（材料学专业论文）等离子体显示器（pdp）用基板玻璃的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本文简要地论述了p d p 用基板玻璃的研究现状、性能要求和应用前景。根 据文献，适当调整组成，采用了r 2 0 r o a 1 2 0 3 z r 0 2 s i 0 2 和 r 2 0 r o a 1 2 0 3 b 2 0 3 z n o z r 0 2 一s i 0 2 两种玻璃体系，并用正交试验方法进行了组 成设计，用高温熔融法进行了制备，得到了制备过程中的工艺参数。同时，用 x r d 对其结构进行了表征，对玻璃的热学性能、粘度、机械性能和化学稳定性 能进行了测试和研究，分析了玻璃各组成因素对其三种主要性能的影响，确定 p d p 用基板玻璃最佳组成。近而对最佳组成配比的p d p 用基板玻璃的电学和光 学性能进行了测试，对其满足p d p 用基板玻璃的要求的情况进行了探讨，为大 规模生产p d p 用基板玻璃提供了一定的理论参考。 玻璃制备过程中，于14 5 0 时加料，升温到14 8 0 时熔制3 5h ( 用搅拌 器进行搅拌) ，于15 0 0 时澄清o 7 5 小时，于5 8 0 退火，保温3 小时。 在r 2 0 一r o a 1 2 0 3 一z r 0 2 s i 0 2 系统中，用x r d 表征了样品为玻璃相，根据正 交试验方法的原理，对玻璃样品的热学性能、机械性能和化学稳定性能结果的 进行了分析，结果显示：对于热膨胀系数，各因素的主次顺序为；碱金属氧化 物 z r 0 2 a 1 2 0 3 碱土金属氧化物 s i 0 2 ；对于转变温度，各因素的主次顺 序为：碱金属氧化物 z r 0 2 a 1 2 0 3 s i 0 2 碱土金属氧化物；对于密度，各因 素的主次顺序为；碱土金属氧化物 z r 0 2 s i 0 2 碱金属氧化物 a 1 2 0 3对 于力学性能，各因素的主次顺序为：碱金属氧化物 a 1 2 0 3 s i 0 2 z r 0 2 碱土 金属氧化物：对于化学稳定性，各因素的主次顺序为：碱土金属氧化物 s i 0 2 碱金属氧化物 a 1 2 0 3 z r 0 2 。p d p 用基板玻璃最优组成为s i 0 25 5 ，a t 2 0 3 9 3 ，m 2 03 8 ，c a o3 2 ，s r 0 7 ，b a o7 ，n a 2 03 2 ，k 2 05 2 ，z r 0 2 1 3 ， t i 0 20 | 3 ，s b 2 0 、0 ，3 。最佳组成配比的p d p 用基板玻璃热膨胀系数为8 0 9 l o 。 武汉理工大学硕士学位论文 。c ( 2 5 3 0 0 。c ) ，转变温度为6 5 2 3 ，软化温度为7 2 5 。c ，适于浮法工艺制造， 密度为2 7 3 9g e r a 3 ，弹性模量为6 8 0 3 7g p a ，三点弯曲强度为7 1 2 8 6m p a ，具 有良好的耐水、耐酸、耐碱性能，体积电阻率为】5 3 2 x 1 0 ”q - i t i ；介电常数为8 1 6 ； 4 0 0w 汞灯照射4 8 小时前后在可见光均有良好的透过性能，基本满足p d p 用基 板玻璃的要求。 在r 2 0 一r o a 1 2 0 3 b 2 0 3 z n o z r 0 2 一s i 0 2 体系中，用x r d 表征了样品为玻璃 相，选择性的对样品玻璃的粘度、热膨胀系数、转变温度、密度、弹性模量、 三点弯曲强度和耐水、耐碱性能进行了测试，基本满足p d p 用基板玻璃的要求， 但样品玻璃的耐酸性极差，酸蚀后玻璃受到了非常严重的破坏，故不适于p d p 用基板玻璃。 关键词：等离子体显示器( p d p ) ， 械性能，化学稳定性能，电学性能， 基板玻璃，正交试验设计，热学性能，机 光学性能 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h ec u l t e n tr e s e a r c hs t a t u s t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so f p r o p e r t i e s a n d a p p l i e df o r e g r o u n d w e r e b r i e f l yr e v i e w e d a c c o r d i n g t ot h e l i t e r a t u r e s ， r 2 0 一r o - a 1 2 0 3 一z r o z - s i 0 2 a n dr 2 0 r o a i z 0 3 b 2 0 3 一z n o z r 0 2 一s i 0 2 s y s t e m w e r e a d o p t e db ya d j u s t i n gg l a s sc o m p o s i t i o n ，a n dt h ec o m p o s i t i o no fg l a s sw e r ed e s i g n e d b yu s i n gc r o s se x p e r i m e n t 1 1 1 eg l a s ss u b s t r a t e ss a m p l e sf o rp l a s m ad i s p l a yp a n e l s w e r ep r e p a r e db ym e l t i n g ，a n dt h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r s d u r i n gt h ep r o c e s so f p r e p a r a t i o nw e r e o b t a i n e d a n dt h e nt h e i rs t r u c t u r ew e r ec h a r a c t e r i z e db y u s i n gx r d ， t h e r m a l p r o p e r t y , m e c h a n i c a lp r o p e r t ya n dc h e m i c a ls t a b i l i t yw e r e t e s t e da n d s t u d i e d ， a n dt h ee f f e c to f c o m p o s i t i o nf a c t o r so nt h e p r o p e r t i e so f t h eg l a s sw e r ea n a y z e d ，t h e b e s t c o m p o s i t i o no fg l a s s s u b s t r a t e sf o rp d pw e r eo b t a i n e d t h e nt h ee l e c t r i c a l p r o p e r t ya n do p t i c a lp r o p e r t yo f t h eg l a s so f t h e b e s tc o m p o s i t i o nw e r et e s t e d ，a n dt h e c o n d i t i o no fm e e t i n gt h ed e m a n d so ft h eg l a s ss u b s t r a t e sf o rp d pw e r ed i s c u s s e d ， w h i c hc a l l p r o v i d e c e r t a i nt h e r i a lr e f e r e n c e d u r i n gt h ep r o c e s so fp r e p a r a t i o n ，a d d i n gm a t e r i a l sa tt h et e m p e r a t u r eo f 14 5 0 ，t h e nh e a t e dt ol4 8 0 t om e l tf o r3 5h o u r s ( a g i t a t i n gb yt h eb l e n d e r ) ，c l a r i f i e d f o ro 7 5h o u r sa t15 0 0 a n dt r e a t e da tt h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r eo f5 8 0 f o r3 h o u r s i nr 2 0 一r o a 1 2 0 3 一z r o z s i 0 2s y s t e m ，t h es a m p l e sw e r ec h a r a c t e r i z e dv i t r e o u s b a s e do nc r o s se x p e r i m e n t ，t h e r m a l p r o p e r t y , m e c h a n i c a lp r o p e r t y a n dc h e m i c a l s t a b i l i t yw e r et e s t e da n da n a l y z e d t h ei n f l u e n t i a lc o m p o s i t i o na f f e c t i n gf a c t o r st o t h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n ti s ：a l k a l io x i d e s z r 0 2 a 1 2 q a l k a l i n ee a r t h o x i d e s s i 0 2 t h ei n f l u e n t i a lc o m p o s i t i o na f f e c t i n gf a c t o r st ot r a n s i t i o np o i n ti s ： a l k a l io x i d e s z r 0 2 a 1 2 0 3 s i o z a l k a l i n ee a r t ho x i d e st h ei n f l u e n t i a l c o m p o s i t i o na f f e c t i n gf a c t o r st od e n s i t yi s ：a l k a l i n ee a r t ho x i d e s z r 0 2 s i 0 2 a l k a l io x i d e s a 1 2 0 st h ei n f l u e n t i a lc o m p o s i t i o na f f e c t i n gf a c t o r st om e c h a n i c a l 武汉理1 大学硕士学位论文 p r o p e r t i e s i s ：a l k a l io x i d e s a 1 2 0 3 s i 0 2 z r 0 2 a l k a l i n ee a r t ho x i d e st h e i n f l u e n t i a l c o m p o s i t i o na f f e c t i n gf a c t o r st o c h e m i c a ls t a b i l i t i e si s ：a l k a l i n ee a r t h o x i d e s s i 0 2 a l k a l io x i d e s a 1 2 0 3 z r 0 2 t h ei d e a lc o m p o s i t i o no fg l a s s s u b s t r a t e sf o rp d pi s5 9 8v e t s i 0 2 ，1 0 9w t a 1 2 0 3 ，3 8v e t m g o ，3 2w t c a o ，7 w t s r o ，7 w t b a o ，5 5 w t n a 2 0 4 5 州k 2 0 ，4 ，3 w t z r 0 2 ， 0 3 州t i 0 2 ，0 3v e t s b 2 0 3 t h ec o e f f i c i e n to ft h e r m a le x p a n s i o no ft h ei d e a l c o m p o s i t i o no fg l a s ss u b s t r a t e sf o rp d p i s8 0 9 x10 。7 * co v e rt h et e m p e r a t u r er a n g eo f 2 5 t o3 0 0 ，t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ei s6 5 2 3 ，s o f l e m n gt e m p e r a t u r ei s7 2 5 ， d e n s i t yi s2 7 3 9g c m 3 ，y o u n g sm o d u l u s i s6 8 0 3 7 ( 巾a ，u l t i m a t et e n s i l es t r e n g t hi s 7 1 2 8 6m p a ，v o l u m er e s i s t i v i t yi s 1 5 3 2 x 1 0 1 0q m ，d i e l e c t r i cc o n s t a n ti s 8 1 6 ， e x c e l l e n ti nc h e m i c a ld u r a b i l i t y , a sw e l la se l e c t r i c a lp r o p e r t yo fo o m l t l o nf l o a tg l a s s ， t r a n s m i t t a n c eo ft h eo r i g i n a la n di r r a d i a t e dg l a s s e sb ym e r c u r yl a m pf o u r4 8h o u r s t h eg l a s sm e e t st h ed e m a n d so f t h eg l a s ss u b s t r a t e sf o rp d p o nt h ew h o l e i nr 2 0 - r o - a 1 2 0 3 - b 2 0 s z n o - z r 0 2 一s i 0 2s y s t e m ，t h es a m p l e sw e r ec h a r a c t e r i z e d v i t r e o u s t h e r m a le x p a n s i o nc o e 蚯c i e n t ，t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e ，v i s c o s i t y ，d e n s i t y ， y o u n g sm o d u l u s s t r e s sa tb r e a k m e e tt h ed e m a n d so ft h eg l a s ss u b s t r a t e sf o rp d po n t h ew h o l ew h i l en o ts t a b l eu n d e rs t r o n ga c i dc o n d i t i o n t h es i l i c an e t w o r kw e r eb r o k e n d o w n b a d l y a f t e re t c h e d ，a n di ti sn o ts u i t a b l ef o rp d e k e yw o r d s ：p l a s m ad i s p l a yp a n e l ( p d p ) g l a s s s u b s t r a t ec r o s s e x p e r i m e n t t h e r m a l p r o p e r t y m e c h a n i c a l p r o p e r t y c h e m i c a l s t a b i l i t y e l e c l r i c a l p r o p e r t y o p t i c a lp r o p e r t y 武汉理j = 大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 随着信息化社会的发展，显示技术进入了加速发展的时代。在传统显像管 c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) 彩电市场愈来愈走向饱和、难以开拓新的市场空间之 时，如何开发新的彩电产品、创造出新的消费热点，己成为彩电厂商们迫在眉 睫的课题”。 从目前国内彩电市场的流行趋势来看，以高清晰度、大屏幕为主要特点的 彩电新品已成为下一代彩电发展的主流“。背投影电视、液晶电视和等离子电 视正为争夺未来市场展开了激烈的竞争“。其中，等离子体显示器p d p ( p l a s m a d i s p l a yp a n e l ) 是继c r t 、l c d 之后的新一代显示器，它问世于2 0 世纪6 0 年 代，随着对其发光机理研究的不断深入和制备工艺的曰臻完善”“，该器件具有 一系列优点，如视角广、薄型、图像无畸变、响应速度快、寿命长，具有较高 的发光效率和亮度、有存贮功能、不易受电磁干扰、宜制作大尺寸等，且属于 主动发光型器件，使之与c r t 一样色彩丰富，比c r t 更适用于大屏幕显示，使在 显示效果方面又大大优于液晶显示l c d ( l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) ，成为实现高 清晰度大屏幕显示的佼佼者“”。 近年p d p 已成为显示界的热点，被众多的厂商所普遍公认为是商清晰度数 字电视和大屏幕壁挂电视的第一候选。”，各国对它的研究开发相当活跃，具有 广阔的市场前景。家电行业的跨国公司纷纷减少c r t 电视的产量，加大了等离子 高清晰电视的生产1 ，目前彩色p d p 产业化开发主要集中在亚洲地区，尤以日本、 韩国的研究开发最广，技术最为领先。2 0 0 3 年，韩国的l g 和三星、日本的n e c 和富士通等公司占有9 0 g 上的p d p 生产份额。韩国三星在2 0 0 4 年年底全面量 产8 0 英寸的等离子电视，也是全球是大尺寸的电视。目前我国也成功推出了厦 华等品牌数字等离子电视，但不论在生产规模、市场前景和产品质量上，我国 的p d p 产业还与世界先进国家有很大差距。 目前，由于p d p 生产成本高”1 ，价格昂贵呻1 ，现阶段主要用于如飞机场、火 武汉理工大学硕士学位论文 车站、超市、展示会场、企业研讨、学术会议、远程会议等公共场所的壁挂式 电视、大屏幕信息显示以及自动监视系统等。 1 2p d p 用基板玻璃的研究现状 等离子体显示器在实现大屏幕和高清晰度的进程中，尚存在若干技术难题 需待解决，其中之一是目前作为p d p 基板玻璃的尺寸热稳定性离工艺要求尚有距 离。 | ll 后基板玻璃 i ，洗 ll 玻璃加工、清洗 l 杂处理ll 寻址电极印刷、烧结l 曼烧结ii 障壁形成、烧结 i 曼烧结ll 荧光粉形成、烧结 i 旨化 il 低玻封接面形成 l 1 l对位、封接 一 i 排气、烘烤去气 i充气 l老练 l测试 l 1成品 图卜l 彩色p d p 制造工艺流程图。 由图卜1 的彩色p d p 制造工艺流程图可以看出，组成彩色p d p 的前后玻璃 基板都需要经过一系列的厚膜印刷和高温烘烤、烧结”“。通常这些烧结过程温 武汉理工大学硕士学位论文 度在4 5 0 6 0 0 之间，封接温度为3 8 0 4 0 0 ，排气最高温度为3 5 0 。c ”3 。 目前应用于p d p 的基板玻璃一般为普通浮法钠钙硅玻璃，而对于普通浮法钠钙 硅玻璃来说，很多烧结过程的温度高于玻璃的应变温度和转变温度，从而导致 玻璃基板产生弯曲、不规则形变和热收缩。特别是在p d p 的批量生产过程中， 用隧道炉烧结玻璃基板时，由于前进过程中温度不均匀，导致玻璃基板的扇形 变形( 如图卜2 ) ，这给大面积、高精度p d p 的制造带来很大困难。再则，在相 当于玻璃转变温度以上的区域内反复加热，冷却，如果冷却不均匀，会在玻璃 基板内产生应力，严重时会导致基板一定程度的弯曲( 如图卜3 ) 。对玻璃基板 而言，热收缩也可能会造成很大的形变，在对角线为1m 的彩色a c p d ph d t v 中， 基板百万分之二十的不恰当收缩就会产生至少一个像素的完全错位( 如荧光粉 放置不正确) ”。 热处 慢冷 热处 冷 图卜2 钠钙硅玻璃基板的扇形变形”1图1 - 3 钠钙硅玻璃基板的弯曲变形 目前应用于p d p 基板的玻璃除了浮法制造的普通钠钙硅玻璃外，还有的是 改进了热性能的钠钙玻璃如日本旭硝子的a s a h i 玻璃”“。“4 9 ”1 ，这些玻 璃的显著优点是价格便宜，已经或经不太大的改进后能批量生产，而且与已开 发出的彩色p d p 所用材料匹配。但是，这些玻璃的共同缺点是应变点低、热稳 定性差。在制备p d p 部件焙烧加热的工艺过程中产生热变形和热收缩现象，严 重影响了等离子电视的光电性能，增如制备难度，不适宜用作p d p 基板，尤其 不适宜用于大尺寸高清晰度p d p 的制备”。 武汉理工大学硕士学位论文 对普通钠钙硅玻璃予以改造，除去玻璃组分中因环境变化而产生恶劣影响 的化学成分，其物理性能也有明显改善。 同本旭销子公司”“”“73 “3 等研制出一类可用浮法制造的等离子体显示 器用基板玻璃，其组成范围如表卜i 所示，性能如表卜2 所示。 表卜l可用浮法制造的等离子体显示器用基板玻璃组成范围( w t ) s t o z 她o ，m s oc a o s r ob a o 啦。n 赴。k z oz 帕z s 。，鼍麓菪：嚣 5 4 6 0 乒1 10 “3 5 5 9 1 3 肛10 6 4 1 20 5 , - - 60 , - - 0 61 8 也58 13 表卜2 可用浮法制造的等离子体显示器用基扳玻璃性能 英国皮尔金顿公司研制出低密度等离子体显示器用基板玻璃，其组成范 围如表卜3 所示，性能如表卜4 所示。 表卜3 低密度等离子显示器用基板玻璃组成范围( w t ) 应变点t s t热膨胀系数a密度d 液相温度下的粘度 ! 羔! 圣! ! ：! ! g ! 鲢! ! ! ! ! ! 垒：型 大于5 7 0 7 5 9 0小于2 7 0大于3 0 0 美国c o r n i n g 公司1 研制出无碱的等离子体显示器用基板玻璃1 ，其组成范 围如表卜5 所示，性能如表卜6 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表卜5 无碱的等离子体显示器用基板玻璃组成范围( w t ，) 表卜6 无碱的等离子体显示器用基板玻璃性能 日本旭硝子公司开发成功的p d 2 0 0 玻璃基板，美国c o r n i n g 公司和法国 s a i n t g o b a i n 公司合作开发出的c s 2 5 玻璃基扳“1 的组成范围如表卜7 所示，性 能如表卜8 所示。 表卜7p d 2 0 0 和c s 2 5 基板玻璃组成范围( w t ) 名称s i o 2 a 1 2 0 3 z r o 2 m g o c a o s r o b a o t i o 2 l i 2 0 n a 2 0 k 2 0 p d 2 0 05 2 5 47 11o 5 1 55 9o 一58 1 4 0 1o 一52 67 11 c s 2 53 8 5 01 4 - 2 80 50 - - 41 0 2 0 0 5o 之0 20 22 53 7 表卜8p d 2 0 0 和c s 2 5 基板玻璃性能 热膨胀系数应变点退火点软化点 密度杨氏模体电阻 ( x 1 0 7 )( )( )( ) ( g c m 3 ) 量( g p a ) 对数值 p d 2 0 0 8 35 7 06 2 0 8 3 02 7 77 8 1 2 堕l q 鱼垒8 缝 2 ：鲢 l q ：一一 p d p 2 0 0 和c s 2 5 在很多性能上优于传统p d p 用基板玻璃( 一般为普通浮法钠 钙硅玻璃) ，但由于成本太高，至今仍没有实现大规模的工业化生产。 目前，日本旭硝子、德国肖特、英国皮尔金顿、美国c o r n i n g 公司、法国 s a i n t g o b a i n 公司和我国洛阳玻璃股份有限公司等许多公司都对p d p 用基板玻 璃进行了深入的研究，基本对玻璃组分的组成范围进行了界定，但由于其某些 武汉理工大学硕士学位论文 性能或生产成本原因未能大规模生产。 1 3 p d p 用基板玻璃的性能要求 1 3 1 热学性能的要求 p d p 用基板玻璃的热稳定性对p d p 的性能质量起着非常重要的作用，应用于 p d p 的基板玻璃的应变温度和转变温度应高于p d p 制造工艺中的最高热处理温 度，即转变温度应为6 3 5 以上，另外因大部分p d p 研发单位所用基板玻璃为 普通钠钙硅玻璃，而基板玻璃须与已开发应用的p d p 的其它材料相匹配，即p d p 基板玻璃的热膨胀系数应与钠钙硅玻璃的热膨胀系数相当，为( 7 5 9 5 ) 1 0 。 ( 0 3 0 0 ) 。要使热膨胀系数和转变温度均满足要求是开发新型p d p 基扳 玻璃的难点。 为了保证p d p 基板玻璃大规模生产的经济性和足够的平面度和平整度质量， 采用浮法工艺制造是最佳的选择，浮法工艺制造需满足：玻璃熔制澄清( 粘度 为1 0p a s 时) 温度为l3 0 0 l6 0 0 ；玻璃液流入锡槽( 粘度为1 0 3p a s 时) 的温度为11 2 0 11 5 0 嘶1 。 1 3 2 机械性能的要求 随着p d p 电视尺寸不断增大，p d p 基板玻璃质量的增加会带来不利影响，其 密度应小于3 0g c m 3 。 基板玻璃在等离子电视的生产和运送的过程中受到轻微碰撞，不应发生形 变或破裂“，其弹性模量须大于6 7g p a ，三点抗弯强度须大于7 1m p a 。 1 3 3 化学稳定性能的要求 等离子体显示器在生产过程中，要使用许多化学溶剂进行涂膜和光剂，在 各种不同的光刻溶剂的侵蚀下，基板玻璃不能产生可见的缺陷。要求在9 5 水( 或5 盐酸溶液或5 苛性钠溶液) 中浸2 4 小时后每平方厘米的质量损失小 于2 m g c m 2 。 1 3 4 电学性能的要求 武汉理工大学硕士学位论文 等离子体显示器的基本结构是由前后两块玻璃基板组成的。在前基板上制 作有透明电极、基础电极等；后基板上则制有数据电极和与前基板上电极互相 垂直的电极与肋条，并涂有荧光粉。前基板作为p d p 的阳极，后基板则作为p d p 的阴极。肋条用于隔离前后基板，以形成放电空问，并分隔与构成像素单元， 以防止因像素间串扰而恶化像质。在放电空问内充有用作气体电离放电的惰性 气体( 通常是氖气) 。从p d p 的结构可以看出，玻璃基板主要是用来密封内部的 放电物质的，它必须保证内部与外部的绝缘性，保证玻璃中碱成分不与透明导 电薄膜电极发生反应而影响等离子电视的使用性能“，要求p d p 用基扳玻璃的 体积电阻率大于1 0 1 0q m ，介电常数小于9 。 1 3 5 光学- 洼能的要求 在等离子体显示器中放电时发生紫外线并使基板着色，长时间使用影响画 面。p d p 用前基板玻璃在4 0 0w 汞灯照射4 8 小时前后的可见光透过率均在8 0 以上。 1 4 p d p 用基板玻璃的应用前景 2 1 世纪是p d p 在大屏幕视频显示器领域独领风骚的时代“，目前我国p d p 产业的发展规模较小，但随着p d p 产品性能的日趋完善和价格的降低，p d p 在我 国具有巨大的p d p 潜在市场”，届时对基板玻璃有相当大的需求量。“，特别是随 着彩色等离子体显示屏分辨率的提高及屏幕尺寸的增大1 ，对p d p 用基板玻璃 提出了越来越高的要求。而国内p d p 用玻璃基板的生产尚处空白，只能依靠从 i n 夕i - 几家厂商进口。”，价格高。因此，要使p d p 真正走进普通市民家庭呻1 ，我 国彩色p d p 应朝低成本、规模化生产的方向发展。”。即将到来的降价浪潮，意味 p d p 产品将大规模进入市场，对筹建中的中国p d p 产业的冲击无疑是巨大的。因 为虽然扩大生产规模可使从国外进e l 的部分原材料价格下降，但如果在日本等 国家p d p 产品大规模进入中国市场之前还没有自己的产品上市，将很可能出现国 外商家抢占我国市场的被动局面。加快新型p d p 用基板玻璃的制各工艺技术和 组成一性能关系的研究，并生产出尺寸热稳定性优良且价格低廉的p d p 用基板 武汉理工夫学硕士学位论文 玻璃“，对于促进p d p 技术的进步，加速大屏幕壁挂电视机的实用化进程，促 进我国新型电子玻璃产业的发展，都具有非常重要的意义。 1 ，5 本研究的内容及意义 本研究旨在探索适用于p d p 用基板玻璃的组成配比，试图为大规模生产p d p 用基板玻璃提供借鉴。研究了熔制过程中的工艺参数，测试了样品为玻璃相， 并进一步通过正交试验原理分析了p d p 用基板玻璃的主要组成因素对玻璃主要 性能的影响，确定最佳组成，然后对此最佳组成玻璃的性能进行了测试和分析。 在本研究中，以n a ：0 一c a o s i o ：为基础玻璃体系，参考文献，适当调整组成， 研制了等离子体显示器p d p 用基板玻璃，规模化生产可以弥补国内p d p 用基板 玻璃的空白，使p d p 生产企业降低生产成本，加速数字电视和大屏幕壁挂电视 的发展。 武汉理工大学硕士学位论文 第二章p d p 用基板玻璃的制备 2 1 p d p 用基板玻璃体系组成的确定 2 1 1 p d p 用基板玻璃组成体系的确定 s i 0 。为玻璃网络生成体氧化物，是玻璃的“骨架”，能降低玻璃的热膨胀系 数，提高粘度和热稳定性，提高化学稳定性，提高机械强度。a i 。0 。为玻璃网络 生成体氧化物，对增加玻璃粘度的影响程度比s i o ：大，提高粘度和热稳定性， 提高化学稳定性，提高机械强度，减小对耐火材料的侵蚀，若用a 1 ：0 。代替部分 s i 0 ：，介电损耗增加，导电率上升。n a 。0 和k 2 0 起断网作用，是制造玻璃的助熔 剂，提高热膨胀系数，降低粘度和热稳定性，降低化学稳定性，降低机械强度。 c a o 加速玻璃的熔化和澄清过程，提高机械强度，对耐水、耐酸性有利，含量小 于1 0 ，降低高温粘度，若含量高，料性短，脆性大。m 9 0 能提高玻璃的化学稳 定性和机械强度。b a o 提高密度，提高化学稳定性。z r o 。：提离玻璃的粘度和热 稳定性，全面改善化学稳定性，增加弹性，降低热膨胀系数。b 2 0 3 能提高玻璃 的低温粘度，降低高温粘度，侵蚀浮法熔炉的耐火材料。z n o 能提高玻璃的化 学稳定性。t i 0 2 ：提高耐水性。s b 2 0 3 为澄清剂“1 。 综合各氧化物的作用和等离子体显示器用基板玻璃的研究现状”“，参考日 本旭硝子、德国肖特、英国皮尔金顿、美国c o r n i n g 公司、法国s a i n t g o b a i n 公司和中国洛阳玻璃股份有限公司“1 等许多公司对p d p 用基板玻璃的研究专利 及其对玻璃组成范围的界定，确定本研究以n a ：o - c a o s i o ：( 武汉玻璃厂普通浮 法玻璃组成见表2 1 ) 为基础玻璃体系，适当调整组成，分别采用 r 2 0 一r o a i 。0 。一z r 0 2 s i o 。玻璃组成体系和r 2 0 _ r o - - a i ：0 a b 。0 3 一z n o - z r 0 2 - s i o ：玻璃组 成体系”。 表2 - 1 武汉玻璃厂普通浮法玻璃组成( w t ) “1 化学成分s i o ：a 1 z o sm 9 0 c a o n a 2 0k 2 0f e 2 0 3 普通浮法玻璃7 2 0 64 28 - 1 0 1 1 3o 0 5 o 2 l 2 1 2p d p 用基板玻璃组成的正交试验设计 武汉理工大学硕士学位论文 在研制新材料时，当选定某系统后，都要进行大量的实验，不断调整配方 和工艺条件，才能最后选定一种或几种符合要求的材料成分及工艺过程。这种 研制方法既费时，又浪费大量人力，物力。随着科学技术的发展，人们希望能 有一种方法，只需要有限次的实验，就得到满意的结果，这就是实验设计问题。 一般材料组成中的每一组分的变化，都可能影响其性能，即影响材料性能的因 素有多个，解决这类多因素问题的最好方法是正交试验设计法。正交试验设计 方法，就是利用数理统计学与正交性原理，从大量的实验点中挑选适量的具有 代表性、典型性的点，应用“正交表”合理安排实验的一种科学的实验设计方 法。正交实验设计，考虑所有因子和水平在实验中均匀分配，搭配均匀地有规 律地变化。水平均匀、搭配均匀这两个性质在数学上统称之为“正交性”。正交 试验设计是利用规格化的正交表，恰当的设计出试验方案和有效地分析试验结 果，提出最优配方和工艺条件，并进而设计出更合理方案的一种科学方法。 p d p 用基板玻璃的组成是影响其性能的最主要因素。现分别对 g o r 0 一a 1 z 0 3 一z r o z s i o ：和r z o - r o 咄l 。0 3 一b 2 0 3 z n o _ z r 0 2 一s i o ：两玻璃体系组成进行 正交试验设计。 ( 1 ) r 2 0 - r 0 一a 1 ：0 。一z r o 。一s i 0 。玻璃组成体系 表2 2r ：o _ r o _ a 1 。0 3 - z r 吼一s i o 。体系玻璃组成范围( w t ) ! i q ! 垒! q i 坚g q曼! q兰! q望璺q 盟墼q 坠q丝q 2里q 2 墨! ；q j 5 2 6 06 1 11 叫3 0 52 92 1 22 6 和1 0l “1 0 1 表2 3 因素水平表( w t ) 水平abcde s i 0 2a 1 2 0 3m g o c a os r ob a on a 2 0 k 2 0z r 0 2 1 5 2 66 13 85 33 952 35 51 3 25 57 73 83 2773 25 22 ，8 35 7 49 31 545 51 05 54 54 3 4 5 9 81 0 93 53 58 87 547 45 8 武汉理t 大学硕士学位论文 参考文献”2 “。”。1 9 , ”, 2 5 , 4 l 5 3 j ，对此体系玻璃组成范围进行界定，如表2 2 所 示。其中影响玻璃性能的主要组成因素为s i o ：含量、a 1 。o i 含量、碱土金属氧化 物( m g o 、c a o 、s r o 和b a o ) 含量、碱会属氧化物( n a ：0 和k 。o ) 和z r o 。含量。 根据正交试验设计要求，选取适当的水平，确定l ，。( 4 5 ) 方案”“。具体安排如 表23 所示，试验方案组成如表2 - 4 所示。 表2 - 4 试验方案组成( w t ) a i 5 2 67 ，71 545 51 03 2 5 24 30 30 3 a 25 7 41 0 93 85 ，33 953 25 2 2 80 30 3 a 35 51 0 91 545 51 047 4 5 80 30 3 a 45 9 87 73 85 1 33 9547 41 3o 3 o 3 a 55 2 69 33 85 33 955 54 55 80 30 3 a 65 7 46 11 545 51 05 5 4 51 3o 30 3 a 75 56 13 85 3 3 952 35 54 30 30 3 a 85 9 89 31 545 51 02 35 5 2 80 30 3 a 95 2 66 13 83 27747 42 80 30 3 a 1 05 7 49 33 ，53 58 ，87 547 44 30 30 3 a 1 15 5 9 33 83 2773 25 ，21 3o _ 3o 3 a 1 25 9 86 1 3 53 58 87 53 25 25 80 _ 30 3 a 1 35 2 61 0 93 53 58 87 52 35 51 3 o 30 3 a 1 45 7 47 73 83 2772 35 55 80 30 3 a 1 55 57 73 53 58 87 55 54 52 80 30 3 a 1 6s 9 81 0 ，93 83 2775 54 54 30 30 3 ( 2 ) r 。o r o - a 1 ：0 。- b 。0 ，z n o - z r o ：- s i o ，玻璃组成体系 参考文献“7 ”3 ，对此体系玻璃组成范围进行界定，如表2 - 5 所示。其中影 响p d p 用基板玻璃性能的主要组成因素为s i 如含量、a l 。o 。含量、碱土金属氧化 物( m 9 0 、c a o 、s r o 和b a o ) 含量、碱金属氧化物( n a 。0 和k 。o ) 、z r o 。含量、9 2 0 。 含量和z n o 含量。根据正交试验设计要求，选取适当的水平，确定l ，：( 2 “) 方 案”“。具体安排如表2 - 6 所示，试验方案组成如表2 7 所示。 武汉理工人学硕十学位论文 轰2 二5r 。q = r q 二 ；如= b 。q z b q = z e q s j 钵系玻璃组成范围( i ) s i 0 2a 1 2 0 3m g oc a o s r ob a on a 2 0k 2 0 z r 0 2t i 0 2b 2 0 3 z n os b 2 0 3 5 6 6 0 1 0 1 77 8 57 90 5 l3 78 1 00 30 70 22 51 3o l 表2 - 6 因素水平表( w t ，) 水平abcde fghijk ! ! 塑2 垒! z q 坠坦竺! q ! 盟里! q 翌翌q 鉴! q 垄q 2 堡! q 垫q l5 6l1 0 97 17 50 63 18 50 842 61 2 25 7 81 568 58 3l3 69 ，5 1 85 ，84 32 2 表2 7 试验方案组( w t ) 试验号s i 0 2a 1 2 0 3m g oc a o s r ob a on a 2 0k 2 0z r 0 2b 2 0 3z n o8 b 2 0 3 b l 5 6 11 0 97 18 3l3 19 5o 85 84 31 20 3 b 25 7 ，81 0 96 8 57 513 18 5 1 85 84 32 203 b 35 6 11 56 8 58 3l 3 68 51 85 82 61 2o 3 b 45 7 ，81 57 17 513 6 9 51 844 31 20 3 b 55 6 ，l1 0 96 8 58 30 6 3 69 51 844 32 20 3 b 65 7 81 0 96 8 57 50 63 69 50 85 82 61 20 3 b 75 6 11 57 17 50 63 19 51 85 82 62 20 3 b 85 7 81 57 18 _ 3o 63 68 50 8 5 84 3220 3 b 95 6 11 0 97 17 513 6 8 5o 842 62 20 3 b 1 05 7 81 0 97 18 _ 3 0 63 18 51 842 61 20 3 b 1 15 6 11 56 8 57 5 0 63 18 5o 844 31 2o 3 b 1 25 7 81 56 8 58 3 13 19 50 842 62 20 3 2 2 玻璃的制备 2 ，2 1原料 本实验中，制各p d p 用基板玻璃所用原料如表2 - 8 所示。 2 武汉理工大学硕士学位论文 s i 0 2 n a ，o a 1 2 0 3 m g o c a o s r o b a o k 2 0 z r 0 2 b 2 0 3 z 1 1 _ o 石英砂 n a 2 c 0 3 a i ( o h ) 3 m g c 0 3 c a c 0 1 s r c 0 1 b a c 0 1 k n 0 3 z r o ， h 3 8 0 3 z n o 分析纯 化学纯 化