CN103771708A

CN103771708A - 一种高强度显示屏玻璃

Info

Publication number: CN103771708A
Application number: CN201410010162.3A
Authority: CN
Inventors: 卢勇
Original assignee: QINHUANGDAO XINGJIAN SPECIAL GLASS CO Ltd
Current assignee: QINHUANGDAO XINGJIAN SPECIAL GLASS CO Ltd
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-05-07

Abstract

本发明公开了一种高强度显示屏玻璃，包括以下氧化物成分，各氧化物成分所占分数均为质量百分比：二氧化硅40-75%；三氧化二铝10-20%；氧化镁1-5%；氧化钙1-5%；氧化钠10-20%；二氧化铈0.1-0.9%；二氧化锆1-4%；氯化钠0.1-1.3%；该高强度显示屏玻璃的组合物中氧化铁杂质的含量控制≤80ppm。与现有技术相比，本发明的高强度显示屏玻璃，其组分中加入了二氧化锆能够显著提高显示屏玻璃的机械强度、硬度和耐磨性能，能够提高电子设备显示屏抗摔、划伤和表面磨损等性能；加入了二氧化铈能够起到降低电子设备辐射，并能够降低电子通讯产品的无线电波等有害辐射源对人体的辐射；扩大了高强度显示屏玻璃的应用范围，有益于推广应用。

Description

一种高强度显示屏玻璃

技术领域

本发明涉及一种显示屏玻璃，特别是一种适用于通讯及电子设备的高强度显示屏玻璃。

背景技术

随着通讯、电子行业的繁荣发展和人们生活水平的提高，人们对手机、平板电脑、MP3等通讯及电子设备显示屏的性能要求越来越高；目前，显示屏玻璃主要采用二次处理的方法来实现高强度、高耐磨性和高维氏硬度；该方法普遍为生产成本高、成品率低，而且该显示屏玻璃都不具有抗辐射性能，因而影响并限制了高强度显示屏玻璃的应用范围。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用一次工艺成型、生产成本低、成品率高；同时，在有辐射的场合，能够降低通讯和电子设备对人体辐射的高强度显示屏玻璃。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高强度显示屏玻璃，包括以下氧化物成分，各氧化物成分所占分数均为质量百分比：SiO₂ 40-75%；Al₂O₃ 10-20%；MgO 1-5%；CaO 1-5%；Na₂O 10-20%；CeO₂ 0.1-0.9%；ZrO₂1-4%； NaCl 0.1-1.3%。

由上述各氧化物成分组成的高强度显示屏玻璃的总组分中，其氧化铁杂质的总含量≤80ppm。

上述的SiO₂为用加热的盐酸浸泡过的低铁SiO₂；其它如Al₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、CeO₂、ZrO₂和NaCl均由与其各自对应的分析纯化学原料Al₂O₃、Mg（OH）₂、CaCO₃、Na₂CO₃、CeO₂、ZrO₂和NaCl中引入。

上述盐酸的加热温度为60℃，所用的盐酸浓度为10%；低铁SiO₂在加热的盐酸中浸泡时间为20分钟，取出后，用清水清洗若干次，直至该低铁SiO₂中的氧化铁杂质含量低于20 ppm。

上述的高强度显示屏玻璃的总组分中，还可以加入质量百分比为 0-1.47%的分析纯K₂CO₃；该分析纯K₂CO₃在410℃时分解时产生的K₂O；分解后的K₂O占质量百分比分数为 0-1%。也可以加入有质量百分比为 0-5.31%分析纯H₃BO₃替代分析纯K₂CO₃；该分析纯H₃BO₃在100℃时分解时产生B₂O₃；分解后的B₂O₃占质量百分比分数为0-3%。

上述的高强度显示屏玻璃，还可以同时加入有质量百分比为 0-1.47%的分析纯K₂CO₃和质量百分比为 0-5.31%分析纯H₃BO₃；其中，分析纯K₂CO₃在410℃分解时产生的K₂O占质量百分比的分数为 0-1%；分析纯H₃BO₃在100℃分解时产生的B₂O₃占质量百分比分数为0-3%。

上述的玻璃总组分中的氧化铁杂质总含量要求≤80ppm。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：1）与现有的高强度显示屏玻璃相比，本发明的高强度显示屏玻璃，其组分中添加了二氧化锆（ZrO₂）和二氧化铈（CeO₂）；其中，加入的二氧化锆能够显著提高显示屏玻璃的机械强度、硬度和耐磨性能，提高电子设备显示屏的抗摔、抗划伤和表面耐磨损等的性能；加入的二氧化铈能够起到降低电子设备辐射、降低电子通讯产品的无线电波等有害辐射源对人体的辐射。2）由于玻璃熔制过程中Fe²⁺和Fe³⁺会对玻璃产生着色，降低显示屏玻璃的光学透过率；因此，用上述组分成型的高强度显示屏玻璃，其内氧化物总组份中氧化铁杂质的含量控制≤80ppm；有效解决了上述问题，提高了该高强度显示屏玻璃的光学透过率。3）加入碱金属氧化物氧化钠Na₂O或氧化钾K₂O、与三氧化二硼B₂O₃和氧化钙CaO组合，三者的组合起到高温助熔的作用，有利于玻璃的熔化和澄清。4）氧化镁MgO的加入，能够减少由于引入氧化钙CaO对其玻璃混合料易引起的析晶倾向，同时提高该玻璃的化学稳定性；二氧化硅SiO₂、二氧化锆ZrO₂和三氧化二铝Al₂O₃的加入与常规技术一样，能够显著提高该高强度显示屏玻璃的热稳定性、化学稳定性、硬度、机械强度和耐热性能；同时加入Al₂O₃，有利于该显示屏玻璃化学钢化的进行；而且Al₂O₃和Na₂O的同时使用，更有利于该组分玻璃进行化学钢化处理，提高该高强度显示屏玻璃在化学钢化时玻璃表面的钠离子和交换熔盐中钾离子的交换速度以及钾离子代替钠离子在玻璃表层的厚度层；进一步提高玻璃的强度和耐磨性能。5）本发明的高强度显示屏玻璃的组份是在高温环境下混料，可有效降低挥发物组分的挥发比例，保证该玻璃组分组成的稳定性；同时也降低了在高温下刚玉坩埚中玻璃料内外温差，减少了该玻璃不均匀显现和玻璃液分层现象，防止加料完成后的升温易造成刚玉坩埚内外温差过大，导致该刚玉坩埚炸裂现象的产生。

具体实施方式

本发明中的高强度显示屏玻璃组成，包括以下氧化物成分，各氧化物成分所占分数均为质量百分比：

SiO₂ 40-75%； Al₂O₃ 10-20%；

MgO 1-5%； CaO 1-5%；

Na₂O 10-20%； CeO₂ 0.1-0.9%；

ZrO₂ 1-4%。 NaCl 0.1-1.3%。

由于玻璃熔制过程中上述组份中存在的Fe²⁺和Fe³⁺会对玻璃产生着色，降低了显示屏玻璃的光学透过率；因此为了提高该高强度显示屏玻璃的光学透过率，需要控制氧化物总组分中氧化铁杂质的含量低于80ppm。

为此，上述氧化物成分中，所用的SiO₂选用市售的低铁SiO₂；但是，因低铁SiO₂中氧化铁含量在40-50ppm，还须用加热的盐酸进行浸泡，浸泡20分钟后，再用清水清洗，直至氧化铁含量低于20 ppm以下，才可作为氧化物原料加入上述的玻璃组分中。

除此之外，其余的氧化物均选用市售的分析纯化学原料，以满足上述氧化铁杂质含量的要求。

上述的高强度显示屏玻璃组分中还可以加入有市售的分析纯硼酸（H₃BO₃），分析纯H₃BO₃质量百分比为 0-5.31%在100℃分解时产生的B₂O₃的加入量为 0-3%；

上述的高强度显示屏玻璃组分中还可选用市售的分析纯碳酸钾（K₂CO₃）替代上述的三氧化二硼（B₂O₃）；其中，分析纯K₂CO₃质量百分比为 0-1.47%在410℃分解时产生K₂O的加入量为0-1%；

上述的高强度显示屏玻璃组分中也可同时加入市售的分析纯碳酸钾（K₂CO₃）和分析纯硼酸（H₃BO₃）其中分析纯K₂CO₃质量百分比为 0-1.47%在410℃分解时产生K₂O的加入量为0-1%；分析纯H₃BO₃质量百分比为 0-5.31%在100℃分解时产生的B₂O₃的加入量为 0-3%；

与现有高强度显示玻璃相比，本发明中添加了分析纯二氧化锆（ZrO₂）和分析纯二氧化铈（CeO₂），其中，二氧化锆（ZrO₂）能够显著提高显示屏玻璃的机械强度、硬度和耐磨性能，有效提高了在电子设备中所用的该高强度显示屏玻璃的抗摔、耐划伤和耐表面磨损等性能；二氧化铈（CeO₂）的加入，起到降低辐射的作用，尤其是降低电子通讯产品中无线电波等有害辐射源对人体的辐射。

加入碱金属氧化物，分析纯Na₂CO₃在700℃分解成Na₂O、分析纯K₂CO₃在410℃分解成K₂O；分析纯硼酸H₃BO₃在100℃分解成B₂O₃和分析纯碳酸钙CaCO₃在420-915℃分解成CaO，三者起到高温助熔的作用，有利于玻璃的熔化和澄清。

分析纯二氧化铈（CeO₂）和分析纯氯化钠（NaCl）起到澄清的作用，减少玻璃熔制缺陷的产生。同时二氧化铈能够作为抗辐射剂，减少电子通讯产品对人体的辐射。

分析纯氢氧化镁（Mg（OH）₂）在340～490℃分解引入的氧化镁（MgO）能够减少由于引入分析纯碳酸钙（CaCO₃）在420-915℃分解成CaO引起的析晶倾向，同时提高玻璃的化学稳定性。

分析纯二氧化硅（SiO₂）的加入能够提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、硬度、机械强度和耐热性能。

分析纯三氧化二铝（Al₂O₃）的加入能够提高显示屏玻璃的热稳定性和机械强度、硬度，同时Al₂O₃的加入有利于玻璃的化学钢化的进行。

分析纯二氧化锆（ZrO₂）的加入能够提高显示屏玻璃的机械强度、硬度和耐磨性能。

上述高强度显示屏玻璃的熔制原理为：用刚玉作容器，在硅钼棒电阻炉中进行熔制，熔制过程为氧化性气氛，一个熔炼周期为30小时；在电阻炉升温至1530～1550℃时加料，加料持续时间为7～9小时，加料次数为10～12次；其中，第1次加料的位置是距该刚玉容器上沿1cm处，相邻2次的加料时间间隔为40-50分钟；全部料加完后保温1～2小时；然后升温至1650～1680℃，进行澄清均化20～22小时。熔化好的玻璃熔料经过浇铸成型为玻璃片制品；最后再送入退火炉内进行退火，退火温度为600～750℃，退火时间为3～6小时，目的是消除玻璃片样品的应力。

本发明采用上述的高温加料方式，目的是是降低挥发物组分的挥发比例，保证玻璃组成的稳定性；本发明在加料完成后保温一定时间，主要作用在高温下使刚玉坩埚中玻璃料内外温差降低，减少由于其他方法中出现的玻璃组成出现的玻璃不均匀显现和玻璃液分层现象，同时防止由于加料完成后即升温造成的刚玉坩埚内外温差过大，而使刚玉坩埚炸裂等现象的产生。

以下通过实例对上述高强度显示屏玻璃的熔制作进一步的详细说明：

实例1：高强度显示屏玻璃的组份由以下氧化物原料组成，各氧化物原料所占分数均以质量百分比例加入：

二氧化硅（SiO₂） 40%；三氧化二铝（Al₂O₃）20%；

三氧化二硼（B₂O₃） 3%；氧化镁（MgO） 5%；

氧化钙（CaO） 5%；氧化钠（Na₂O） 20%；

氧化钾（K₂O） 1%；二氧化铈（CeO₂） 0.9%；

氯化钠（NaCl） 1.3%；二氧化锆（ZrO₂） 3.8%。

先将刚玉坩埚加温至1550℃，然后向其内加料，先加经热盐酸浸泡并用清水清洗的低铁SiO₂，然后依次加入上述的分析纯Al₂O₃、分析纯（Mg（OH）₂）在340～490℃分解引入的氧化镁（MgO）、分析纯碳酸钙CaCO₃在420-915℃分解成CaO、分析纯Na₂CO₃在700℃分解成Na₂O、分析纯CeO₂ 、分析纯ZrO₂、分析纯NaCl；最后加入分析纯H₃BO₃在100℃分解时产生的B₂O₃和分析纯K₂CO₃在410℃分解时产生的K₂O；加料时间为9小时；在1550℃时保温，其保温时间为2小时；然后加温至1680℃时，将上述玻璃熔液澄清，澄清时间为22小时；最后在750℃的温度下退火，退火时间6小时。

按照上述要求处理过的低铁SiO₂中氧化铁杂质的含量低于20ppm；所用的氧化物均为市售的分析纯氧化物；故此，按照上述方法制备的高强度显示屏玻璃中氧化物总组分中氧化铁杂质的含量低于80ppm。

用市售的YL-1125三点抗弯试验机、TH783数字式液晶维氏硬度计和电子能量为1MeV、累计通量为1×10¹²e/cm²·s的电子加速器进行测试，该高强度显示屏玻璃具有如下性能：抗弯强度≥585Mpa；维氏硬度为619kgf/mm²；抗辐射性能：在500-1000nm波长范围内经过辐照后的光谱透射比平均值的衰减值≤2%。

其抗弯强度比现有的高强度玻璃的抗弯强度提高近7%；维氏硬度提高近3.2%，解决了现有的高强度玻璃不具备抗辐射性能的缺陷。

实例2：高强度显示屏玻璃的制备方法和所用的测试仪器与实例1基本相同，不再赘述；其不同点在于：加入的氧化物组份不同，各氧化物原料所占分数均以质量百分比例加入：

二氧化硅（SiO₂） 67.3%；三氧化二铝（Al₂O₃） 13%；

氧化镁（MgO） 1%；氧化钙（CaO） 2.5%；

氧化钠（Na₂O） 12%；二氧化铈（CeO₂） 0.1%；

氯化钠（NaCl） 0.1%；二氧化锆（ZrO₂） 4%；

先将刚玉坩埚加温至1550℃，然后向其内加料，先加经热盐酸浸泡并用清水清洗的低铁SiO₂，然后依次加入上述的分析纯Al₂O₃、分析纯（Mg（OH）₂）在340～490℃分解引入的氧化镁（MgO）、分析纯碳酸钙CaCO₃在420-915℃分解成CaO、分析纯Na₂CO₃在700℃分解成Na₂O、分析纯CeO₂ 、分析纯ZrO₂、分析纯NaCl；

用与实例1相同的测试仪器对该高强度显示屏玻璃进行测试，其性能指标如下：抗弯强度≥650Mpa；维氏硬度为630kgf/mm²；抗辐射性能：在500-1000nm波长范围内经过辐照后的光谱透射比平均值的衰减值≤2%。

其中，抗弯强度比现有的高强度玻璃的抗弯强度提高近19%；维氏硬度提高近5%，解决了现有的高强度玻璃不具备抗辐射性能的缺陷。

实例3：高强度显示屏玻璃的制备方法和测试仪器与实例1基本相同，不再赘述；其不同点在于：加入的氧化物组份不同，各氧化物原料所占分数均以质量百分比例加入：

二氧化硅（SiO₂） 75%；三氧化二铝（Al₂O₃） 10%；

三氧化二硼（B₂O₃） 0.8%；氧化镁（MgO） 1.1%；

氧化钙（CaO） 1%；氧化钠（Na₂O） 10%；

氧化钾（K₂O） 0.3%；二氧化铈（CeO₂） 0.5%；

氯化钠（NaCl） 0.3%；二氧化锆（ZrO₂） 1%；

先将刚玉坩埚加温至1540℃，然后向其内加料，先加经热盐酸浸泡并用清水清洗的低铁SiO₂，然后依次加入上述的分析纯Al₂O₃、分析纯（Mg（OH）₂）在340～490℃分解引入的氧化镁（MgO）、分析纯碳酸钙CaCO₃在420-915℃分解成CaO、分析纯Na₂CO₃在700℃分解成Na₂O、分析纯CeO₂ 、分析纯ZrO₂、分析纯NaCl；最后加入分析纯H₃BO₃在100℃分解时产生的B₂O₃和分析纯K₂CO₃在410℃分解时产生的K₂O；加料时间为7小时；在1540℃时保温，其保温时间为1.5小时；然后加温至1660℃时，将上述玻璃熔液澄清，澄清时间为20小时；最后在650℃的温度下退火，退火时间4小时。

用与实例1相同的测试仪器对该高强度显示屏玻璃进行测试，其性能指标如下：抗弯强度≥630Mpa；维氏硬度为615kgf/mm²；抗辐射性能：在500-1000nm波长范围内经过辐照后的光谱透射比平均值的衰减值≤2%。

其抗弯强度比现有的高强度玻璃的抗弯强度提高近14.5%；维氏硬度提高近2.5%，解决了现有的高强度玻璃不具备抗辐射性能的缺陷。

Claims

1.一种高强度显示屏玻璃，包括以下氧化物成分，各氧化物成分所占分数均为质量百分比： SiO₂ 40-75%； Al₂O₃ 10-20%；

MgO 1-5%； CaO 1-5%；

Na₂O 10-20%； CeO₂ 0.1-0.9%；

ZrO₂ 1-4%； NaCl 0.1-1.3%；

由上述各氧化物成分组成所述高强度显示屏玻璃的总组分中，其氧化铁杂质的总含量≤80ppm。

2.根据权利要求1所述的高强度显示屏玻璃，其特征在于：所述SiO₂为用加热的盐酸浸泡过的低铁SiO₂；所述Al₂O₃、所述MgO、所述CaO、所述Na₂O、所述CeO₂、所述ZrO₂、所述NaCl均由与其各自对应的分析纯化学原料Al₂O₃、Mg（OH）₂、CaCO₃、Na₂CO₃、CeO₂、ZrO₂和NaCl引入。

3.根据权利要求2所述的高强度显示屏玻璃，其特征在于：所述盐酸的加热温度为60℃，其盐酸的浓度为10%；所述低铁SiO₂在加热的盐酸中浸泡时间为20分钟，再用清水清洗若干次，直至所述低铁SiO₂中的氧化铁杂质含量低于20 ppm。

4.根据权利要求3所述的高强度显示屏玻璃，其特征在于：还加入有质量百分比为 0-1.47%的分析纯K₂CO₃；该分析纯K₂CO₃在410℃时分解时产生的K₂O；分解后的K₂O占质量百分比分数为 0-1%。

5.根据权利要求3所述的高强度显示屏玻璃，其特征在于：还加入有质量百分比为 0-5.31%分析纯H₃BO₃；该分析纯H₃BO₃在100℃时分解时产生B₂O₃；分解后的B₂O₃占质量百分比分数为0-3%。

6.根据权利要求3所述的高强度显示屏玻璃，其特征在于：还同时加入有质量百分比为 0-1.47%的分析纯K₂CO₃和质量百分比为 0-5.31%分析纯H₃BO₃；其中，分析纯K₂CO₃在410℃分解时产生的K₂O占质量百分比的分数为 0-1%；分析纯H₃BO₃在100℃分解时产生的B₂O₃占质量百分比分数为0-3%。