說到玻璃，想必大家并不陌生。

　　早在春秋戰(zhàn)國時期，中國就已經(jīng)能夠制造出無色玻璃，此后，隨著科技的進步和發(fā)展，人類陸續(xù)發(fā)展了各種用途和性能的玻璃。現(xiàn)在，玻璃已成為工業(yè)和科學技術領域的重要基礎材料。

　　在人類步入電子時代之后，作為手機、電腦、電視顯示屏的基礎材料，超薄玻璃成為了電子顯示產(chǎn)業(yè)的核心。

　　玻璃越薄，透光性能就越好，觸控感應能力越靈敏，重量也會隨之越輕，而且，玻璃的柔韌性越好，屏幕就越不易被摔碎或是刮花。但是，玻璃太薄，本身就會易碎，怎樣在量產(chǎn)條件下，讓玻璃既輕薄又有足夠的剛度和強度，是一個相當有挑戰(zhàn)性的目標。

　　（一）浮法工藝“攤出”超薄玻璃原片

　　超薄玻璃指厚度在1.5毫米以下的平板玻璃。

　　超薄玻璃原片的制備方法主要有浮法、溢流下拉法和垂直引上法。目前電子行業(yè)中的中低檔顯示屏普遍使用0.55-1.1mm的超薄玻璃，這些玻璃基本都是用浮法工藝制作而成的。

　　相比于后兩者，浮法工藝對于玻璃薄度的提升有著更大的潛力，更具備繼續(xù)推進研發(fā)的價值，例如中國最新研制出的一款超薄玻璃，光學和力學性質(zhì)良好，厚度僅有0.12毫米，比一張A4紙還薄，是世界上用浮法工藝生產(chǎn)的玻璃中最薄的一款。

　　（中國生產(chǎn)出世界最薄的玻璃只有0.12毫米厚，比一張A4紙還薄 央視新聞截圖）

　　這樣的厚度和平整度僅有浮法工藝能做到，因此世界上玻璃工業(yè)先進國家紛紛將精力優(yōu)先投入在浮法工藝的完善和研發(fā)上。

　　浮法玻璃生產(chǎn)的成型原理并不難，主要在于“浮”字。

　　超薄玻璃的原材料熔融后整體“浮”在一個表面上，類似于“攤煎餅”，只不過和“攤煎餅”不同的是，生產(chǎn)玻璃的“鍋”不是固體的容器，而是高溫的錫液表面——主要過程在保護氣體（氮氣）環(huán)境下的錫槽中完成。

　　最初，玻璃被天然氣槍的高溫所熔化，熔融玻璃從池窯中連續(xù)流入錫槽中，靜置后會漂浮在密度更大的高溫錫液表面上，錫液的上平面（也就是熔融玻璃的下平面）形成一個完整的平面，同時熔融玻璃的上平面由于重力原因也會形成一個與前者相互平行的平面，足夠時間后，熔融玻璃自然會在錫液面上攤成一個平整均勻的雙表面（該表面的厚度可由流入的體積控制）。

　　待玻璃冷卻、硬化后，這層表面就會被拉出，進入冷卻槽，經(jīng)冷卻、切割后，就得到了浮法玻璃產(chǎn)品。

　　（浮法玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)，從右到左）

　　超薄浮法玻璃由于工藝上適合大規(guī)模量產(chǎn)，生產(chǎn)線成熟后可以迅速持續(xù)增加產(chǎn)能，能夠很快產(chǎn)生效益；在產(chǎn)品質(zhì)量方面，經(jīng)過錫液工藝的處理，超薄玻璃的平整性較好，并且透明度很高，光學性質(zhì)也穩(wěn)定均勻，在很多方面都有應用的潛能，目前這種玻璃主要用于六大工業(yè)領域：

　　（1） 電子產(chǎn)業(yè)屏幕用基板玻璃；

　　（2） 儀器、汽車儀表、鐘表蒙面玻璃；

　　（3） 生物醫(yī)藥、顯微鏡用玻璃；

　　（4） 太陽能電池板的基板玻璃；

　　（5） 復印機、傳真機用透視玻璃；

　　（6） 工業(yè)用鱗片玻璃。

　　（二）鋼化工藝讓你的屏幕不易碎

　　超薄玻璃因為出色的輕薄性、優(yōu)秀的平整度和光學性能被廣泛使用在了消費電子領域。

　　不過，在增進用戶體驗的同時，超薄化的玻璃也帶來了很明顯的弊端，那就是力學性能的降低。

　　在降低重量、減少體積的同時，雜質(zhì)、缺陷，甚至一個在制作過程中產(chǎn)生的氣泡或不均勻，任何降低玻璃強度的負面因素都會被放大，同時也會在一定程度上影響玻璃的其他性能。

　　例如，一個小小的刮痕對于普通厚度的平板玻璃來說只是表面上一個微不足道的瑕疵，但對于超薄玻璃來說，同樣深度的裂紋卻已經(jīng)深入內(nèi)部，甚至造成了主要力學結構的斷裂，會對玻璃的力學性質(zhì)造成無法忽視的破壞，這體現(xiàn)在了各種電子顯示屏的易碎上。

　　超薄玻璃基片的力學性質(zhì)不佳，主要在于結構內(nèi)部存在大量微裂紋（實際上普通玻璃也存在），在力的作用下，裂紋擴散后就會破壞整體的結構，造成玻璃損壞，這個問題一度在上世紀七十年代讓當時的主要玻璃廠商備受困擾。

　　這時，加強玻璃結構的鋼化技術應運而生。

　　所謂玻璃鋼化就是主動造成外表面壓應力和內(nèi)部張應力，從而提高玻璃的穩(wěn)定性，在有限的厚度條件下，極大加強超薄玻璃力學性能。在此理論基礎上，生產(chǎn)商開發(fā)了新的技術——物理鋼化法和化學鋼化法。

　　（鋼化玻璃應力分布示意圖）

　　（1） 物理鋼化法

　　這是一種利用熱量擴散速率的不同，制造內(nèi)部應力的鋼化方法，物理鋼化的工藝過程是將玻璃加熱到熔融點附近，然后用冷卻介質(zhì)快速將玻璃表面熱量帶走，使得玻璃表面快速由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。

　　但是在此過程中，玻璃內(nèi)部最初的結構卻產(chǎn)生了變化：

　　首先，玻璃內(nèi)部眾多的裂紋在強烈的壓力下被壓縮，整體穩(wěn)定性得到了強化；

　　另外，玻璃有一部分斷開的鍵來不及重新連接就已經(jīng)固化，這部分玻璃冷卻后的體積大于加熱前的體積。

　　而越往里玻璃的冷卻速度越慢，體積變化不及表面這么多，這樣玻璃表面層的體積就會大于內(nèi)部的體積，使得玻璃表面對內(nèi)部有一個向外拉伸的應力，玻璃內(nèi)部對表面就有一個向里壓縮的應力，能夠抵消一部分外界的沖擊力。

　　（2） 化學鋼化法

　　這是一種用滲透方法改變玻璃表面成分，以增加玻璃力學性能和穩(wěn)定性的方法。

　　玻璃一般由硅-氧鍵網(wǎng)絡以及部分一價、二價等金屬離子組成，但少量的金屬離子卻能起到巨大的效果。化學鋼化法就是基于一價堿金屬離子自然擴散和相互擴散，以改變玻璃表面層的成分，從而形成表面壓應力層。

　　將玻璃浸入熔融的鹽液內(nèi)（通常是硝酸鉀），固態(tài)玻璃與鹽液便發(fā)生離子交換，玻璃表面附近的一部分離子通過擴散浸入熔鹽內(nèi)，它們的空位由熔鹽的堿金屬離子取代，最終改變了玻璃表面層的化學成分，形成10-200微米的致密表面壓應力層。

　　與物理鋼化法類似，這層壓應力層同樣能夠提升超薄玻璃的力學性質(zhì)和穩(wěn)定性。

　　（化學鋼化法主要利用堿金屬離子交換改變玻璃表面組分）

　　（三）中國技術讓屏幕玻璃“白菜化”

　　也許，此刻你正盯著的，就是一塊國產(chǎn)超薄玻璃。

　　但這一塊輕薄的玻璃，卻凝聚了中國玻璃工業(yè)數(shù)十年的努力。

　　（柔性玻璃是電子顯示屏玻璃領域的下一個爭奪點）

　　中國的高端玻璃工業(yè)，基礎弱、起步晚，在技術上長期受到封鎖。上世紀五十年代末，英國向世界宣布并出售玻璃浮法成型工藝，但卻獨獨對中國進行技術封鎖，讓中國的玻璃工業(yè)在起跑時就遠遠落后于競爭對手。

　　電子革命后，美國和日本意識到了浮法制造的超薄玻璃在電子顯示屏領域的重要性，在超薄玻璃的總體技術上很快超過了他們的老師，并且占據(jù)了絕對的行業(yè)主導地位。

　　利用這種主導地位，美國和日本企業(yè)聯(lián)手建立起了壟斷聯(lián)盟，在產(chǎn)品銷售上享受著幾倍乃至十幾倍的溢價，這樣的情形讓當時電子制造產(chǎn)業(yè)正蓬勃發(fā)展的中國吃盡了苦頭。國內(nèi)電子生產(chǎn)企業(yè)不僅需要承擔高昂的溢價，甚至連購買的產(chǎn)品也限量，沒法買到足額，最終的溢價還是需要消費者來承擔。

　　為了不再受到國外企業(yè)在全產(chǎn)業(yè)鏈上的壓制，在國家的支持下，相關科研院所不斷完善自主研發(fā)的浮法超薄玻璃制造工藝。經(jīng)過多年的摸索，最終將完全擁有自主知識產(chǎn)權的中國超薄玻璃及其量產(chǎn)工藝帶上了世界的舞臺。

　　（中國超薄玻璃薄度不斷刷新 央視新聞截圖）

　　2013年，中國成功突破0.55毫米的超薄玻璃量產(chǎn)工藝，從那時起，正是因為中國在這方面的突破和創(chuàng)新，超薄玻璃的國際市場價格已經(jīng)降低了三分之二，受益于此，國際上的手機價格也不斷降低。

　　同時，中國在國內(nèi)國際市場上不斷蠶食守成者的空間，短短四年內(nèi)，中國的顯示屏超薄玻璃在國際市場的份額增長到了40%，在國內(nèi)市場的份額超過80%，帶來了巨額利潤后，中國的超薄玻璃技術研發(fā)開始了良性循環(huán)，進入了趕超國際巨頭的軌道。

　　在數(shù)年內(nèi)，中國超薄玻璃的研發(fā)從最初的全面受制于人，到大舉量產(chǎn)0.55毫米的中低端屏幕基片，再到如今與美國逐鹿0.10毫米以下柔性玻璃的技術優(yōu)勢，這是一個令世界驚艷的成果。

　　結語

　　今天，中國在超薄玻璃的技術上進入了世界第一梯隊，但在整個電子產(chǎn)業(yè)中，領先只是個別領域，追趕則是常態(tài)。

　　超薄玻璃的故事讓我們看到，形成良性循環(huán)、不斷追求更完美的產(chǎn)品、培養(yǎng)更完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)應是中國工業(yè)界時時盼望的目標。