摘要：本文通過對兩種不同顆粒度配比石英砂的熔制結(jié)果分析，進(jìn)行了熔塊的氣泡試驗以及高溫觀察熔制氣泡試驗等研究。同時結(jié)合生產(chǎn)線實際應(yīng)用切換石英砂期間，窯爐池底溫度波動、玻璃條紋變化，進(jìn)一步得出石英砂粒度波動對玻璃熔制效果在一定條件下，粒度較小更易使玻璃熔制，而且保持粒度波動穩(wěn)定性更易保證生產(chǎn)線玻璃的熔制質(zhì)量。

1、前言

在TFT玻璃生產(chǎn)過程中，原料質(zhì)量的控制是玻璃產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，其中玻璃配合料的顆粒級配明顯影響到玻璃的熔制過程。目前國內(nèi)一些玻璃生產(chǎn)廠家在玻璃原料質(zhì)量控制中，往往著重于對原料化學(xué)組成及均勻性等方面的控制，對玻璃原料顆粒級配的控制基本上還停留在憑經(jīng)驗的階段。因此通過理論和實驗相結(jié)合的手段，研究玻璃配合料中石英砂粒度波動對玻璃熔制的影響具有重要意義。以下分別就不同粒度級配的石英砂通過玻璃熔制、高溫觀察爐動態(tài)觀察以及入料后池底溫度波動、條紋變化等進(jìn)行說明。

2、玻璃熔制

玻璃熔制是配合料經(jīng)過高溫加熱形成均勻的、無氣泡的，并符合成形要求的玻璃液的過程。在這個過程中玻璃配合料經(jīng)歷了硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清、均化、冷卻等。在實際生產(chǎn)過程中，將粉料直接加入高溫區(qū)域時，硅酸鹽形成過程進(jìn)行的非常迅速，而且隨粉料組分的增多而加快，而玻璃形成則非常緩慢，其形成速度主要由料粉的熔融速度決定。所以為了模擬產(chǎn)線熔爐的熔制過程，設(shè)置熔融溫度程序如下：采取1560℃保溫3h，1600℃保溫2h，1630℃保溫1.5h熔制，然后取出熔制玻璃液進(jìn)行成形，并在730℃保溫1h退火冷卻。同時為了更好的對比不同粒度級配的石英砂參與配料熔制玻璃特點，采取了兩種不同粒度級配的石英砂，分別按相同固定成分料方（總重量600g）進(jìn)行稱量與混合后，放入高溫爐按設(shè)定程序進(jìn)行玻璃熔融成形，并對成形冷卻后的玻璃熔塊進(jìn)行氣泡個數(shù)統(tǒng)計。通過對比熔塊氣泡個數(shù)，在一定程度上能夠反映出不同粒度級配的石英砂，在同等條件下的熔制效果。

以同一廠家1#砂D50/48um與2#砂D50/82um分別用于配合料配制并熔融后形成的玻璃熔塊。1#砂D50/48um配制熔成后熔塊，2#砂D50/82um配制熔成后熔塊。

通過觀察對比，2#熔塊氣泡個數(shù)較1#熔塊氣泡個數(shù)偏多，而且較集中，氣泡形態(tài)偏大，熔制效果較差，則說明D50/48um的石英砂比D50/82um對玻璃熔制有利。

3、高溫動態(tài)觀察熔制試驗

通過模擬生產(chǎn)線高溫熔融成玻璃熔塊，并進(jìn)行熔塊氣泡個數(shù)統(tǒng)計能夠看出石英砂粗細(xì)粒度級配對玻璃熔制的影響。為了更形象的驗證，同時采取了高溫動態(tài)觀察熔制試驗，即按相同固定成分料方（總重量50g）進(jìn)行稱量與混合，并利用高純石英矩管作為容器，放入高溫動態(tài)觀察熔爐，按照程序：20℃/min升溫至500℃，10℃/min升溫至1400℃，5℃/min升溫至1600℃，并1600℃保溫3h，進(jìn)行動態(tài)熔制觀察，通過攝像記錄儀裝置記錄熔制過程中，氣泡變化動態(tài)情況。

在硅酸鹽形成和玻璃形成過程中，當(dāng)完成配合料配制與混合后，開始投放配合料于熔爐中進(jìn)行加熱。在配合料加熱時，開始是固相反應(yīng)，有大量氣體逸出。碳酸鈣等能夠直接分解逸出二氧化碳，其他化合物與二氧化硅相互作用才能分解。隨著二氧化硅和其他組分開始相互作用，形成硅酸鹽和硅氧組成的燒結(jié)物；接著出現(xiàn)少量液相，這種液相屬于低溫共熔物，它能夠促進(jìn)配合料的進(jìn)一步熔化，反應(yīng)很快的轉(zhuǎn)向固相與液相之間進(jìn)行，又形成了另一個新相，并不斷出現(xiàn)許多中間產(chǎn)物。隨著固相不斷向液相轉(zhuǎn)化，液相不斷擴大，配合料的基本反應(yīng)完成了由硅酸鹽和游離二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物，硅酸鹽形成過程基本結(jié)束。

為了更好的驗證玻璃熔制的理論，使用高溫動態(tài)觀察熔爐能夠更形象的了解玻璃熔制的具體過程，并更好的佐證了玻璃熔制理論的正確性。并且通過高溫動態(tài)觀察熔爐對兩種不同石英砂粒度級配參與配制的配合料熔融記錄，也能夠證明不同石英砂粒度對玻璃熔制的影響，而且通過對比較細(xì)石英砂粒度更易于玻璃熔制。

通過對比1#砂配制料方與2#砂配制料方高溫動態(tài)觀察熔爐動態(tài)熔制現(xiàn)象，不難看出：在530℃時顯示將配合料剛放進(jìn)熔爐時的固相狀態(tài)；在1200℃時顯示，配合料形成了硅酸鹽和硅氧組成的燒結(jié)物，出現(xiàn)低溫共熔物，并將很快會向固相與液相轉(zhuǎn)化進(jìn)行；在1500℃時顯示固相不斷向液相轉(zhuǎn)化，液相不斷擴大，大量氣泡排出；剛升溫至1600℃時顯示，達(dá)到液相完全狀態(tài)，并且大量氣泡、上浮排出至液面，玻璃液逐漸向澄清態(tài)過渡；1600℃時顯示保溫2h時，1#砂配制料方樣品與2#砂配制料方樣品當(dāng)大量氣泡排出后由于張力原因出現(xiàn)玻璃液內(nèi)部剩余未完全排出的部分氣泡。

由以上實驗可以看出高溫觀察熔爐不僅能夠很好的佐證玻璃熔制理論，而且能夠使觀察玻璃熔制過程現(xiàn)象更形象化。然后通過綜合對比圖7當(dāng)1600℃保溫2h后，1#砂配制料方樣品與2#砂配制料方樣品玻璃液內(nèi)部剩余未完全排出的部分氣泡大小、數(shù)量，能夠更鮮明得出在熔制澄清方面1#砂配制料方樣品較2#砂配制料方樣品較好。

當(dāng)兩種方法驗證得出不同石英砂粒度對玻璃熔制帶來不同的影響后，由于在玻璃熔制過程中存在著固相、液相、氣相，以上各相相互作用，由此而構(gòu)成較為復(fù)雜的相的轉(zhuǎn)化和平衡關(guān)系。有些人可能會顧慮：實驗過程是否能夠完全驗證實際生產(chǎn)，畢竟玻璃實際生產(chǎn)工藝制度和玻璃熔窯結(jié)構(gòu)與實驗存在差距。為了進(jìn)一步驗證不同粒度級配石英砂對玻璃熔制的影響，通過實際生產(chǎn)切換石英砂粒度批次時的玻璃窯爐池底溫度變化，以及玻璃條紋變化進(jìn)行佐證。

4、生產(chǎn)線影響實例分析

在生產(chǎn)線中，由于熔窯容量有限，而且石英砂使用量大等原因，往往很難保證同一批石英砂的使用。而且結(jié)合玻璃形成階段的反應(yīng)，在由不透明的半熔燒結(jié)物轉(zhuǎn)化為透明的玻璃液過程中，由于石英砂的溶解和擴散速度之比較各種硅酸鹽慢的多，所以玻璃形成過程的速度實際上取決于石英砂的溶解—擴散速度，而溶解—擴散過程首先是石英砂表面發(fā)生溶解，而后溶解的二氧化硅向外擴散。兩者的速度是不同的，其中擴散速度很慢，所以石英砂粒的溶解速度取決于擴散速度。同時石英砂顆粒在熔體中的溶解速度是與溶解的二氧化硅從表面向熔體擴散系數(shù)、砂礫表面二氧化硅與熔體中二氧化硅濃度差、交界層厚度及接觸面積等有關(guān)。

在生產(chǎn)過程中，當(dāng)燒結(jié)物向透明液體轉(zhuǎn)化過程中，經(jīng)過一段時間后，并在工藝條件控制很好的情況下，玻璃液中已經(jīng)沒有未起反應(yīng)的配合料，但是玻璃液中還存在著大量的氣泡和條紋，當(dāng)大量溶解的石英砂粒徑不穩(wěn)定時，擴散不均勻，會使氣泡和條紋出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。而且在石英砂切換使用過程中，當(dāng)投入新批次或者粒度控制不穩(wěn)定的情況下，由于溫度波動或偏低會使粘度增加而導(dǎo)致石英砂顆粒未能完全溶解而形成玻璃缺陷。

為了佐證上述情況，進(jìn)行切換使用石英砂，在投入新批次石英砂二天，窯爐池底溫度發(fā)生變化，即切換前石英砂粒度D50/45um，切換后石英砂粒度D50/50um。然而當(dāng)石英砂參與的配合料進(jìn)入窯爐完全溶解后，由于換批過程中粒度不同等差異，導(dǎo)致玻璃液在池爐中形成不同隨著液流流動的玻璃層，進(jìn)而形成了條紋明顯缺陷，以致影響了成品玻璃質(zhì)量。

根據(jù)跟蹤切換過程相關(guān)數(shù)據(jù)采集，得到池底溫度變化數(shù)據(jù)和條紋變化數(shù)據(jù)。

如池底溫度變化數(shù)據(jù)可見，換批過程中BTC3#溫度上升明顯，約20℃，換批結(jié)束后，溫度回落，但比換批前高約10℃，由此可見石英砂換批期間粒度波動對熔制的影響。

根據(jù)TFT玻璃品質(zhì)管控要求，當(dāng)玻璃條紋等級≥4級時，玻璃予以判廢處理。如條紋變化數(shù)據(jù)可見，石英砂在新舊批次切換時嚴(yán)重影響生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定，導(dǎo)致玻璃板面條紋判廢。由此得出，石英砂粒度對生產(chǎn)線正常生產(chǎn)帶來的影響不容小覷。在石英砂使用過程中，粒度管控尤為重要。

5、結(jié)束語

石英砂在玻璃熔制過程中起主要的作用，通過文中多個實驗以及實際生產(chǎn)中的切換應(yīng)用，得出以下結(jié)論。

不同石英砂粒度對于玻璃熔制反應(yīng)不同，而且石英砂粒度D50偏細(xì)時，更易有利于玻璃熔制。在控制石英砂粒度D50偏細(xì)時，前后批次的波動性至關(guān)重要，會嚴(yán)重影響池底溫度及玻璃條紋變化，所以保持粒度波動穩(wěn)定性更易保證生產(chǎn)線玻璃的熔制質(zhì)量。