玻璃与基材科学
无碱玻璃做码盘基材：低膨胀、无钠与原生表面的优势
显示面板用的无碱铝硼硅玻璃膨胀系数约 3–4×10⁻⁶/K、几乎不含钠、应变点高。本文与钠钙、硼硅等玻璃比较其特性，算出它与铝合金、不锈钢等轮毂的膨胀差与孔边应力，说明哪类码盘适用，以及粘接与装配注意事项。
显示面板用的无碱铝硼硅玻璃有三个特点：膨胀系数约 3–4×10⁻⁶/K，几乎不含钠，应变点高。这三点恰好对应码盘的几个痛点：镀铬膜与基片的热应力、碱析出导致的雾斑与腐蚀、烘烤时的尺寸收缩。但它也有代价：它的膨胀系数与常见金属轮毂相差更大。本文用示例数据把两面都算出来。
与其他玻璃比较
下表为典型值范围（示例，不对应任何牌号）：
| 类别 | α（10⁻⁶/K） | 应变点（℃） | Na₂O（wt%，量级） |
|---|---|---|---|
| 钠钙 | 8.6–9.4 | 约 500–520 | 约 14 |
| 碱铝硅 | 7.5–9.5 | 约 530–585 | 约 12–14 |
| 3.3 硼硅 | 约 3.3 | 约 510 | 约 4 |
| 无碱铝硼硅 | 3.2–3.9 | 650–750 | 约 0（通常 < 0.1） |
| 熔融石英 | 约 0.5 | 约 900–1100 | 0 |
无碱玻璃的 α 与硼硅相近，应变点却高出约 140–240 K，这是它的第一个优势。
热应力。 铬膜 α 约 4.9×10⁻⁶/K，弹性模量取体材料值 279 GPa、泊松比 0.21。基片升温 100 K，钠钙上的铬膜被拉伸，增加约 145 MPa 的拉应力；无碱玻璃上变为约 42 MPa 的压应力量级。溅射膜本身的内应力常有数百 MPa，所以热应力只在温度循环和高温工序中起主要作用，但失配小一个量级，对膜的附着有利。
尺寸稳定性。 按本文库热收缩一篇的示例参数，在 400 ℃ 烘烤 1 h，钠钙收缩约 92 ppm，无碱约 0.006 ppm。高温工序（热固化、退火、高温镀膜）优先选无碱。
无钠。 钠钙玻璃在湿热环境下，表面的钠离子会向外迁移，形成碱性水膜，可能在铬膜针孔边缘引起腐蚀和白色雾斑，这是常见的机理；无碱玻璃几乎没有这条路径。但“无碱”不等于“耐一切”：它的耐酸、耐热碱性各有不同，清洗液要用自己的工艺验证。
原生表面。 溢流下拉的板材表面不接触成形件，粗糙度可到亚纳米级（见本文库基板对比一篇），不需要抛光，来料多为薄板。
与金属轮毂的膨胀差
均匀热膨胀只改变尺寸，不改变刻线角度，所以玻璃与轮毂的膨胀差不会直接造成角度误差；它造成的是三类问题：粘接与装配应力、盘心偏移、温度循环下的疲劳。取玻璃 α = 3.7，粘接半径 r = 10 mm，温变 ΔT = 40 K，半径处的自由膨胀差 Δr = r·Δα·ΔT：
| 轮毂（α） | 无碱 Δr | 钠钙 Δr |
|---|---|---|
| 铝合金（23） | 7.7 μm | 5.6 μm |
| 304 不锈钢（17.3） | 5.4 μm | 3.3 μm |
| 430 类不锈钢（10.4） | 2.7 μm | 0.6 μm |
| 钛合金（8.6） | 2.0 μm | 0.2 μm |
| 可伐类（5） | 0.5 μm | 1.6 μm |
| 因瓦类（1.5） | 0.9 μm | 3.0 μm |
玻璃换成无碱后，适配的轮毂也跟着变：钠钙适配 430 类不锈钢与钛合金，无碱适配可伐类、钛合金和因瓦类；铝合金与 304 对两种玻璃都不匹配，对无碱更差（图2）。
零间隙刚配合的上限。 若玻璃孔与实心轮毂无间隙、无胶层地配合，温变使孔边出现环向拉应力。把玻璃环（外内径比 3）与实心轮毂按弹性算，无碱玻璃配铝合金约 0.82 MPa/K，配 304 约 0.72 MPa/K，配 430 类约 0.35 MPa/K，配可伐类约 0.07 MPa/K。取长期许用拉应力约 7 MPa（量级，含安全系数，取决于边缘质量），铝合金只需偏离装配温度约 8.6 K 就达到限值（图3）。这是上限：实际有间隙、胶层和轮毂柔度时应力更小，只用来比较与排序。
粘接的剪切。 胶层厚 50 μm，Δr = 7.7 μm（铝合金配无碱），剪切应变约 0.15。软胶（剪切模量约 0.5 MPa）的剪应力约 0.08 MPa，可以承受；硬环氧（量级约 1 GPa）在整环粘接时会算出远超其强度的数值，所以硬胶不能整环粘接，要用软胶、点粘或弹性柔性结构。
适用的码盘类型
适合：玻璃盘直径几十毫米以内、用软胶或小面积粘接装配的透射式码盘；有高温工序、湿热环境的盘；轮毂选可伐类、钛合金或 430 类的场合。需谨慎：必须与铝合金大面积硬连接的结构，需要离子交换强化（无碱玻璃不含可交换的碱离子，一般不能用这条路径强化）的盘，厚度大于约 1 mm 的盘（来料多为薄板，厚料要确认供货）。
工程要点
- 选无碱玻璃的理由是低膨胀、高应变点和无钠，而不是“它更好”，要按码盘的温度范围、轮毂和装配方式具体算。
- 先查轮毂的 α 和装配温度范围，再按 Δr = r·Δα·ΔT 估算，Δr 大于几 μm 的结构要用软胶、点粘或柔性结构。
- 不要把玻璃与铝合金做零间隙硬配合，约 9 K 的温变就可能使孔边拉应力到约 7 MPa 量级。
- 轮毂换成可伐类、钛合金或 430 类时，Δr 通常降到 2–3 μm 以下。
- 无碱玻璃不能离子交换强化，强度取决于边缘与表面质量，倒角和切割后的边缘质量要写入规格。
- 高温工序（烘烤、固化、镀膜）选无碱以减小收缩，但仍须核对供应商的应变点与实测。
小结
无碱铝硼硅玻璃的 α 约 3–4×10⁻⁶/K，应变点 650–750 ℃，几乎不含钠，对铬膜热应力、高温收缩和湿热雾斑都有利。代价是与铝合金、不锈钢轮毂的膨胀差更大：r = 10 mm、40 K 时 Δr 可达 5–8 μm，零间隙配合下孔边拉应力约 0.7–0.8 MPa/K。选了无碱玻璃，轮毂与粘接方式也要一起重新选。
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