CN111285622B - 玻璃生产方法、镀膜装置及浮法玻璃生产线 - Google Patents

玻璃生产方法、镀膜装置及浮法玻璃生产线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种玻璃生产方法、镀膜装置及浮法玻璃生产线。该玻璃生产方法，包括如下步骤：提供玻璃原片；对玻璃原片的翘曲凸面进行2.5D弧边加工或3D弧面加工；对玻璃原片的弧边或弧面扫光；对经扫光后的玻璃原片进行化学强化。在上述玻璃生产方法中，在玻璃原片翘曲值和翘曲形状相同的情况下，对玻璃原片翘曲凸面进行弧面加工，有利于减小玻璃化学强化翘曲。

Description

玻璃生产方法、镀膜装置及浮法玻璃生产线
技术领域
本发明涉及玻璃生产技术领域，特别是涉及一种玻璃生产方法、镀膜装置及浮法玻璃生产线。
背景技术
高铝超薄电子玻璃常用作触摸屏的保护玻璃，又称“玻璃盖板”，广泛应用于智能手机、显示器、车载导航等终端设备中。随着客户对终端显示设备的质量要求越来越高，玻璃盖板生产企业也在持续改进产品品质，但是高铝超薄电子玻璃经化学强化后易出现翘曲大或超标的问题。
为了解决翘曲大或超标的问题，通常，上游玻璃生产企业通过调整生产过程中成型或退火工艺，减小玻璃原片翘曲，以达到减小玻璃化学强化翘曲的目的，但往往事与愿违。而下游玻璃加工企业则从精雕、扫光、化学强化等工序，优化工艺参数，希望改善玻璃化学强化翘曲。这些对策措施虽然在一定程度上能够缓解玻璃化学强化后翘曲大的问题，但是不能从根本上解决玻璃化学强化后翘曲大的问题，并且对策调整过程漫长，付出的生产成本代价也较大，不利于企业生产的稳定或经济效益的提升。
发明内容
基于此，有必要针对玻璃化学强化后翘曲大的问题，提供一种玻璃生产方法、镀膜装置及浮法玻璃生产线。
一种玻璃生产方法，包括如下步骤：
提供玻璃原片；
对玻璃原片的翘曲凸面进行2.5D弧边加工或3D弧面加工；
对玻璃原片的弧边或弧面扫光；以及
对经扫光后的玻璃原片进行化学强化。
在上述玻璃生产方法中，在玻璃原片翘曲值和翘曲形状相同的情况下，对玻璃原片翘曲凸面进行弧面加工，有利于减小玻璃化学强化翘曲。
在其中一个实施例中所述提供玻璃原片的步骤为生产玻璃原片的步骤，在生产玻璃原片的过程中，在退火窑内，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。
在其中一个实施例中在所述对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理的步骤中，采用安装于退火窑内的镀膜装置，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。
在其中一个实施例中所述镀膜装置安装于退火窑前区。
在其中一个实施例中所述镀膜装置所用的镀膜气体为H2、酸性气体或水蒸气。
一种上述的镀膜装置，用于向位于传动装置上的、且从所述传动装置的输入端传向输出端的玻璃原片喷洒镀膜气体，所述镀膜装置包括雾化喷头与进气管道，所述雾化喷头安装于所述传动装置的上方，并与所述玻璃原片间隔一定距离，所述进气管道与雾化喷头连通，用于供气装置连通。
在其中一个实施例中所述镀膜装置还包括挡帘以及废气排出管道，在所述玻璃原片的传输方向上，所述雾化喷头的前后分别设置有所述挡帘，所述雾化喷头的左右分别设置有所述废气排出管道；及/或
在所述玻璃原片的传输方向上，所述雾化喷头朝向后方倾斜。
在其中一个实施例中在所述玻璃原片的传输方向上，所述雾化喷头朝向后方倾斜，所述雾化喷头与所述玻璃原片的上表面形成的夹角为80-85°。
在其中一个实施例中所述雾化喷头与所述玻璃原片之间的间距为20-50mm。
一种浮法玻璃生产线，包括：
退火窑；以及
上述的镀膜装置，所述镀膜装置设于所述退火窑内。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的2.5D玻璃经化学强化后弧边附近点的受力示意图；
图2为本发明一实施例提供的玻璃原片的结构示意图；
图3为Na2O与强化翘曲的数据拟合图；
图4为△CS与强化翘曲的数据拟合图；
图5为本发明一实施例提供的玻璃生产方法的流程图；
图6为本发明一实施例提供的镀膜装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
随着触摸屏轻薄化和差异化的发展，玻璃盖板也要求越来越薄，外观形状也由2D逐渐发展为2.5D，甚至是3D。厚度很薄的玻璃经过化学强化处理后，能得到强度较大的玻璃盖板，但玻璃化学强化翘曲的问题在玻璃盖板加工中日益突出。对于玻璃化学强化翘曲而言，尤其2.5D、3D玻璃，现有文献或专利并未做出详细的、合理的理论解释，或从理论上系统地指出解决玻璃化学强化翘曲的方法。
本发明对玻璃化学强化翘曲进行了深入的研究，下面将以2.5D玻璃为例，进行详细说明。
如图1所示，图1为2.5D玻璃经化学强化后弧边附近点的受力示意图。该2.5D玻璃包括非弧面12与弧面14，其中，CS非弧面表示非弧面12的压应力的大小及方向，CS弧面表示弧面14的压应力的大小及方向。
假设玻璃原片无翘曲，玻璃表面只存在强化压应力，则弧边附近点在垂直方向上的应力△CS垂直为：
ΔCS垂直＝CS非弧面-CS弧面·COSα＞0 公式1
由于CS非弧面与CS弧面的大小(绝对值)大致相等，从而△CS垂直大于零，所以2.5D玻璃的弧边区域的翘曲总是朝弧面14翘曲，由△CS垂直产生的强化翘曲记为Q弧边，Q弧边表示该2.5D玻璃的弧边翘曲的大小及方向。在一些实施例中，角度α的大小为40-80°。
而在实际生产中，如图2所示，玻璃原片是有一定形状的翘曲，玻璃原片包括翘曲凹面22及翘曲凸面24，其中，玻璃原片凹面为翘曲凹面22，玻璃原片凸起面为翘曲凸面24。
若对玻璃原片的翘曲凸面24进行2.5D弧边加工，再经化学强化得到图1所示的2.5D玻璃，则化学强化翘曲Q：
Q＝Q弧边-Q原片 公式2
若对玻璃原片的翘曲凹面22进行2.5D弧边加工，再经化学强化得到图1所示的2.5D玻璃，则化学强化翘曲Q：
Q＝Q弧边+Q原片 公式3
从公式2、公式3可以看出，在弧边翘曲Q弧边不变的情况下，对玻璃原片的翘曲凸面24进行2.5D弧边加工，有利于减小玻璃化学强化翘曲。
在玻璃原片的翘曲凸面24进行2.5D弧边加工，且Q原片值保持不变的前提下，进一步降低玻璃化学强化翘曲，则需要降低Q弧边值或改变Q弧边翘曲方向。结合公式1，降低玻璃非弧面12的CS非弧面值，可以降低Q弧边。
由于玻璃化学强化后的表面压应力值主要是由于玻璃中的钠离子与盐溶液中的钾离子交换产生挤压应力而形成的(钾离子的半径大于钠离子的半径)，所以玻璃原片表面成份中的钠离子含量差值可以反映出玻璃化学强化后表面压应力差值。在玻璃原片翘曲和2.5D弧边加工固定的前提下，对玻璃化学强化后两面压应力差值进行控制，在宏观上表现出对玻璃化学强化翘曲的控制。对玻璃的非弧面12进行脱碱(脱钠)处理，降低玻璃的非弧面12在化学强化过程中可用于离子交换的钠离子的含量，可以降低玻璃非弧面12的CS非弧面值，进而降低Q弧边。
综上所述，(1)玻璃原片均有一定形状的翘曲，玻璃原片包括翘曲凸面及翘曲凹面，在采用玻璃原片来加工形成2.5D、3D玻璃时，对玻璃原片的翘曲凸面进行2.5D或3D弧边加工，并经化学强化获得2.5D或3D强化玻璃时，有利于减小玻璃化学强化翘曲。其中，玻璃原片的翘曲凸面对应2.5D或3D强化玻璃的弧面14，玻璃原片的翘曲凹面对应2.5D或3D强化玻璃的非弧面12。
(2)在生产玻璃原片时，可以对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱(脱钠)处理，降低翘曲凹面玻璃成份中氧化钠含量，也即降低玻璃的非弧面12在化学强化过程中可用于离子交换的钠离子的含量，可以降低玻璃非弧面12的CS非弧面值。
采用上述方式(1)与(2)中的至少一种，可以减小玻璃化学强化翘曲。
下面将以具体实施例来证明上述方式(1)与(2)。
玻璃在成型过程中，由于高温挥发、与成型介质反应等因素，玻璃两个表面成份、结构与内部主体存在差异性。若采用浮法法生产玻璃原片，玻璃原片与锡液接触的表面为锡面，玻璃原片的另一表面与空气接触，为空气面，空气面为玻璃原片的翘曲凸面，锡面为玻璃原片的翘曲凹面；若采用溢流法生产玻璃原片，玻璃原片的两个表面均为空气面，玻璃原片的翘曲形状不固定，需要采用塞尺测量以确定玻璃原片的翘曲凸面与翘曲凹面。下述实施例中的玻璃原片都是采用浮法玻璃生产线生产的。
针对于方式(1)，先提供玻璃原片，玻璃原片为浮法高铝电子玻璃(其中，氧化铝含量14wt.％、Na2O含量11wt.％)，厚度为0.7mm，长宽为300*400mm，玻璃原片的翘曲为0.10～0.15mm。将300*400mm大片玻璃切割成尺寸为70*140mm的小片玻璃，进行手机盖板玻璃加工。分两组，每组10片玻璃原片，一组对空气面进行加工以形成2.5D玻璃的弧边，一组对锡面进行加工以形成2.5D玻璃的弧边，其中两组CNC加工R角半径为5mm，2.5D弧边宽度为1.3mm(在水平方向上的长度)，加工获得的具有弧边的2.5D手机玻璃盖板。弧边加工完成后，进行扫光，其中，抛光液为氧化铈悬浊液，悬浊液的浓度为1.15mg/cm3，扫光时间为15分钟。扫光完成后，进行化学强化，其中，先加工后的玻璃原片放到预热炉升温至360℃，保温时间为5min，钢化盐采用硝酸钾盐溶液，钾盐中钠离子浓度为800ppm，然后在温度为405℃的硝酸钾盐溶液中，强化时间6.5h，强化完成后在温度为起始温度为360℃的预热炉中进行降温冷却。最后利用塞尺测量强化玻璃的翘曲，结果如下表格1：
Figure BDA0001899056290000071
从表格1可以看出，对玻璃空气面进行弧边加工的强化翘曲为0.06-0.10mm，均值为0.07mm，而对锡面进行弧边加工的强化翘曲0.2-0.25mm，均值为0.23mm。可见，在玻璃原片翘曲值和翘曲形状相同的情况下，对玻璃原片翘曲凸面进行弧面加工，有利于减小玻璃化学强化翘曲。
针对于方式(1)与(2)的结合，先提供玻璃原片，玻璃原片为浮法高铝电子玻璃(其中，氧化铝含量14wt.％、Na2O含量11wt.％)，厚度为0.7mm，长宽为300*400mm，玻璃原片的翘曲为0.10～0.15mm。将300*400mm大片玻璃切割成尺寸为70*140mm的小片玻璃，进行手机盖板玻璃加工。分两组，每组10片玻璃原片，一组玻璃原片的翘曲凹面在退火过程中，经过脱碱(脱钠)处理，一组没有经过。其中，脱碱(脱钠)处理的具体工艺过程为：采用SO2气体对玻璃翘曲凹面进行镀膜，镀膜气体用量为3.5Nm3/h，镀膜装置的雾化喷头与玻璃原片的间距为40mm，雾化喷头在垂直方向上的倾斜角度为7°。CNC加工R角半径为5mm，2.5D弧边宽度为1.3mm，弧边加工在玻璃空气面，即玻璃原片翘曲凸面。弧边加工完成后，进行扫光，其中，抛光液为氧化铈悬浊液，悬浊液的浓度为1.15mg/cm3，扫光时间为15分钟。
然后对两组玻璃原片进行化学强化，其中，先加工后的玻璃原片放到预热炉升温至360℃，保温时间为5min，钢化盐采用硝酸钾盐溶液，钾盐中钠离子浓度为800ppm，然后在温度为405℃的硝酸钾盐溶液中，强化时间6.5h，强化完成后在温度为起始温度为360℃的预热炉中进行降温冷却。最后利用塞尺测量玻璃的强化翘曲，结果如下表格2所示：
Figure BDA0001899056290000081
从表格2可以看出，对玻璃锡面镀膜，同时对玻璃空气面进行弧边加工的强化翘曲为0.05mm，均值为0.05mm，该均值小于表格1中的仅对玻璃空气面进行弧边加工的强化翘曲的均值0.07，可见在玻璃原片翘曲值和翘曲形状相同，且弧边加工面相同的情况下，对玻璃原片翘曲凹面进行镀膜脱碱，有利于减小玻璃化学强化翘曲。而对玻璃空气面镀膜，同时对玻璃空气面进行弧边加工的强化翘曲为0.07-0.12mm，均值为0.09mm，该均值介于表格1中的仅对玻璃空气面进行弧边加工的强化翘曲的均值0.07与仅对玻璃锡面进行弧边加工的强化翘曲的均值0.23之间，可见对玻璃原片翘曲凸面进行镀膜脱碱，会导致玻璃化学强化翘曲增加。
下面介绍玻璃化学强化翘曲与镀膜气体用量的关系。
先按上述方法提供20片玻璃原片。然后按上述方法对20片玻璃原片的锡面镀膜(不对空气面镀膜)，其中，20片玻璃原片对应的SO2气体的用量均不相同，其他条件都相同。镀膜后，采用X射线荧光仪量测Na2O的含量，空气面的Na2O与锡面的Na2O的差值记为△Na2O。然后采用上述方法对玻璃的空气面进行弧边加工。最后进行化学强化，化学强化后，采用FSM-6000LE应力仪测量钢化压应力值，空气面的压应力值与锡面的压应力值的差值记为△CS，并采用塞尺测量玻璃的强化翘曲。结果如下表格3所示，并根据表格3的数据获得图3及图4所示的数据拟合图：
Figure BDA0001899056290000091
从表格3可以看出，随着SO2镀膜气体用量的增加，△Na2O逐渐增加，而强化翘曲逐渐减小，也即△Na2O与强化翘曲呈负相关性，附图3所示的拟合线图更直观的显示了△Na2O与强化翘曲呈负相关性。随着SO2镀膜气体用量的增加，△CS总体上是逐渐增加的，而强化翘曲逐渐减小，也即△CS与强化翘曲呈负相关性，附图4所示的拟合线图更直观的显示了△CS与强化翘曲呈负相关性。△CS与△Na2O总体上呈正相关性，并且镀膜气体用量越大，△CS与△Na2O越大。根据图3及图4可知，将Na2O差值由0.5％提升至2.0％时，化学强化翘曲值由0.30mm降低至0.05mm，同时△CS值由20Mpa增大至60MPa。
根据上述可知，强化翘曲与△CS及△Na2O均呈负相关性，且呈显著线性相关，也即强化翘曲与镀膜气体用量呈负相关性，且呈显著线性相关，从而可以通过控制镀膜气体用量来可量化控制强化翘曲，为实现玻璃化学强化翘曲的可量化控制提供了理论指导。
如图5所示，本发明一实施例提供的玻璃生产方法，包括如下步骤：
步骤S110，提供玻璃原片。
步骤S120，对玻璃原片的翘曲凸面进行2.5D弧边加工或3D弧面加工。
步骤S130，对玻璃原片的弧边或弧面扫光。
步骤S140，对经扫光后的玻璃原片进行化学强化。
在一些实施例中，提供玻璃原片的步骤为生产玻璃原片的步骤，在玻璃原片生产过程中，在玻璃应变点以上的退火温度区间内，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。在一些实施例中，在生产玻璃原片的过程中，在退火窑内，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。在一些实施例中，在对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理的步骤中，采用安装于退火窑内的镀膜装置，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。在一些实施例中，镀膜装置安装于退火窑前区。
对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理，而不对翘曲凹面进行脱碱处理，也即对玻璃进行单表面脱碱处理，有利于降低，在后续，对翘曲凸面进行2.5D弧边加工或3D弧面加工，并经化学强化处理得到的2.5D或3D化学强化玻璃的两表面的应力差。
在一些实施例中，采用浮法法生产玻璃原片。具体过程如下：玻璃原料在熔化部加热成玻璃液，玻璃液依次经过卡脖与工作部后流入锡槽部，漂浮在锡液面并在拉边机的作用下形成玻璃带，玻璃带从锡槽部的出口，经过渣箱内的传动件进入退火窑，在退火窑内进行退火，然后将玻璃带切割成规定尺寸的玻璃原片。从而在退火窑内对玻璃原片的翘曲凹面脱碱处理。镀膜温度越高，玻璃消碱效果越好，上下表面Na2O含量差值越大。镀膜装置设置于退火窑前区(退火窑A区)，A区温度仍处于退火温度区间，温度在玻璃应变点之上。退火窑前区相对于退火窑的中区、后区等区域为温度相对较高的区域，能有效提升镀膜效果。
在一些实施例中，采用溢流法生产玻璃原片。具体过程如下：玻璃原料在熔化部加热成玻璃液，玻璃液依次经过熔化部喉管流入铂金通道，玻璃液在铂金通道澄清段进行澄清，在搅拌段进行均化，经均化的玻璃液经冷却段降温后有供料管依次输送至成型L管和溢流砖槽，玻璃液在溢流砖表面进行形成玻璃带，在退火炉内进行退火，然后在半包区将玻璃带切割成规定尺寸的玻璃原片。从而采用安装于退火炉内的镀膜装置，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。
在一些实施例中，镀膜气体可以为H2、酸性气体(SO2等硫化合物气体、Cl2、CO2等)、水蒸气等，上述气体对玻璃翘曲凹面选择性脱碱，玻璃在接触H2、酸性气体、水溶液等时，玻璃表面的碱成分即被选择性提取出来，减少玻璃这一表面化学强化过程中可用于离子交换的钠离子含量，而玻璃另外一表面中的钠离子含量基本保持不变。
在一些实施例中，如图6所示，镀膜装置10包括雾化喷头210、进气管道220、挡帘230以及废气排出管道240。
雾化喷头210安装于传动装置20的上方，并与玻璃原片30间隔一定距离，以向位于传动装置20上的、且从传动装置20的输入端传向输出端的玻璃原片30喷洒镀膜气体(玻璃原片30在传动装置20的牵引下持续前行)。进气管道220与雾化喷头210连通，镀膜气体经进气管道220分配至雾化喷头210，雾化喷头210将镀膜气体喷向位于传动装置20上的玻璃原片30上。
在玻璃原片30的传输方向上，雾化喷头210的前后分别设置有挡帘230，避免镀膜气体外溢，雾化喷头210的左右分别设置有废气排出管道240，镀膜废气经废气排出管道进入废气处理池，进行处理。
在一些实施例中，在玻璃原片30的传输方向上，雾化喷头210朝向后方倾斜，也即雾化喷头210与玻璃原片30的传输方向成一定的倾斜角度。如此，有利于镀膜气体与玻璃原片30的上表面充分发生反应。
(1)下面以具体实施例来说明雾化喷头210与玻璃原片30之间的间距大小对镀膜效果的影响：
玻璃原片厚度0.7mm，窑内温度(镀膜温度)600℃，SO2镀膜气体流量3.5Nm3/H，玻璃原片移动速度9m/min。最后利用X射线荧光仪测量镀膜面Na2O含量(wt.％)，结果如下表格4：
Figure BDA0001899056290000121
Figure BDA0001899056290000131
根据上述实验数据可知，雾化喷头210与玻璃原片30的间距越小，上表消碱效果越好，上下表上下表Na2O含量差值越大，但是，间距低于50mm后，变化趋缓。雾化喷头210与玻璃原片30的间距应小于50mm，考虑雾化喷头210与玻璃原片30要留有一定的安全距离，雾化喷头210与玻璃原片30之间的间距20～50mm为宜。
(2)下面以具体实施例来说明雾化喷头210角度对镀膜效果的影响
雾化喷头210与玻璃原片30的间距应为50mm，其他实验条件与表格3的条件相同。最后利用X射线荧光仪测量镀膜面Na2O含量(％)，结果如下表格5：
Figure BDA0001899056290000132
根据上述实验数据可知，雾化喷头210在垂直方向上的倾斜角度为5-10°，也即雾化喷头210与玻璃原片30的上表面形成的夹角为80-85°，镀膜效果最好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种玻璃生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供玻璃原片；
对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理，翘曲凸面的钠离子含量保持不变；
对玻璃原片的翘曲凸面进行2.5D弧边加工或3D弧面加工；
对玻璃原片的弧边或弧面扫光；以及
对经扫光后的玻璃原片进行化学强化。
2.根据权利要求1所述的玻璃生产方法，其特征在于，所述提供玻璃原片的步骤为生产玻璃原片的步骤，在生产玻璃原片的过程中，在退火窑内，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。
3.根据权利要求2所述的玻璃生产方法，其特征在于，在所述对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理的步骤中，采用安装于退火窑内的镀膜装置，对玻璃原片的翘曲凹面进行脱碱处理。
4.根据权利要求3所述的玻璃生产方法，其特征在于，所述镀膜装置安装于退火窑前区。
5.根据权利要求3所述的玻璃生产方法，其特征在于，所述镀膜装置所用的镀膜气体为H2、酸性气体或水蒸气。
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