CN102690055A - 一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃 - Google Patents

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田颖
张广涛
李俊锋
李英春
闫冬成
刘文泰
李兆廷
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Abstract

一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，上述硅铝酸盐玻璃中各组成成分的质量百分比分别是：SiO2 50%~65%，Al 2O35%~15%，Na2O 0%~15%，K2O 0%~1%，Fe2O3 0.01%~1%，ZrO2 0.01%~5%，MgO 0~15%，CaO 0~10%，SrO 0~15%，BaO 0~13%，其中MgO、CaO、SrO、以及BaO的质量和占总量的5~30%，Na2O和K2O的质量和占总量的0.01~16%。用此种化学成份的组成物，很好地改善了玻璃的熔化、除去气泡、促进澄清、均化，从而更好的提高了PDP玻璃基板的良品率，还使其满足了PDP玻璃基板的所有性能要求。

Description

一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃
技术领域
本发明属于玻璃制造领域，涉及基于浮法成型工艺制备的等离子体显示器面板用玻璃基板的配方。
背景技术
等离子显示技术PDP是一种自发光显示技术，不需要背景光源，没有LCD显示器的视角和亮度均匀性问题，并且实现了高亮度和高对比度，可以实现非常清晰的图像。等离子显示技术在动态视频显示领域里有明显优势，更加适合作为大屏幕显示终端。等离子显示技术无扫描线扫描，因此图像清晰稳定无闪烁，可以防止眼睛疲劳，同PDP也避免了X射线对人体的辐射。由于这些突出特点，PDP可以称为真正意义上的绿色环保显示产品。
PDP是近年来伴随着电子产业的发展而发展起来的一种先进的平板显示技术，是目前民用市场上的两种最主要的平板显示技术。尤其，PDP作为大型的平板彩色显示器受到注目。在PDP中，在前后基板之间具有大量单元，通过在该单元中进行等离子体放电而形成图像，其工作原理与日光灯类似。PDP采用等离子管作为发光元件，屏幕上的每一个像素对应一个单独的等离子管。PDP的屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极，因此要求玻璃基板具有比较高的应变点温度。
作为PDP玻璃基板原片必须具有下列的特性：
1）具有高于580℃的应变点温度，减少玻璃基板在后续加工热处理时致变化弹性特征发生变化，引起的热收缩和不规则变形；
2）高的线膨胀系数，减少因弹性特征变化快而引起玻璃基板弯曲；
3) 较高的体电阻，显示器是由前后两块基板制成，两块基板制成阴阳电极，用气体隔离形成放电空间，玻璃基板是用来密封的，必须具有保持内部与外部的电绝缘性；
4)良好的化学稳定性，在玻璃基板上要进行许多化学溶剂的涂膜和光刻，要耐不同试剂的侵蚀才能不产生表面缺陷；
5)有较好的抵抗风化的能力。
在上述对PDP玻璃基板提出的高要求下，促使了我们对等离子玻璃基板的开发研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能更完美的等离子显示器用的玻璃基板的组分设计，提供一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃的料方，应用本发明配方可以生产出满足PDP玻璃基板的各项性能指标的玻璃基板原片。
本发明采用的技术方案是：一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，关键在于：上述硅铝酸盐玻璃中各组成成分的质量百分比分别是：
SiO2            50%~65%，
Al2O3           5%~15%，
Na2O            0%~15%，
K2O             0%~1%，
Fe2O3           0.01%~1%，
ZrO2            0.01%~5%，
MgO            0~15%，
CaO             0~10%，
SrO             0~15%，
BaO             0~13%。
所述的MgO、CaO、SrO、以及BaO的质量和占总量的5~30%。
所述的Na2O和K2O的质量和占总量的0.01~16%。
本发明中最关键的一是对于各种组成中氧化物的合理控制，获得更加符合PDP基板要求的玻璃原片；二是对氧化锆的控制，可以提升熔化质量；三是对于氧化钾的精确控制，由于钾离子半径大于钠离子，氧化钾给出氧的能力强化氧化钠，钾离子占据玻璃硅氧骨架结构中，增加链条半径，减少了玻璃基板的密度，更加符合PDP基板轻量化的要求；四是加入Fe2O3成分后，可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动，尤其是硅砂原料中有机氧化物含量的微量波动，避免影响澄清效果，产生微气泡缺陷。
本发明的有益效果是：用此种化学成份的组成物，很好地改善了玻璃的熔化、除去气泡、促进澄清、均化，从而更好的提高了PDP玻璃基板的良品率，还使其满足了PDP玻璃基板的所有性能要求：在50℃～350℃的热膨胀系数稳定在80~90×10-7/℃的区间；应变点在580℃以上，密度小于2.77g/ cm3。
具体实施方式
    一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，重要的是：上述硅铝酸盐玻璃中各组成成分的质量百分比分别是：
SiO2            50%~65%，
Al2O3           5%~15%，
Na2O            0%~15%，
K2O             0%~1%，
Fe2O3           0.01%~1%，
ZrO2            0.01%~5%，
MgO            0~15%，
CaO             0~10%，
SrO             0~15%，
BaO             0~13%。
所述的MgO、CaO、SrO、以及BaO的质量和占总量的5~30%。
所述的Na2O和K2O的质量和占总量的0.01~16%。
SiO2的优选质量百分比为55.98~63.73%。
Fe2O3的优选质量百分比为0.09~0.85%。
K2O的优选质量百分比为0.43~0.72%。
Na2O的优选质量百分比为9.17~12.15%。
ZrO2的优选质量百分比为1.56~3.76%。
Al2O3的优选质量百分比为9.79~12.29%。
本发明在实施时，A按照依据设计的玻璃性能要求，计算玻璃成分，根据使用的原材料引入的玻璃成分及含量准确配料；B准确称取所需要的原材料，将原料中的粗颗粒碾碎后一起混匀，装入铂金坩埚备用；C样品在1480℃时放入高温炉，并在1480℃保温3小时，之后自然升温至1520℃，并保温2.5小时，之后自然升温至1540℃，保温1.5小时，此时熔样结束；D 熔样结束前1.5小时开启退火马弗炉，使马弗炉炉膛温度升到620℃，同时放入成型钢板预热；E熔样结束后，将熔好的玻璃液倒在已经预热好的钢板上的成型槽内，倒样时使玻璃液匀速向后移动，保证玻璃均匀；F迅速将成型的玻璃样送入马弗炉中退火1小时，之后将马弗炉自然降温，达到室温后退火结束。
在本发明中，SiO2为玻璃网络形成体，是玻璃的骨架，其含量低于50%时，玻璃基板耐热性会恶化；而如果其含量超过75%以后，玻璃的高温粘度会增加，使玻璃的熔化温度更高，无法满足各工序生产时所需的条件；同时，玻璃的线性热膨胀系数会下降。因此要使SiO2的含量在比较适合的范围内，才可以满足生产与性能的要求。其较适合的范围是50%~65%。
Al2O3具有改善玻璃化学稳定性的功效，可以提高玻璃化温度、使玻璃基板的耐热性提高，如果其含量少于5%时，效果不明显，但是，如果超过15%，玻璃的高温粘度增加，无法降低制造玻璃基板时的温度。其较适合的范围是5%~15%。
MgO具有降低玻璃熔化时的粘性并促进玻璃熔化的作用，但是如果其含量超过15%，则会产生玻璃的热膨胀系数过大的倾向，而且玻璃会变得容易失透。其较适合的范围是0%~15%。
CaO具有提高玻璃化温度、增大玻璃线性热膨胀系数有效果，并且可以降低玻璃的高温粘度。但是如果其含量超过12%，则存在热膨胀系数过大的倾向，且变得容易发生失透。其较适合的范围是0%~10%。
SrO具有提高玻璃化温度、增大热膨胀系数和降低玻璃的高温粘度的效果。但是如果其含量超过16%，则存在线性热膨胀系数和密度过大的倾向，且变得容易发生失透。较适合的范围是0%~15%。
BaO具有提高玻璃化温度和增大热膨胀系数的效果。但是如果其含量超过16%，则存在热膨胀系数和密度过大的倾向，且变得容易发生失透。较适合的范围是0%~13%。
K2O具有降低玻璃熔解温度及降低黏度之作用，具有助熔效果，可降低玻璃熔融所需能量，降低黏度也有助于排除气泡，缩短玻璃熔融与澄清时间。但是过量加入容易引起玻璃的耐热性非常容易下降，且弱化耐酸碱侵蚀能力，也会降低玻璃机械性质。K2O较适合的范围是0%~1%。
Na2O具有降低玻璃熔解温度及降低黏度之作用，但作用效果较K2O弱，具有助熔效果，可降低玻璃熔融所需能量，降低黏度也有助于排除气泡，缩短玻璃熔融与澄清时间。但是过量加入容易引起玻璃的耐热性非常容易下降，且弱化耐酸碱侵蚀能力，也会降低玻璃机械性质。Na2O较适合的范围是0%~15%。
ZrO2具有提高玻璃的耐热性和化学耐久性的效果，如果其含量超过10%，会增ZrO2的析晶的可能性，使玻璃失透。ZrO2较适合的范围是0.01%~5%。
下面给出配方中各组份以质量百分比计量的具体实施例（表1、表2）：
表1
组成（质量百分比） 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
SiO2 50.00 55.98 57.11 59.62 58.14 58.29 58
Al2O3 10.30 10.72 5.29 9.04 11.09 8.25 9.79
Na2O 9.64 14.85 5.32 9.17 12.15 9.72 9.52
K2O 0.72 0.99 0.63 0.26 0.69 0.35 0.43
Fe2O3 1 0.23 0.09 0.01 0.17 0.13 0.12
ZrO2 4.98 0.81 1.56 2.09 0.26 1.98 2.63
MgO 2.68 7.73 15 0 9.68 9.87 0
CaO 6.42 6.43 0 0 6.82 2.37 4.43
SrO 9.21 0 7.28 15 0 8.94 11.19
BaO 5.05 2.26 7.72 4.81 0 0 3.89
MgO+ CaO+ SrO+ BaO 23.36 16.42 30 19.81 17.5 21.28 19.51
热膨胀系数(50-350) /×10-7/K 84.83 94.78 82.56 82.76 88.50 85.45 81.77
应变点 /℃ 588 590 612 597 594 603 595
密度 / g/cm3 2.62 2.65 2.60 2.60 2.61 2.72 2.61
软化点/℃ 812 810 815 816 817 823 815
表2
组成（质量百分比） 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
SiO2 60.00 60.73 61.42 62.18 63.73 61.1 65.00
Al2O3 9.80 8.63 11.27 8.81 12.29 15 5
Na2O 10.12 9.89 9.05 9.73 0 15 15
K2O 0.45 1 0 0.93 0.01 1 0.62
Fe2O3 0.13 0.85 0.59 0.79 0.71 0.70 0.98
ZrO2 3.76 0.01 0.76 0.56 5 2.20 1.67
MgO 0 5.91 0 2.31 2.34 5 3.75
CaO 10 0 6.23 2.12 3.23 0 2.39
SrO 5.74 0 0 7.35 7.33 0 5.49
BaO 0 13 10.68 5.22 5.36 0 0.10
MgO+ CaO+ SrO+ BaO 15.74 18.91 16.91 17 18.26 5 11.73
热膨胀系数(50-350) /×10-7/K 82.84 85.47 81.10 82.49 83.12 87.73 81.2
应变点 /℃ 588 590 612 597 594 603 595
密度 / g/cm3 2.65 2.65 2.68 2.64 2.63 2.66 2.03
软化点/℃ 812 810 815 816 817 823 815
氧化钾在优选质量百分比为0.43~0.72%的区间内，由于钾离子半径大于钠离子，氧化钾给出氧的能力强化氧化钠，钾离子占据玻璃硅氧骨架结构中，增加链条半径，减少了玻璃基板的密度，更加符合PDP基板轻量化的要求； Fe2O3在0.09~0.85%区间内，可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动，尤其是硅砂原料中有机氧化物含量的微量波动，避免影响澄清效果，产生微气泡缺陷。

Claims (9)

1.一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：上述硅铝酸盐玻璃中各组成成分的质量百分比分别是：
SiO2            50%~65%，
Al2O3           5%~15%，
Na2O            0%~15%，
K2O             0%~1%，
Fe2O3           0.01%~1%，
ZrO2            0.01%~5%，
MgO            0~15%，
CaO             0~10%，
SrO             0~15%，
BaO             0~13%。
2.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：所述的MgO、CaO、SrO、以及BaO的质量和占总量的5~30%。
3.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：所述的Na2O和K2O的质量和占总量的0.01~16%。
4.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：SiO2的优选质量百分比为55.98~63.73%。
5.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：Fe2O3的优选质量百分比为0.09~0.85%。
6.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：K2O的优选质量百分比为0.43~0.72%。
7.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：Na2O的优选质量百分比为9.17~12.15%。
8.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：ZrO2的优选质量百分比为1.56~3.76%。
9.根据权利要求1所述的一种基于浮法工艺的等离子显示器用的硅铝酸盐玻璃，其特征在于：Al2O3的优选质量百分比为9.79~12.29%。
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