柔性玻璃的组成与性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着高科技产业的不断发展,非平板显示器成为潮流,消费者钟爱具有曲面屏幕的电视机、手机、平板电脑、笔记本及穿戴设备,其圆润的棱角让手感舒适,还增加了防碰撞功能;除曲面显示器外,可弯曲的柔性显示器也正在成为新的潮流,如2016年初苹果公司正在申请的管状中空显示器,也有科研人员正在研究的折叠显示器,如电脑、手机的显示器不用时可像纸张一样折叠成很小面积,便于携带,使用时再将其铺开,即成需要的大面积显示器。柔性显示以其质轻、可轻薄化、耐用和可收卷等优点,成为最具发展潜力的下一代显示技术。

普通玻璃是脆性材料,但当玻璃厚度≤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。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。

美国康宁公司、日本旭硝子公司和德国肖特公司是世界柔性超薄玻璃的领跑者。2012年,美国康宁公司采用高温高压和熔融溢流下拉技术,生产出一种超薄柔性玻璃“willow glass”,厚度为0.1 mm,经钢化处理后,具有优良的强度、耐高温和可弯曲性;2014年,日本的旭硝子公司实现了50μm厚度的超薄玻璃基板的工业化,成功卷成长100m、宽1150 mm的圆卷状产品;2015年,德国schott集团生产出0.03~1.10mm的d263 teco和af32eco的柔性玻璃;2018年,旭硝子玻璃给笔记本电脑和智能手机等折叠式设备开发了厚度仅为0.07mm的超薄玻璃。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容:

a)材料制备

1.实验原料

本次实验主体为钠钙硅玻璃,所用主要原料如表2-1所示:

表2-1 试样玻璃的基本组成(质量分数)/(%)

SiO2

Al2O3

Na2O

K2O

CaO

MgO

72

1

13.5

1.5

8

4

2.仪器及设备:

本次实验所用主要仪器如下所示:

电子天平;箱式硅钼棒电炉;电热鼓风干燥箱;粘度计;马弗炉;切割机;磨片机;抛光机;膨胀仪;显微硬度仪;抗折试验机;X射线衍射仪等。

b)材料表征

  1. 粘度测定

    粘度随配料组分的变化极大,粘度值是决定玻璃制造过程中十分重要的数据,运用粘度计测量玻璃熔体的粘度,从而得知玻璃融化时所经历的各个特征温度点,探究材料的性能;测试所需样品为水淬后的玻璃渣。

  2. 硬度测定

    运用维氏硬度压痕法对玻璃样品的脆性进行测试表征。

  3. 热膨胀系数测定

    通过对试样进行热膨胀实验,绘制热膨胀曲线,得到Tg和Tf,对材料的料性进行研究。

  4. XRD晶相分析

    实验中采用X射线衍射仪(XRD)对粉体的物相进行分析,测定热处理后各个样品的晶体分布,对样品的工艺性能进行分析。

  5. 抗折强度检测

    抗折强度是评价玻璃柔性的一个十分重要的指标,测量试样抗折强度,分析其柔性性能。

2.2研究目标:

1.调整玻璃中不同氧化物的质量百分比,成功熔制出玻璃试样。

2.通过对试样进行性能检测,探究得到Al2O3与Na2O以及Al2O3与CaO的质量百分比的改变分别对玻璃柔性的影响规律。

2.3技术方案:

a)工艺流程

本实验所研究的柔性玻璃是以Na2O-CaO-SiO2作为基础玻璃体系,调整Al2O3与Na2O以及Al2O3与CaO的质量百分比,采用传统的玻璃制备工艺制备试样,最后对试样进行性能检测评估。工艺流程如图2-1,具体过程包括制取待检测玻璃样和性能检测两部分。

图 2-1 玻璃试样制备工艺流程图


b)实验过程

采用高温熔融法制备玻璃,将所配置的原料均匀混合好后放入刚玉坩锅中,置于硅钼棒箱式电炉中加热,设置熔制温度为1550℃,在此温度下保温3小时澄清至无密集小气泡,则完成熔制。

将部分高温熔融的玻璃熔体倒入模具成型,玻璃毛坯成型后立即转入退火用箱式电阻炉,设置退火温度为560℃,保温50min,后取出自然冷却,经切割、打磨、抛光,制成所需大小、形状的试样,进行性能检测;剩余的玻璃熔体倒入水中, 然后在120℃的烘箱中干燥24小时,得到玻璃料,用于粘度和结构测试。

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。明确研究内容,了解研究所需原

料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,根据配料方案,进行玻璃熔制实验并制样。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 司敏杰, 郭卫, 田方, 等. 柔性玻璃的研究现状及发展趋势[j]. 玻璃, 2016, 5: 17-21.

[2] 夏素旗, 顾少轩, 徐心怡. 超薄玻璃的研究和发展[j]. 建材世界, 2015, 36(4):37-40.

[3] 兰中旭, 韦嘉, 俞燕蕾. 柔性显示基板材料研究进展[j]. 华南师范大学学报(自然科学版), 2017, 49(1):9-16.

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