2017年重点新材料之先进基础材料——先进无机非金属材料(上)

本次公布的目录主要涉及先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等三大类。其中，先进基础材料包括先进钢铁材料、先进有色金属材料、先进化工材料、先进无机非金属材料及其他材料；关键战略材料包括高性能纤维及复合材料、稀土功能材料、先进半导体材料和新型显示材料。

为增进读者对相关重点新材料的了解，矿冶园对目录所公示的各类新材料进行了简要解读，并以系列图文的形式进行推送。本文主要介绍先进基础材料中的先进无机非金属材料。先进无机非金属材料共分上下两篇，此为上篇。

先进无机非金属材料（上）

800℃火焰冲击下保持90~180分钟不炸裂；膨胀系数（32~50）×10^-7 /℃；玻璃软化点＞840℃。

电子、化工、航天、建筑、船舶

高硼硅玻璃的主要成分为硼：12.5~13.5%，硅含量78~80%，因此高硼硅玻璃的耐酸性能和耐碱性能也十分的优越；其应变温度差为520℃，因此不含有毒的物质。故高硼硅的耐高温和耐酸性能使得高硼硅不容易在日常的饮水使用中析出对人体有害的物质。高硼硅玻璃耐温120度，耐疲劳性强、耐反复弯曲，比重低、光泽度高，耐磨损性，具有较高的耐冲击性，是安全、无毒、安心之选。

因高硼硅玻璃具有非常低的热膨胀系数、耐高温且耐200度的温差剧变，故用于卤素灯的反光耐热灯杯和必须采用耐热玻璃的电器设备，如微波炉专用玻璃转盘、微波炉灯罩、舞台灯光反射杯、滚筒洗衣机观察窗、耐热茶壶茶杯，太阳能集热管等；因其具有的高强度、高硬度、高透光率和高化学稳定性等优异性能，又被广泛应用于太阳能、化工、医药包装、电光源、工艺饰品等行业。硼硅防火玻璃，耐火时间大于180min。

金属杂质总含量≤18ppm；外径 200~400mm。

集成电路

由于种类、工艺、原料不同，石英玻璃多按工艺方法、用途及外观来分类，可分为电熔透明石英玻璃、连熔石英玻璃、气炼透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光学石英玻璃、半导体用石英玻璃、电光源用石英玻璃等。

光学透过率230nm时≥88%，260nm时≥90%；金属杂质总含量≤1ppm；正反两面平面度≤50μm；最大规格1220×1400×14mm。

微电子光电子制造

因为基片局部微小气泡等缺陷都会使构图产生致命错误，这对光掩膜用石英玻璃质量提出了更高的要求，如高紫外透过率、高光学均匀性、高内在质量及高表面加工质量。我国有关机构利用多晶硅生产中的废弃物SiCl4为原料、以氯碱化工的副产品H2为能源、采用立式化学气相沉积（CVD：Chemical Vapor Deposition）工艺合成石英玻璃，此方法制备石英砣的纯度相当高，可以满足光掩膜板对于石英玻璃基板的要求。

由于产品供不应求，且传统的分割方法会造成极大浪费，目前国内石英玻璃光掩膜基片的生产多采用多刀切割技术，可进行单次、同时、大量切割，生产效率大幅提高。多刀切割技术利用金属刀片与液体磨料的相互作用对石英玻璃进行切割，目前能够解决刀条断裂、玻璃片厚度不均、玻璃片表面沟槽等重点问题，通过粘接、排刀、上刀、切割过程使得成品端面平整精度较高。

1）蓝玻璃红外截止滤光片：

透过率 AR（420~670nm，Rmax＜0.9%），UVIR（350~390nm，Tavg≤3%）；图案的外围和内径部分四角直线度（毛刺）5μm以内，偏心50μm以内，最外围中心和印刷内径中心的差异在50μm以内、偏心50μm以内；图形胶层厚度10μm以下，透过率 Tmax＜0.2%（400~650nm），反射率 Rmax＜4%（400~650nm）；组立件支架的粘着力＞3kg/cm。

2）五代彩色滤光片:

BM 厚度 1.2±0.3μm；BM OD≥4.0；RGB 厚度 2.28±0.3μm；导电膜组抗值≤30Ω/□；导电膜厚度 1500±200Å；角段差＜0.5μm；PS 高度 3.15±0.15μm。

3C 产品

滤光片产品主要按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类，分类见如下表格：

滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。玻璃片的透射率原本与空气差不多，所有有色光都可以通过，所以是透明的，但是染了染料后，分子结构变化，折射率也发生变化，对某些色光的通过就有变化了，比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。

应变点655~686℃；软化点 970±10℃；线热膨胀系数（20~380℃条件下）：（30~38）×10^-7/℃；密度 2.37~2.55g/cm^3 。

新型显示

无碱玻璃以无碱硅酸铝玻璃（Alumino Silicate Glass，主成分为SiO2、Al2O3、B2O3及BaO等）为主，其碱金属总含量在1%以下，主要用于TFT- LCD上。在不明显提高应变点的前提下，它能够减少加热处理时产生的收缩，其特征在于，从退火点(Tan)附近至应变点(Tst)附近的温度范围内的平衡密度曲线的梯度Δan-st(ppm/℃)与50～350℃的平均线膨胀系数α50-350(×10-6/℃)的比值(Δan-st/α50-350)大于等于0未满3.64。

由于无碱玻璃有特殊成分配方且在热稳定性、机械、电气、光学、化学等特性及外观尺寸、表面平整度等方面都有极为严格的标准规范，故其产业之技术门坎较高。目前为止，生产无碱玻璃基板有三种主要制程技术，分别为浮式法、流孔下引法及溢流熔融法。“浮式法”因水平引伸的关系，表面会产生伤痕及凹凸，需再经表面研磨加工，故投资金额较高，但它具有可生产较宽之玻璃产品且产能较大之优点；“溢流熔融法”有表面特性较能控制、不用研磨、制程较简单等优点，特别适用于产制厚度小于2mm的超薄平板玻璃，但生产的玻璃宽幅受限于1.5米以下，产能因而较小；浮式法可以生产适用于各种平面显示器使用之玻璃基板，而溢流熔融法目前则仅应用于生产TFT-LCD玻璃基板。

表面压应力＞850MPa；压应力层厚度＞35μm；四点抗弯强度＞600MPa。

新型显示、航空

以二氧化硅和氧化铝为主要成分的玻璃，其中氧化铝含量可达20％以上。高铝硅酸盐玻璃具有较好的化学稳定性、电绝缘性、机械强度，较低的热膨胀系数，但高温黏度大，相应的熔制温度也高；其膨胀系数低[(30～60)×10^-7℃^-1]、耐水性好且随温度降低玻璃熔体的黏度急剧增大，适宜于用喷射形成玻璃纤维；与其他玻璃相比，软化点非常高(约900℃)，适用于制造无碱玻璃纤维、化工玻璃管道、水表玻璃等。高铝高碱的铝硅酸盐玻璃通过化学强化以后，可用作盖板玻璃，但价格贵，而现今的一般盖板玻璃大部分采用的是普通的钠钙硅玻璃，比较便宜但质量差。

尺寸收缩率＜0.8%，表面硬度＞3H。

分类：偏光片可分为碘系偏光片和染料系偏光片两类，其中碘系偏光片容易获得高透过率、高偏振度，但耐高温高湿的能力较差，而染料系偏光片不容易获得高透过率、高偏振度的光学特性，但耐高温高湿的能力较好。

偏光片的基本结构包括最中间的PVA（聚乙烯醇）、两层TAC（三醋酸纤维素）、PSA film（压敏胶）、Release film(离型膜) 和Protective film（保护膜）。

采编/王子琳

编辑/陈淑慧

审核/王学长