鋰鋁硅蓋板玻璃分相與析晶的研究

引言隨著智能電子顯示產(chǎn)品的應(yīng)用日益廣泛，蓋板玻璃作為觸控屏幕和觸控傳感器的重要組成組件之一，只有不斷優(yōu)化料方組成，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，提高產(chǎn)品性能，才能夠滿足蓋板玻璃生產(chǎn)需求。析晶溫度是LAS蓋板玻璃生產(chǎn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵工藝性能指標(biāo)，關(guān)系到玻璃成型生產(chǎn)及蓋板玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量，需將蓋板玻璃的析晶溫度控制在一定的溫度下，以保證成型生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文通過測試不同料方的析晶溫度可以優(yōu)選或優(yōu)化玻璃料方，為蓋板玻璃成分設(shè)計(jì)與調(diào)整提供有效的技術(shù)措施，對蓋板玻璃生產(chǎn)工藝的制定、產(chǎn)品質(zhì)量的控制具有一定的參考意義。實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)以Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)為基礎(chǔ)玻璃，設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)玻璃的化學(xué)組成，如表1所示。蓋板玻璃主要化學(xué)組成為SiO2、Al2O3、B2O3、R2O（Li2O、Na2O）、ZnO、P2O5、SnO，其中Li2O、Na2O以碳酸鹽形式引入，其余均為氧化物。將各種原料精確稱量后充分混合均勻得到配合料，配合料在1650℃熔制5h，將熔融好的玻璃液澆鑄在提前預(yù)熱的模具上，經(jīng)570℃保溫1h退火降至室溫，得到粗退火樣品。

結(jié)果與討論（1）析晶性能。在1100℃×24h的測試條件下對3個(gè)樣品（A1～A3）進(jìn)行了析晶溫度測試。選取3個(gè)樣品失透區(qū)域在偏光顯微鏡下觀察析晶形貌。圖1為不同ZnO添加量下失透樣品的偏光顯微鏡照片。圖1不同ZnO添加量下失透樣品的偏光顯微鏡照片（×100）由圖1（a）和（b）可知，A1和A2兩樣品的失透區(qū)域均未觀察到晶體，說明兩樣品失透可能由于分相所致或晶體較小、較少未能觀察到。由圖1（c）可知，A3樣品在失透區(qū)域可觀察到晶體，說明該樣品中有晶體析出，經(jīng)計(jì)算其析晶上限溫度為1017.78℃。由此可知，ZnO對玻璃析晶的影響比較顯著，隨著ZnO含量的增加，玻璃析晶活化能降低，有利于晶體析出。但由于析晶和分相過程較為復(fù)雜，并不能說明該樣品失透原因是由于析晶造成。可能失透由析晶和分相共同作用。（2）物相組成。圖2為不同ZnO添加量下失透樣品的XRD圖譜。圖2不同樣品的XRD圖譜由圖2可以看出，A1樣品的XRD圖譜呈現(xiàn)非晶態(tài)的饅頭峰特征，表明該樣品中并不存在晶相或含量極少；A2樣品的XRD圖譜呈現(xiàn)非晶態(tài)的饅頭峰，但有一較弱的衍射峰，表明A2樣品中出現(xiàn)少量晶相，其晶相為鋰輝石（LiAlSi2O6）相，這是由于Li+半徑小，Li-O鍵鍵強(qiáng)較大，過多的Li+積聚作用明顯，從而導(dǎo)致玻璃分相或析晶；而A3樣品的XRD圖譜中存在明顯的衍射峰，析出的晶相為LiAlSi2O6相，說明該樣品既分相又析晶。樣品分相后進(jìn)一步析晶的原因是玻璃分相會增加相之間的界面，成核總是優(yōu)先產(chǎn)生于相的界面上，從而有利于晶體從玻璃中析出。由此可知，一方面導(dǎo)致A1～A3樣品失透的主要原因?yàn)椴ＡХ窒?，與Li+的積聚作用有關(guān)。另一方面隨著ZnO含量的增加，Zn2+的極化作用明顯，Zn2+的極化作用導(dǎo)致玻璃析晶趨勢增強(qiáng)。但ZnO的加入并未改變該LAS系原有的晶相種類。因此，A2和A3樣品的失透原因?yàn)榉窒?析晶共同造成，而A1樣品的失透原因主要為分相造成。（3）顯微結(jié)構(gòu)。圖3為不同ZnO添加量下失透樣品的SEM照片，其中黑色凹坑為玻璃相被氫氟酸腐蝕后留下的凹坑。圖3不同ZnO添加量下失透樣品的SEM照片（×10000）從圖3中可以看出，三個(gè)樣品都發(fā)生了分相，分相后的微觀形貌均為分散的孤立液滴相，其分相機(jī)理均屬于成核-生長分相。圖3（a）為A1樣品的顯微形貌照片，呈現(xiàn)出分散的孤立液滴相，分布在基礎(chǔ)玻璃結(jié)構(gòu)中，尺寸為0.5～2mm。圖3（b）為A2樣品的顯微形貌照片，呈現(xiàn)出大小不均勻的分散的孤立液滴相，尺寸為0.1～1.5mm。圖3（c）為A3樣品的顯微形貌照片，呈現(xiàn)出大小不均勻的分散的孤立液滴相，尺寸為0.5～1.5mm。此外，該樣品中還均勻分布著尺寸為50～100nm的片狀晶體，結(jié)合XRD結(jié)果可知為LiAlSi2O6。由此可見，在玻璃析晶測試過程中，該LAS玻璃體系發(fā)生了玻璃分相。由于玻璃分相形成了化學(xué)組成不同的兩個(gè)相，兩相界面使得界面能降低，同時(shí)使不均勻處形成臨界核心所需要的功較小。當(dāng)晶核在LAS基礎(chǔ)玻璃和分相界面上形成時(shí)，所增加的表面能比在LAS基礎(chǔ)玻璃中形成時(shí)所增加的小。因此，Li+的積聚作用導(dǎo)致玻璃分相，分相為晶相的成核提供了有利的成核位，有利于LiAlSi2O6的成核與析晶。同時(shí)，隨著ZnO含量的增加，Zn2+的極化作用越發(fā)顯著，Zn2+的極化作用導(dǎo)致玻璃析晶趨勢增強(qiáng)，有利于析出更多的LiAlSi2O6晶體。結(jié)論（1）在該Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)中，樣品失透的主要原因?yàn)椴ＡХ窒?，與Li+的積聚作用有關(guān)；（2）玻璃分相為分散的孤立液滴相，液滴