CN105837030B - 一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents

一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及玻璃制造领域，具体地，公开了一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用，涉及一种玻璃用组合物，该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、CdO、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。还涉及一种玻璃及其制备方法和应用。本发明制得的玻璃具有较高的化学强化性能、较高的硬度和强度，较高的应变点，且该玻璃具有较大的弹性模量，从而可获得较理想的断裂韧性，这对降低玻璃脆性，改善玻璃耐冲击性大有助益，另外，该盖板玻璃不易发生失透且易于玻璃化，适合工艺生产要求，具有较好的耐热、耐冲击以及优良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击和划伤损害，较适用于作为盖板玻璃。

Description

一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及玻璃制造领域，具体地，涉及一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
随着包括电容式触摸屏手机、平板电脑、数码相机、各类查询终端、ATM机、点播机、大屏幕触摸式电子白板等的出现及更新换代，触控功能在消费电子产品中的渗透率不断提高，这极大地推动了触摸屏表层盖板玻璃的市场需求。
根据消费者的需求，盖板玻璃正逐渐向着更优质的方向发展。其优质主要体现在表面应力大、应力层深度适合、耐热、耐热冲击、具有较好的坚韧性、脆性低耐冲击、轻薄适合大尺寸化等方面。目前，在降低脆性，改善盖板玻璃耐冲击性方面的研究进展依旧差强人意，未有突破性进展，盖板玻璃的损坏亦多由耐冲击性能不足而造成。
目前消费者在使用手机的过程中，长期对眼睛造成一定危害，其中荧光屏的电磁波、紫外线、放射线、刺眼的颜色和红外线等会刺激眼睛，引起眼睛干涩、疲劳、重影、视力模糊甚至头颈疼痛等毛病。甚至出现眼病，主要表现为灼热、畏光、复视、发痒、异物感、视力下降、晶体混浊等，有的还伴有头昏、头痛等症状，也可能诱发其他一些眼病，如青光眼等。在针对此情况，除从医学保健上防护之外，在手机、电视等电子器件上，也需进行技术改进。
目前生产的玻璃的热膨胀系数、以及硬度、强度、防荧光刺激、抗刮和耐磨等性能还无法满足盖板玻璃的需要。
因此，急需一种能够适用于盖板玻璃且综合性能较优的玻璃。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种玻璃用组合物，该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、CdO、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。
优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为60-75重量％，Al2O3的含量为7-14重量％，CdO的含量为0.01-2重量％，碱金属氧化物的含量为10.01-26重量％，碱土金属氧化物的含量为2-6重量％。
更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为62-70重量％，
更优选地，Al2O3的含量为9-13重量％；
更优选地，CdO的含量为0.5-1重量％；
更优选地，碱金属氧化物的含量为12.5-25重量％；
更优选地，碱土金属氧化物的含量为3-5重量％。
更优选地，所述碱金属氧化物为Na2O、K2O和Li2O中的至少一种，更优选为Na2O、K2O和Li2O的混合物。
更优选地，Na2O、K2O和Li2O的混合物中Na2O、K2O和Li2O的重量比为1：0.1-1：0.01-0.5。
优选地，所述碱土金属氧化物为MgO、CaO和SrO中的至少一种，更优选地，所述碱土金属氧化物为MgO。
第二方面，本发明提供了一种玻璃的制备方法，该方法包括：将上述玻璃用组合物依次进行混合、熔融、均化、浇注成型和退火。
优选地，该方法还包括：将退火后的玻璃进行切片、打磨和化学钢化。
第三方面，本发明提供了上述方法制备的玻璃。
第四方面，本发明提供了上述玻璃作为触摸屏盖板玻璃的应用。
本发明制得的玻璃的膨胀系数可以为81-91×10-7/℃，弹性模量可以为79-89GPa，应变点可以为620-640℃，熔化温度可以为1500-1550℃，钢化后维氏硬度可以为650-782，压应力可以为825-1105MPa，压应力层深度可以为35-54μm。因此，本发明制得的玻璃具有较高的化学强化性能、较高的硬度和强度，较高的应变点，且该玻璃具有较大的弹性模量，从而可获得较理想的断裂韧性，这对降低玻璃脆性，改善玻璃耐冲击性大有助益，另外，该盖板玻璃不易发生失透且易于玻璃化，适合工艺生产要求，具有较好的耐热、耐冲击以及优良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击和划伤损害，较适用于作为盖板玻璃。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种玻璃用组合物，该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、CdO、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。
根据本发明所述的玻璃用组合物，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为60-75重量％，Al2O3的含量为7-14重量％，CdO的含量为0.01-2重量％，碱金属氧化物的含量为10.01-26重量％，碱土金属氧化物的含量为2-6重量％。
为了显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能，更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为62-70重量％。
为了显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能，更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为9-13重量％。
为了显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能，更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，CdO的含量为0.5-1重量％。
为了显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能，更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，碱金属氧化物的含量为12.5-25重量％。
为了显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能，更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，碱土金属氧化物的含量为3-5重量％。
本发明的一种优选实施方式中，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为62-70重量％；Al2O3的含量为9-13重量％；CdO的含量为0.5-1重量％；碱金属氧化物的含量为12.5-25重量％；碱土金属氧化物的含量为3-5重量％。
根据本发明所述的玻璃用组合物，该玻璃用组合物还可以含有澄清剂，所述澄清剂可以为SnO2、As2O3和CaF2中的至少一种，优选为SnO2。其中，以玻璃用组合物的总重量为基准，SnO2的含量可以为0.1-1重量％，优选为0.4-0.7重量％。
根据本发明所述的玻璃用组合物，碱金属氧化物可以为本领域各种碱金属氧化物，例如可以为Na2O、K2O和Li2O中的至少一种，优选为Na2O、K2O和Li2O的混合物，从而能够显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。
本发明的发明人在研究中发现，当Na2O、K2O和Li2O的混合物中Na2O、K2O和Li2O的重量比为1：0.1-1：0.01-0.5时，从而能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。
根据本发明所述的玻璃用组合物，所述碱土金属氧化物可以为本领域各种碱土金属氧化物，例如可以为MgO、CaO和SrO中的至少一种，优选为MgO，从而能够显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。
本发明中，SiO2是构成玻璃骨架的成分，SiO2含量较高，耐化学性和机械强度会增加，玻璃的高温粘度增加，如果SiO2过多，就难以得到料性长的玻璃。SiO2含量较低则不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性和耐碱性均会下降。考虑到熔化温度、析晶上限温度、玻璃膨胀系数、机械强度、玻璃料性等性能。SiO2含量优选为60-75重量％，更优选为62-70重量％。
本发明中，Al2O3可以改善玻璃化学稳定性并降低玻璃的析晶倾向，同时还可以提高拉伸弹性模量。但是，Al2O3含量过多，玻璃难以熔制、料性短，相反地，Al2O3含量过低，玻璃容易析晶，机械强度较低不利于成型。优选地，本发明组合物中加入7-14重量％的Al2O3，更优选为9-13重量％Al2O3，从而能够提高制得玻璃的应变点、强度和化学强化特性等。
本发明中，CdO起助熔作用的同时还可以防止荧光刺眼。CdO的含量范围优选为0.01-2重量％，更优选为0.5-1重量％。
本发明的玻璃用组合物优选含有Li2O，Li2O是化学钢化处理过程中的主要交换离子，并且可以加快离子交换速度，使得玻璃得到更厚的强化层，可以起到助熔作用，含量较高，会侵蚀耐火材料，本发明组合物中加入0.01-3重量％Li2O，优选加入0.5-3重量％Li2O。
本发明的玻璃用组合物优选含有Na2O和K2O，Na2O和K2O都是离子交换的成分，适量的增加其含量可有效地降低玻璃的高温粘度从而提高熔融性与成形性，并可改善失透性。然而，其含量过高会增加玻璃的热膨胀系数并降低玻璃的化学耐久性。优选地，Na2O加入量为8-12.5重量％，更优选加入9-12.5重量％Na2O；K2O加入量为4-10重量％，更优选加入4-8重量％K2O。
如上所述，当本发明的玻璃用组合物中同时含有Na2O、K2O和Li2O的混合物时，Na2O、K2O和Li2O的重量比优选为1：0.1-1：0.01-0.5。
本发明中的玻璃用组合物中优选不含有碱土金属Ba元素，既是考虑到其可能会降低玻璃的密度又考虑到Ba元素为有害性物质。因此，本发明的玻璃用组合物中不含Ba元素，从而使得其料方更适合于工业生产，具有较高的经济价值。
本发明中的玻璃用组合物优选含有MgO，MgO有利于玻璃的熔制，提高玻璃的稳定性，抑制玻璃析晶倾向，提高弹性模量，超过一定量会使玻璃发生失透，本发明优选加入2-6重量％的MgO，更优选加入3-5重量％MgO。
第二方面，本发明提供了一种玻璃的制备方法，该方法包括：将上述玻璃用组合物依次进行混合、熔融、均化、浇注成型和退火。
根据本发明所述的方法，所述熔融可以在铂铑坩埚中进行，优选情况下，熔融的条件包括：温度为1450-1580℃，时间为4-10h。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的熔融温度和熔融时间，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
根据本发明所述的方法，所述均化为本领域常规的均化方式，例如可以为通过搅拌使得玻璃液中的气泡逸出且玻璃液中各组分均匀分布。
根据本发明所述的方法，所述浇注成型为本领域常规的浇注成型方式，例如其可以在不锈钢模具中进行，具体步骤和条件参数为本领域公知技术，在此不再赘述。
根据本发明所述的方法，优选情况下，退火的条件包括：温度为550-700℃，时间为1-3h。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的退火温度和退火时间，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
根据本发明所述的方法，该方法还可以包括：将退火后的玻璃降温至室温后进行加工处理。
本发明的方法中，对于加工处理没有特别的限定，可以为本领域常见的各种机械加工方式，例如可以为将退火处理得到的产物进行切片、打磨和化学钢化等。
第三方面，本发明提供了上述方法制备的玻璃。
本发明制得的玻璃的膨胀系数可以为81-91×10-7/℃，弹性模量可以为79-89GPa，应变点可以为620-640℃，熔化温度可以为1500-1550℃，钢化后维氏硬度可以为650-782，压应力可以为825-1105MPa，压应力层深度可以为35-54μm。
第四方面，本发明提供了上述玻璃作为触摸屏盖板的应用。
根据本发明所述的应用，玻璃在制成触摸屏盖板产品前可以进行化学钢化，其中化学钢化的方法为本领域各种公知的方法，例如化学钢化的方法可以包括：钢化液为纯KNO3熔液，温度为410-450℃，时间为3-6h。化学钢化能够提高玻璃的机械性能。
优选地，本发明制得的特殊性能的玻璃作为浮法工艺或者溢流法工艺的触摸屏盖板。
实施例
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
以下实施例和对比例中，参照阿基米德法测定玻璃密度。
参照ASTM E-228使用卧式膨胀仪测定50-350℃的玻璃热膨胀系数。
参照共振法测定弹性模量。
参照ASTM C-336和ASTM C-338使用三点测试仪测定玻璃应变点。
采用Orton RSV-1600圆筒式旋转高温粘度计测定粘度，并由Fulcher(也称为VFT公式)计算熔化温度。
参照ASTM E-384使用维氏硬度计测定玻璃维氏硬度。
参照JC/T2130-2012测定四点弯曲强度。
采用FSM-6000LE表面应力仪测定压应力和压应力层深度。
实施例1-10和对比例1-2
按照表1和2所示称量各组分，混匀，将混合料倒入铂铑坩埚中，然后在1500℃电阻炉中加热6小时，并使用铂金棒搅拌以排出气泡。将熔制好的玻璃液浇注入不锈钢铸铁磨具内，成形为规定的块状玻璃制品，然后将玻璃制品在退火炉中，在600℃下退火2小时，关闭电源随炉冷却到25℃。将玻璃制品进行切片、打磨、抛光，然后用去离子水清洗干净并烘干，制得玻璃成品，在测试前将该玻璃成品进行化学钢化。分别对各玻璃成品的各种性能进行测定，结果见表1和2。
表1
表2
将表1和2中的数据比较可知，本发明制得的玻璃的膨胀系数可以为81-91×10-7/℃，弹性模量可以为79-89GPa，应变点可以为620-640℃，熔化温度可以为1500-1550℃，钢化后维氏硬度可以为650-782，压应力可以为825-1105MPa，压应力层深度可以为35-54μm。因此，本发明制得的玻璃具有较高的化学强化性能、较高的硬度和强度，较高的应变点，且该玻璃具有较大的弹性模量，从而可获得较理想的断裂韧性，这对降低玻璃脆性，改善玻璃耐冲击性大有助益，另外，该盖板玻璃不易发生失透且易于玻璃化，适合工艺生产要求，具有较好的耐热、耐冲击以及优良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击和划伤损害，较适用于作为盖板玻璃。
将实施例3-6与实施例1、2和7比较可以看出，当以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为62-70重量％，Al2O3的含量为9-13重量％，CdO的含量为0.5-1重量％，碱金属氧化物的含量为12.5-25重量％，碱土金属氧化物的含量为3-5重量％时，从而能够显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。
将实施例3与实施例8和9比较可以看出，当玻璃用组合物含有Na2O、K2O和Li2O的混合物，且Na2O、K2O和Li2O的重量比为1：0.1-1：0.01-0.5时，能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。
将实施例3与实施例10比较可以看出，所述碱土金属氧化物为MgO时，能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种玻璃用组合物，其特征在于，该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、CdO、碱金属氧化物和碱土金属氧化物，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为62-70重量％，Al2O3的含量为9-13重量％，CdO的含量为0.5-1重量％，碱金属氧化物的含量为12.5-25重量％，碱土金属氧化物的含量为3-5重量％，
所述碱金属氧化物为Na2O、K2O和Li2O的混合物，Na2O、K2O和Li2O的混合物中Na2O、K2O和Li2O的重量比为1：0.1-1：0.01-0.5。
2.根据权利要求1所述的玻璃用组合物，其特征在于，所述碱土金属氧化物为MgO、CaO和SrO中的至少一种。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的玻璃用组合物，其特征在于，所述碱土金属氧化物为MgO。
4.一种玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括：将权利要求1-3中任意一项所述的玻璃用组合物依次进行混合、熔融、均化、浇注成型和退火。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将退火后的玻璃进行切片、打磨和化学钢化。
6.根据权利要求4或5所述的方法制备的玻璃。
7.权利要求6所述的玻璃作为触摸屏盖板玻璃的应用。
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