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[摘 要]制备优质液晶玻璃基板配合料，制备工艺的每个环节都要处理妥当，且要达到最佳技术标准，才能从工艺与设备上控制住配合料质量。基于此，本文从工艺与设备的角度系统阐述TFT-LCD基板玻璃的原料和规格、配合料制备流程设备及配料系统控制技术，以飨读者。
[关键词]液晶玻璃 配合料 制备工艺 设备
中图分类号：O867 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0129-02
要制备优质液晶玻璃基板配合料，首先根据液晶玻璃基板的性能要求和生产的工艺技术要求，确定使用的原材料及标准规格，将各种原料如石英砂、氧化铝、硼酐、碳酸钙等按照玻璃组分进行配比，通过自动称量系统精确称量后进入混合机混合均匀，达到控制指标，然后输送到玻璃窑炉进行熔制。液晶玻璃配合料制备关键设备包括仓储设备、输送设备、给料设备、称量设备、混合设备以及PLC控制系统。
1.1 原料及其规格
1.1.1 化学组成
TFT-LCD基板玻璃成分主要由网络生成体、网络中间体、网络外体氧化物所构成。
在TFT-LCD基板玻璃中的网络生成体氧化物是玻璃结构的骨架成分，如SiO2、B2O3、P2O5，可单独形成玻璃。它们形成四面体或多面体等网络状骨架结构，最终形成近程有序、远程无序的玻璃体物质。
在TFT-LCD基板玻璃中的网络中间体一般不能单独生成玻璃，常见的中间体氧化物有BeO、MgO、Al2O3、ZnO。这类氧化物的作用介于网络生成体和网络外体之间。
在TFT-LCD基板玻璃中的网络外体不能形成玻璃，不参加网络，一般处于网络之外，填充在网格空隙之中。主要分为两类：一类为碱土金属氧化物RO，即CaO、SrO、BaO，另一类为其他金属氧化物，如ZrO2等。在TFT-LCD基板玻璃中网络外体的作用主要是提高熔化效率和提升熔化质量，调节产品性能，得到玻璃基板所需性能的产品。
此外，还应引入加速熔制过程的澄清剂，其作用主要是促使玻璃液中气泡的消除。澄清剂有氧化砷、氧化锡、氧化锑、硝酸盐、硫酸盐等。其中，氧化锡、氧化锑较为常用。
通常在基板玻璃原料中会引入杂质。基板玻璃的杂质主要为碱金属氧化物（Na2O、K2O）、各种重金属（Cr、Co、Mn、Ni、Cd、Cu、Pb、Fe）等。
1.1.2原料的規格
基板玻璃组成所需的氧化物主要是通过原料进行引入的，根据用量和作用的不同，玻璃原料分为主要原料（石英砂、氧化铝、硼酐）和辅助原料（碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡、氧化镁、氧化锌、氧化锡）。根据原料质量指标对生产工艺及产品质量的影响，原料质量监控项目主要分为主含量、水分、粒度、杂质：
高质量的原料是保证TFT-LCD基板玻璃组成稳定可靠的前提，这主要通过主含量高低进行监控。
杂质主要是指有害杂质（Co、Mn、Ni、Cu、S等），会严重影响TFT-LCD基板玻璃的热稳定性、透过率、光学性能、机械性能等，必须对原料引入的有害杂质进行严格控制。
1.2 配料系统的关键部件
配料系统的关键部件有储料仓、螺旋给料机和振动给料机、电子称、集合溜槽（也称中间仓）。配料系统采用塔库布置形式（如图1.1）。
1.2.1 储料仓
储料仓都设置一个高位料位计和一个低位料位计；料位计为旋转型：当料位计旋转头所在位置有料时，旋转头因阻力而无法转动，此时显示为有料；反之，无料。各种原料运到投料层，通过人工投入料仓储存，给料可根据原料不同而采用电磁振动给料机或螺旋给料机，实现快、慢加料保证称量精度。为防止原料在料仓中囤积或形成拱形，料仓壁周围安装流化垫。为防止粉尘溢出又能将空气排出，并保证称量精度，各部分设备相关连接均采用软连接。
1.2.2 螺旋给料机和振动给料机
给料是配料称量系统的重要环节，有承上启下的作用。给料设备性能好坏直接影响称量系统产品质量和产量。基本要求：给料均匀、准确可靠、定量调整方便；能远程遥控，以便实现全系统控制自动化；密封性好、粉尘飞扬少，振动小。
各储料仓配置一台螺旋给料机，碎玻璃仓配置一台振动给料机；各螺旋给料机有一个受料斗，斗中有搅拌浆叶，避免原料堆积；根据对应的电子秤称量精度要求，各螺旋给料机的螺旋直径、间距不一致，单台螺旋给料机上的螺旋间距是进料端密、投料端稀，使得加料有一个向前的压力。
各螺旋给料机给料依一定次序往各电子秤给料，给料速度由变频器控制电机工作频率分快速、慢速二级，由变频器调节电机工作频率实现给料速度调整；螺旋给料机给料端部配排料阀，给料结束排料阀关闭。各个秤上部的软连接长期使用后容易变硬，会影响称量的精度，应根据实际情况更换（或至少每年更换一次）。
1.2.3 电子称
电子称是玻璃行业目前必不可少的称量工具。对电子称的要求：应具有足够的负荷、精确性和灵敏度必须符合技术要求；称量能在一定范围内调节，并能及时而迅速地调整加料量；结构简单牢固，使用方便可靠，并与生产条件相适应。
称量方式可分为以下3种：
（1）用于塔库的累计称量法。
（2）增量法。该法较普遍，精度高、布置灵活。但残余料量必须受到控制否则会影响称量精度。
（3）减量法。该法可以免除残余料量的影响，对卸料时的悬浮量必须加以控制，否则影响精度。在称量过程中发生事故误差物料已卸入皮带输送机应立即停止皮带处理，否则进入混合机后造成工艺事故及物料浪费。
计量装置：称量称斗由三点传感器电子称或一点传感器电子称加杠杆称支撑。计量装置上设空气锤、气脉冲、气动卸料门。
电子称最少一年校正一次；传感器每六个月检查一次；称重传感器和杠杆称的刀口、刀垫需要注意日常的保养、维护，不能有异物、粉料落入。 1.2.4 集合溜槽
集合溜槽设置在各电子称的排料部到混合机的投料口之间，防止混合机的投料口出现原料堵料。集合溜槽材质为不锈钢，内壁打磨光滑；集合溜槽上安装有气锤以防止原料吸附在上面，确保排料干净。集合溜槽下面，设置有止风阀（即气动阀门），以保证混合机排料时所产生的负压不会对计量产生影响，混合机的原料投料一结束，就会自动关闭。
1.3 配料系统的控制
1.3.1控制系统
一套完整的玻璃配料系统结构由储料系统、给料系统、称量系统、混合和输送系统、中心控制及通信系统组成。
储料系统由投料设备、料仓、电磁振动器、气流脉冲设备组成。
给料系统一般有电磁振动给料系统、螺旋给料系统、料门给料系统、电磁阀给料系统。除此之外还有一些场合使用传送带、刮板、真空抽吸等给料方式，生产中主要使用螺旋给料系统和电磁振动给料系统。
称量系统是整个TFT-LCD基板玻璃配料控制系统的核心。称量部分一般由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成，与称量仪表一起进行物料的称量以及误差检测。电子称称量系统，它由称重、传力复位系统、称重传感器以及称重仪表等组成，称重、传力复位系统是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称称体。称重传感器是将非电量（质量）转换成电量的转换元件，它是将支撑力轉换成电或其他形式的适合计量求值的信号时所用的辅助手段，最常见的是电阻应变式传感器。称重仪表包括处理称重传感器信号的电子线路，放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补偿元件、显示、打印、数据传输、存储器件等部件。
混合和输送系统由混合机、输送设备及其附属设备组成。
中心控制系统一般由称量仪表、上位机、可编程控制器及其他控制器件等组成。主要完成对原料进行管理以及对配料过程进行控制，因此要求精确的过程控制和数据处理能力。要能够实现全自动、半自动、手动配料，可在不同工作模式之间进行切换，必须具有很高的可靠性保证系统连续正常工作，出现故障时能及时报警并停止操作。
TFT-LCD基板玻璃配料系统如图1.2所示，采用二级计算机控制，即由控制级（主控制柜冗余 PLC）和监控管理级（上位机）构成，并配有触摸屏显示及控制。
控制系统PLC、变频器和触摸屏为xx系列产品，采用网络化集成设计，具有与上位机以太网通讯功能，以五套计量装置 A～E 及混合机等为主所组成的计量系统，其功能包含5套称量控制仪表对各传感器进行检测，动态显示物料的重量，并实时将称重数据传送给 PLC，通过 PLC与称重仪表、变频器的通讯来控制整个系统的运行，而变频器等驱动装置根据其检测指令对其螺旋电机、振动给料机调速进行快慢喂料、输送、称量、气吹、报警等控制，从而实现安全和稳定的自动化计量配料控制。
TFT-LCD基板玻璃配料系统上位机软件主要是为了使现场的配料计量工艺数据能够准确及时的反映给操作工人，以便操作工人做出及时有效的操作和维护，同时将重要的数据进行保留归档，为以后的工艺及设备故障分析提供真实的数据，来满足TFT-LCD基板玻璃的工艺配料的精度要求。
参考文献
[1] 张碧栋等.玻璃配合料.武汉；建材工业出版社，1992.
[2] 陈正树等.浮法玻璃.武汉；武汉理工大学出版社，1997.
[3] 赵彦钊等.玻璃工艺学.北京；化学工业出版社，2006.
[关键词]液晶玻璃 配合料 制备工艺 设备
中图分类号：O867 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0129-02
要制备优质液晶玻璃基板配合料，首先根据液晶玻璃基板的性能要求和生产的工艺技术要求，确定使用的原材料及标准规格，将各种原料如石英砂、氧化铝、硼酐、碳酸钙等按照玻璃组分进行配比，通过自动称量系统精确称量后进入混合机混合均匀，达到控制指标，然后输送到玻璃窑炉进行熔制。液晶玻璃配合料制备关键设备包括仓储设备、输送设备、给料设备、称量设备、混合设备以及PLC控制系统。
1.1 原料及其规格
1.1.1 化学组成
TFT-LCD基板玻璃成分主要由网络生成体、网络中间体、网络外体氧化物所构成。
在TFT-LCD基板玻璃中的网络生成体氧化物是玻璃结构的骨架成分，如SiO2、B2O3、P2O5，可单独形成玻璃。它们形成四面体或多面体等网络状骨架结构，最终形成近程有序、远程无序的玻璃体物质。
在TFT-LCD基板玻璃中的网络中间体一般不能单独生成玻璃，常见的中间体氧化物有BeO、MgO、Al2O3、ZnO。这类氧化物的作用介于网络生成体和网络外体之间。
在TFT-LCD基板玻璃中的网络外体不能形成玻璃，不参加网络，一般处于网络之外，填充在网格空隙之中。主要分为两类：一类为碱土金属氧化物RO，即CaO、SrO、BaO，另一类为其他金属氧化物，如ZrO2等。在TFT-LCD基板玻璃中网络外体的作用主要是提高熔化效率和提升熔化质量，调节产品性能，得到玻璃基板所需性能的产品。
此外，还应引入加速熔制过程的澄清剂，其作用主要是促使玻璃液中气泡的消除。澄清剂有氧化砷、氧化锡、氧化锑、硝酸盐、硫酸盐等。其中，氧化锡、氧化锑较为常用。
通常在基板玻璃原料中会引入杂质。基板玻璃的杂质主要为碱金属氧化物（Na2O、K2O）、各种重金属（Cr、Co、Mn、Ni、Cd、Cu、Pb、Fe）等。
1.1.2原料的規格
基板玻璃组成所需的氧化物主要是通过原料进行引入的，根据用量和作用的不同，玻璃原料分为主要原料（石英砂、氧化铝、硼酐）和辅助原料（碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡、氧化镁、氧化锌、氧化锡）。根据原料质量指标对生产工艺及产品质量的影响，原料质量监控项目主要分为主含量、水分、粒度、杂质：
高质量的原料是保证TFT-LCD基板玻璃组成稳定可靠的前提，这主要通过主含量高低进行监控。
杂质主要是指有害杂质（Co、Mn、Ni、Cu、S等），会严重影响TFT-LCD基板玻璃的热稳定性、透过率、光学性能、机械性能等，必须对原料引入的有害杂质进行严格控制。
1.2 配料系统的关键部件
配料系统的关键部件有储料仓、螺旋给料机和振动给料机、电子称、集合溜槽（也称中间仓）。配料系统采用塔库布置形式（如图1.1）。
1.2.1 储料仓
储料仓都设置一个高位料位计和一个低位料位计；料位计为旋转型：当料位计旋转头所在位置有料时，旋转头因阻力而无法转动，此时显示为有料；反之，无料。各种原料运到投料层，通过人工投入料仓储存，给料可根据原料不同而采用电磁振动给料机或螺旋给料机，实现快、慢加料保证称量精度。为防止原料在料仓中囤积或形成拱形，料仓壁周围安装流化垫。为防止粉尘溢出又能将空气排出，并保证称量精度，各部分设备相关连接均采用软连接。
1.2.2 螺旋给料机和振动给料机
给料是配料称量系统的重要环节，有承上启下的作用。给料设备性能好坏直接影响称量系统产品质量和产量。基本要求：给料均匀、准确可靠、定量调整方便；能远程遥控，以便实现全系统控制自动化；密封性好、粉尘飞扬少，振动小。
各储料仓配置一台螺旋给料机，碎玻璃仓配置一台振动给料机；各螺旋给料机有一个受料斗，斗中有搅拌浆叶，避免原料堆积；根据对应的电子秤称量精度要求，各螺旋给料机的螺旋直径、间距不一致，单台螺旋给料机上的螺旋间距是进料端密、投料端稀，使得加料有一个向前的压力。
各螺旋给料机给料依一定次序往各电子秤给料，给料速度由变频器控制电机工作频率分快速、慢速二级，由变频器调节电机工作频率实现给料速度调整；螺旋给料机给料端部配排料阀，给料结束排料阀关闭。各个秤上部的软连接长期使用后容易变硬，会影响称量的精度，应根据实际情况更换（或至少每年更换一次）。
1.2.3 电子称
电子称是玻璃行业目前必不可少的称量工具。对电子称的要求：应具有足够的负荷、精确性和灵敏度必须符合技术要求；称量能在一定范围内调节，并能及时而迅速地调整加料量；结构简单牢固，使用方便可靠，并与生产条件相适应。
称量方式可分为以下3种：
（1）用于塔库的累计称量法。
（2）增量法。该法较普遍，精度高、布置灵活。但残余料量必须受到控制否则会影响称量精度。
（3）减量法。该法可以免除残余料量的影响，对卸料时的悬浮量必须加以控制，否则影响精度。在称量过程中发生事故误差物料已卸入皮带输送机应立即停止皮带处理，否则进入混合机后造成工艺事故及物料浪费。
计量装置：称量称斗由三点传感器电子称或一点传感器电子称加杠杆称支撑。计量装置上设空气锤、气脉冲、气动卸料门。
电子称最少一年校正一次；传感器每六个月检查一次；称重传感器和杠杆称的刀口、刀垫需要注意日常的保养、维护，不能有异物、粉料落入。 1.2.4 集合溜槽
集合溜槽设置在各电子称的排料部到混合机的投料口之间，防止混合机的投料口出现原料堵料。集合溜槽材质为不锈钢，内壁打磨光滑；集合溜槽上安装有气锤以防止原料吸附在上面，确保排料干净。集合溜槽下面，设置有止风阀（即气动阀门），以保证混合机排料时所产生的负压不会对计量产生影响，混合机的原料投料一结束，就会自动关闭。
1.3 配料系统的控制
1.3.1控制系统
一套完整的玻璃配料系统结构由储料系统、给料系统、称量系统、混合和输送系统、中心控制及通信系统组成。
储料系统由投料设备、料仓、电磁振动器、气流脉冲设备组成。
给料系统一般有电磁振动给料系统、螺旋给料系统、料门给料系统、电磁阀给料系统。除此之外还有一些场合使用传送带、刮板、真空抽吸等给料方式，生产中主要使用螺旋给料系统和电磁振动给料系统。
称量系统是整个TFT-LCD基板玻璃配料控制系统的核心。称量部分一般由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成，与称量仪表一起进行物料的称量以及误差检测。电子称称量系统，它由称重、传力复位系统、称重传感器以及称重仪表等组成，称重、传力复位系统是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称称体。称重传感器是将非电量（质量）转换成电量的转换元件，它是将支撑力轉换成电或其他形式的适合计量求值的信号时所用的辅助手段，最常见的是电阻应变式传感器。称重仪表包括处理称重传感器信号的电子线路，放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补偿元件、显示、打印、数据传输、存储器件等部件。
混合和输送系统由混合机、输送设备及其附属设备组成。
中心控制系统一般由称量仪表、上位机、可编程控制器及其他控制器件等组成。主要完成对原料进行管理以及对配料过程进行控制，因此要求精确的过程控制和数据处理能力。要能够实现全自动、半自动、手动配料，可在不同工作模式之间进行切换，必须具有很高的可靠性保证系统连续正常工作，出现故障时能及时报警并停止操作。
TFT-LCD基板玻璃配料系统如图1.2所示，采用二级计算机控制，即由控制级（主控制柜冗余 PLC）和监控管理级（上位机）构成，并配有触摸屏显示及控制。
控制系统PLC、变频器和触摸屏为xx系列产品，采用网络化集成设计，具有与上位机以太网通讯功能，以五套计量装置 A～E 及混合机等为主所组成的计量系统，其功能包含5套称量控制仪表对各传感器进行检测，动态显示物料的重量，并实时将称重数据传送给 PLC，通过 PLC与称重仪表、变频器的通讯来控制整个系统的运行，而变频器等驱动装置根据其检测指令对其螺旋电机、振动给料机调速进行快慢喂料、输送、称量、气吹、报警等控制，从而实现安全和稳定的自动化计量配料控制。
TFT-LCD基板玻璃配料系统上位机软件主要是为了使现场的配料计量工艺数据能够准确及时的反映给操作工人，以便操作工人做出及时有效的操作和维护，同时将重要的数据进行保留归档，为以后的工艺及设备故障分析提供真实的数据，来满足TFT-LCD基板玻璃的工艺配料的精度要求。
参考文献
[1] 张碧栋等.玻璃配合料.武汉；建材工业出版社，1992.
[2] 陈正树等.浮法玻璃.武汉；武汉理工大学出版社，1997.
[3] 赵彦钊等.玻璃工艺学.北京；化学工业出版社，2006.