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1、 申请代码： E020202 受理部门： 收件日期： 受理编号： 解除保护 国家自然科学基金 国家自然科学基金 申 请 书 申 请 书 ( 2 0 0 9 版 )( 2 0 0 9 版 ) 资助类别：面上项目 亚类说明： 附注说明： 项目名称：浮法玻璃成型过程中硫的形态变化及其扩散机理研究 申 请 者：姜宏 电话： 010-51167227 依托单位：中国建筑材料科学研究总院 通讯地址：北京市朝阳区管庄东里 1 号 邮政编码：100024 单位电话：010-51167246 电子邮件： 申报日期： 2009年3月4日 国家自然科学基金委员会 国家自然科学基金申请书 2009 版 第 2 页 版
2、本 1.003.996 基本信息基本信息 yEaHSfmj 申 请 者 信 息 申 请 者 信 息 姓名 姜宏 性别男 出生 年月 1961 年 1 月 民族 汉族 学位 博士 职称教授 主要研究领域 浮法玻璃新材料、新技 术 电话 010-51167227 电子邮件 传真 国别或地区 中国 个 人 网 页 工 作 单 位 中国建筑材料科学研究总院 在研项目批准号 依托单位信息依托单位信息 名称 中国建筑材料科学研究总院 联系人 王敬敏 电子邮件 电话 010-51167246 网站地址 合作单位信息合作单位信息 单 位 名 称 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司技术中心 在此录入修改 项
3、目 基 本 信 息项 目 基 本 信 息 项目名称 浮法玻璃成型过程中硫的形态变化及其扩散机理研究 资助类别 面上项目 亚 类 说 明 附注说明 申请代码 E020202:传统玻璃材料 基地类别 绿色建筑材料国家重点实验室国家重点 预计研究年限 2010 年 1 月 2012 年 12 月 研究属性 应用基础研究 申请经费 48.4000 万元 摘 要 摘 要 (限 400 字)：(限 400 字)： 本项目针对造成浮法玻璃表面锡缺陷的主要原因硫和氧的污染问题展开研 究，抓住控制残余硫在锡槽中的形态变化、减少残余硫的析出和锡缺陷这一技术关键，采用 综合热分析仪联机四级气体质谱仪结合计算确定玻璃
4、液在成型温度时所残留硫的量； 利用光 电子能谱、拉曼光谱及扫描电镜及能谱分析等方法，测定玻璃液深度方向硫的分布、形态以 及不同温度情况下残余硫的变化情况； 利用气氛试验炉研究不同还原气氛条件下残余硫的变 化情况及不同温度、 不同还原气氛条件下玻璃液/保护气体及玻璃液/锡液两个界面的硫的析 出机理，建立玻璃液残余硫形态变化及扩散的数学模型，获得能够实现最少残余硫扩散的最 佳工艺及相关技术，并通过实际生产线对其进行验证，为减少浮法玻璃锡缺陷、提高浮法玻 璃质量做出贡献。 关 键 词关 键 词(用分号分开，最多 5 个) 浮法玻璃；锡缺陷；硫；形态；扩散 国家自然科学基金申请书 2009 版 第 3
5、 页 版本 1.003.996 项目组主要参与者项目组主要参与者（注: 项目组主要参与者不包括项目申请者，国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。 ） 编号 姓 名 出生年月 性别职 称 学 位 单位名称 电话 电子邮件 项目分工 每年工 作时间 （月） 1 黄幼榕 1956-3-21 女 教授 学士 中国建筑材料科学研究总院 010-5116736 9 项目实施 8 2 郭卫 1967-9-8 男 高级工程 师 硕士 中国洛阳浮法玻璃集团有限 责任公司技术中心 0379-639085 31 guowei- 项目实施 8 3 鲁鹏 1976-7-13 男 工程师 学士 中国洛阳浮法玻璃集团有限
6、 责任公司技术中心 0379-639073 01 项目实施 10 4 李长久 1977-1-9 男 高级工程 师 博士 中国建筑材料科学研究总院 010-5116736 9 .c n 项目实施 4 5 孙元成 1984-5-26 男 博士生 学士 中国建筑材料科学研究总院 010-5116736 9 项目实施 10 6 在此录入修改 7 在此录入修改 8 在此录入修改 9 在此录入修改 总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 6 4 1 1 说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者） ，总人数自动生成。 国家自然科学基金申请书 2009 版
7、 第 4 页 版本 1.003.996 经费申请表经费申请表 （金额单位：万元） 科目 申请经费 备注（计算依据与说明） 一.研究经费 一.研究经费 42.9000 1.科研业务费 18.9000 （1）测试/计算/分析费 8.0000硫的形态及扩散测试费用 （2）能源/动力费 5.6000实验室样品制备过程发生的能源动力费 （3）会议费/差旅费 3.8000查阅资料、外送样品、参加相关学术会议差旅费用 （4）出版物/文献/信息传播费 1.5000资料复印、申请专利及发表文章版面费 （5）其它 2.实验材料费 10.5000 （1）原材料/试剂/药品购置费 9.5000熔制样品所需的化学药品及
8、各种材料费 （2）其它 1.0000实际生产过程取样费用 3.仪器设备费 6.5000 （1）购置 3.5000用于购置高温气氛实验炉 （2）试制 3.0000样品制备过程中需要改造特殊实验装置 4.实验室改装费 5.协作费 7.0000协作单位收取的相关费用 二.国际合作与交流费 二.国际合作与交流费 1.0000 1.项目组成员出国合作交流 2.境外专家来华合作交流 1.0000来华国外专家交流接待费用 三.劳务费 三.劳务费 3.0000研究生劳务费用 四.管理费 四.管理费 1.5000办公室及实验室管理费用 合 计 合 计 48.4000 与本项目相关的 其他经费来源 国家其他计划资
9、助经费 0.0000 其他经费资助（含部门匹配） 0.0000 其他经费来源合计 其他经费来源合计 0.0000 国家自然科学基金申请书 2009 版 第 5 页 版本 1.003.996 查看报告正文撰写提纲 报告正文 （一）立项依据与研究内容 报告正文 （一）立项依据与研究内容： 1.1. 项目的立项依据项目的立项依据 中国是世界上最大的玻璃生产国，玻璃行业作为建筑业、汽车业和电 子业的主要配套产业，对我国国民经济的发展有着重要的作用。同时，随 着信息产业和光电产业的快速发展，我国电子信息产业规模已超过日本位 居世界第二，并已经成为我国第一大支柱产业。太阳能综合利用、液晶显 示、等离子显示
10、等领域以及包括钢化、镀膜等浮法玻璃的后续加工领域的 快速发展，对浮法玻璃产业的发展起到了巨大的带动作用。 截至 2008 年，我国建成的浮法玻璃生产线共有 186 条，占世界浮法玻 璃生产线总数的一半以上，全国浮法玻璃年产量 5 亿多重箱，占国内平板 玻璃市场 80%以上。浮法玻璃生产线规模和原板宽度达到国际水平，最大规 模达到 1000t/d 级，玻璃原板宽度达到 5200mm，可生产玻璃产品厚度为 0.5525mm，优质浮法产品质量接近国际同类产品质量水平，浮法玻璃行 业整体技术装备水平全面提高。 随着相关产业的发展及应用，对浮法玻璃基板内在及表面质量有了更 高的要求。近年来，国内外一些玻
11、璃生产企业、相关科研院所及高校，在 玻璃缺陷方面开展了一系列的工作。主要针对玻璃生产过程中气泡缺陷及 固相夹杂物缺陷方面开展了大量的工作，大大的减少了熔化及澄清过程中 产生的缺陷，玻璃的内在质量得到了很大程度的提高。 而影响浮法玻璃表面质量的主要因素为锡缺陷，锡缺陷分为渗锡、沾 锡、雾斑、光畸变等 1，这些缺陷将直接影响浮法玻璃产品在液晶显示及等 离子显示等领域的应用，给玻璃的后续加工造成钢化彩虹、ITO 导电膜蚀刻 电路断线及连线、膜层老化剥落等严重问题。浮法玻璃锡缺陷问题日益突 出，已经成为困扰世界浮法玻璃产业的主要质量问题，是制约相关产业良 性发展的瓶颈，亟待解决。 浮法玻璃生产工艺是熔
12、融的玻璃液在充满保护气体的锡槽中，漂浮在 锡液面上，借助于玻璃液的表面张力进行成型的。在成型过程中，由于锡 液受到硫及氧的污染而氧化，生成 SnO、SnO2、SnS 以及 SnS2等，这些锡的 氧化物、硫化物极易挥发和升华，挥发和升华后的产物冷凝在锡槽顶盖砖 国家自然科学基金申请书 2009 版 第 6 页 版本 1.003.996 及其砖缝处，长期积累并掉落在玻璃板上造成玻璃缺陷 2，同时，硫和氧的 污染将加剧玻璃板下表面的渗锡 3。 造成锡液污染的硫和氧主要来自以下几个方面 4： 玻璃液中残留的硫在锡槽的还原性气氛中析出，造成硫污染； 锡槽密封不严造成空气带入的硫和氧污染，虽然锡槽内的压力
13、一般 为 1020Pa 的微正压，但不可避免在锡槽出、入口及边封处渗入 少量的空气及来自熔窑空间的 SO3； 空气分离法制 N2过程中会有 0.110ppm 的 O2残留其中,造成氧污 染；氨分解制 H2过程中，也会有 2ppm 左右的残留氧，造成氧污染。 虽然通过加强锡槽密封和控制保护气体的生产过程，可以大大减少因 锡槽密封不严和保护气体带来的氧污染，但溶解在玻璃液中的硫造成的锡 槽硫污染仍然不可避免，成为锡槽污染的重要来源。 浮法玻璃的生产过程，主要采用硫澄清来排除熔化过程中产生的大量 气泡，利用芒硝（NaSO4）的高温分解产生的大量 SO3气体带动气泡的排出， 而达到澄清的效果。虽然大部
14、分的 SO3气体被排出玻璃液，但仍有部分 SO3 溶解在玻璃液中，而随着温度的降低，SO3在玻璃中溶解度增加，燃烧空间 中的 SO3会再次溶入玻璃液而带入锡槽。 虽然有人提出采用还原性硫澄清技 术可以大大提高玻璃液澄清效率，减少玻璃液残余硫量，但玻璃液带入锡 槽的硫仍是锡槽硫污染的重要来源。 在锡缺陷的研究方面，国内外相关研究机构及一些玻璃生产企业主要 针对玻璃的渗锡及锡污染方面开展了相关工作，对氧、硫污染的来源及其 与锡液的反应、锡缺陷的生成机理进行了大量的研究 5-8。这些研究大多停 留在污染物与锡的反应方面，而针对污染物本身特别是玻璃液中的残余硫 在锡槽中的变化及其扩散机理方面的研究未见
15、报道。 硫主要以 SO3形式溶解在玻璃中带入锡槽， 在锡槽中， 随着温度的降低， 其在玻璃中的溶解度将发生变化 9；同时，由于空间气氛为还原性，其价态 及结构形式也将发生变化，转变成 S 4+、S0及 S-2，硫的多种形态随着温度的 变化，其向锡槽扩散的机理各不相同。只有对硫在锡槽中形态的变化情况 以及其扩散机理进行系统的研究，才能真正了解影响残余硫造成的锡缺陷 的各种因素，才能从理论上为解决因残余硫造成的锡缺陷提供指导。 国家自然科学基金申请书 2009 版 第 7 页 版本 1.003.996 参考文献： 参考文献： 1 姜宏,赵会峰. 浮法玻璃表面渗锡与工艺诊断J.玻璃与搪 瓷,2000,28(3):44-57. 2 禚明,梁忠友,宋秀霞.浮法玻璃特有缺陷及其预防措施J.山东轻工业 学院学报,2008,22（1）:62-64. 3 徐凯.
