随着科技的迅速发展，我们日常使用的一些平板显示电子产品如智能手机、平板电脑、液晶显示器等越来越普及并逐步向轻薄化、轻量化发展，尤其是可折叠智能手机、电子穿戴产品以及柔性显示技术已经逐渐成为市场发展的主流。超薄玻璃因其良好的热稳定性、化学稳定性和光学性能等优良特性，成为生产平板显示产品所必须的基础材料。

为了满足高性能平板显示器的使用要求，超薄玻璃的各项质量要求，尤其是表面粗糙度要求极其严格。如果超薄玻璃的表面粗糙精度不能保证，会直接影响到液晶显示器中基板间的电场和像素，导致显示器色彩不均匀，同时降低玻璃强度和透光率，造成产品缺陷，同时也会有化学强化后产生翘曲的现象，严重影响产品良率。

目前，通常采用表面抛光技术实现超薄玻璃表面质量和加工精度的要求，但由于超薄玻璃韦氏硬度高、加工易破碎，且抛光质量要求高，属于难加工材料，对于工业生产是一项技术难点。

超薄玻璃简介

根据相关标准及定义，按玻璃厚度可将玻璃分为超厚玻璃、厚玻璃、普通玻璃、薄玻璃、超薄玻璃、柔性玻璃。按照化学成分的不同，可将超薄玻璃分为无碱超薄玻璃和含碱超薄玻璃，无碱玻璃即玻璃组分中无碱金属元素，主要为无碱硼铝硅酸盐玻璃体系，用作TFT-LCD、OLED等基板玻璃；含碱超薄玻璃主要为高铝硅酸盐玻璃体系，其可离子强化的特性常用作高强盖板玻璃。

玻璃厚度分类

超薄玻璃生产方法主要包括浮法、溢流下拉法、垂直引上法等。

其中，浮法技术需精确控制拉边机和牵引机的工艺参数，同时还要考虑渗锡、波纹度等缺陷的产生，因此对工艺控制和装备要求极高，但生产玻璃尺寸大，产量高；

溢流下拉法生产的玻璃表面质量好，但受铂金溢流槽尺寸限制，板宽窄、产量小；

溢流下拉法生产工艺示意图

垂直引上法易操控、占地小，但是生产的玻璃平整度差、缺陷多，成品率低。

目前，国内超薄玻璃生产方法主要为浮法和溢流下拉法，随着技术的不断进步，国产超薄玻璃在高端电子市场占比逐步提升。

超薄玻璃的抛光技术

超薄玻璃属于脆性材料，因此在抛光时不同于金属材料的车削、磨削、铣削等传统的塑性加工方式，在精密加工过程中极易破碎，很难实现玻璃表面的精密抛光。为此，超薄玻璃的抛光是以硬脆材料的脆塑转变机理为出发点，根据抛光原理及抛光方式的不同，可将其分为两大类，即接触式抛光技术和非接触式抛光技术。

非接触式抛光技术一般为离子束和电子束抛光，技术操作环境要求高，技术流程不完备，无法满足大尺寸工件的整体抛光。因此，从提高超薄玻璃产量与质量角度考虑，接触式抛光技术目前占绝对优势。

接触式抛光技术即通过抛光件与被抛光玻璃间的相对摩擦实现抛光效果，针对超薄玻璃主要采用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术。CMP技术由于抛光效率高、环境污染小、技术成熟、操作简单、成本低等诸多优点，被认为是目前抛光超薄玻璃最有效的技术。其中，抛光液与抛光垫是抛光系统中的核心部分，其材料决定了最终的加工质量。

CMP抛光原理图

扩展阅读：化学机械抛光技术（CMP）中有哪些核心材料？

（1）抛光液

抛光液主要由去离子水、抛光粉、pH调节剂、分散剂等组成，其中抛光粉作为磨料，利用“软磨硬”原理，通过较软的抛光粉材料对玻璃表面进行机械化学抛光处理，获得高质量的玻璃表面。

常用抛光粉材料的莫氏硬度

常见的抛光粉材料有金刚石、Al₂O₃、SiO₂、CeO₂等无机材料，它们适用于不同的抛光需求，在超薄玻璃的抛光中，比较软的CeO₂由于抛光效率与抛光质量优于其它材料而成为优选材料。这是由于CeO₂可以与玻璃中的硅酸盐反应，Ce-O键能较高，会破坏Si-O键使之生成Si-O-Ce键，从而实现SiO₂的化学机械去除。

光学玻璃抛光用氧化铈粉

从抛光机理出发，影响抛光效率的五大因素一般为：水分子在玻璃表面的扩散速率、在抛光粉作用下的玻璃溶解速率、抛光粉对溶解产物的吸附速率、硅重新沉积玻璃表面的速率及水的腐蚀速率。

因此综合比较，对硅酸盐玻璃而言，其抛光效率最好的是CeO₂，其次为ZrO₂、ThO₂、TiO₂、Fe₂O₃。

（2）抛光垫

传统抛光系统通过抛光垫与被抛光玻璃的相对运动带动两者间抛光液产生相对摩擦，从而实现玻璃的抛光，其抛光效果的实现主要依赖于抛光液与玻璃表面的化学机械作用。此技术操作简单，易于控制，同时也存在游离抛光粉分布不均导致抛光质量低，废料清除难度高及抛光液消耗大等诸多缺点，针对此问题，精度高、表面损伤小的固结磨料研磨抛光技术应运而生，并逐渐成为超薄玻璃加工的研究重点。

固结磨料研磨抛光技术是将磨料固结在抛光垫中，以取代游离磨料，抛光过程中由于磨料镶嵌在抛光垫中，因此压入工件表面的深度相对较小，对工件表面产生的损伤小，另外凸起之间的沟槽有利于废屑的排出，降低硅重新沉积玻璃表面的速率，从而提高玻璃表面抛光的效率和质量。

固结磨料抛光垫示意图

另外也有一些研究者尝试其他途径进行玻璃抛光，例如针对固结磨料抛光技术中抛光垫各点线速度不同易产生抛光不均匀的缺点，提出磁性研磨抛光技术，即将磁性研磨料吸附在磁极端部，形成具有一定刚度的“磨料刷”，旋转磁极带动“磨料刷”转动对工件进行抛光；或采用气相沉积方法在抛光垫表面镀上一层饰膜，相比于传统CeO₂游离磨料，这种抛光方法的Ce用量大幅减少；同时也有人提出浴法抛光、浮法抛光等技术，可以获得抛光精度较高的玻璃，如康宁公司和肖特公司采用浮法抛光技术分别对石英玻璃和微晶玻璃进行抛光，玻璃表面粗糙度均低于0.2nm。

无论是磁性研磨抛光技术，还是浴法抛光、浮法抛光等技术，在抛光过程中均需要抛光模与玻璃的相对运动产生机械摩擦及抛光液的化学腐蚀实现抛光效果，因此可将此抛光技术视为化学机械抛光技术的延伸和完善。

总结

随着终端显示技术的进步，尤其柔性显示技术的提出及发展，导致国际市场对超薄玻璃的需求量迅速提升，对其质量要求也越来越高。超薄玻璃制造工艺复杂，技术门槛高，尤其超薄玻璃抛光技术更属于高精尖技术领域，目前国内相关材料和技术研究较少，但是基于近些年光学玻璃抛光领域的技术积累，相信不久的将来定能实现超薄玻璃抛光技术的创新，推动超薄玻璃相关产业的发展。

参考来源：

超薄玻璃抛光技术的研究进展，李金威、宋在芝、石丽芬、王巍巍、曹欣（1.中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司；2.浮法玻璃新技术国家重点实验室；

3.硅基材料安徽省实验室）。

粉体圈 小吉

本文为粉体圈原创作品，未经许可，不得转载，也不得歪曲、篡改或复制本文内容，否则本公司将依法追究法律责任。