超白浮法玻璃的應(yīng)用與發(fā)展

超白浮法玻璃的應(yīng)用與發(fā)展

6在其他行業(yè)的應(yīng)用超白浮法玻璃是在浮法過程中由玻璃制成的特殊浮法平板層玻璃，其鐵含量不超過15010-6，具有高光學(xué)透射比的特點。這是一種性能優(yōu)異的新型玻璃，也被稱為低鐵玻璃、無色玻璃和高透明玻璃。它具有晶瑩剔透、高雅秀美的特征,有玻璃家族的“水晶王子”之稱,已被廣泛地應(yīng)用于建筑、太陽能、家電、燈飾、交通、家具等行業(yè)。自2005年7月山東金晶集團(tuán)公司超白浮法玻璃生產(chǎn)線正式投產(chǎn)以來,我國超白浮法玻璃的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域,太陽能薄膜電池產(chǎn)量的急劇增長帶動了薄膜電池基片玻璃——超白浮法玻璃的需求量不斷上升。我國第一條自主研發(fā)的700t/d超白浮法玻璃生產(chǎn)線于2010年1月在山東巨野巨潤建材有限公司正式投產(chǎn),該技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)空白,結(jié)束了我國超白浮法玻璃生產(chǎn)完全依靠國外技術(shù)的歷史。超白浮法玻璃的品質(zhì)和功能優(yōu)于一般浮法玻璃,特別是透光方面,普通浮法玻璃透光率只有86%以上,而巨潤建材的超白浮法玻璃達(dá)到了91.5%以上。超白玻璃主要應(yīng)用于太陽能光電幕墻、高檔玻璃加工、精密電子行業(yè)和高檔建筑等領(lǐng)域,國家大劇院、上海歌劇院以及香港會展中心都有廣泛應(yīng)用,市場前景十分廣闊。6.1gobainwell-roin系列據(jù)不完全統(tǒng)計,目前國內(nèi)生產(chǎn)超白浮法玻璃的生產(chǎn)線已有7條,見表19,正在建設(shè)中的超白浮法玻璃生產(chǎn)線約有4條,見表20。法國圣戈班集團(tuán)是世界生產(chǎn)超白玻璃的主要玻璃商,其產(chǎn)品占據(jù)世界超白浮法玻璃60%以上的市場份額,以Saint-GobainGlassVision系列而著稱。該系列產(chǎn)品以超白浮法玻璃、“日光”玻璃和高透明玻璃為主,專門用于視覺控制和自然光控制以及改善透明效果,以整個系統(tǒng)或系統(tǒng)部件的形式用作建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件,以滿足現(xiàn)代建筑某一重大趨勢的要求。其制造、加工和組合技術(shù)為創(chuàng)新工程的設(shè)計提供了廣闊的空間。該系列產(chǎn)品有:玻璃幕墻系統(tǒng)、全玻璃櫥窗、高檔玻璃家具、玻璃天棚、太陽能建筑物玻璃組件等。在法國,汽車業(yè)用玻璃約占生產(chǎn)總量的25%。目前,每輛車玻璃的平均用量超過4m2。汽車玻璃主要有兩個品種:一種為夾層玻璃,一種為鋼化玻璃。夾層玻璃用作風(fēng)擋,約占加工玻璃總量的1/3。法國國內(nèi)汽車玻璃市場年均約為5.33億歐元,該市場因汽車玻璃使用面積的增加及對玻璃賦予新的超白浮法玻璃功能而不斷拉動超白玻璃市場上升。6.2薄膜電池的市場從哥本哈根會議到剛開幕的世博會,低碳、環(huán)保已逐漸成為世界發(fā)展的主題。國際上對光伏發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)是:2020年裝機(jī)容量占到總?cè)萘康?%,2030年占到10%,2050年占到50%。國家已經(jīng)制定2020年非石化能源使用達(dá)到15%的目標(biāo)。太陽能行業(yè)也隨之迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇,被譽(yù)為太陽能電池革命的TCO玻璃的發(fā)展自然有了更大的空間。世界太陽能電池產(chǎn)量從2001年到2009年增長了26倍,與超白浮法玻璃需求相關(guān)的薄膜電池在過去的9年中增長了53倍,近幾年其產(chǎn)量每年增長都不小于40%。按照目前薄膜電池的技術(shù)狀況,每兆瓦對應(yīng)的玻璃面積約為1.6萬m2,結(jié)合權(quán)威機(jī)構(gòu)對未來幾年太陽能行業(yè)發(fā)展的預(yù)測,全球太陽能行業(yè)對超白浮法的需求量預(yù)測,見表21。目前,我國成為世界最大的太陽能電池的生產(chǎn)國,盡管總的產(chǎn)量占到世界太陽能電池總量的1/3以上,但薄膜電池的生產(chǎn)量還不到世界產(chǎn)量的10%,發(fā)展相對緩慢。隨著國內(nèi)太陽能電池制造商無錫尚德、江西賽維LDK、拓日新能源、天威保變及杜邦等在中國投資薄膜電池生產(chǎn)的投產(chǎn),對超白浮法玻璃的需求量也將直線上升,預(yù)測數(shù)據(jù)見表22。隨著國內(nèi)超白浮法玻璃產(chǎn)品產(chǎn)量不斷增加和成本的降低,超白玻璃在建筑上的應(yīng)用量已逐年攀升。根據(jù)最近兩年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),建筑外裝修對成品玻璃的需求約為3億m2。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部部長在報告中表明,在未來20~30年中,我國每年還要新建20億m2新建筑。按此測算,在未來的這段時間,每年成品玻璃用量將維持在3億m2左右。同時考慮到部分高檔樓宇室內(nèi)裝修的需求,建筑玻璃中超白玻璃的應(yīng)用占到成品玻璃的0.1%~0.8%,也就是未來幾年建筑行業(yè)對超白玻璃的需求量每年約為250萬m2。7玻璃的厚度7.1玻璃建模技術(shù)的特點7.1.1玻璃帶的鋪展減薄速度由浮法玻璃靜止?fàn)顟B(tài)下成形原理知道,玻璃的表面張力、錫液與玻璃的界面張力以及玻璃和錫液的密度,決定了玻璃液在錫液面上能形成厚度約為6.7mm的平衡厚度,平衡厚度主要取決于兩個因素:一是重力,它力圖使液面層變薄從而使其位能最低;另一個是表面張力,它力圖使液面層增厚從而使玻璃液具有最小的表面能。當(dāng)這兩種相反的傾向相等時即達(dá)到平衡。在生產(chǎn)厚玻璃時,我們特別關(guān)注的是當(dāng)玻璃厚度大于平衡厚度時,所發(fā)生的因鋪展而減薄的減薄速度,盡管鋪展減薄速度與鋪展力的大小密切相關(guān),但它能在多大程度上影響鋪展減薄速度還取決于玻璃的黏度大小,根據(jù)理論計算,不同厚度玻璃帶在不同黏度(溫度)下具有不同的鋪展減薄速度,見表23所示。計算結(jié)果表明,當(dāng)溫度降至805℃以下時,玻璃帶的鋪展減薄速度已經(jīng)很小,玻璃的厚度已經(jīng)穩(wěn)定,此時只要使末對拉邊機(jī)的速度與拉引速度相接近即可把這個厚度保持下來。當(dāng)厚度從8mm增至15mm時,平均鋪展減薄速度增大10倍,由此可見玻璃板越厚,成形的難度也越大。7.1.2超厚浮法玻璃的一些制造方法(1)浮法成形法擋墻法是英國皮爾金頓公司專有技術(shù)的生產(chǎn)方法,其基本工藝原理是:在錫槽高溫區(qū)設(shè)置很長的石墨水冷擋墻,玻璃在其間攤平、堆積成所需的厚度。這種成形方法的優(yōu)點是充分利用了浮法成形的基本原理,玻璃的平整及光學(xué)質(zhì)量好,適合>12mm超厚玻璃的生產(chǎn)。但是此法要解決的技術(shù)關(guān)鍵是在高溫下使石墨不與玻璃沾連、玻璃液流量控制和玻璃厚度的控制。因此,整個擋墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝定位和水冷卻強(qiáng)度要求嚴(yán)格。(2)加設(shè)玻璃帶的內(nèi)分力RADS法是國外常用的一種玻璃成形方法,也是國內(nèi)浮法生產(chǎn)線所使用的方法。其基本原理是:通過拉邊機(jī)倒八字的角度給玻璃帶施加一個向內(nèi)的分力,使得已攤薄的玻璃帶堆積至大于自然厚度的玻璃。這種生產(chǎn)工藝的優(yōu)點是:不需要其它輔助設(shè)備,調(diào)整靈活。缺點是:生產(chǎn)厚度有一定的局限性,生產(chǎn)控制難度大,易受溫度變化的影響,導(dǎo)致堆不厚甚至沾邊、滿槽等事故,玻璃的表面平整度不如擋墻法好,一般只適用于生產(chǎn)8~12mm厚玻璃。(3)dt法擋墻的作用該方法是在吸收了以上兩種方法優(yōu)點的基礎(chǔ)上,把它們有機(jī)地結(jié)合在一起,并加以完善、創(chuàng)新和發(fā)展,從而形成的一種新的更有效的方法,簡稱DT法。DT法的基本工藝是:在錫槽高溫區(qū)設(shè)置一組很短的擋墻,使玻璃液在其間堆積成所需的厚度,在擋墻出口處設(shè)置幾對倒八字拉邊機(jī)以阻止玻璃帶向外攤開。DT法擋墻可以靈活調(diào)節(jié)開度,并且可以根據(jù)需要對石墨擋墻進(jìn)行水冷卻或電加熱,它充分應(yīng)用了浮法成形的基本原理,從而生產(chǎn)出平整度極好的玻璃。DT法一方面發(fā)揮了擋墻的堆厚作用,另一方面又避免了長擋墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜等弊端;既克服了單靠拉邊機(jī)堆厚的困難,又發(fā)揮了拉邊機(jī)阻止攤薄的作用。其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、生產(chǎn)厚度范圍大、玻璃質(zhì)量好等特點。DT法生產(chǎn)15mm超厚浮法玻璃的主要工藝參數(shù)見表24、表25。7.1.3關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)超厚浮法玻璃的退火技術(shù)是成形工藝之外的另一個最關(guān)鍵的生產(chǎn)技術(shù),兩者密不可分。不少企業(yè)在試制超厚玻璃時對退火沒有足夠的重視,從而造成玻璃板在退火窯中嚴(yán)重炸裂而被迫中斷拉引,功虧一簣。(1)快速冷卻期應(yīng)力所謂暫時應(yīng)力是指退火下限溫度以下,由于快速冷卻造成玻璃板的內(nèi)外溫差引起的應(yīng)力。在此溫度下,玻璃完全變成彈性體,當(dāng)玻璃冷卻到常溫時,內(nèi)外溫差消失,暫時應(yīng)力也就消失了。由于快速冷卻造成過大的暫時應(yīng)力,往往會引起玻璃板的變形和炸裂。處理暫時應(yīng)力的方法與處理永久應(yīng)力的方法是不同的,不熟練的操作人員往往采取不適當(dāng)?shù)姆椒ǘ觿×苏?越調(diào)越糟,最后被迫放棄快速冷卻的手段,甚至停止了F區(qū)的冷卻風(fēng),使得玻璃板切割區(qū)還處于較高的溫度,影響了切割的質(zhì)量。(2)dt法生產(chǎn)超厚玻璃(1)采用擋墻板(FS法)生產(chǎn)超厚玻璃時,由于玻璃板橫斷面厚度是均勻一致的,因此邊部不會涼,采取一定的邊部保溫措施,可以使內(nèi)應(yīng)力大為減少,容易切割。(2)采用DT法生產(chǎn)超厚玻璃時,由于拉邊機(jī)只起一個輔助擋邊的作用,齒印較淺,齒外的玻璃邊很小,且比較涼,采取一定的保溫措施可以改善邊部的應(yīng)力。(3)采用拉邊機(jī)法生產(chǎn)超厚玻璃時,由于完全依靠拉邊機(jī)來積厚,使得拉邊機(jī)的角度、速度和壓入玻璃的深度增加。齒印外的玻璃邊較寬,玻璃邊涼,使得邊部壓應(yīng)力增加,切割困難。(3)優(yōu)化超厚玻璃競爭因素(1)降低殘余應(yīng)里的關(guān)鍵是降低B區(qū)的冷卻速率G,而G與B區(qū)進(jìn)出口的溫差ΔT及拉引速度有關(guān)。由于B區(qū)的長度已經(jīng)固定,因此降低A區(qū)出口溫度使之提前進(jìn)入退火溫度范圍就是延長了B區(qū)的長度,也就使得冷卻速率G降低了。不少企業(yè)在拉引厚玻璃時,A區(qū)出口溫度偏高,而B區(qū)出口溫度又偏低,導(dǎo)致了B區(qū)ΔT增加,冷卻速率G增加,退火應(yīng)力大大增加。(2)拉引速度和原板寬度及拉引量有關(guān)。為了達(dá)到降低冷卻速率G的目的,采用寬板慢速的方法無疑是正確的。而降低拉引量,是降低拉引速度的有效措施。(3)減少橫向溫差是改善玻璃板寬度方向內(nèi)應(yīng)力的最好措施,加強(qiáng)退火窯外殼的保溫,輥子軸頭和掏碎玻璃孔處的密封,特別是活動輥臺兩側(cè)的保溫及密封顯得尤為重要。(4)A區(qū)進(jìn)口的上下?lián)鹾熂癈區(qū)D區(qū)的擋簾是分隔退火窯各區(qū)的有效手段,如果分隔不好,形成了過堂風(fēng),會嚴(yán)重影響超厚玻璃的退火。(5)在活動輥與退火窯之間采用液化氣燒邊火,來改善超厚玻璃邊溫度偏低是十分有效的。(6)在錫槽的低溫段兩側(cè),適當(dāng)開啟電加熱來改善玻璃帶兩側(cè)的溫差,使得進(jìn)入退火窯以前玻璃板的橫向差減少。(7)由于各種因素的干擾互相影響,超厚玻璃退火曲線的調(diào)整技術(shù)難度較大。在線應(yīng)力儀是厚玻璃生產(chǎn)中顯示退火應(yīng)力的有效測定儀器,借助在線應(yīng)力儀,操作人員可輕松判斷,避免操作失誤。生產(chǎn)15mm超厚浮法玻璃,必須在穩(wěn)定生產(chǎn)12mm浮法厚玻璃的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。這是因為玻璃越厚趨向于平衡厚度的攤開力越大,堆積越困難。每個工藝參數(shù)的微小變化,都會影響整體的變化。8硼酸鈉玻璃8.1發(fā)展總結(jié)8.1.1硼硅硅材料在不銹鋼熔制和熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用硼硅酸鹽玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,已在儀器玻璃、器皿玻璃等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著玻璃熔制工藝和耐火材料的發(fā)展,硼硅酸鹽玻璃應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大?；境煞譃镾iO2、B2O3、Na2O的玻璃為硼硅酸鹽玻璃。幾種典型的硼硅酸鹽玻璃代表成分見表26所示。(1)硼酸玻璃的性能通過研究與實踐應(yīng)用表明,硼硅酸鹽玻璃具有許多方面優(yōu)良的性能:(1)第二、s1o3熱學(xué)性能硼硅酸鹽玻璃由于其高含量的SiO2與B2O3,使得其網(wǎng)絡(luò)完整性和致密度較普通鈉鈣硅玻璃好,具有優(yōu)良的熱學(xué)性能,可應(yīng)用于器皿炊具、建筑防火等領(lǐng)域。(2)在電加工領(lǐng)域的應(yīng)用硼硅酸鹽玻璃具有較高的透光率、較高的表面平整度和較低的熒光性能,可應(yīng)用在電學(xué)、光學(xué)、光子學(xué)和光電學(xué)等領(lǐng)域。由于硼硅酸鹽系統(tǒng)比硅酸鹽系統(tǒng)對稀土氧化物的溶解能力大,玻璃形成范圍相對較廣,因此稀土硼硅酸鹽系統(tǒng)成為人們研究稀土光學(xué)玻璃的主要系統(tǒng)。(3)在建筑中的應(yīng)用硼硅酸鹽玻璃不僅具有較高的抗熱沖擊強(qiáng)度,還具有較高的表面硬度,可以防止刮痕,同時,其密度比普通鈉鈣硅玻璃低12%左右(碰硅酸鹽玻璃一般為2.3g/cm3,鈉鈣硅玻璃一般為2.5g/cm3)。這些顯著的優(yōu)勢意味著硼硅酸鹽玻璃將得到許多重要的應(yīng)用,如用作建筑尤其是高層建筑用玻璃,將大大降低整體建筑物的重量,這也符合現(xiàn)代建筑發(fā)展的輕質(zhì)高強(qiáng)方向。還可用作防彈玻璃和裝甲車玻璃等。此外,由于其強(qiáng)度高、重量輕,如果將其應(yīng)用在需要疊層、夾層的領(lǐng)域時,會極大地減少體積和重量。(4)鹽鈣硅玻璃的特性硼硅酸鹽玻璃除了具有良好的抗酸抗堿性,還具有相當(dāng)好的抗水解性,比鈉鈣硅玻璃高兩個等級。它可以抵抗空氣中的水蒸汽,甚至含液態(tài)酸或堿的水的侵蝕。而鈉鈣硅玻璃則不同,會明顯地受到侵蝕。特別是對于玻璃表面的微裂紋,硼硅酸鹽玻璃不會由于潮濕空氣中的水分子作用而引起裂紋擴(kuò)張,因而表現(xiàn)出較好的水穩(wěn)定性,而鈉鈣硅玻璃則沒有這個性能。(2)硼酸玻璃主要用于廣泛應(yīng)用(1)高含量的si2與b2bo3對儀器玻璃,其要求是:化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、工藝性能好等。而這正好與硼硅酸鹽玻璃具有的優(yōu)良性能相吻合,此類玻璃具有較高含量的SiO2與B2O3。儀器玻璃種類繁多,按其性能、用途和工藝可分為:a.化學(xué)器皿:如燒杯、燒瓶、曲頸瓶、蒸發(fā)皿等;b.物理、化學(xué)儀器:如微量蒸餾管、分餾管、試管等;c.厚壁制品:如酒精燈、鐘罩、干燥器、水槽等;d.量器:如沉淀管、量筒、量杯、滴定管等;e.溫度計制品:如溫度計、比重計、酒精計等。(2)玻璃加工和熱沖擊力能玻璃器皿是玻璃工業(yè)的一個重要分支,基本屬于壓制和吹制類玻璃制品,其產(chǎn)量僅次于平板玻璃和瓶罐玻璃而位居第三。其特點是:透明度高、顏色艷麗、光澤度好、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高。其中玻璃炊具要求抗熱沖擊性好,一般在150℃以上才能直接用明火加熱。用于玻璃炊具的玻璃主要有硼硅酸鹽玻璃和微晶玻璃兩大類,它們的特點是:熱膨脹系數(shù)低(一般在40×10-7/℃以下)、抗熱沖擊強(qiáng)度高(一般在150℃以上)。除用于炊具外,它還用于電磁爐的面板、微波加熱器的頂板等廚房用加熱部件。(3)醫(yī)藥針劑及針劑中b.糖溶膠的應(yīng)用此類玻璃以硼硅酸鹽玻璃為主。幾種主要的藥用玻璃為:a.安瓶玻璃。指灌裝針劑或藥粉用的細(xì)頸薄壁玻璃小瓶。安瓶玻璃最為主要的是它的化學(xué)穩(wěn)定性,其基礎(chǔ)組成為硼硅酸鹽玻璃。目前國內(nèi)市場年需求量為290億支,我國醫(yī)藥針劑將以每年5%的速度增長,2010年達(dá)到375億支,10%~15%的針劑需要耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及避光的安瓶。b.輸液瓶,又稱鹽水瓶。其化學(xué)組成以鋁硼硅酸鹽或低硼硅酸鹽玻璃為主。主要用來盛裝生理鹽水、葡萄糖溶液等藥液,要求這種藥瓶具有良好的中性,一定的抗熱震性和機(jī)械強(qiáng)度。c.注射玻璃。通常以鋁硼硅酸鹽玻璃制造,使用前必須經(jīng)高壓蒸氣消毒滅菌,以防止細(xì)菌感染。因此,要求注射器玻璃具有良好的耐熱性能和較好的穩(wěn)定性。(4)鏡玻璃的應(yīng)用光致變色玻璃一般分為均相型和異相型兩大類。異相型光致變色玻璃形成系統(tǒng)十分廣泛,其組成主要為硼硅酸鹽玻璃。光致變色玻璃最普遍用作眼鏡玻璃,此外,也可以用于汽車防護(hù)玻璃、激光防護(hù)、航天器的窗口材料、新型儀器的開關(guān)等。工業(yè)玻璃視鏡是在一定溫度和壓力條件下使用的透視窗口玻璃,具有透明度高、耐溫、耐壓、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點。目前研制生產(chǎn)的玻璃視鏡有“無堿鋁硅玻璃視鏡”、“硼硅酸鹽玻璃視鏡”、“石英玻璃視鏡”三大系列,數(shù)個品種。工業(yè)玻璃視鏡廣泛用于石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)的管道、閥門、裂解爐、儲液罐等壓力容器和儀器儀表。(5)硼硅玻璃的應(yīng)用玻璃是制造電光源的重要材料之一,主要用于制作玻殼、芯柱等部件。對于電光源玻璃,它要求透過性好、電絕緣性好、與金屬封接性好、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等。硼硅酸鹽玻璃主要應(yīng)用在其中的鎢組玻璃、鉬組玻璃。此外,還用在百熾燈、熒光燈、燈具玻璃中。(6)b-cr玻璃生產(chǎn)玻璃纖維用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前國際上已經(jīng)商品化的纖維用的玻璃成分主要有4種:E-玻璃,亦稱無堿玻璃;C-玻璃,亦稱中堿玻璃;A-玻璃,亦稱高堿玻璃;E-CR玻璃,是一種改進(jìn)的無硼無堿玻璃。目前應(yīng)用最廣泛的一種玻璃纖維是稱為E-玻璃的一種硼硅酸鹽玻璃,它具有良好的電氣絕緣性及機(jī)械性能,廣泛用于生產(chǎn)電絕緣用玻璃纖維,也大量用于生產(chǎn)玻璃鋼用玻璃纖維,它的缺點是易被無機(jī)酸侵蝕,故不適于用在酸性環(huán)境。(7)玻璃膠片的制備采用玻璃鱗片制成的重防腐蝕涂料,在國外60年代就使用在各重大防腐工程上,收到良好的防腐效果,引起了世界各國涂料專家的廣泛注意。玻璃鱗片為美國歐文斯——康寧公司(OwensCorning)發(fā)明,1957年獲得了玻璃鱗片及其涂料的第一個專利。據(jù)有關(guān)資料介紹,制鱗片用的玻璃一般采用硼硅酸鹽玻璃。之所以選用硼硅酸鹽玻璃,是因為其良好的化學(xué)穩(wěn)定性,尤其是良好的耐酸耐堿性。(8)其產(chǎn)品的性能及應(yīng)用性能國內(nèi)已有年產(chǎn)200萬支太陽能真空熱管的廠家,它是通過一流的高新技術(shù)和設(shè)備,以高硼硅玻璃(特硬料)為材料,采用具有國際先進(jìn)水平的濺射選擇性吸收涂層工藝,該產(chǎn)品具有吸收率高、強(qiáng)度好、抗冰雹沖擊、耐酸堿、保溫性能好等特點,使用壽命長達(dá)15以上。以全玻璃真空太陽集熱管為吸熱元件研制的太陽能熱水器產(chǎn)品,對太陽光有極高的吸收率(93%以上)和極低的熱發(fā)射率(6%以下),對熱傳導(dǎo)、熱損失率降到最低限度。(2)硼酸鈉玻璃的發(fā)展趨勢(1)浮法玻璃基片平板顯示器已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｓ绕涫且壕э@示器(LCD)現(xiàn)在已成為平板顯示器中的新寵兒,并已成為一種潮流。所有這些顯示器的一個共同點是:使用的玻璃基片必須是高質(zhì)量、薄厚度的特殊玻璃,并且在此玻璃片上能進(jìn)行精密存儲。對此玻璃基片的要求高、標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán),要求幾乎無缺陷(<50μm)并且表面平整度高;熱膨脹系數(shù)與晶體功能層相匹配,不含堿金屬,優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,最重要的是熱穩(wěn)定性。伴隨玻璃加工技術(shù)的發(fā)展,顯示器玻璃將向大尺寸、薄厚度的方向發(fā)展,這些要求只有通過浮法技術(shù)才能得以實現(xiàn)。液晶顯示(LCD)器件是一種本身不發(fā)光的平板顯示(FPD)器件。因為液晶本身不發(fā)光,因此LCD器件需通過外來光源實現(xiàn)透射或發(fā)射顯示。在開發(fā)LCD用有機(jī)LED(OLED)背光源方面,英國牛津大學(xué)A.Mostey等人以硼硅酸鹽玻璃為基底玻璃開發(fā)出了一種綠光、兩種藍(lán)光的LCD用OLED背光源器件,具有響應(yīng)速度快、耐沖擊、亮度高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點。(2)單片硼硅防火玻璃德國是最早研制生產(chǎn)防火玻璃的國家之一,以其生產(chǎn)浮法硼硅酸鹽透明鋼化防火玻璃而著稱于世界。德國的Schott公司制造的Pyrans防火玻璃產(chǎn)品,是世界上最早用浮法工藝生產(chǎn)的單片硼硅酸鹽防火玻璃。與其它類防火玻璃相比較,該防火玻璃具有更低的熱膨脹系數(shù),其防火能力一般可達(dá)60~120min以上,甚至在1000℃高溫輻射下,仍具有防火能力。其產(chǎn)品規(guī)格較多,有5mm、6.5mm、7.5mm、10mm、12mm等;并通過了英國標(biāo)準(zhǔn)BS6206測試,即用45kg的袋子從457mm高垂直落在玻璃表面而不破裂,這是為了保證人在撞擊玻璃時的安全問題而設(shè)計的。隨著現(xiàn)代建筑對安全防火要求的提高,單片硼硅酸鹽防火玻璃將在世界范圍內(nèi)得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。(3)薄膜太陽能電池目前,在光電材料中硅晶片仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。然而,其價格昂貴,長遠(yuǎn)來看,它不可能大規(guī)模、大尺寸地生產(chǎn)。因此,光電池的發(fā)展趨勢將是高效能薄膜太陽能電池,即減少層數(shù)和厚度,以此來降低成本。也就是說,將采用一層基片玻璃和一層覆蓋玻璃。此基片玻璃要求能承受相當(dāng)程度的熱負(fù)荷(550~630℃),能抵制化學(xué)侵蝕,此外還要滿足機(jī)械強(qiáng)度要求等。而硼硅酸鹽玻璃的良好的熱膨脹性和熱穩(wěn)定性可以與無定形的硅晶片相匹配。8.1.2硼的來源310h20硼硅酸鹽玻璃以硼砂(Na2O·2B2O3·10H20)和硬硼鈣石(2CaO·3B2O3·5H2O)等作為硼的來源。含有該硼質(zhì)的硼硅酸鹽玻璃有如下特性:(1)b2bo3光學(xué)玻璃為了解決光學(xué)玻璃用透鏡的色差,西德的歐·肖特公司開發(fā)了含有B2O3的新光學(xué)玻璃。B2O3在減少光學(xué)玻璃的平均分散差nf-nc(對紅、藍(lán)光向和射率的差)的同時,還具有改善化學(xué)耐久性、抑制失透傾向、降低熔融溫度等效果。該硼硅酸玻璃制品的組成見表27。(2)熱膨脹系數(shù)小由于熱膨脹系數(shù)小,所以可以用作烤爐用玻璃、理化用玻璃、醫(yī)療用玻璃、電子管用玻璃等。(3)玻璃中si0的影響用一部分B2O3置換一部分Na2O-SiO2玻璃中的SiO2后的玻璃可增大電阻。這是因為由于導(dǎo)入B2O3加強(qiáng)了形成(BO4)四面體玻璃的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,減少了電場中Na+離子移動。(4)高頻電場對玻璃介質(zhì)損耗系數(shù)的影響鈉鈣玻璃在高頻照射下可使玻璃的溫度上升。這是因為在高頻電場中,玻璃中的Na+離子產(chǎn)生振動,添加B2O3后,可使玻璃的介質(zhì)損耗系數(shù)顯著減少。(5)部分sio用B2O3置換Na2O-SiO2的一部分SiO2后可以降低表面張力。在添加硼降低表面張力的應(yīng)用方面有含B2O3的玻璃纖維,其紡紗性能好。(6)離子和氫離子置換在Na2O-SiO2玻璃中,Na+離子和氫離子置換后,可形成水解生成物(硅膠膜),通過用B2O3置換該玻璃的SiO2可以改善化學(xué)耐久性。8.1.3用苯氣競爭熔制硼硅玻璃硼硅酸鹽玻璃是指SiO2>75%、B2O3>10%、而鉀、鈉含量很低的玻璃。由于氧化硼的大量引入,玻璃的電學(xué)性質(zhì)及加工性能得到明顯改善。此外,還可提高玻璃的耐水、耐大氣侵蝕性能,并降低熱膨脹系數(shù),提高熱穩(wěn)定性。若干年來,它們越來越被廣泛用于機(jī)械化成型真空器件、氣體放電發(fā)光源泡殼、燈柱以及高溫化學(xué)器皿、太陽能熱水器集熱管、熱水用餐具和炊具等。與普通鈉鈣玻璃不同,高硼硅酸鹽玻璃是一種料性特硬玻璃,通常它們是以四配位的鋁氧四面體[A1O4]、硅氧四面體[SiO4]、硼氧四面體[BO4]及部分三面體[BO3]存在,從而使玻璃結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。玻璃主要成分和性能列于表28。硼硅酸鹽玻璃極難熔制,熔化溫度要求>1600℃,在高溫熔制時,硼極易揮發(fā)(最高可達(dá)20%)。與火焰加熱爐不同,電熔爐熔制是一種先進(jìn)的、科學(xué)的方法,用它來熔制硼硅酸鹽玻璃時,由于加熱是在配合料內(nèi)部進(jìn)行的,并始終保持“冷爐頂”,揮發(fā)物大都冷凝在頂層配合料中,從而使硼的揮發(fā)減至最小程度。對出料量為15t/d的熔制硼硅酸鹽玻璃的電熔爐,熔化池長3.2m、寬3.6m、深1.6m,面積為11.5m2、容量40t,池壁用電熔鋯剛玉磚砌筑。采用深型熔化池有利于建立各種熔化條件,并可延長玻璃液在池內(nèi)的停留時間,以強(qiáng)化其澄清過程。熔化池上部安裝雙排共6對板狀電極,電流密度為0.2A/cm2,總功率1410kW。爐子的熔化率達(dá)1.4t/m2·d,玻璃單位電耗為2.1kW·h/kg。為了延長流液洞的使用壽命,在爐內(nèi)包覆金屬鉬板。在普通火焰爐中,玻璃熔制過程是沿著水平方向開始并進(jìn)行的,而電熔爐卻是沿垂直方向進(jìn)行的。由此在熔化池中可形成若干不同的溫度——黏度帶及不同的熔化速度區(qū)。通常,爐子中心部位,電極附近的溫度總是要高于流液洞隔墻處的溫度。熔制過程中,由于溫度場中各處玻璃液的溫度差造成比重差,比重大的玻璃液將下沉,熱的玻璃液則源源流來補(bǔ)充,如此連續(xù)不斷形成爐中的玻璃液流。測定結(jié)果顯示,它們由縱向液流、工作液流、返回液流、橫向液流、水平液流組成,彼此形成一個可供日日夜夜取用的玻璃“液泉”。液流總是由“熱點”流向四處,縱向液流由“熱點”流向流液洞并和工作液流一起流向操作池,這一部分玻璃液流應(yīng)該是質(zhì)量最好、可供成形制品的,不允許含有未熔砂?；蝠ざ炔痪牟ＡЯ?。電熔爐對出料量的變動很敏感,當(dāng)出料量增大或減小時,配合料覆蓋層的厚度應(yīng)作相應(yīng)改變,出料量增大時,厚度增厚,反之亦然。隨著我國電子、光學(xué)、航天等尖端邊緣科學(xué)日益迅速發(fā)展,作為它們基礎(chǔ)材料之一的硼硅酸鹽玻璃的研究、開發(fā)、制造亦將與日俱進(jìn)。8.2浮法特種高硼硅玻璃。在確定應(yīng)浩先生撰寫的“高硼硅玻璃用浮法工藝生產(chǎn)的可行性分析”論文指出:隨著平板高硼硅玻璃的出現(xiàn),特別是采用浮法生產(chǎn)的特種高硼硅玻璃,高硼硅玻璃的使用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展。浮法特種高硼硅玻璃主要應(yīng)用于LCD投影儀保護(hù)蓋片、光學(xué)濾色反色鏡、醫(yī)用生物基片、生物科技DNA芯片、室外大型燈具的耐熱玻璃面板、耐熱玻璃臺面、高檔防彈玻璃和高級防火玻璃等新型高檔科技和安全領(lǐng)域。目前,日本旭硝子公司與德國肖特公司共同開發(fā)出厚度為6.5mm的透明防火硼硅酸鹽浮法玻璃。對該玻璃進(jìn)行熱處理后,大大提高了其耐沖擊強(qiáng)度,可廣泛應(yīng)用于辦公大樓、各類商業(yè)設(shè)施樓宇、住宅樓群的防火門窗,也可以用作觀景電梯的全景透明玻璃。8.2.1高硼硅玻璃生產(chǎn)技術(shù)由于高硼硅玻璃成分具有高硅高硼中鋁低堿的特點,所以生產(chǎn)高硼硅玻璃存在熔化溫度高、高溫黏度大、玻璃澄清難、硼揮發(fā)量大、玻璃易分層等工藝難點。高硼硅玻璃與鈉鈣硅玻璃的主要性能對比見表29。8.2.2硼硅玻璃國家直斷復(fù)合生產(chǎn)技術(shù)我國的高硼硅玻璃生產(chǎn)始于1952年,國內(nèi)采用坩堝爐手工成形生產(chǎn)小型高硼硅玻璃化工設(shè)備。1958年從德國引進(jìn)全套技術(shù)設(shè)備,采用玻璃池爐熔化連續(xù)生產(chǎn)高硼硅玻璃產(chǎn)品。1971年通過技術(shù)攻關(guān)成功實現(xiàn)池爐垂直下拉法大規(guī)模生產(chǎn)高硼硅玻璃管材。1980年以后陸續(xù)從日本NEG公司等引進(jìn)高硼硅玻璃熔化技術(shù),使用電助熔爐垂直引上機(jī)械化成形技術(shù)生產(chǎn)大型高硼硅玻璃化工設(shè)備。目前高硼硅玻璃的熔化工藝主要采用電助熔燃?xì)?油)法、全電熔法,單純的燃?xì)夥ê腿加头ㄓ捎诓ＡУ娜刍瘻囟冗^高和熔化率過低一般很少采用。浮法玻璃工藝技術(shù)目前是平板玻璃生產(chǎn)工藝技術(shù)的最高水平,它廣泛應(yīng)用于鈉鈣硅平板玻璃生產(chǎn),具有生產(chǎn)工藝技術(shù)先進(jìn)、玻璃平整度高、玻璃厚薄差小、質(zhì)量好等優(yōu)點,同時浮法玻璃生產(chǎn)線的機(jī)械和裝備及自動化控制水平高,能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模集中生產(chǎn)制造,工人勞動強(qiáng)度低,操作維護(hù)簡單方便,勞動生產(chǎn)率高,是其它平板玻璃制造技術(shù)無法比擬的。目前,該工藝技術(shù)逐步應(yīng)用于其它品種的平板玻璃生產(chǎn),如平面顯示玻璃等特種平板玻璃生產(chǎn)。用浮法玻璃生產(chǎn)工藝技術(shù)生產(chǎn)高硼硅平板玻璃已經(jīng)成為現(xiàn)實,德國Schott公司將先進(jìn)的高硼硅玻璃電熔熔化技術(shù)和先進(jìn)的微型浮法工藝技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,創(chuàng)造性地生產(chǎn)出世界上第一塊浮法硼硅酸鹽玻璃。8.2.3高硼硅玻璃的高溫流化床澄清技術(shù)用浮法玻璃工藝技術(shù)生產(chǎn)高硼硅平板玻璃必須根據(jù)高硼硅玻璃的成分、性能特點,結(jié)合浮法玻璃生產(chǎn)工藝的特點和要求,將高硼硅玻璃的高溫熔化澄清工藝技術(shù)和浮法玻璃成形工藝技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,主要需要解決以下幾方面的問題:(1)熱性能及熔窯溫度如表30所示,高硼硅玻璃與鈉鈣硅玻璃的化學(xué)成分相差較大,高硼硅玻璃的高硅高硼中鋁低堿的成分特點,決定了它的熔化是相當(dāng)困難的。根據(jù)資料介紹,在10Pa·S黏度下,高硼硅玻璃液溫度≥1680℃,而鈉鈣硅玻璃液溫度≤1440℃,相差了近250℃。為了使玻璃液達(dá)到這個黏度,熔窯空間溫度還要大幅度提高,通常鈉鈣硅玻璃熔窯的空間溫度要求達(dá)到1550℃,這時熔窯小爐的溫度要達(dá)到≥1580℃。要熔化好高硼硅玻璃,熔窯的空間溫度也要比玻璃液溫度1680℃高得多,最好能夠達(dá)到1750~1800℃,對于采用常規(guī)重油或天然氣燃料的玻璃熔窯來說,達(dá)到如此高的溫度是不可想象的。同時這種玻璃熔窯的耐火材料將很難承受如此高的溫度,嚴(yán)重影響玻璃熔窯的壽命。因此,國內(nèi)外熔化高硼硅玻璃的熔窯絕大部分都是采用電輔助加熱熔化技術(shù)或全電熔熔化技術(shù)。采用電輔助燃?xì)?油)加熱熔化技術(shù)的高硼硅玻璃熔窯,可以采用空氣助燃、富氧助燃、全氧燃燒三種燃燒方式。隨著技術(shù)的進(jìn)步,越來越多的高硼硅玻璃熔窯采用全新的全氧燃燒技術(shù),能夠顯著提高火焰的高溫輻射能力,明顯減少熔窯的煙氣生成量,極大地減少煙氣帶走的熱量,能夠顯著提高熔窯的空間溫度和熱效率,提高熔窯的生產(chǎn)能力,提高玻璃的熔化質(zhì)量。另外,采用全電熔熔化技術(shù)的電熔窯,更適宜高硼硅玻璃的熔化,它能夠非常顯著地降低B2O3和R2O揮發(fā)量。一般來說,使用全電熔窯可以使B2O3的揮發(fā)率由10%~20%,降低到1%~2%。(2)池窯采用nacl和bo3作為區(qū)別對象的玻璃目前,高硼硅玻璃的澄清普遍采用NaCl作為澄清劑,NaCl是傳統(tǒng)的硼硅酸鹽澄清劑,其熔化溫度801℃,沸點1413℃,密度2.164g/cm3。高溫時NaCl揮發(fā),并從玻璃液中擴(kuò)散到殘留氣泡內(nèi)使之膨脹,使氣泡上升逸出,促進(jìn)玻璃的澄清。研究試驗表明,加入少量NaCl(0.5%~1.0%)時,玻璃中的大小氣泡都很多,玻璃澄清效果較差。增加NaCl含量,大氣泡明顯減少,而小氣泡幾乎沒有變化。因此NaCl主要用于消除玻璃中的大氣泡,對于較小氣泡作用并不明顯。但繼續(xù)增加NaCl含量,會導(dǎo)致玻璃澄清過度使玻璃乳濁,同時NaCl對熔窯的耐火材料侵蝕較大。與鈉鈣硅玻璃不同的是,高硼硅玻璃在熔化和澄清過程中,B2O3揮發(fā)在熔化池會造成玻璃成分變化,在工作池生成表面變質(zhì)層使成品產(chǎn)生條紋或結(jié)石。通常高硼硅玻璃是以硼酸和硼砂引入B2O3,火焰窯揮發(fā)量10%~20%,即使改用無水硼砂和無水硼酸,揮發(fā)量最低也要達(dá)到5%~10%。一般來說,玻璃中的K2O和Na2O與B2O3結(jié)合后使得揮發(fā)進(jìn)一步加劇,見表31、表32。同時,池窯熔化會產(chǎn)生分層現(xiàn)象,即下層玻璃液Al2O3含量較高,B2O3含量較低。分層的變質(zhì)玻璃產(chǎn)生在溫度低于1350℃的池底部。當(dāng)工作池溫度較低時,分層現(xiàn)象更為嚴(yán)重,其原因是在1350℃時黏度較大,流動性較差,比重較大的Al2O3等組分易下沉。高硼硅玻璃的均化十分困難,因為從流液洞流出的玻璃液黏度是不均勻的。所以,除必須有足夠均化時間外,在垂直上升道或工作池前端最好設(shè)置專門的均化設(shè)備,如垂直攪拌器和電加熱裝置。攪拌器使液流中央?yún)^(qū)玻璃液均化,電加熱使截面上玻璃液溫差降低,有利于玻璃液均化。(3)流道和流槽的制備浮法鈉鈣硅玻璃流道入口玻璃液溫度≤1200℃,流槽入口玻璃液溫度在1050~1080℃之間。流道采用喇叭形結(jié)構(gòu),與冷卻部相銜接部分使用喇叭口碹結(jié)構(gòu),利用冷卻部空間溫度穩(wěn)定流道玻璃液溫度,之后設(shè)置一道安全閘板和兩道調(diào)節(jié)閘板,以便于緊急事故處理和閘板更換。流道和流槽采用電熔剛玉,該材料由各約50%的-氧化鋁和-氧化鋁構(gòu)成,在<1350℃的溫度下,其抵抗熔融玻璃侵蝕與AZS相匹敵,同時不含F(xiàn)e2O3、TiO2等雜質(zhì),基質(zhì)玻璃相極少,與熔融玻璃液相接觸極少產(chǎn)生氣泡,不污染熔融玻璃液。該材料目前是浮法玻璃熔窯流道流槽的最佳材料。而采用浮法玻璃工藝生產(chǎn)高硼硅玻璃,其流道玻璃液的流入溫度要比現(xiàn)有鈉鈣硅玻璃的溫度高得多。同時,由于玻璃的黏度隨溫度的降低增加較快,玻璃液中B2O3和Na2O揮發(fā),使得玻璃表面形成低硼高硅變質(zhì)層,這層變質(zhì)玻璃析晶溫度較高,很容易析出方石英結(jié)晶。同時,在1350℃以下玻璃液的黏度較大,流動性較差比重較大的Al2O3等組分易下沉,容易造成玻璃液產(chǎn)生分層現(xiàn)象,因此直接采用現(xiàn)有鈉鈣硅玻璃的結(jié)構(gòu)形式和材料都是不適合的,必須采用新型的流道結(jié)構(gòu)和材料,以適應(yīng)高硼硅玻璃的特性。(4)玻璃滲錫量與錫槽前溫度的關(guān)系浮法玻璃成形工藝技術(shù)是將熔窯熔化、澄清、均化好的玻璃液,高溫下在錫槽中漂浮在熔融錫液表面,利用熔融玻璃液的表面張力、玻璃液與錫液間的表面張力、玻璃液的重力的共同作用,完成玻璃液的攤平、展薄、拋光、冷卻、固型等過程,使之成為優(yōu)于磨光玻璃的高質(zhì)量平板玻璃。對浮法玻璃成形起決定作用的因素主要是玻璃的黏度、表面張力和自身重力。在這3個因素中,玻璃液黏度主要起玻璃定型的作用,玻璃液表面張力主要起玻璃拋光的作用,玻璃液重力則主要起玻璃攤平作用,這三者對玻璃液的攤平、拋光和展薄都有一定作用,相互之間結(jié)合才能進(jìn)行浮法玻璃的生產(chǎn)。浮法玻璃下表面滲錫量和滲錫價態(tài)及滲錫深度對浮法玻璃的質(zhì)量和玻璃深加工有較大的影響。目前浮法玻璃下表面滲錫量常用CPM值表示,它是浮法玻璃下表面單位面積每分鐘錫的特征譜線計數(shù),稱為每分鐘計錫數(shù),一般來說,曲線越低越平坦,代表整板滲錫越少且均勻。國內(nèi)與國外及合資企業(yè)的玻璃CPM值相比還有比較大的差距,玻璃滲錫量嚴(yán)重玻璃的深加工處理,具體數(shù)值見表33。根據(jù)資料介紹,錫蒸氣壓隨著錫液溫度升高急劇增加,見表6所示,730℃時錫蒸氣壓為1.35×10-4Pa,1440℃時錫蒸氣壓為133.32Pa,可以看出溫度提高1倍,蒸氣壓提高了7.04×105倍。因此,對比高硼硅玻璃和鈉鈣硅玻璃,假如錫槽前端溫度提高300℃左右,則錫蒸氣壓就提高了142倍。這樣,在浮法生產(chǎn)高硼硅玻璃時,玻璃液就好像處于錫的蒸氣浴中,同時由于生產(chǎn)高硼硅玻璃的溫度提高了好幾百度,錫離子的活性大大增強(qiáng),錫離子滲透到玻璃極表面的能力大大增強(qiáng),滲錫量增加的可能性大大增加,滲錫對玻璃表面性質(zhì)改變的影響更大,這是采用浮法玻璃工藝需要解決的問題之一。8.2.4高硼硅浮法玻璃生目前我國北京、秦皇島、江蘇等地采用浮法玻璃工藝技術(shù)生產(chǎn)高硼硅玻璃已獲得成功。中國耀華玻璃集團(tuán)公司、秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院、杭州藍(lán)星新材料技術(shù)有限公司等專家,長期從事浮法生產(chǎn)工藝技術(shù)、新產(chǎn)品及玻璃質(zhì)量控制的研究開發(fā),在浮法玻璃生產(chǎn)線的設(shè)計實踐基礎(chǔ)上,結(jié)合理論基礎(chǔ)研究優(yōu)勢,對采用浮法工藝技術(shù)生產(chǎn)高硼硅特種浮法玻璃進(jìn)行了一系列的研究開發(fā)工作,解決了高硼硅玻璃的高溫攪拌、復(fù)合澄清、高溫成形等問題,同時還對各個溫度段玻璃板的滲錫進(jìn)行了初步的研究工作,為實現(xiàn)浮法工藝技術(shù)生產(chǎn)高硼硅平板玻璃打下了一個良好的基礎(chǔ)。應(yīng)浩先生認(rèn)為采用浮法玻璃工藝技術(shù)生產(chǎn)高硼硅玻璃是可行的,但由于高硼硅玻璃的熔化溫度高、玻璃黏度大、B2O3和R2O易揮發(fā)、玻璃易分層,玻璃的成形溫度高,需要對現(xiàn)有熔窯和錫槽結(jié)構(gòu)及材料進(jìn)行特殊的處理和改動。9在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用石英玻璃是由二氧化硅(SiO2)單一組分構(gòu)成的特種工業(yè)技術(shù)玻璃。由于其具有耐溫、耐酸(氫氟酸和熱磷酸除外)、低膨脹和極佳的光譜透過性等特殊的理化性能,現(xiàn)已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要材料,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)、光通訊、電光源等高新技術(shù)領(lǐng)域,尤其是半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中,石英玻璃是不可缺少的輔助材料。石英玻璃所具有的一系列優(yōu)異的綜合性能是其它材料難以替代的,尤其在微電子、信息、激光、航空航天、國防軍工以及新型電光源等高科技領(lǐng)域被更廣泛地應(yīng)用,是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可替代的高純基礎(chǔ)材料。據(jù)不完全統(tǒng)計,世界石英玻璃行業(yè)每銷售1億美元產(chǎn)品,就能使相關(guān)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)近萬億美元的收入,由此促進(jìn)高新技術(shù),特別是微電子工業(yè)的迅速發(fā)展,從而又進(jìn)一步拉動了石英玻璃市場需求量的增長,現(xiàn)其年平均增長率已超過30%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般工業(yè)產(chǎn)品的增長速度。9.1國內(nèi)外石英玻璃行業(yè)發(fā)展9.1.1石英玻璃行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀我國石英行業(yè)從上世紀(jì)60年代開始起步,70年代逐漸發(fā)展形成較為完整的產(chǎn)業(yè),到上世紀(jì)80年代后期,石英玻璃行業(yè)才得以迅速發(fā)展,技術(shù)日趨成熟,機(jī)械裝備得到充分改進(jìn)和完善,石英玻璃行業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)新的局面。國內(nèi)石英企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模都較小,幾十家企業(yè)當(dāng)中年產(chǎn)值過億元的只有兩家,產(chǎn)值千萬元以上的不超出10家,產(chǎn)品檔次低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上我國信息、微電子等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。發(fā)達(dá)國家均將石英玻璃作為新材料的重要組成部分,放在優(yōu)先發(fā)展的地位并加以支持。我國也將石英玻璃列入了國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重點支持對象。石英玻璃產(chǎn)業(yè)有了長足發(fā)展,微電子、信息、國防等支柱產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)需要大量石英玻璃,目前國內(nèi)產(chǎn)品的性能還遠(yuǎn)不能滿足要求,大部分依靠進(jìn)口供應(yīng)。9.1.1.1.半導(dǎo)電技術(shù)采用石英玻璃(1)成熟的先進(jìn)制造方法電弧法坩堝生產(chǎn)技術(shù)是科技攻關(guān)與引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展成熟的先進(jìn)制造方法,2004年國內(nèi)石英坩堝產(chǎn)量14萬只,實現(xiàn)銷售收入近億元?，F(xiàn)國內(nèi)共有10家生產(chǎn)企業(yè),擁有電弧法生產(chǎn)設(shè)備26套,主要為太陽能用硅材料生產(chǎn)服務(wù)。(2)國內(nèi)石英礦產(chǎn)品制造技術(shù)這類產(chǎn)品是加工石英玻璃儀器石英玻璃器皿的基礎(chǔ)材料,過去大部分依賴從國外進(jìn)口,近幾年國內(nèi)石英行業(yè)通過加大研發(fā)力度,整合資源優(yōu)勢,在石英材料制造技術(shù)上有了很大的突破,現(xiàn)國內(nèi)制做設(shè)備已達(dá)到30臺,采用二步法拉制高質(zhì)量高精度的石英棒及大直徑石英玻璃管,廣泛應(yīng)用于光纖、半導(dǎo)體、石英加工等領(lǐng)域。(3)石英玻璃儀器、器石英玻璃擴(kuò)散管和各種高純石英制品是集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵性消耗材料,現(xiàn)全國共有十多家企業(yè)生產(chǎn)各類石英玻璃儀器、器皿,2004年銷售額約為3億元。近幾年,國內(nèi)生產(chǎn)石英玻璃儀器、器皿的加工技術(shù)進(jìn)步很快,已接近國際先進(jìn)水平。9.1.1.輔助石英把棒生產(chǎn)石英玻璃沉積管是光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)材料,占光纖組分的90%以上,它的質(zhì)量直接影響光纖傳輸性能和強(qiáng)度。2004年我國生產(chǎn)光纖石英套管達(dá)20t,光纖用輔助石英把管及把棒產(chǎn)量約為120t,工業(yè)產(chǎn)值近6000萬元。激光技術(shù)及國防工業(yè)用光學(xué)石英、石英纖維產(chǎn)量為5~8萬t,產(chǎn)值達(dá)3000萬元。9.1.1.國內(nèi)石英管生產(chǎn)現(xiàn)狀電光源是消耗石英玻璃最大的領(lǐng)域,在高效節(jié)能光源迅速發(fā)展的今天,鹵素?zé)粽趪鴥?nèi)外推廣應(yīng)用,因此石英管的需求數(shù)量驚人。目前,國內(nèi)已擁有100多臺連熔爐,2004年產(chǎn)量達(dá)到1.8萬t,其中透明管為1.5萬t,乳白管為0.35萬t,銷售收入近4.1億元。生產(chǎn)的殺菌燈管、低羥基管、無臭氧石英管、石英鹵素加熱燈管產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GE公司“214A”型水平,已在國際市場上占據(jù)主導(dǎo)供應(yīng)地位。9.1.1.4硅微粉(1)依賴進(jìn)口供應(yīng)球形硅微粉主要應(yīng)用于集成電路的封裝,其長期依賴進(jìn)口供應(yīng)。現(xiàn)國內(nèi)企業(yè)已自主開發(fā)成功高頻等離子法制備球形硅微粉,并建成50t/a的中試生產(chǎn)線,于2005年3月投入生產(chǎn)運行。(2)生產(chǎn)廠家品種單一、粒徑小目前國內(nèi)市場的角形硅微粉包括兩大類:結(jié)晶硅微粉和熔融硅微粉,其中以結(jié)晶硅微粉為主導(dǎo)產(chǎn)品。大多數(shù)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)規(guī)模小,品種單一,產(chǎn)品粒徑一般在0.025mm(600目)以下,全國大約有500家企業(yè),年產(chǎn)總量在30萬t左右。生產(chǎn)出來的產(chǎn)品主要用于玻璃、陶瓷、冶金等領(lǐng)域,也用于硅橡膠、油漆、涂料、封裝二極管、三極管和電工及電子元件的塑封料。9.1.2國外的發(fā)展(1)生產(chǎn)的高規(guī)格石英管規(guī)格以下簡稱“110-6-2m德國勞氏公司已可生產(chǎn)1m直徑(40英寸)超大石英坩堝產(chǎn)品,純度(13種雜質(zhì)元素的總含量)可達(dá)2×10-6(2ppm),生產(chǎn)的大規(guī)格石英管直徑可達(dá)500mm以上,純度在10×10-6(10ppm)以下,基本無波紋。(2)石英層析成像、研磨和鉆孔美國和德國生產(chǎn)的純度較高,二氧化硅含量為99.999%,OH含量≤1×10-6(1ppm)。(3)航天技術(shù)采用宇宙級光學(xué)石英玻璃，激光技術(shù)采用超純合成石英玻璃國外可做到直徑750mm以上,雜質(zhì)含量≤0.1×10-6(0.1ppm),滿足光學(xué)級3個一類要求。(4)高純石英玻璃制造長期由美國尤尼明公司壟斷供應(yīng),其ICTA—8的雜質(zhì)含量可控制在8×10-6(8ppm)以下。9.1.3市場預(yù)測分析近些年來,由于我國不斷加大對電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展力度,同時也促進(jìn)了石英玻璃市場需求量的迅速增長。(1)石英玻璃生產(chǎn)對消耗性的關(guān)鍵材料石英玻璃擴(kuò)散管、坩堝、儀器器皿等石英制品的需求正與日俱增。101.6~203.2mm(4~8英寸)電路