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薄如紙片的玻璃如何造? 中國超薄玻璃制造從追趕到領(lǐng)跑

2018-06-08 10:33:01 來源: 科技日報

玻璃,幾乎隨處可見的建筑材料。在你的印象里它很薄,但它究竟可以做得有多薄?0 12毫米的答案是不是有點出乎意料。近日,蚌埠中建材信息顯

玻璃,幾乎隨處可見的建筑材料。在你的印象里它很薄,但它究竟可以做得有多薄?0.12毫米的答案是不是有點出乎意料。

近日,蚌埠中建材信息顯示材料有限公司(以下簡稱蚌埠中顯)0.12毫米超薄電子觸控玻璃日前成功下線,繼0.15毫米之后,又一次創(chuàng)造了浮法技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)最薄玻璃的世界紀(jì)錄。

超薄玻璃凸顯產(chǎn)業(yè)之殤

超薄玻璃又叫超薄電子觸控玻璃,是電子信息顯示產(chǎn)業(yè)的核心材料,用來做手機、電腦、電視顯示屏基礎(chǔ)材料。玻璃越薄,透光性能就會越好,柔韌性好,重量也會隨之減輕。但是玻璃太薄會易碎,讓玻璃不但薄,還有足夠的強度和韌性是個世界難題。

“一般把0.1—1.1毫米厚度的玻璃稱為超薄玻璃,電子信息行業(yè)的液晶顯示器普遍使用0.55—1.1毫米浮法超薄玻璃。最新研制出來的0.12毫米超薄玻璃薄如蟬翼,不僅透光率高,而且韌性好,被彎曲成環(huán)狀也不會折斷。”蚌埠玻璃設(shè)計研究院院長彭壽告訴科技日報記者,超薄玻璃是電子信息顯示產(chǎn)業(yè)所需的關(guān)鍵核心材料,廣泛應(yīng)用于智慧城市、國防科技等領(lǐng)域。其研發(fā)過程需要多學(xué)科、多領(lǐng)域的高度復(fù)合集成,工藝技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)難度大,核心技術(shù)長期被美國、日本等少數(shù)幾家公司壟斷,造成我國光電顯示產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)嚴(yán)重缺失,產(chǎn)業(yè)發(fā)展長期受制于人,產(chǎn)品價格居高不下。

“雖然是一塊薄薄的玻璃,幾年前卻完全依賴進口。”蚌埠玻璃設(shè)計研究院黨委副書記李志銘表示,多年前,手機、電腦、電視都很貴,現(xiàn)在價格相對便宜了很多,很大一部分原因就是顯示屏玻璃不再依賴進口,成本降低了。“一塊顯示屏的玻璃可以占整個產(chǎn)品成本的40%,所以玻璃的技術(shù)創(chuàng)新,使得整個產(chǎn)品成本下降,消費者現(xiàn)在花較少的錢就能買到優(yōu)質(zhì)的電子產(chǎn)品。” 李志銘說。

厚度降低0.1毫米難度超乎想象

從2013年開始,蚌埠中顯依托蚌埠玻璃設(shè)計研究院的技術(shù)支撐,全力攻關(guān)超薄玻璃,短短10個月內(nèi)便完成了0.3毫米至1.1毫米超薄浮法電子玻璃全系列的成功生產(chǎn),創(chuàng)造了國內(nèi)外同類超薄浮法電子玻璃生產(chǎn)線系列良品下線速度的新紀(jì)錄。此后,在2014年、2015年、2016年、2018年,幾乎每年一個臺階,從0.3毫米到0.2毫米,到0.15毫米,再到現(xiàn)在的0.12毫米,不斷打破由他們自己創(chuàng)造的超薄浮法電子玻璃最薄紀(jì)錄。

玻璃厚度從幾年前的0.3毫米下降到現(xiàn)在的0.12毫米,拿到手里感覺像一張紙一樣輕薄。“要把玻璃做薄,我們至少要面臨幾個難題,一是如何解決玻璃拉薄的問題;二是解決微缺陷問題,就是一點氣泡都不能有;三是解決熔窯、錫槽、退火窯三大熱工設(shè)備的設(shè)計和制造問題;四是解決玻璃配方問題。此外還要解決玻璃冷端的切裁、輸送以及缺陷的在線檢測等一系列難題。我們把上述難題一一攻破,才取得了今天的成果。”彭壽感嘆道。

“每次下降0.1毫米,看似細(xì)微,但是增加的制作難度卻超乎想象。”彭壽說,玻璃在液體狀態(tài)每拉薄0.01毫米,都是巨大的挑戰(zhàn),這個過程需要加入一種特殊的金屬氧化物,究竟應(yīng)該添加多少,研發(fā)人員只能不斷去測試。

“通常一天,也只能做一到兩組這樣的嘗試,通過一年左右的時間,我們才能夠拿到比較可靠的數(shù)據(jù)。”蚌埠中顯生產(chǎn)制造部副部長姜園濤表示,從0.15到0.12毫米,為了這肉眼幾乎無法分辨的0.03毫米,他們團隊攻關(guān)了2年時間。

為了做出0.12毫米的超薄玻璃, 蚌埠玻璃設(shè)計研究院的攻關(guān)團隊并沒有將原有0.15毫米鈉鈣玻璃優(yōu)化做薄,而是轉(zhuǎn)而研發(fā)更柔韌、更有市場前景的中鋁超薄玻璃。

“這樣一來,只能將之前的數(shù)據(jù)和參數(shù)推倒重來。”姜園濤說道,為了精確把握鋁金屬的添加劑量,團隊用了3個多月的時間,分兩次把鋁金屬的添加含量逐步提升。由于在熔制過程中,越薄的玻璃散熱越快,這就需要在熔制生產(chǎn)線上,布置幾十個點電加熱的區(qū),控制每個熔制區(qū)域的溫度。

“這是非常難的。在整個成型過程中需要各區(qū)域點玻璃反映的特性參數(shù),然后再逐步對各區(qū)域點加電來控制溫度。”姜園濤表示,整個過程的熔化工藝、成型工藝、切割工藝、檢驗包裝和裝備技術(shù),都需要像這樣的連續(xù)攻關(guān),在突破1000多項技術(shù)瓶頸后,世界最薄的0.12毫米浮法玻璃終于在科研人員手中誕生。

中國超薄玻璃制造從追趕到領(lǐng)跑

世界最薄0.12毫米超薄觸控玻璃、1.5毫米超薄高透光伏玻璃、國內(nèi)首片0.2毫米超薄TFT液晶玻璃……

蚌埠玻璃設(shè)計研究院攻克并解決了微波紋和翹曲控制等諸多難題,徹底改變國內(nèi)觸控顯示所需0.5毫米及以下超薄玻璃依賴進口的局面。并打通了完整產(chǎn)業(yè)鏈,形成了完整自主知識產(chǎn)權(quán)。

如今,蚌埠玻璃設(shè)計研究院先后建成了20余條超薄信息玻璃生產(chǎn)線,產(chǎn)品已在國內(nèi)20余家主流面板企業(yè)批量應(yīng)用,為下游產(chǎn)業(yè)降低成本約860億元,保障了國家電子信息顯示產(chǎn)業(yè)的安全。

“原來,京東方科技集團股份有限公司的玻璃和設(shè)備都需要進口,現(xiàn)在這兩項都可以由我們來提供。”彭壽表示,正是因為中國技術(shù)的突破和創(chuàng)新,超薄玻璃的國際市場價格降低了三分之二。我國近年來引進的顯示面板生產(chǎn)線有上百條,以前全部要從美國、日本進口超薄玻璃基板進行加工,如果進口途徑被卡死,我們的上百條生產(chǎn)線就有全部癱瘓的危險。

“不過我們現(xiàn)在不怕,因為我們不光超薄玻璃技術(shù)國際領(lǐng)先,制造能力國際領(lǐng)先,而且生產(chǎn)成本、單位能耗均低于國際同類產(chǎn)品,有很強的競爭力。”李志銘興奮地告訴記者,蚌埠玻璃設(shè)計研究院已經(jīng)做出了信息顯示玻璃、蓋板玻璃、觸控玻璃和TFT玻璃,未來還將圍繞硅材料做顯示玻璃產(chǎn)業(yè)鏈的延伸,以推動中國玻璃行業(yè)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化能力由跟跑、并跑向領(lǐng)跑跨越。

“作為國家‘十三五’重要專項之一,蚌埠玻璃設(shè)計研究院正在牽頭高世代線的玻璃基板技術(shù)和裝備的研發(fā),預(yù)計在2018年底和2019年初將會產(chǎn)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的8.5代TFT玻璃基板,這將徹底打破國外壟斷。”彭壽表示,目前他們已經(jīng)開始著手研發(fā)0.1毫米超薄玻璃。

本報記者 吳長鋒

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