光学玻璃基本分类与制造简介

1、 Eric Hsieh 2016.01.25光學玻璃基本的分類與製造簡介 一般光學玻璃以成分區分 soda-lime ( 鈉鈣玻璃 ) gorilla-like ( 高鹼高鋁矽酸鹽玻璃 ) soda-lime 主要供應商 : 中央硝子( CG )、旭硝子( AGC )、板硝子 ( NSG )gorilla-like 主要供應商 : 康寧 ( Corning )、旭硝子( AGC )、電氣硝子 ( NEG ) 、肖特 (SCHOTT ) 一般光學玻璃以化學強化後玻璃參數區分soda-lime : CS = 400 750 Mpa 、 DOL = 8 16 umgorilla-like : CS

2、= 600 1000 Mpa 、 DOL = 30 100 um compressive stress. (CS) ; depth of layer (DOL). 光學玻璃基本介紹2玻璃基板浮法玻璃製程31. 由於玻璃有一面接觸到液態錫 ,因此會有錫點在玻璃面 , 需做拋光製程等加工步驟後才能使用2. 同一熔爐可生產的玻璃基板尺寸較下拉式製程更具彈性，其產出規模也較大在成型的過程中，若與外界接觸的玻璃表面溫度比較低，內部的溫度比較高，這樣的溫度差會在玻璃材料內部形成無法預知的應力。在使用這種玻璃材料時，因為有無法預知的應力，對玻璃的安全性無法掌握。因此成型後的玻璃材料，都需要經過一定的熱處理（

3、退火）程序，以消除玻璃材料內部的應力。退火爐的作用4玻璃基板溢流下拉玻璃製程1. 成型後不拋光須研磨，可減少生產 流程與研磨造成的良率損失2. 同一熔爐可生產的玻璃基板尺寸較 不具彈性，產能容易受限3. 玻璃表面均勻性佳、平坦度好.5溢流下拉玻璃製程模擬影片6玻璃基板成型製程條件的比較7項目浮法玻璃製程溢流下拉玻璃製程產能 ( 噸 / 天 )300 700 5 20單線投資金額美金 1.5 億美金 1 億拋光製程投資金額美金 1 億不須投資融爐所需空間廠房所需面積大廠房所需面積較小,但須挑高建造時間18 24 個月15 18 個月玻璃拉出方向水平垂直向下成形時接觸介質液態金屬 ( 錫 )空氣成

4、型的物理原理液態金屬與玻璃膏間的密度不同重力玻璃厚度控制關鍵熔爐玻璃膏引出量、水平拉出速度溶融後玻璃膏的溢流速與下拉速度厚度0. 3 mm 30 mm0. 2 mm 2.0 mm拋光製程泛用的光學玻璃需要不需要退火方式 水平方式線上退火垂直方式線上退火玻璃的物理強化 8將玻璃加熱到 600 700 接近玻璃軟化點 , 在玻璃表面以冷空氣急速冷卻 .由於玻璃表面在急冷的收縮過程中 , 會產生 壓縮應力, 而未冷卻的玻璃內部會產生 引張應力.增加其強度。玻璃表面的 壓縮應力與其中心層 引張應力互相牽引平衡，而賦予充分的張力，當外力超出其內部封閉的 引張應力時，則張力將失去平衡而粉碎，成為微細粒狀玻

5、璃。化學強化就是把鈉鈣玻璃在一定的反應溫度下，將玻璃浸泡在化學液體中 ( 一般是硝酸鉀溶液 )，讓玻璃中的鈉離子與化學槽中的鉀離子進行離子交換。在離子置換過程中，體積比較小的鈉離子原本的空間，會被體積較大的鉀離子給填補的更緊實。可以這樣想像：一個罐子裏裝滿了玻璃珠，先把玻璃珠拿出來，再把相同數量、但體積比較大的玻璃珠塞回去，可以想像將大顆彈珠塞回後要取出會比在小彈珠時困難。同理，經過鈉鉀離子交換過的表面會存在相對的壓應力，而此實現了強化的效果。玻璃的化學強化9物理強化與化學強化比較物理強化CS : 70 170 Mpa強化後無法再加工3mm 以上玻璃適用 ( 汽車玻璃、建築玻璃等 ) 翹曲量

6、: 較大且不易控制化學強化CS : 一般在 350 Mpa 以上強化後可以做後續切、磨、鑽孔等加工3mm 以下玻璃適用 ( 光學玻璃 )翹曲量 : 0.2 % x L ( 長邊 )10 主要原因是有比 soda-lime 更深的 DOL 因為 gorilla-like 的主要組成材料是高鹼高鋁矽酸鹽 , Gorilla-like 原料中 Al2O3 ( 氧化鋁 )的含量有 10%15% , soda-lime 只有 1% 2% 鋁金屬本身是非常好的活性催化劑 , 在化學強化過程中能加快鉀與 鈉離子的交換gorilla-like 為何強度更好 ? 11 在浮法製程中,其中有一玻璃面是與錫直接做接觸 ( 錫面 ) , 雖然 玻璃表面有做過拋光及研磨處理 , 但仍有金屬錫的分子殘留 在化強加溫過程中 , 錫面應力分佈不均勻 , 錫面離子交換過程中 會受到較大的阻礙 , 而空氣面鉀離子交換會比較正常 , 所以膨脹比 較大 , 因此會造成強化後會向錫面彎曲. 採用浮法製程玻璃的翹曲是註定的12G 4 玻璃基板規格書13OG