一种高世代液晶玻璃基板用高精度牵引辊及其制备方法与流程

本发明涉及高世代玻璃加工相关，具体涉及一种高世代液晶玻璃基板用高精度牵引辊及其制备方法。

背景技术：

1、在高世代液晶玻璃基板溢流下拉成型工艺中，退火炉牵引机构是保障高温玻璃带稳定传输、厚度均匀及板形精度的核心部件。牵引辊作为牵引机构的核心执行构件，与高温玻璃带柔性接触，通过辊面摩擦实现玻璃带恒速牵引与姿态校正，其辊面精度、辊体密度均匀性、耐高温性能及耐磨稳定性，直接影响玻璃基板成品质量、生产良率及产线稼动率。随着显示面板向大尺寸、超薄化、高精细化方向发展，高世代产线具有牵引速度快、玻璃幅宽大、成型工况严苛的特点，对牵引辊的成型精度、结构均匀性、抗高温蠕变及批次耐磨一致性提出了更高的技术要求。

2、当前，高世代液晶玻璃基板牵引辊普遍采用耐热纤维坯体模压烧结工艺制备，通过多层耐热纤维圆片叠合、轴向压制配合高温烧结成型。该材质具备良好的耐高温、绝缘及耐磨性能，可适配退火炉高温工作环境，能够满足玻璃基板连续牵引的基础生产需求，为目前行业主流制备方案。传统成型工装主要采用单一中心压盘轴向施压结构，仅对纤维坯体中心区域施加压制载荷完成坯体定型，工艺简便、成本可控，广泛应用于常规牵引辊的批量生产。

3、传统单中心施压结构仅能对坯体中心有效压实，坯体边缘受压不足、整体应力分布不均，压制过程易出现翻边、分层、炸边等成型缺陷，导致烧结后辊体外圆精度差、边缘密度偏低，辊体整体密度均匀性难以保证。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高世代液晶玻璃基板用高精度牵引辊及其制备方法，解决了背景技术中提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现

3、一种高世代液晶玻璃基板用高精度牵引辊，包括：

4、辊轴，为刚性支撑轴体；

5、耐热纤维牵引辊体，套设于所述辊轴外部，由多层耐热纤维圆片叠合压制并高温烧结成型，其外圆柱面为与玻璃基板直接接触的高精度牵引工作面；所述耐热纤维牵引辊体沿径向由外向内具有密度递减的梯度分布结构，其径向截面自牵引工作面向内依次为外侧超高致密层和内侧疏松缓冲层；相邻两层所述耐热纤维圆片的贴合界面之间设置有纳米级陶瓷前驱体键合薄层，用于将多层耐热纤维圆片固结为整体结构；

6、中心压盘，成对设置，分别抵接于所述耐热纤维牵引辊体轴向两侧中心区域；

7、边缘限位压环，成对设置，分别抵接于所述耐热纤维牵引辊体轴向两侧端面外缘区域，其内圈与所述中心压盘外圈贴合匹配，两边缘限位压环之间通过周向均匀布置的紧固件锁紧连接，形成全端面覆盖式压制工装；所述边缘限位压环外径大于耐热纤维圆片外径。

8、具体的，所述外侧超高致密层为耐热纤维牵引辊体自外圆柱面向内厚度不超过3.5mm范围的环形区域，该区域纤维压实度最高、气孔率≤1.2%；

9、所述内侧疏松缓冲层为耐热纤维牵引辊体自内侧与辊轴配合的内壁面向外至所述外侧超高致密层内边界之间的区域，该区域气孔率为4%～6%；

10、所述内侧疏松缓冲层的耐热纤维圆片基体内部均匀掺杂有闭孔中空陶瓷微球，陶瓷微球粒径为5～20μm，掺杂质量占比为3%～5%；所述外侧超高致密层为纯纤维基体、无颗粒掺杂。

11、具体的，所述纳米级陶瓷前驱体键合薄层为纳米二氧化硅前驱体键合涂层，涂层厚度为0.5～1.5μm。

12、具体的，所述耐热纤维牵引辊体内壁与辊轴外壁之间设置有环形热膨胀自适应过渡层，所述热膨胀自适应过渡层采用陶瓷纤维与氮化硼复合烧结材质，其热膨胀系数介于辊轴金属材料与耐热纤维牵引辊体材料之间；所述热膨胀自适应过渡层常温下与辊轴之间具有0.05～0.15mm的均匀径向间隙配合，间隙内填充高纯氮化硼导热润滑填料；所述热膨胀自适应过渡层轴向两端与中心压盘端面采用弹性浮动抵接结构。

13、具体的，所述边缘限位压环内侧周向均匀开设有矩形微限位齿槽，齿槽深度为1～2mm、间距为8～12mm。

14、具体的，所述耐热纤维牵引辊体内部沿轴向和周向分布嵌入有微型高温传感单元阵列，包括温度传感器、压力传感器和磨损监测传感器；各传感器引线沿辊轴内部通道引出，连接至外部的数据采集与处理系统。

15、一种高世代液晶玻璃基板用高精度牵引辊制备方法，包括以下步骤：

16、s1、过渡层预装：在辊轴外侧预定位置装配热膨胀自适应过渡层，过渡层与辊轴预留常温径向间隙并填充导热润滑填料；

17、s2、坯体预处理与叠装：制备内侧掺中空陶瓷微球、外侧纯纤维的分级耐热纤维圆片；在各耐热纤维圆片表面均匀涂覆纳米二氧化硅前驱体键合涂层，使前驱体渗透至纤维表层间隙；将各级耐热纤维圆片依次套设于所述过渡层外侧，按内疏外密层级叠装形成梯度坯体，并在叠装过程中嵌入高温传感单元阵列；

18、s3、工装装配：在坯体两侧装配中心压盘、带微限位齿槽的边缘限位压环，通过周向紧固件预紧定位；

19、s4、梯度压实与烧结固化：先以0.8～1.2mpa低压预压整平坯体，再升压至3.5～4.0mpa整体压实；采用三段式梯度烧结结合急冷工艺处理坯体；

20、s5、脱模与精加工：冷却后无损拆卸工装，对辊体外圆进行车削、超精研磨，得到高精度牵引辊成品。

21、具体的，所述内侧掺中空陶瓷微球的耐热纤维圆片掺杂5～20μm、质量占比3%～5%的闭孔中空陶瓷微球，外侧致密层无掺杂；所述微限位齿槽深度1～2mm、间距8～12mm；所述急冷工艺包括：烧结完成后以≥10℃/min的冷却速率冷却至600℃以下。

22、具体的，所述三段式梯度烧结温度分别为280～320℃低温烘干、650～700℃中温键合、950～1000℃高温定型。

23、本发明提供了高世代液晶玻璃基板用高精度牵引辊及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

24、1.本发明设置内疏外密的径向密度梯度结构，内侧掺杂中空陶瓷微球、外侧采用纯纤维致密结构，配合分区压实与梯度烧结工艺，优化了辊体性能适配性。外侧超高致密层压实度高、气孔率低，保证牵引工作面的耐磨精度与尺寸稳定性；内侧疏松缓冲层可缓冲高温形变，抑制辊体偏磨与蠕变差异，稳定辊面圆柱度与同轴度，保证玻璃带牵引速度均匀，改善基板厚度不均、板形翘曲的问题。

25、2.本发明在各纤维圆片贴合界面设置纳米二氧化硅前驱体键合薄层，烧结后形成连续共价键合界面，将多层纤维圆片整体固结。相较于传统堆叠压实结构，有效提高了辊体层间结合强度，防止高温使用过程中层间剥离、脱落，提升了辊体整体结构性与使用寿命。

26、3.本发明采用中心压盘与带微限位齿槽的边缘限位压环组合工装，实现坯体全端面均匀施压与外缘周向限位，解决了传统单一中心施压边缘压实不足、应力不均的问题，有效规避坯体翻边、分层、炸边等成型缺陷，提升辊体外圆精度与整体密度均匀性，提高成型良率与批次一致性。同时，分体式工装可无损拆装，避免脱模过程损伤辊体工作面。

27、4.本发明增设热膨胀自适应过渡层，通过匹配辊轴与辊体的热膨胀系数，并配合常温间隙配合结构，有效补偿高温形变差异，减小装配应力与运行偏心，提升辊体高温同轴度与运行稳定性。配合三段式梯度烧结及限定速率急冷工艺，可稳定锁定辊体径向梯度结构，避免高温均质化导致的梯度失效，保证牵引辊长期服役精度，适配高世代液晶玻璃基板高精度连续生产需求。