基板玻璃生产中铂金通道氧浓度与玻璃液中铂铑含量关系研究

杨威 赵龙江 徐剑 王答成 徐莉华

（彩虹显示器件股份有限公司 咸阳 712000）

0 引言

铂金通道是TFT-LCD液晶用基板玻璃生产中一项至关重要的部位，主要作用是对熔化好的玻璃液进行澄清、均化、调整玻璃液黏度，改善玻璃液欠点（包括气泡、结石、贵金属缺陷），为下道工序提供合格优质的玻璃液［1］。玻璃基板配合料经过窑炉熔化之后流入铂金通道中，铂金通道外部环境中的氧浓度经测氧仪测量约为19.8%，与空气中的氧气浓度基本接近，铂金通道在输送玻璃液的高温环境下不可避免地会产生高温氧化挥发，造成玻璃液中产生铂铑等贵金属欠点［2-3］。因此降低铂金通道外围大环境氧气浓度是减少铂铑缺陷产生的有效措施，但是当铂金通道外围环境氧气浓度过低，在还原性气氛下，玻璃液中的某些化合物会被还原为K、C、S、B、Mg等元素，这些元素均能与铂发生反应生成低熔点共熔物而造成铂金“中毒”［4］。所以探索合适的铂金通道外围氧气浓度范围是降低铂铑合金产生高温氧化挥发，减少玻璃贵金属欠点的有效措施。

本文通过设计科学的实验测试装置，测量氧浓度与玻璃液中铂铑含量的对应关系，探索出玻璃液中铂铑含量较低的氧浓度区间，且该氧浓度区间内不会引起铂金还原性“中毒”。

1 实验

本实验设计了科学合理的氧气浓度与玻璃液铂铑含量的测试装置，如图1所示。

测试装置分为两个区域：A区和B区，A区主要实现升温反应功能，B区主要实现气体流量控制及测氧排废气功能。实验流程为：

将与产线相同比例玻璃配合料配制好后放入铂金坩埚内，铂金坩埚材质为PtRh20，铂金坩埚置于石英管材质的反应室内，为了防止实验过程热量外溢，石英管出口采用硅铝系耐火棉及橡胶塞密封，橡胶塞上中下开三个孔，插入三只纯度＞99.99%的刚玉管，上部刚玉管接入氧气浓度监测仪器，中部刚玉管接入废气排出管，下部刚玉管接入氮气通入管及流量控制阀，所有部件连接好后，将反应石英管A区置于高温炉中，按照图2的升温曲线，以3 ℃/min的升温速率升温至1600 ℃，保温180 min，升温过程通入氮气，通过调节氮气流量实现石英管反应腔体内的氧气浓度控制。

图2 高温炉升温过程升温曲线

N2流量调节与氧气浓度对应关系见表1。

表1 N 2流量调节与氧气浓度对应关系

石英管反应腔体内氧气调节的目标浓度为3%、5%、6%、8%、10%、15%及19.8%，通过调节N2流量来控制石英管反应室腔体内铂金坩埚外部环境的氧气浓度，待玻璃配合料充分反应熔化后随炉冷却，将不同氧气浓度下对应的玻璃样品采用ICP质谱仪测量不同氧气浓度对应的玻璃液中铂铑浓度，通入不同的N2流量来实现反应室空间内达到目标氧气浓度。

但是，当铂金坩埚外部环境氧气浓度达到3%，此时不再增加N2流量来继续降低氧气浓度，原因是铂金在还原性气氛下会与玻璃液中的某些化合物被还原为K、C、S、B、Mg等元素，这些元素均能与铂发生反应生成低熔点共熔物而造成铂金“中毒”。

2 结果与分析

不同氧气浓度对应的玻璃液中铂铑浓度检测结果如图3所示。

图3 不同氧气浓度下对应玻璃液铂铑含量

从图3可以看到，石英管反应室腔体内的氧气浓度为15%～19.8%，对应玻璃液中的铂铑浓度较高，易形成贵金属欠点，而随着氧气浓度逐渐下降，对应的玻璃液中的铂铑浓度也随之下降，当石英管反应室腔体内的氧气浓度控制在3%～6%时，对应玻璃液中的铂铑浓度基本保持在稳定状态，此时Pt浓度基本稳定在0.0459×10-6左右，Rh浓度基本稳定在0.3489×10-6左右，较氧气浓度19.8%时，对应的玻璃液中的Pt浓度下降约35%，Rh浓度下降约60%，大幅降低了玻璃液中残留的铂铑缺陷。

3 结论

本文设计了科学合理的实验装置及测量方法，通过调节N2流量来控制铂金坩埚外部空腔的氧气浓度，测量对应氧气浓度下玻璃液中的铂铑浓度。实验结果表明：随着铂金坩埚外部空腔的氧气浓度下降，对应的玻璃液中的铂铑浓度也随之下降，当铂金坩埚外部环境的氧气浓度保持在3%～6%时玻璃液中的铂铑浓度最小，此时玻璃液中的Pt浓度基本稳定在0.0459×10-6左右，Rh浓度基本稳定在0.3489×10-6左右，较正常状态氧气浓度为19.8%时，对应的玻璃液中的Pt浓度下降约35%，Rh浓度下降约60%，大幅降低了玻璃液中残留的铂铑缺陷。此外，通过对基板玻璃生产中铂金通道氧浓度与玻璃液中铂铑关系的研究，为高世代、大尺寸基板玻璃的低贵金属缺陷密度生产提供了强有力的理论依据。