉1升温至1350℃，通过N2或压缩空气进气管8中通入N2或压缩空气，调整反应室2内的氧气含量至目标试验值，减少通入N2流量，使得反应室2中氧气浓度维持目标氧气浓度；在1350℃下通入氮气20h后随炉冷却；反应过程中排气管的出口接入到水桶，20h内持续通入N2也能够防止排气管7因压差吸水。
S4、取出样品，用ICP质谱仪测量出该组玻璃料粉样品中Pt含量和Rh的含量，得到该氧气含量下，Pt含量和Rh含量。
实验设计原理：
生产中，高温玻璃液在经过铂金通道时，铂金通道的Pt和Rh受空气中的氧影响高温下会氧化挥发，部分Pt和Rh会进入玻璃液中，形成金属欠点；本实验中，以铂铑合金坩埚4模拟铂金通道，在程控炉1内升温至生产中的温度1350℃，通过测量不同氧气含量下，熔融状态下的玻璃液吸收到Pt含量和Rh含量，可模拟出不同氧含量下，铂金通道内玻璃液中形成的金属欠点量；实验过程中，铂铑合金坩埚中Pt和Rh氧化挥发量越小，玻璃基板内形成的贵金属欠点越少，因此通过ICP质谱仪测量玻璃板中Pt含量和Rh含量时，测得的Pt含量和Rh含量越高，则代表玻璃基板内形成的贵金属欠点越多。
为得到生产玻璃基板用铂金通道适宜的氧气浓度，可通入不同含量的氧气值，分别为2％、5％、10％和压缩空气，压缩空气中氧含量为20％，同生产环境中玻璃液所处环境；通过对比不同试验组的结果，确定某一组下Pt浓度和Rh含量最小组对应的氧气值，即为目标氧气浓度范围。下面以具体实施例说明。
实施例：
本实施例中，分别测量氧气浓度为10％、5％、2％和20％下的Pt含量和Rh含量的变化值。
第一组：
(1)将纯度为99.99％的刚玉管放至程控炉内，在A区放入铂铑合金坩埚，坩埚内放入玻璃料粉，将橡皮塞一端的气体通入管与排气管用耐火棉包裹后，将橡皮塞插入至刚玉管端部。
(2)将程控炉升温至1350℃，气体通入管8中通入N2，管6接入测氧仪测量控制室2内氧气浓度为10％时，N2流量约为25ml/h，适当调整小N2流量，继续保温20h后，随炉冷却，反应过程中排气管的出口接入到水桶中。
采用ICP质谱仪测量出此组玻璃样品中Pt含量为0.0539ppm，Rh的含量为0.5637ppm。
第二组：
(1)将纯度为99.99％的刚玉管放至程控炉内，在A区放入铂铑合金坩埚，坩埚内放入玻璃料粉，将橡皮塞一端的气体通入管与排气管用耐火棉包裹后，将橡皮塞插入至刚玉管端部。
(2)将程控炉升温至1350℃，气体通入管8中通入N2，管6接入测氧仪测量控制室2内氧气浓度为5％时，N2流量约为30ml/h，适当调整小N2流量，继续保温20h后，随炉冷却，反应过程中排气管的出口接入到水桶中。
采用ICP质谱仪测量出此组玻璃样品中Pt含量为0.0473ppm，Rh的含量为0.3428ppm。
第三组：
(1)将纯度为99.99％的刚玉管放至程控炉内，在A区放入铂铑合金坩埚，坩埚内放入玻璃料粉，将橡皮塞一端的气体通入管与排气管用耐火棉包裹后，将橡皮塞插入至刚玉管端部。
(2)将程控炉升温至1350℃，气体通入管8中通入N2，管6接入测氧仪测量控制室2内氧气浓度为2％时，N2流量约为36ml/h，适当调整小N2流量，继续保温20h后，随炉冷却，反应过程中排气管的出口接入到水桶中。
采用ICP质谱仪测量出此组玻璃样品中Pt含量为0.0459ppm，Rh的含量为0.3362ppm。
第四组：
(1)将纯度为99.99％的刚玉管放至程控炉内，在A区放入铂铑合金坩埚，坩埚内放入玻璃料粉，将橡皮塞一端的气体通入管与排气管用耐火棉包裹后，将橡皮塞插入至刚玉管端部。
(2)将程控炉升温至1350℃，气体通入管8中通入压缩空气，测量仪测量控制室2内氧气浓度为20％左右时，继续保温20h，随炉冷却，反应过程中排气管的出口接入到水桶中。
采用ICP质谱仪测量出此组玻璃样品中Pt含量为0.0699ppm，Rh的含量为0.8472ppm。
总结上面四组试验，结果如下表所示：
表不同氧气浓度对应玻璃料粉中Pt和Rh的含量变化值
组别 氧气浓度/％ Pt/ppm Rh/ppm
第一组 10 0.0539 0.5637
第二组 5 0.0473 0.3428
第三组 2 0.0459 0.3362
第四组 20％ 0.0699 0.8472
通过上表可以看出，氧气含量为2％～5％之间玻璃液中的铂铑浓度最小，即氧气含量为2％～5％之间玻璃中的贵金属欠点暴露最少，所以降低铂铑合金高温氧化挥发的氧气浓度范围约为2％～5％。注：氧气浓度不继续低于2％进行实施例，是考虑到在还原性气氛下易导致铂金“中毒”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将反应室（2）放置在程控炉（1）中，反应室（2）一部分在程控炉（1）内，为A区；一部分在程控炉（1）外，为B区；
S2、将盛有玻璃料粉（3）的坩埚（4）放入至反应室（2）的A区内；B区的外端口插入带有若干个通气管的橡皮塞（9）；通气管包括测氧仪接入管（6）、排气管（7）和N2或压缩空气进气管（8）；
步骤S2中，B区内橡皮塞（9）靠近反应室（2）一侧的通气管均被硅铝系耐火棉（5）包裹；
所述坩埚（4）的材料选用铂金合金坩埚PtRh20；
S3、升高程控炉（1）中的温度至铂金通道中的温度，通过N2或压缩空气进气管（8）通入N2，调整反应室（2）内的氧气浓度至目标氧气浓度，通入压缩空气模拟空气中的氧气浓度；
S4、步骤S3中氧气浓度到达目标氧气浓度后恒温保持，在此温度下玻璃料粉（3）在高温下熔化，且保持熔融状态；反应室（2）随炉自然冷却至室温，熔融的玻璃料粉（3）冷却成为玻璃块；将玻璃块拿出，测量玻璃块中Pt含量和Rh含量；
步骤S4中，氧气浓度到达目标氧气浓度后，调小通入的N2流量，使得反应室（2）中氧气浓度维持目标氧气浓度，恒温保持20h。
2.根据权利要求1所述的一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，其特征在于，步骤S1中，反应室（2）选用纯度为99.99% Al2O3刚玉管。
3.根据权利要求1所述的一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，其特征在于，步骤S2中，排气管（7）将反应室（2）内排出的废气排至水中。
4.根据权利要求1所述的一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，其特征在于，步骤S3中，铂金通道中的温度为1350℃。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系的方法，其特征在于，步骤S4中，通过ICP质谱仪测量玻璃块中的Pt含量和Rh含量。
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