无碱柔性玻璃化学组成优化及对成形过程影响的研究开题报告
2021-03-24 23:43:04
1. 研究目的与意义(文献综述)
随着柔性显示技术的迅速发展,对柔性基板的需求越来越迫切。玻璃耐高温,同时具有可见光透过率高、热稳定性好、表面光滑、化学性质稳定等优点,缺点是柔性差易碎,如果玻璃具有柔性,那么玻璃就是理想的柔性基板了[1]。普通玻璃是脆性材料,但当玻璃厚度小于0.1 mm时,玻璃具有了柔软性,可以弯曲卷绕,称之为柔性玻璃[2]。柔性玻璃具有普通玻璃的硬度、高的透过率及稳定的机械和化学性能,同时具有可弯曲、质量轻,可加工的特点,用途非常广泛。现阶段柔性玻璃在柔性显示、有机薄膜太阳能电池等方面具有很好的应用前景。柔性超薄玻璃要成功开发和规模化生产,其成型、切割、运载、包装工艺技术仍需要不断的研发和突破[3]。
目前柔性超薄玻璃仍处于初步的发展阶段,美国康宁公司和日本旭硝子公司是世界柔性超薄玻璃的领跑者。近几年来,两家公司在玻璃厚度上不断的突破,使得柔性超薄玻璃的研发和生产技术迅速的发展。康宁公司在2012发布的willow-glass柔性玻璃,厚度仅为0.1mm,具有良好的弯曲性能,同时具有玻璃耐高温性能,可以卷绕起来包装[4]。日本旭硝子公司在2014年6月3日于美国圣地亚哥市开幕的展会“society for informationdisplay(sid)”上展示spool超薄玻璃,将0.05mm厚的超薄浮法玻璃“spool”成功地卷成了长100m、宽1150mm的卷状[5]。此外,2015年德国肖特生产出0.03~0.1mm的d263和af 32 eco的柔性玻璃[6]。以上公司都大力进行柔性超薄玻璃的研发和生产,并积极推动柔性玻璃在柔性显示等领域的应用推广。
国内的超薄玻璃研究起步较晚,超薄玻璃生产线主要采用浮法工艺,2015年3月洛玻集团拉引出厚度为0.25 mm的超薄玻璃,打破了自己保持的0.33 mm国内最薄玻璃的记录,同年4月蚌埠玻璃工业设计院信息显示超薄玻璃生产线成功拉引出0.2 mm超薄玻璃,但这都属于超薄玻璃的范畴,在柔性玻璃的开发研究上还需要关键技术的突破。除了浮法工艺外,智广林等[7]通过二次熔融拉薄法制出厚度为0.03 ~ 0.2 mm的柔性玻璃。万青等[8]采用碎玻璃熔凝技术,即将粒径为50 ~0.02 mm的碎玻璃粉均匀加入熔融锡液中,待碎玻璃粉在锡液表面熔化铺展后,再进行冷却、抛光,即可得到柔性超薄玻璃。这种方法制备出的玻璃厚度为1 ~50 um,具有柔性好且可见光透过率高的性能。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
柔性玻璃是显示产业的关键性基础材料,也是当前国内外关注的热点,其研究进展目前尚处于试验研究阶段。玻璃的性能同其组成和制备工艺密切相关,且其工艺的涉及到多个学科,具有复杂性,其相关验难度较大,所需成本较大。因此,本实验用数值模拟及统计分析的方法,采用计算流体力学软件,以不同化学组成玻璃为研究对象,以其粘温参数为变量,模拟不同化学组成制备柔性玻璃过程,研究不同化学组成粘温特性对柔性玻璃成形过程影响,探讨其影响规律。
2.2 研究目标
1、确定不同化学组成,确定不同化学组成的“粘度-温度”曲线。
2、采用计算流体力学软件,完成不同化学组成的柔性玻璃制备成形过程模拟,研究化学组成对柔性玻璃制备成形过程影响规律。
2.3 技术方案
1.通过查找相关文献,选取表1与表2中的两种玻璃成分作为基础化学组成;
2.对其的组成进行调整,测试并获取不同组成的相关物性参数(黏度、比热、热导率、热膨胀系数、透热性等),整理相关数据;
3.根据柔性玻璃的基本物性参数,采用计算流体力学软件FLOW 3D,建立狭缝下拉法结构仿真模型,模拟柔性玻璃狭缝下拉成形过程,考察组成变化对柔性玻璃结构、“粘度-温度”曲线的影响规律。
4.整理数据,总结归纳柔性玻璃成形过程研究结果,以获得化学组成-“粘度-温度”制度-成形工艺相互影响规律。
表1 中碱玻璃球的组成 | |||||
成分 | 含量(wt%) | 成分 | 含量(wt%) | 成分 | 含量(wt%) |
SiO2 | 67.153 | MgO | 4.065 | TiO2 | 0.044 |
Al2O3 | 5.486 | Na2O | 12.131 | Fe2O3 | 0.321 |
CaO | 10.219 | K2O | 0.304 | SO3 | 0.2405 |
表2 无碱玻璃球的组成 | |||||
成分 | 含量(wt%) | 成分 | 含量(wt%) | 成分 | 含量(wt%) |
SiO2 | 61 | MgO | 1.44 | BaO | 0.56 |
Al2O3 | 16.8 | CaO | 7.41 | SnO2 | 0.17 |
B2O3 | 9.7 | SrO | 1.75 |
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3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译,并完成开题报告;
第4-6周:明确技术方案和工艺路线,明确研究所需仪器和设备等;
第7-9周:根据研究内容,设计玻璃组分,计算粘温曲线;
4. 参考文献(12篇以上)
[1] crawford u. flexible flat panel displays[m].john wileyamp;sons,2005.
[2] 司敏杰,郭卫,田芳,等. 柔性玻璃的研究现状及发展趋势[j]. 玻璃,2016, (5):17-21.
[3] 谢军,李晓青.柔性超薄玻璃的开发及应用[j].硅酸盐通报,2015,(4):48-55.
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