Sklo a substráty
Bezalkalické sklo jako substrát kódových kotoučů: nízká roztažnost, bez sodíku a nativní povrch
Bezalkalické alumoborosilikátové sklo pro zobrazovací panely má CTE asi 3–4×10⁻⁶/K, téměř žádný sodík a vysoký strain point. Článek jej srovnává se sodnovápenatými a borosilikátovými skly, počítá rozdíl roztažnosti a napětí na okraji otvoru vůči nábojům z hliníkové slitiny a nerezové oceli a vysvětluje, které kódové kotouče se hodí a na co dát pozor při lepení a montáži.
Bezalkalické alumoborosilikátové sklo pro zobrazovací panely má tři rysy: CTE asi 3–4×10⁻⁶/K, téměř žádný sodík a vysoký strain point. Tyto tři body odpovídají bolestem kódových kotoučů: tepelné napětí mezi chromovou vrstvou a substrátem, vylučování alkálií s oparem a korozí a rozměrové smrštění při výpalu. Cena: CTE je od běžných kovových nábojů ještě dál. Článek počítá obě strany na příkladových číslech.
Srovnání s jinými skly
Typické rozsahy (příklady, bez vazby na značku):
| Třída | α (10⁻⁶/K) | Strain point (℃) | Na₂O (wt%, řád velikosti) |
|---|---|---|---|
| Sodnovápenaté | 8,6–9,4 | asi 500–520 | asi 14 |
| Alkalický aluminosilikát | 7,5–9,5 | asi 530–585 | asi 12–14 |
| Borosilikát typu 3.3 | asi 3,3 | asi 510 | asi 4 |
| Bezalkalický alumoborosilikát | 3,2–3,9 | 650–750 | asi 0 (obvykle < 0,1) |
| Tavený křemen | asi 0,5 | asi 900–1100 | 0 |
Bezalkalické sklo má α blízké borosilikátu, ale strain point asi o 140–240 K vyšší – první výhoda.
Tepelné napětí. α chromové vrstvy asi 4,9×10⁻⁶/K; E objemového materiálu 279 GPa, Poissonovo číslo 0,21. Při ohřevu substrátu o 100 K je chrom na sodnovápenatém skle tažen asi o 145 MPa; na bezalkalickém skle vzniká tlak řádu asi 42 MPa. Naprašované vrstvy už nesou stovky MPa vlastního napětí, takže tepelné napětí hraje hlavně v teplotních cyklech a vysokoteplotních krocích, ale o řád menší mismatch adhezi pomáhá.
Rozměrová stabilita. S příkladovými parametry článku o tepelném smrštění v této knihovně výpal 400 ℃ / 1 h smrští sodnovápenaté asi o 92 ppm a bezalkalické asi o 0,006 ppm. Pro vysokoteplotní kroky (tepelná vytvrzení, žíhání, vysokoteplotní povlakování) dát přednost bezalkalickému.
Bez sodíku. Ve vlhku-teple migrují sodíkové ionty sodnovápenatého skla ven a tvoří alkalický vodní film, který může korodovat chrom u pinholů a zanechat bílý opar – běžný mechanismus; bezalkalické sklo tuto cestu téměř nemá. «Bezalkaličnost» neznamená «odolnost vůči všemu»: odolnost kyselinám a horkým alkáliím se liší a mycí lázně je třeba ověřit vlastním procesem.
Nativní povrch. Deska overflow downdraw se nedotýká tvarovacích dílů; drsnost může dosáhnout subnanometrové třídy (viz článek o srovnání substrátů v této knihovně), leštění není třeba a dodávka je obvykle tenká.
Rozdíl roztažnosti vůči kovovým nábojům
Rovnoměrná tepelná roztažnost mění jen rozměr, ne úhel dělení, takže rozdíl CTE sklo–náboj nezpůsobuje přímo úhlovou chybu; působí tři jiné problémy: napětí lepení a montáže, posun středu a únavu při teplotních cyklech. Při α skla = 3,7, poloměru lepení r = 10 mm a teplotním výkyvu ΔT = 40 K je volný rozdíl roztažnosti na poloměru Δr = r·Δα·ΔT:
| Náboj (α) | Bezalkalické Δr | Sodnovápenaté Δr |
|---|---|---|
| Hliníková slitina (23) | 7,7 μm | 5,6 μm |
| Nerez 304 (17,3) | 5,4 μm | 3,3 μm |
| Nerez třídy 430 (10,4) | 2,7 μm | 0,6 μm |
| Titanová slitina (8,6) | 2,0 μm | 0,2 μm |
| Třída Kovar (5) | 0,5 μm | 1,6 μm |
| Třída Invar (1,5) | 0,9 μm | 3,0 μm |
Přechodem na bezalkalické sklo se mění i vhodné náboje: sodnovápenaté sedí k třídě 430 a titanové slitině; bezalkalické k třídě Kovar, titanové slitině a třídě Invar; hliníková slitina a 304 nesedí k žádnému a s bezalkalickým jsou horší (Obrázek 2).
Horní mez pro tuhé uložení s nulovou vůlí. Sedí-li skleněný otvor na plný náboj bez vůle a bez lepidla, teplotní změna vyvolá obvodový tah na okraji otvoru. Elasticky pro skleněný prstenec (poměr vnějších/vnitřních průměrů 3) a plný náboj: bezalkalické sklo s hliníkovou slitinou asi 0,82 MPa/K, s 304 asi 0,72 MPa/K, s třídou 430 asi 0,35 MPa/K, s třídou Kovar asi 0,07 MPa/K. Při dlouhodobě dovoleném tahu asi 7 MPa (řád velikosti, s bezpečnostním faktorem, závisí na kvalitě hrany) dosáhne hliníková slitina limitu už asi 8,6 K od montážní teploty (Obrázek 3). Jde o horní mez: skutečná vůle, lepidlo a poddajnost náboje napětí snižují; slouží jen ke srovnání a pořadí.
Smyk v lepení. Tloušťka lepidla 50 μm, Δr = 7,7 μm (hliník s bezalkalickým), smyková deformace asi 0,15. Měkké lepidlo (smykový modul asi 0,5 MPa) dává smykové napětí asi 0,08 MPa – snesitelné; tvrdý epoxid (řád asi 1 GPa) při celokruhovém lepení přesáhne pevnost, proto tvrdé lepidlo nepoužívat celokruhově – měkké lepidlo, bodové lepení nebo ohebná konstrukce.
Vhodné typy kódových kotoučů
Vhodné: transmisní kódové kotouče o průměru skla do několika desítek milimetrů, montované měkkým lepidlem nebo maloplochým lepením; kotouče s vysokoteplotními kroky nebo vlhko-teplotním provozem; náboje třídy Kovar, titanové slitiny nebo třídy 430. Opatrně: konstrukce s velkoplošným tuhým spojením k hliníkové slitině; kotouče vyžadující zpevnění iontovou výměnou (bezalkalické sklo nemá vyměnitelné alkalické ionty a tuto cestu zpravidla nelze použít); kotouče silnější než asi 1 mm (dodávka je obvykle tenká; tlusté potvrdit).
Technické poznámky
- Bezalkalické sklo volit pro nízkou roztažnost, vysoký strain point a absenci sodíku – ne proto, že «je lepší»; počítat podle teplotního rozsahu, náboje a montáže.
- Nejprve zjistit α náboje a teplotní rozsah montáže, pak odhadnout Δr = r·Δα·ΔT; konstrukce s Δr několika μm potřebují měkké lepidlo, bodové lepení nebo ohebnou konstrukci.
- Sklo a hliníkovou slitinu netuhnit s nulovou vůlí: asi 9 K teplotní změny už může dát tah na okraji řádu asi 7 MPa.
- Přechod náboje na třídu Kovar, titanovou slitinu nebo třídu 430 obvykle sníží Δr pod 2–3 μm.
- Bezalkalické sklo nelze zpevnit iontovou výměnou; pevnost závisí na kvalitě hrany a povrchu – sražení a kvalitu hrany po řezu zapsat do specifikace.
- Pro vysokoteplotní kroky (výpal, vytvrzení, povlakování) volit bezalkalické kvůli menšímu smrštění, ale strain point a naměřená data dodavatele přesto ověřit.
Shrnutí
Bezalkalické alumoborosilikátové sklo má α asi 3–4×10⁻⁶/K, strain point 650–750 ℃ a téměř žádný sodík – příznivé pro tepelné napětí chromu, vysokoteplotní smrštění a vlhko-teplotní opar. Cena je větší rozdíl roztažnosti vůči nábojům z hliníkové slitiny a nerezu: při r = 10 mm a 40 K může Δr dosáhnout 5–8 μm a tah na okraji při uložení s nulovou vůlí je asi 0,7–0,8 MPa/K. Zvolíte-li bezalkalické sklo, náboj a způsob lepení je třeba zvolit znovu společně.
Překlad čínského originálu (0569). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.