浮法超薄电子玻璃常见熔化结石缺陷分析

蒋江 罗东燕 赵仁民 刘志林

摘 要：结石是玻璃产品中最危险的缺陷，对超薄电子玻璃而言，它不仅影响玻璃的成品率、光学均一性及外观质量等，还易造成玻璃炸裂而影响生产安全；本文基于浮法超薄电子玻璃生产过程中，从分类、缺陷特征、成因、预防对策等方面对板面可能产生的结石缺陷进行全面探讨和总结，并尽可能地避免和消除该类缺陷对玻璃的等级及良率的影响，为电子玻璃生产提供一定的参考。

关键词：结石  缺陷鉴别  电子玻璃  浮法超薄  熔化

中图分类号：TQ171.65            文献标识码：A

Analysis of Common Melting Stone Defects in Float Ultra-thin Electronic Glass

JIANG Jiang1  LUO Dongyan2  ZHAO Renmin1  LIU Zhilin1

（1.Qingyuan CSG Energy-Saving New Material Co.， Ltd.， Qingyuan， Guangdong Province， 511500 China；2.Guangdong Innovative Technical College，  Dongguan， Guangdong Province ，523000 China）

Abstract： Stone is the most dangerous defect in glass products. For ultra-thin electronic glass， it not only affects the yield， optical uniformity and appearance quality of glass， but also easily causes glass to burst and affects production safety. Based on the production process of float ultra-thin electronic glass， this paper comprehensively discusses and summarizes possible stone defects on the board surface from the aspects of classification， defect characteristics， causes， preventive measures， etc.， and avoids and eliminates the influence of such defects on the grade and yield of glass as much as possible， so as to provide certain reference for the production of electronic glass.

Key Words： Stone; Defect identification; Electronic glass; Float ultra-thin; Melting

浮法超薄電子玻璃是指采用浮法制成工艺，生产厚度在0.1～1.1mm的电子玻璃，产品的技术门槛高、附加值大，并具有产能大、透过率高、表面平整、化学稳定性及机械性能好等优点，广泛使用于电子及信息行业，如TFT、TN/STN、OLED、TP等基板和盖板玻璃，是平板显示产业的关键基础材料[1]。

在浮法超薄电子玻璃生产过程中，从原料加工，到配合料高温熔化，再到锡槽的成形，最后经退火到冷端获得玻璃产品，每一环节中的失控都有可能使玻璃产品产生缺陷，而玻璃缺陷是影响产品质量的首要因素，其中结石缺陷（固态缺陷）是最为常见的一种。[2]该文从玻璃结石缺陷的分类、特征、成因、预防对策等方面进行探讨和总结，以加快鉴别过程，为熔化工艺技术人员更快地找到问题的根源提供判断依据。

1 玻璃结石缺陷分类及鉴别方法

1.1 结石缺陷分类

熔化过程中产生的玻璃结石按其形成原因可分为以下三类[3]∶

（1）熔化结石：与熔化的操作有关；

（2）耐料结石：来源于熔窑耐材侵蚀和损坏；

（3）杂质：来自原料或碎玻璃中的杂质。

这三类结石经过高温冷却后，并残留在玻璃中，显微结构大多以晶体形式存在。

1.2 结石的鉴别方法

当产品中出现大量缺陷，会严重影响玻璃质量，作为生产人员必须第一时间判断缺陷的来源，并采取对应措施，以最大限度减少生产损失。玻璃缺陷判别的方法如下。

1.2.1直接观察法

为最基本、最简单的方法，但需检验人员掌握关于结石缺陷的的丰富知识和经验。通过目测对结石的外观、颜色、结构、形态及与其周围玻璃的关系状态等进行整体了解，有经验的玻璃工艺人员往往便能大致判断结石类别及来源。直接观察法一般只作为初步鉴别，还需要采用相关仪器分析进行最终鉴定。

1.2.2显微结构研究

为最常用、最有效的方法，如利用偏光显微镜（岩相）和扫描电镜。玻璃结石缺陷多数呈晶体状态，可通过研究晶体的形态、构造、性质和晶体生长环境与显微结构的关系等，了解玻璃缺陷的形成机理;[4-5]同时，通过矿物原料的显微结构及形成玻璃体的熔制过程、熔窑耐火材料的显微结构等，判断玻璃缺陷的来源，从而采取相应的措施。

1.2.3成分分析

利用XRD和XRF检测分析结石缺陷中的矿物成分和化学成分，进而判断其可能来源[6]。

1.2.4缺陷图像识别

采用图像处理技术，提取玻璃结石缺陷的相关特征，进而识别缺陷类别，但改方法准确性偏差[7-8]。

2 常见熔化结石

2.1 配合料硅质结石

2.1.1 特征

结构疏松，气孔较多，尺寸可以达几个毫米，是硅砂颗粒和次生氧化硅（鳞石英和方石英）熔合在一起的聚集物，结石内或周围有气泡；由于含硅高形成较宽的扩散层，粘度比正常玻璃大，但表面张力及折射率则不如富铝玻璃，因而与周围玻璃界线不明显；有的外观呈白色，内为未熔的硅质料团，有的在窑内停留时间长的可呈半透明状。

2.2 硅质耐材侵蚀结石

2.2.1 特征

结构较致密的团状，玻璃化的外观，带有白色或灰蓝色；无被包裹的气泡，但在周围的玻璃中可能有气泡。

图7、8是典型的上部结构烧流物缺陷，可能源于熔化部大碹、或下游胸墙上硅砖受到碱蒸汽的侵蚀；缺陷常常带有耐料或燃料中的微元素着色。

图9、10 来自于高硅氧的液滴，一般都积聚在硅质耐火材料的内表面，并形成固态物滴落下来；通常能看到树枝状方石英，则表示自于熔窑火焰区域。

图11、12为透明无色的磷石英结晶体，因碱蒸汽侵袭硅砖大碹和胸墙，使玻璃相软化并从砖内表面渗出，形成一层粘结鳞石英结晶，并可能掉落或被吹落到玻璃的表面。

2.3 耐材剥落或掉落结石

2.3.1特征

白色或灰白色；致密且是细颗粒表面，结石和玻璃之间界面轮廓分明，通常都是有棱角、不规则形状；无夹带的气泡，但周围常常伴有气泡。

2.3.2来源

图13 为耐火材料的热剥落或机械损伤掉落；原始缺陷常常很类似于新鲜的熔化浮渣结石，但这类结石有整齐的边缘，是与浮渣结石的不同点。

图14 为热修或密封熔窑时，耐材掉入并污染玻璃所致；有明显的节瘤（铝质）状包囊和耐材颗粒。

2.4 杂质结石

常见的杂质结石有铬铁矿和单质硅，下面分别展开介绍。

（1）铬铁矿（黑结石）：黑色至深灰绿色的单颗粒，一般为圆而小的颗粒，但也有大的和多角的；常来源于砂子中的铬铁矿，也可能为原料运输中被铬铁矿所污染，或是耐火材料铬铁。显微结构如图15、16所示。

（2）单质硅：无光泽的灰色，通常都是圆形的、不透明的金属小球，周围常伴有气泡；主要来源于配合料或碎玻璃被金属铝污染――最常见的是金属铝、铝质饮料罐、包装盒、瓶盖等（铝把氧化硅还原成单质硅，4A1+3SiO2=A12O3+3Si）。

案例分析：2022年7月8日6点左右，我司板面气泡爆发性突增，气泡整板分布（图17），主要为板上表小泡（图18）；期间板中时有出现成串结石缺陷，岩相观察为铝硅质结石（图19）和单质硅（图20）；12日上午卡脖前出现明显黑色浮渣并掏出（图21），肉眼观察初步怀疑是可能为硅碳棒，随后取实验室硅碳棒和浮渣杂质进行XRD比对分析（图22），硅碳棒与浮渣的衍射峰不匹配，可排除浮渣为硅碳棒的可能；XRD鉴别浮渣杂质的主要矿物成分为氧化铝、单质硅，可以判断是原料或碎玻璃中铝质杂质引起（7月7日22点开始使用外购碎玻璃，时间上能对应）。通过采取停用外购碎玻璃、加强各原料雜质排查、稳定熔化工艺等措施，板面于14日基本恢复正常。3 结语

在浮法超薄电子玻璃生产过程中，各类结石缺陷是影响板面质量和成品率的关键因素，同时也一定程度上影响超薄玻璃在锡槽出口的安全，所以如何减少或避免结石缺陷的产生是工艺人员需重点考虑的问题。该文结合在浮法超薄电子玻璃的实际生产经验及相关文献资料，总结了生产中常见的一些结石缺陷，分析了其相关特征和可能来源，希望能为实际生产提供一定的指导参考。

参考文献

[1]姜宏.超薄浮法电子玻璃[J].玻璃，2021，361（10）：34-36.

[2]杨德博.高硼硅玻璃全电炉产品结石缺陷分析及产生原因探究[J].玻璃搪瓷与眼镜，2020，48（1）：38-42.

[3]姜宏，赵会峰.浮法玻璃固相缺陷显微结构图册[M].1版.北京：化学工业出版社，2007：1-2.

[4]史小荣.在显微镜下对玻璃结石的研究[J].新型建材，2019（8）：18-19.

[5]诸培南.玻璃结石来源的形态学研究[J].硅酸盐学报，1980，8（1）：55-56.

[6]戴旭鹏，朱纪青，黄松林，等.复杂玻璃成分的 X 射线荧光光谱仪定量分析[J].玻璃纤维，2021（3）：11-12.

[7]李建刚.基于深度学习的玻璃缺陷检测[D].福州：福建工程学院，2021.

[8]黄建义.基于数字图像处理的手机面板玻璃缺陷检测与分类方法研究[D].西安：陕西电子科技大学，2020.