摘 要

随着柔性显示技术的迅速发展，市场对柔性基板的需求越来越大，柔性玻璃越来越受到业内人士的关注，成为下一代柔性显示器研制的关键。柔性玻璃的制备工艺目前的研究报道较多，综合国内外的研究，主要的制备方法有:浮法工艺、溢流下拉法、狭缝下拉法及再拉法。其中，狭缝下拉法投资建设时间短、所需空间小、投资金额少，可以作为小型柔性玻璃生产或前期研究成型机理的生产工艺。

本文针对无碱柔性玻璃开展研究，利用现有的无碱玻璃基础组成，探讨基础组成和掺杂氧化物的调整对柔性玻璃结构、物性参数的影响规律。并利用计算流体力学软件FLOW-3D，模拟了四种无碱玻璃狭缝下拉法玻璃成型过程，以分析不同组成的成型效果。同时，加设一组中碱玻璃与无碱基础玻璃成型的对比，给出工艺指导意见。本文研究的主要结论如下：

（1）三组组成中C3玻璃由于B₂O₃的引入，其常温下密度较小，计算值为2.223 g/cm³，符合适合柔性玻璃要求，且其各项工艺特征温度如熔融，成形温度较无碱基础玻璃的相应温度要低出不少，其澄清温度约为1605℃，成形温度约为1402℃，达到优化要求，且在流动模拟中，C3玻璃的黏度范围也优于其他组成。

（2）无碱系列玻璃在成型过程中均呈现玻璃在狭缝入口与出口的温差较大的情况，使得狭缝中黏度区间过大，与中碱系列对比发现这是由于玻璃液初始温度过高，且环境温度较低造成的，实际工艺中可对此进行调整。

本文特色：本文对柔性玻璃组成优化并对不同组成的物性参数展开计算，结合计算流体力学软件FLOW-3D研究组成对成形工艺的影响。

关键词：柔性玻璃；狭缝下拉法；FLOW-3D；无碱玻璃

Abstract

With the rapid development of flexible display technology, the market demand for flexible substrate is growing.The industry pay more and more attention on flexible glass , viewing it as the key of the next generation of flexible display development.The preparation methods of flexible glass are mostly reported. The main methods of preparation are: float process, overflow drop method, slit drop method and re-pull method. Among them, the slit drop method ,investment and construction time is short, the required space is small, the amount of investment is small, can be used as a small flexible glass production or pre-research mechanism of the production process.

In this paper, the influence of basic composition and doping oxide on the structure and properties of flexible glass was studied by using the existing base of alkali-free glass. And the flowering software FLOW-3D was used to simulate the forming process of four kinds of non-alkali glass slits in order to analyze the forming effect of different composition. At the same time, add a group of alkali glass and alkali-free base glass molding contrast, given the process guidance. The main conclusions of this paper are as follows:

(1) The C3 glass due to the introduction of B₂O₃, its density at room temperature is small, the calculated value of 2.223g/cm³, in line with the requirements for flexible glass, and its characteristics such as melting temperature, forming temperature is lower than the base glass,the clarification temperature is about 1605 ℃, the forming temperature is about 1402 ℃, and the optimization requirement is reached. In the flow simulation, the viscosity range of C3 glass is better than other components.

(2) The molding process of Alkaline series of glass are showing the glass temperature in the slit inlet and outlet is of large difference, making the viscosity range in the slit is too large.Compared with the base series, we found that this is due to the initial temperature of the glass is too high and the lower the ambient temperature.In the actual process this can be adjusted.

In this paper, the composition of the flexible glass is optimized and the physical parameters of different compositions are calculated. The influence of the composition of the computational fluid dynamics software FLOW-3D on the forming process is studied.

Features of this article: In this paper, the composition of flexible glass is optimized and the physical parameters of different compositions are calculated. The influence of the composition on the forming process is studied by FLOW-3D.

Key Words：flexible glass; slit down method; FLOW-3D; alkali-free glass

目 录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1柔性玻璃的定义 1

1.1.2柔性玻璃的应用 1

1.2柔性超薄玻璃的制备工艺 2

1.3柔性玻璃的国内外研究现状 3

1.4玻璃成型工艺数值模拟的发展 4

1.5 FLOW-3D软件的基本介绍 5

1.6本论文的主要研究内容及方法 5

第2章 实验 6

2.1玻璃物性参数的测试方法 6

2.1.1玻璃的成分 6

2.1.2玻璃的密度 6

2.1.3玻璃的导热系数 6

2.1.4玻璃的比热容 6

2.1.5玻璃的表面张力和接触角 7

2.1.6玻璃的粘度 7

2.2 FLOW-3D数值模拟 7

2.2.1 FLOW-3D基本理论 7

2.2.2 FLOW-3D分析流程 8

2.2.3模拟中玻璃模型的简化 8

2.2.4狭缝下拉法模拟模型的建立 9

第3章 玻璃物性参数的理论计算 10

3.1玻璃成分设计 10

3.2玻璃的密度计算 11

3.3玻璃的比热容计算 12

3.4玻璃的导热系数计算 13

3.5玻璃的弹性模量计算 13

3.6玻璃的膨胀性系数计算 14

3.7玻璃的表面张力计算 14

3.8玻璃的黏度计算 15

第4章 柔性玻璃狭缝下拉法的成形模拟 17

4.1引言 17

4.2模拟模型的相关参数 17

4.2无碱玻璃各组成之间的对比分析 18

4.2.1流动情况分析 18

4.2.2温度变化情况 19

4.2.3 黏度变化情况 20

4.3中碱玻璃与无碱玻璃的对比 21

4.3.1 流动情况对比分析 21

4.3.2温度分布情况对比 22

4.3.3黏度分布情况对比 22

4.4本章小结 23

第5章 结论 24

5.1结论 24

5.2展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1引言

1.1.1柔性玻璃的定义

玻璃是一种耐高温的材料，同时具有可见光透过率高、高的热稳定性、表面光滑、化学性质稳定等优点，缺点是柔性不足而导致易碎，如果玻璃具有良好的柔性，那么该类玻璃就是合适的柔性基板了^[1]。一般情况下，玻璃是脆性材料，但当玻璃的厚度的逐渐减小，尤其是厚度小于0.1 mm时，由于厚度效应的作用，玻璃的抗弯曲强度变大，裂纹扩展得到限制，玻璃的脆性减弱，从而具有良好的柔性，可以卷绕弯曲，这类玻璃可称之为柔性玻璃。

当今，柔性显示技术快速发展，现有柔性基板产量已经远不能满足市场需求。柔性玻璃不仅兼备一般玻璃的所具有的硬度、耐热性、透明性及稳定的力学和化学性能，并且具有一般玻璃难拥有的特点：轻质量、易卷曲、可加工，因此应用面非常广。现如今，在柔性显示、有机薄膜太阳能电池等诸多领域，柔性玻璃可得到很好的应用，发挥其特点。但由于在成型、切割、运载、包装的等工艺技术上的欠缺，柔性超薄玻璃要想成功开发利用并大规模商业化，仍需广大科研人员不断的研发和突破^[2]。

1.1.2柔性玻璃的应用

玻璃轻薄化可以减少原材料的消耗量，重量轻且易弯曲能够降低运输成本。由于具有柔性，可以利用辊子进行包装，这样会使玻璃使用效率大幅提高^[3]。玻璃的厚度的减薄不再依靠化学方法，因此高技术含量装备中有很好的发展前景，如：柔性显示器、灯光设备、触控屏、太阳能电池以及医用设备等。目前，超薄玻璃已经可以应用在智能手机触控面板上了，待柔性玻璃的产业链成熟后，其应用必将迎来井喷。