CN113135649B

CN113135649B - 一种utg玻璃原片生产成型方法及成型装置

Info

Publication number: CN113135649B
Application number: CN202110470627.3A
Authority: CN
Inventors: 彭寿; 吴雪良; 朱涛
Original assignee: Cnbm Bengbu Photoelectric Materials Co ltd
Current assignee: Cnbm Bengbu Photoelectric Materials Co ltd
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2041-04-29
Also published as: CN113135649A

Abstract

本发明公开了一种UTG玻璃原片的成型方法，包括以下步骤：UTG玻璃液通过调节闸板（3）流过铂合金唇板（1）的摊平抛光区（4），摊平抛光后的UTG玻璃液形成瀑布状的垂直下降玻璃带c；玻璃带经过第一成型温控炉（5），拉边机（6）对玻璃带进行厚度展薄及宽度调整；玻璃带进入第二成型温控炉（7）对玻璃板定型及退火炉（9）中进行退火处理，经过牵引辊（10）向下牵引，转弯设备将玻璃带转成水平进入成品裁装区域。本发明一次成型出厚度20～100um，厚薄差小于5um，微观波纹度小于0.1um，板宽大于等于200mm极薄柔性玻璃，无需二次加工酸蚀刻薄化处理，可直接应用于折叠电子产品显示屏，大大降低了加工制造成本和环境污染。

Description

一种UTG玻璃原片生产成型方法及成型装置

技术领域

本发明属于极薄柔性玻璃生产技术领域，特别涉及一种UTG玻璃原片生产成型方法及成型装置。

背景技术

随着华为、三星等各大厂商不断研发推出其旗舰折叠手机，折叠显示电子产品正式进入电子产品消费市场，在未来有很大的发展空间。早期折叠屏选用 CPI 材质作为保护盖板，由于 CPI 材料的防刮擦能力差，容易出现划痕，同时抗冲击保护能力弱，受到外力冲击时不能起到保护的作用，多次折叠后将产生无法恢复的褶皱、甚至是导致整块或者部分屏幕失效、损坏。之后各大手机厂商采用柔性玻璃进行代替CPI材质，柔性玻璃拥有极高的强度和抗褶皱能力，有效的保护屏幕不受损伤。

但是，目前世面上的极薄柔性玻璃UTG(Ultra Thin Glass)基本采用厚度大于100um柔性玻璃原片经过酸蚀刻薄化处理后才得到30-70um厚度不等的柔性玻璃。酸蚀刻薄化处理存在先天性的缺陷：首先无法保证处理后的玻璃表面平整度与外观质量，其次增加大量的加工制造成本，最重要的是废弃的酸液会造成严重的环境污染。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中的UTG玻璃只能通过减薄所具有的质量差、成本高和污染大的缺陷，提供的一种UTG玻璃原片的成型方法及其制造装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于包括以下步骤：

1）玻璃熔窑中熔制好的UTG玻璃液，流经由铂合金唇板、与铂合金唇板对应调节配合的温控盖板砖以及玻璃液流量调节闸板构成的区域，并控制该区域UTG玻璃液的温度保持稳定并高于液相线温度，流量调节闸板控制UTG玻璃液流量在0.02t/h～0.42t/h，玻璃液流出并经过铂合金唇板外端的弧形铂合金摊平抛光区，在重力和玻璃液表面张力共同作用下进行自然摊平抛光，摊平抛光后的UTG玻璃液形成瀑布状的垂直下降玻璃带；

2）垂直下降玻璃带首先经过第一成型温控炉，调节炉内电加热元件控制炉内玻璃带在拉边机拉力作用下进行展薄所需的工艺温度制度，第一成型温控炉中设有两个配合的拉边机（6），对玻璃带进行厚度展薄及宽度调整；

3）展薄后的玻璃带进入第二成型温控炉，调节炉内电加热元件控制炉内玻璃带所需的固态转变点温度达到玻璃板定型的作用；

4）经过第二成型温控炉固化定型的玻璃带进入退火炉中进行退火处理消除内应力；

5）流出退火炉的玻璃带经过牵引辊向下牵引，然后通过转弯设备将玻璃带转成水平状态进入成品裁装区域。

在上述技术方案的基础上，有以下进一步的技术方案：

玻璃液流经摊平抛光区，在重力和玻璃液表面张力共同作用下进行自然摊平抛光，其中铂合金摊平抛光区温度范围900～1300℃，铂合金摊平抛光区的弧度范围π/90～π/4、弧长95～1250mm。

第一成型温控炉高度在1500—2500mm；电加热元件控制第一成型温控炉内玻璃带温度在700～1150℃，玻璃带厚度在20～100um、宽度大于200mm。

第二成型温控炉高度在1000—2000mm，电加热元件控制炉内玻璃带温度在540～700℃；玻璃带厚度在20～100um、宽度大于200mm。

其中退火炉高度在1500—4000mm；电加热元件控制退火炉内玻璃带温度在30～600℃。

牵引辊的牵引速度范围是50～800m/h。

制成的UTG玻璃原片宽度大于等于200mm，厚度在20um至100um范围内，表面微观波纹度小于0.1um,厚薄差小于5um。

所述UTG玻璃采用于以下质量百分比组分的高铝硅玻璃制成：

二氧化硅56～64%、三氧化二铝14～23%、氧化钠8～14%、氧化钾0.5～6%、氧化镁0.5～6%、二氧化锆0.5～3%、三氧化二硼0.1～3%、氧化锡0.1～0.8%、芒硝0.1～0.8%、氧化铈0.1～0.5%、水0.1%～0.5%；其中，Na₂O、K₂O总质量百分比不低于12%。

所述UTG玻璃采用于以下百分比组分的锂铝硅玻璃制成：

二氧化硅55～70%、三氧化二铝13～25%、氧化钠6～12%、氧化钾0.5～6%、氧化锂1～9%、氧化镁0.5～6%、二氧化锆0.1～3%、氧化锡0.01～0.8%、芒硝0.01～0.8%、二氧化铈0.01～0.5%；原料中还含有TiO2＋Cr2O3＋CaO＋CoO＋B2O3＋P2O5中的至少一种氧化物，该氧化物在原料中质量比＞0.1%。

本发明还提供了一种UTG玻璃原片成型装置，其特征在于包括：

1）玻璃熔窑末端设置铂合金唇板，铂合金唇板向下倾角为2°≤α≤45°，铂合金唇板外端延伸出一段弧形段，弧形段构成铂合金摊平抛光区，弧形段的弧度范围π/90～π/4、弧长95～1250mm；

铂合金唇板上面设有对应的调节温控盖板砖，其中设置的电加热元件，铂合金唇板上方以及温控盖板砖的外端设有铂合金制成的流量调节闸板，由铂合金唇板、调节温控盖板砖（2）和流量调节闸板构成玻璃液流出通道；

2）铂合金摊平抛光区下方设有进出口垂直设置的第一成型温控炉，第一成型温控炉上设有电加热元件，第一成型温控炉中设有两个配合的拉边机，对玻璃带进行展薄及调整玻璃板宽度和厚度；

3）第一成型温控炉的下方设有进出口垂直设置的第二成型温控炉，第二成型温控炉上设有电加热元件；

4）第二成型温控炉的下方设有进出口垂直设置的退火炉，退火炉上设有电加热元件；

5）退火炉出口的下方设有一对与玻璃带配合的牵引辊。

本发明的UTG玻璃原片的成型方法简称瀑布成型法，其原理区别于现有玻璃成型方法：浮法、溢流下拉法、狭缝下拉法、压延法等。

瀑布成型法适用于玻璃熔窑为：电熔窑、空气窑、空气电熔窑、全氧窑、全氧电熔窑等，且玻璃熔窑熔化量为0.5吨/日至10吨/日。

瀑布成型法生产出的玻璃板，其特征：板宽度大于等于200mm、厚度在20～100um之间、表面微观波纹度小于0.1um、厚薄差小于5um。

与现有生产技术相比有效增益：“瀑布成型法”不限于玻璃窑炉类型，适用于高铝硅酸盐玻璃、锂铝硅酸盐玻璃配方，且玻璃熔窑熔化量为0.5吨/日至10吨/日，可一次成型稳定生产出厚度20～100um，厚薄差小于5um，微观波纹度小于0.1um，板宽度大于等于200mm极薄柔性玻璃，同时无需进行二次加工酸蚀刻薄化处理，可直接应用于折叠电子产品显示屏，大大降低了加工制造成本和环境污染。

附图说明：

图1是本发明的工艺结构示意图。

具体实施方式

一、如图1所示，本发明提供的一种UTG玻璃原片成型装置，其特征在于包括：

1）玻璃熔窑末端设置铂合金唇板1，铂合金唇板（1）向下倾角为2°≤α≤45°，铂合金唇板外端延伸出一段弧形段，弧形段构成铂合金摊平抛光区4，弧形段的弧度范围π/90～π/4、弧长95～1250mm；

铂合金唇板1上面设有对应的调节温控盖板砖2，其中设置的电加热元件r，铂合金唇板上方以及温控盖板砖的外端设有铂合金制成的流量调节闸板3，由铂合金唇板1、调节温控盖板砖2和流量调节闸板3构成玻璃液流出通道，流量调节闸板3倾斜设置，其上部贴紧温控盖板砖外端、下端接近铂合金唇板1与弧形段的交界处，并留有控制流量的高度；

2）铂合金摊平抛光区4下方设有进出口垂直设置的第一成型温控炉5，第一成型温控炉5上设有电热元件r，第一成型温控炉中设有两个配合的拉边机6，对玻璃带c进行展薄及调整玻璃板宽度和厚度；

3）第一成型温控炉的下方设有进出口垂直设置的第二成型温控炉7，第二成型温控炉7上设有电加热元件r；

4）第二成型温控炉的下方设有进出口垂直设置的退火炉9，退火炉9上设有电加热元件r；

5）退火炉9出口的下方设有一对与玻璃带c配合的牵引辊10。

上述技术方案中各部件作用:

铂合金唇板:温度高于1050℃的玻璃液受重力作用向下流动的关键通道,其倾斜角度：2°≤α≤45°

一组经过连接的温控盖板砖：一是起到密封保温作用，防止大量热散失;二是防止外界粉尘掉落污染玻璃夜产生缺陷；三是通过电加热温控元件可精准控制玻璃液温度范围在1000～1400℃。

铂合金流量调节闸板：通过截流作用控制玻璃液的流量，可控制流量范围：0.02t/h～0.42t/h。

铂合金摊平抛光区：玻璃液流经此区域，在重力和玻璃液表面张力共同作用下进行自然摊平抛光。其中铂合金摊平抛光区温度范围：900～1300℃；弧度范围：π/90～π/4；弧长95～1250mm。

第一成型温控炉：调节其中的电加热元件控制炉内玻璃带c在拉边机拉力作用下进行展薄所需的工艺温度制度。其中第一成型温控炉高度大于1500mm；电加热元件控制炉内玻璃带温度在700～1150℃；玻璃带厚度在20～100um;宽度大于200mm。

第一成型温控炉中的拉边机：通过施加不同的拉力对玻璃带c进行展薄进而控制板宽和厚度。其中拉边机采用现有的夹棍式结构。

第二成型温控炉：调节电加热元件控制炉内玻璃带所需的固态转变点温度达到玻璃板定型的作用。其中第二成型温控炉高度大于1000mm；电加热元件控制炉内玻璃带温度在540～700℃；玻璃带厚度在20～100um;宽度大于200mm。

退火炉：在炉内通过合理的退火降温速率消除玻璃带内应力。其中退火炉高度大于1500mm；电加热元件控制炉内玻璃带温度在30～600℃。

所有成型温控炉和退火炉中的电加热元件：调节控制温度作用，其中电加热元件r材质采用硅碳棒和金属加热丝。

牵引辊：一是对玻璃带施加牵引力带动玻璃带运动，二是通过调节牵引速度可调整玻璃板厚度。其中牵引速度范围：50～800m/h。

玻璃带通往裁装区域有水平传送装置，此装置为现有技术，在此忽略。

二、一种UTG玻璃原片的成型方法，其特征在于包括以下步骤：

玻璃配方→熔融→摊平抛光→成型→退火→裁装→测量数据。

具体实施过程：

按照上述技术方案中的适用的玻璃配方，按照不同的配比组成2组，详见表1，选用3吨/日的电熔窑进行熔制，熔窑内热点温度达1650℃，熔制好的玻璃液通过料道进入铂合金唇板处，此处玻璃液温度1300℃（大于液相线温度，液相线温度由于配方不同数值不同，不是定值，是公知的），在铂合金调节闸板控制玻璃液流量0.125t/h，玻璃液进入铂合金摊平抛光区温度在1200℃进行自然抛光，处理表面平整度，玻璃带通过第一成型温控炉时温度在985℃，在夹棍式拉边机作用下控制玻璃带的宽度、厚度、厚薄差，玻璃带向下进入第二成型温控炉，其中玻璃带温度在675℃进行定型，玻璃带经过退火炉中从580℃降温到30℃消除玻璃带内应力，退火后的玻璃带经过牵引辊向下牵引后，通往水平传送装置（此装置为现有技术，在此忽略），进入裁装区进行裁装，测试数据。测试数据项目包括玻璃板的宽度、厚度、厚薄差，微观波纹度等，见表1所示：

表1 两组实施例及其测试数据

通过表1中测试数据可看出“瀑布成型法”可一次成型稳定生产出厚度为20～100um，厚薄差小于5um，微观波纹度小于0.1um，板宽度大于等于200mm极薄柔性玻璃，达到了世界领先水平。

Claims

1.一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于包括以下步骤：

1）玻璃熔窑中熔制好的UTG玻璃液，流经由铂合金唇板（1）、与铂合金唇板（1）对应调节配合的温控盖板砖（2）以及玻璃液流量调节闸板（3）构成的区域，并控制该区域UTG玻璃液的温度保持稳定并高于液相线温度，流量调节闸板（3）控制UTG玻璃液流量在0 .02t/h～0.42t/h，玻璃液流出并经过铂合金唇板外端的弧形铂合金摊平抛光区（4），在重力和玻璃液表面张力共同作用下进行自然摊平抛光，摊平抛光后的UTG玻璃液形成瀑布状的垂直下降玻璃带；

玻璃液流经摊平抛光区，在重力和玻璃液表面张力共同作用下进行自然摊平抛光，其中铂合金摊平抛光区温度范围900～1300℃，铂合金摊平抛光区的弧度范围π/90～π/4、弧长95～1250mm，铂合金唇板（1）向下倾角为2°≤α≤45°；

2）垂直下降玻璃带首先经过第一成型温控炉（5），调节炉内电加热元件控制炉内玻璃带在拉边机拉力作用下进行展薄所需的工艺温度制度，第一成型温控炉中设有两个配合的拉边机（6），对玻璃带进行厚度展薄及宽度调整；

3）展薄后的玻璃带进入第二成型温控炉（7），调节炉内电加热元件控制炉内玻璃带所需的固态转变点温度达到玻璃板定型的作用；

4）经过第二成型温控炉固化定型的玻璃带进入退火炉（9）中进行退火处理消除内应力；

5）流出退火炉（9）的玻璃带经过牵引辊（10）向下牵引，然后通过转弯设备将玻璃带转成水平状态进入成品裁装区域，制成的UTG玻璃原片宽度大于等于200mm，厚度在20um至100um范围内，表面微观波纹度小于0 .1um ,厚薄差小于5um。

2.根据权利要求1述的一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于：第一成型温控炉（5）高度在1500—2500mm；电加热元件控制第一成型温控炉内玻璃带温度在700～1150℃，玻璃带厚度在20～100um、宽度大于200mm。

3.根据权利要求2述的一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于：第二成型温控炉（7）高度在1000—2000mm，电加热元件控制炉内玻璃带温度在540～700℃，玻璃带厚度在20～100um、宽度大于200mm。

4.根据权利要求3述的一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于：其中退火炉（9）高度在1500—4000mm，电加热元件控制退火炉内玻璃带温度在30～600℃。

5.根据权利要求4述的一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于：牵引辊的牵引速度范围是50～800m/h。

6.根据权利要求5述的一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于所述UTG玻璃采用以下百分比组分的高铝硅玻璃制成：

二氧化硅56～64%、三氧化二铝14～23%、氧化钠8～14%、氧化钾0 .5～6%、氧化镁0 .5～6%、二氧化锆0 .5～3%、三氧化二硼0 .1～3%、氧化锡0 .1～0 .8%、芒硝0 .1～0 .8%、氧化铈0 .1～0 .5%、水0 .1%～0 .5%；其中，Na2O、K2O总质量百分比不低于12%。

7.根据权利要求5述的一种UTG玻璃原片生产成型方法，其特征在于所述UTG玻璃采用以下百分比组分的锂铝硅玻璃制成：

二氧化硅55～70%、三氧化二铝13～25%、氧化钠6～12%、氧化钾0 .5～6%、氧化锂1～9%、氧化镁0 .5～6%、二氧化锆0 .1～3%、氧化锡0 .01～0 .8%、芒硝0 .01～0 .8%、二氧化铈0 .01～0 .5%；原料中还含有TiO2＋Cr2O3＋CaO＋CoO＋B2O3＋P2O5中的至少一种氧化物，该氧化物在原料中质量比＞0 .1%。

8.一种用于权利要求1所述的一种UTG玻璃原片生产成型方法的UTG玻璃原片成型装置，其特征在于包括：

1）玻璃熔窑末端设置的铂合金唇板（1），铂合金唇板（1）向下倾角为2°≤α≤45°，铂合金唇板外端延伸出一段弧形段，弧形段构成铂合金摊平抛光区（4），弧形段的弧度范围π/90～π/4、弧长95～1250mm；

铂合金唇板（1）上面设有对应的调节温控盖板砖（2），其中设置的电加热元件，铂合金唇板上方以及温控盖板砖的外端设有铂合金制成的流量调节闸板（3），由铂合金唇板（1）、调节温控盖板砖（2）和流量调节闸板（3）构成玻璃液流出通道；

2）铂合金摊平抛光区（4）下方设有进出口垂直设置的第一成型温控炉（5），第一成型温控炉（5）上设有电加热元件，第一成型温控炉中设有两个配合的拉边机（6），对玻璃带进行展薄及调整玻璃板宽度和厚度；

3）第一成型温控炉的下方设有进出口垂直设置的第二成型温控炉（7），第二成型温控炉（7）上设有电加热元件；

4）第二成型温控炉的下方设有进出口垂直设置的退火炉（9），退火炉（9）上设有电加热元件；

5）退火炉（9）出口的下方设有一对与玻璃带配合的牵引辊（10）。