高铝玻璃高透蒙砂的制备工艺研究

摘要

高铝玻璃因本身氧化铝含量高，化学稳定性好，再经化学强化之后具有良好的力学性能，尤其表现在抗压、抗摔和抗划伤等方面，因此被广泛地用于电子产品屏幕的加工过程中。但其同时也存在一些问题，例如未经特殊加工处理的高铝玻璃表面具有较高的反射率，常常造成“眩光袭击”，也就是我们通常所说的“光污染”。本论文利用化学蚀刻法对高铝玻璃表面进行蒙砂处理，制备具有较高透光率、光泽度和低粗糙度的蒙砂玻璃，从而实现消除“光污染”的目的。最后对玻璃蒙砂后的废水进行处理，使其达到国家工业废水排放标准。 本论文以高铝玻璃为研究对象。为了确保蒙砂玻璃制备工作的顺利进行，对蒙砂反应的机理进行探究；在传统玻璃蒙砂配方的基础之上，探索设计高铝玻璃的蒙砂配方组分及配比，通过单因素实验与正交试验对蒙砂液的配比进行优化；采用单因素实验确定了高铝玻璃高透蒙砂的最优工艺参数；对蒙砂玻璃的光泽度和粗糙度进行测量；并对高铝蒙砂玻璃的表面形貌和光学性能进行了测定与分析；蒙砂玻璃制备结束后产生的蒙砂废液进行成分分析和污染物处理。如下对本实验的研究成果进行阐述： （1）利用X射线衍射实验对蒙砂反应过程中生成的氟硅酸盐晶体进行研究，清楚的了解蒙砂玻璃制备过程中反应机理。 （2）在对普通蒙砂液配方进行改进的基础之上，研究了蒙砂配方中各种物质对高铝玻璃蒙砂后表面形貌和蒙砂效果的影响，确定了高铝玻璃蒙砂液的组分为NH4HF2、BaSO4、K2SO4、(NH4)2SO4、(NaPO3)6、C2H4O2。采用单因素实验与正交试验对蒙砂液中各组分的配比进行科学合理的优化，以蒙砂速率和透光率作为参察指标，确定了高铝玻璃蒙砂液的优化配比为(质量比)：NH4HF2:BaSO4:(NH4)2SO4:K2SO4:(NaPO3)6:C2H4O2=35:1.6:7:9:7.5:2.6。 （3）在最优蒙砂液的条件下，得到了高铝玻璃的最优蒙砂工艺参数：蒙砂液pH=2.5，蒙砂温度25℃，时间9 min。通过X射线能谱仪(EDS)对蒙砂玻璃进行分析。结果表明，蒙砂前后玻璃表面所含元素基本无变化，无新元素引入，说明蒙砂处理不会对玻璃的表面结构产生影响。 （4）利用表面粗糙度测定仪和光泽度仪对蒙砂玻璃的粗糙度和光泽度进行测定；采用透光率测定仪测量高铝玻璃处理前后的透光率变化；通过金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）考察分析了蒙砂玻璃的表面形貌。从而根据测定结果对蒙砂玻璃进行评价。结果表明：本论文所制备的高铝蒙砂玻璃光泽度为85.9 Gs，粗糙度为0.08μm左右，透光率为94%，完全满足手机屏幕对这些参数的要求；高铝玻璃经蒙砂处理之后，其表面透过率发生显著的变化，升高了约1.5~2.5%左右，反射率降低了1%左右，而雾度增加了4%左右。这是因为蒙砂反应过程中产生的超微晶粒子在高铝玻璃表面形成了蜂窝状形貌，增大了高铝玻璃表面对光的捕获本领，因此使得透过率提高，这也是蒙砂玻璃可以消除光污染的原因；蒙砂玻璃表面超微晶粒子的粒径大小合理，分布均匀，外观表现为玻璃表面平整、光滑。 （5）为了防止玻璃蒙砂废水直接排放对环境造成影响，本论文通过对高铝玻璃蒙砂制备后的废水所含成分进行分析，确定了需除去的物质，例如氟硅酸盐，废水的氟化物等；本论文使用氟离子选择性电极法来测量蒙砂废水中F-浓度；采用化学沉淀法和混凝法相结合的方法对含氟废水处理研究，处理后排出水中F-浓度降低到4.5 mg/L，完全满足国家废水排放标准。

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摘 要

ABSTRACT

1绪论

1.1 引言

1.2 蒙砂玻璃的定义及其应用领域

1.2.1 蒙砂玻璃

1.2.2 蒙砂玻璃的应用领域

1.3 蒙砂玻璃的制备工艺

1.3.1 喷砂与磨砂法

1.3.2 喷吹法

1.3.3 涂饰法

1.3.4 化学蚀刻法

1.4 玻璃蒙砂废气与废液

1.4.1 玻璃蒙砂废气与废液的产生与处理现状

1.4.2 玻璃蒙砂废气与废液的处理现状

1.5 选题的目的和意义

1.5.1 选题的目的

1.5.2 选题的意义

1.6 主要研究内容和技术路线

1.6.1 主要研究内容

1.6.2 创新之处

1.6.3 技术路线

2 高透蒙砂玻璃制备机理的探究

2.1 引言

2.2 玻璃表面结构

2.3 玻璃的亚表面层结构

2.4 玻璃表面微裂纹

2.4.1 Griffith裂纹

2.4.2 玻璃的表面微裂纹对玻璃性质的影响

2.4 玻璃表面研究方法

2.4.1 主要的研究方法

2.4.2 各种方法在玻璃表面研究中应用

2.5 高铝玻璃蒙砂反应机理的探究

2.5.1 X射线衍射仪分析

2.5.2 蒙砂实验机理

2.6 小结

3 高透蒙砂玻璃的制备工艺探究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验化学试剂及药品

3.2.2 主要实验仪器

3.2.3 实验材料来源

3.2.4 高铝玻璃样片表面预处理

3.2.5 实验步骤

3.2.6 实验路线图

3.3 高铝玻璃蒙砂液最佳组分与配比的确定

3.3.1 蒙砂液中主要氟化物的确定

3.3.2 蒙砂液成分与玻璃蒙砂效果的关系

3.3.3 单因素实验

3.3.4 酸的确定

3.3.5 正交试验

3.4 蒙砂玻璃制备最佳工艺条件的确定

3.4.1 蒙砂时间的确定

3.4.2 蒙砂温度的确定

3.4.3 蒙砂液pH值的确定

3.5 结果与讨论

3.5.1 蒙砂液成分设计探索结果

3.5.2 单因素实验

3.5.3 酸的选择

3.5.4 正交试验结果

3.5.5 高铝玻璃蒙砂的最佳工艺参数

3.6 蒙砂结果评价

3.7 小结

4 高铝蒙砂玻璃表面光学性质的研究

4.1 前言

4.2 实验药品、仪器以及材料来源

4.2.1 主要实验药品

4.2.2 主要试验仪器

4.2.3 实验材料

4.2.4 蒙砂液

4.2.5 高铝高透蒙砂玻璃的制备

4.3 手机面板玻璃的要求

4.4 高铝蒙砂玻璃表面光学性质的研究

4.4.1 蒙砂工艺参数对高铝蒙砂玻璃表面粗糙度和光泽度的影响

4.4.2 高铝蒙砂玻璃表面粗糙度和光泽度的变化

4.4.3 高铝蒙砂玻璃表面透光率的变化

4.4.4 高铝蒙砂玻璃表面反射率和雾度的变化

4.5 蒙砂玻璃表面形貌的研究

4.6 蒙砂玻璃综合评价

4.7 小结

5 高铝玻璃蒙砂含氟废水的研究处理

5.1 引言

5.2 实验

5.2.1 蒙砂废水处理所用的主要实验药品

5.2.2 蒙砂废水处理所用的主要实验仪器

5.2.3 蒙砂废水来源

5.2.4 含氟废液排放要求

5.3 玻璃蒙砂废水处理的主要原理

5.4 实验内容

5.4.1 高铝玻璃蒙砂废水的处理流程

5.4.2 高铝玻璃蒙砂含氟废水中氟离子的测定

5.4.3 氟离子选择电极法

5.4.4 氟离子去除率的确定

5.5 沉淀剂和混凝剂对高铝玻璃蒙砂废水除氟效果的影响

5.5.1 氯化钙对蒙砂废水中氟离子去除效果的影响

5.5.2 混凝剂对蒙砂废水中氟离子去除效果的影响

5.6 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及专利

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明