玻璃材料之特性与应用.课件.ppt
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- 玻璃 材料 特性 应用 课件
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1、玻璃材料特性与应用2大纲1. 玻璃材料之定义2. 无机玻璃材料之组成成分与结构3. TFTBG玻璃种类之相关性质 (物理, 机械, 热, 化学, 光, 电)4. TFTBG玻璃材料之相关加工 (外观成形, 薄化, 强化, 退火)5. 结论3大纲1. 玻璃材料之定义2. 无机玻璃材料之组成成分与结构3. TFTBG玻璃种类之相关性质 (物理, 机械, 热, 化学, 光, 电)4. TFTBG玻璃材料之相关加工 (外观成形, 薄化, 强化, 退火)5. 结论41. 玻璃材料之定义玻璃: 任何制备 (熔融, 气相沉积, Sol-Gel等)形成具有玻璃转换区 (Glass Transformation
2、), 且非晶结构 (Amorphous)的任意材料 (有机, 无机, 金属)温度比热Tm玻璃结晶物过冷液态液态玻璃转换区1-1. 基本定义 结晶物玻璃5大纲1. 玻璃材料之定义2. 无机玻璃材料之组成成分与结构3. TFTBG玻璃种类之相关性质 (物理, 机械, 热, 化学, 光, 电)4. TFTBG玻璃材料之相关加工 (外观成形, 薄化, 强化, 退火)5. 结论62. 无机玻璃材料之组成成分与结构玻璃的组成成分, 依据功用可分为主成分与副成分2-1. 无机玻璃材料之组成成分分类 72. 无机玻璃材料之组成成分与结构1. 无硷玻璃: 不含碱金属氧化物成分2. 钠钙硅玻璃: Soda-Lim
3、e-Silica玻璃, 钠, 钙, 硅为主要成分 2-1-1. 主成分 82. 无机玻璃材料之组成成分与结构为了建构不同功能的玻璃, 还可选择加入上列成分例: 氧化磷for光学透镜, 氧化锌for温度计, 氧化铅for水晶装饰品等 2-1-1. 主成分 92. 无机玻璃材料之组成成分与结构赋予玻璃某特性, 或是利于加工而加入2-1-2. 副成分 102. 无机玻璃材料之组成成分与结构1. Soda-Lime-Silica玻璃含有Fe2O3, 外观略呈现透明绿色2. 化学强化玻璃属于Soda-Lime-Silica玻璃, 利用外界K+与玻璃内部的Na+进行 离子交换, 除破裂强度提升外, 其余性
4、质与原Soda-Lime-Silica玻璃相同 3. Corning EXG玻璃, 不含M2O, 亦称无硷玻璃 : 含有此成分, NA: 不含有此成分, M2O: 碱金属氧化物, MO: 碱土金属氧化物2-1-3. 无机玻璃材料的分类 112. 无机玻璃材料之组成成分与结构玻璃为固态非结晶物质, 其组成结构的分析, 适用于不规则网构理论 (Random Network Theory) 2-2. 无机玻璃材料的组成结构 122-2-1. 网构氧化物 2. 无机玻璃材料之组成成分与结构 网构氧化物 (Network Forming Oxides): 玻璃主体结构, 如SiO2, GeO2O2-Si
5、4+以Si为中心, 配位4个O, 形成四面体, 不规则堆积1. Si-O距离分布: 0.1620.45 nm2. O-O距离分布: 0.2650.51 nm3. O-Si-O夹角分布: 144+/-14.4度 立体示意图平面示意图Si-O-Si: 架桥氧共价键特性高, 键结强非依据实际大小132. 无机玻璃材料之组成成分与结构网状结构修饰氧化物 (Network Modifying Oxides): 形成非架桥氧结构, 如碱金属氧化物 (M2O), 碱土金属氧化物 (MO), ZnO, PbO等平面示意图Si-O-: 非架桥氧M+: 形成一个非架桥氧M+M2+Si-O-: 非架桥氧M2+: 形
6、成两个非架桥氧非依据实际大小形成非架桥氧, 导致Si-O-Si的连续性变低共价键的特性变低, 键结变弱O2-Si4+2-2-2. 网状结构修饰氧化物 142. 无机玻璃材料之组成成分与结构 平面示意图1. Al-O形成带1个负电的四面体结构 可以连结Si-O的四面体结构, 同时 可以消耗Modifying Oxides, 减少 非架桥氧形成2. Al含量比Modifying Oxides多时, 如何产生非架桥氧的结构, 目前仍未知M+M2+非依据实际大小中间性氧化物 (Intermediate Oxides): 同时具有前两者的结构效果, 如Al2O3, Fe2O3 Al3+O2-Si4+2-
7、2-3. 中间性氧化物 15大纲1. 玻璃材料之定义2. 无机玻璃材料之组成成分与结构3. TFTBG玻璃种类之相关性质 (物理, 机械, 热, 化学, 光, 电)4. TFTBG玻璃材料之相关加工 (外观成形, 薄化, 强化, 退火)5. 结论163. TFTBG玻璃种类之相关性质 1. Corning EXG为无硷玻璃, 不含碱金属氧化物, 含有较少的Modifying Oxides2. Modifying Oxides会填入结构空隙, 导入非架桥氧, 降低键结, 影响密度, 黏度与特性温度等特性 3-1. 物理性质 173. TFT BG玻璃种类之相关性质1. 原子间的键结强度, 会反应
8、在物质的机械性质上, 键结强度强, 相关的机械特性也较佳 3-2. 机械性质 183. TFT BG玻璃种类之相关性质1. 原子间的键结强度, 会反应在物质的热性质上, 键结越强,热膨胀系数越低2. Soda-Lime-Silica玻璃, 热膨胀系数约为EXG的3倍3-3. 热性质 193. TFT BG玻璃种类之相关性质1. 玻璃最易被HF侵蚀 (10%HF , 20 C, 20分钟, 重量损失5.18 mg/cm2) 因此可用来薄化或是观察缺陷2. 排除HF效应, 玻璃的耐碱性, 相较而言, 比耐水, 耐酸性差3. 正达Soda-Lime-Silica玻璃无检测资料3-4. 化学性质 20
9、3. TFT BG玻璃种类之相关性质1. 非架桥氧会使分子极性上升, 促进了电子与入射光的作用, 因而造成折射率增加2. 在可见光的范围里, 光学性质, 两者无太大差异3-5. 光学性质 213. TFT BG玻璃种类之相关性质1. 玻璃为电的不良导体2. Soda-Lime-Silica玻璃因含有容易移动的碱金属离子, 在300350 C的 Array制程中, 易扩散至电路元件, 影响电讯号的稳定性, 故无使用在 TFT-LCD, 目前有评估, 镀上约100 nm的SiO2来阻止碱金属离子扩散的基板 3-6. 电性质 22大纲1. 玻璃材料之定义2. 无机玻璃材料之组成成分与结构3. TFT
10、BG玻璃种类之相关性质 (物理, 机械, 热, 化学, 光, 电)4. TFTBG玻璃材料之相关加工 (外观成形, 薄化, 强化, 退火)5. 结论234. TFT BG玻璃材料之相关加工 1. 玻璃的外观成型制程, 目前主流分为上述两类2. Soda-Lime-Silica玻璃采用浮式制程3. TFT-LCD玻璃主要采用溢流熔融制程4-1. 外观成形加工 244. TFT BG玻璃材料之相关加工约1500 C约1200 C约1100 C锡浴 (Tin Bath):1. 比重大, 不与玻璃反应2. 易形成氧化锡融渣, 附着于玻璃, 需外加正压, 避免大气接触锡约600 C溢流熔融无抛光制程溢流
11、熔融无外加退火设备4-1-1. 浮式制程 254. TFT BG玻璃材料之相关加工IsopipeFusion Overflow制程, 仅需加大Isopipe的大小, 便可以制作出大尺寸的玻璃基板立体式的制造流程4-1-2. 溢流熔融制程原料264. TFT BG玻璃材料之相关加工1. Floating Process产量较大, 但成形时冷却过快, 需外加退火设备2. Floating Process产出的玻璃, 表面较粗糙, 需外加抛光制程细化 3. Fusion Overflow Process基板尺寸提升性较佳4-1-3. 外观成形制程比对274. TFT BG玻璃材料之相关加工现行玻璃的
12、薄化加工, 包含上述制程4-2. 薄化加工284. TFT BG玻璃材料之相关加工Lapping: 国际日东Grinding: 正达1. 上下定盘反向旋转, 较可稳定玻璃基板, 以利下压施力, 但也有同向旋转的机种2. 正达研磨料使用钻石与氧化铝混合的药锭, 粒径分布广约80300 um3. 国际日东研磨料使用氧化铈粉末, 粒径分布约2.55 um4. 依据研磨粒粒径可以看出, 使用Grinding方式的厚度移除率较 Lapping快5. 物理薄化后需要经过抛光, 以使表面恢复镜面水平(Ra: 0.30.7=0.010.02 um) 4-2-1. 物理薄化制程294. TFT BG玻璃材料之相
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