CN105837035A - 一种玻璃用组合物和高模量玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及一种玻璃用组合物和高模量玻璃及其制备方法和应用，该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和Y2O3，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为55‑70重量％，Al2O3的含量为9‑15重量％，Na2O的含量为9‑15重量％，K2O的含量为0.1‑5重量％，MgO的含量为7.1‑12重量％，CaO的含量为0.1‑5重量％，SrO的含量为0.1‑5重量％，Y2O3的含量为0.1‑2重量％，还公开了高模量玻璃及其制备方法和应用。本发明的玻璃材料属于铝硅酸盐体系，具有高弹性模量，良好的透过率，低膨胀系数以及优良的玻璃表面，较适宜用作LCD显示器件的导光板。

Description

一种玻璃用组合物和高模量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高模量玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
随着显示技术的发展，新型OLED显示技术、LTPS显示技术、氧化物显示技术的出现，使得显示领域竞争更加激烈。高清晰、色彩饱和度、薄型化等方面给传统LCD显示带来巨大挑战。
为了在高端市场与其它显示技术抗衡，LCD面板厂商需要解决LCD显示厚度的问题。LCD背光模组中导光板的薄化是关键。目前，LCD背光板的导光板主要材料是丙烯酸、也就是压克力，压克力厚度一般为3～5mm，这使得设计者很难再减少电视机厚度。针对上述现有的导光板存在的问题，有人提出将玻璃基板用作导光板，但是，现有玻璃基板的光透光率较PMMA的光透光率低1～2％左右，同时还存在刚性差等诸多问题。
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，以及由该玻璃用组合物制得的弹性模量、玻璃透过率较高，膨胀系数较低且表面优良的高模量玻璃，以及该高模量玻璃的制备方法和应用。
因此，为了实现上述目的，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、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和Y2O3，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为55-70重量％，Al2O3的含量为9-15重量％，Na2O的含量为9-15重量％，K2O的含量为0.1-5重量％，MgO的含量为7.1-12重量％，CaO的含量为0.1-5重量％，SrO的含量为0.1-5重量％，Y2O3的含量为0.1-2重量％。
优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为60-65重量％，
更优选地，Al2O3的含量为10-12重量％；
更优选地，Na2O的含量为10-13重量％；
更优选地，K2O的含量为2-3重量％；
更优选地，MgO的含量为8-9重量％；
更优选地，CaO的含量为1.5-3重量％；
更优选地，SrO的含量为0.5-3重量％；
更优选地，Y2O3的含量为0.5-1.2重量％。
更优选地，Na2O和K2O的重量比为2-25：1，更优选为5-15：1，进一步优选为5-10：1。
更优选地，MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.05-0.5：0.05-0.4，进一步优选为1：0.1-0.3：0.1-0.2。
第二方面，本发明提供了一种制备高模量玻璃的方法，该方法包括将上述玻璃用组合物依次进行熔融处理、均化处理、成型处理、退火处理和机械加工处理。
第三方面，本发明提供了上述方法制备的高模量玻璃。
本发明制得的高模量玻璃的密度小于2.5g/cm3(如2.43-2.49g/cm3)、热膨胀系数小于65×10-7/℃(如52.2-64.6×10-7/℃)、弹性模量在70GPa以上(如70-83.5GPa)，可见光透过率＞89％(如89.2-92％)，折射率约为1.5％。
第四方面，本发明提供了上述玻璃用组合物或上述高模量玻璃在制备导光板中的应用。
本发明的玻璃材料属于铝硅酸盐体系，具有高弹性模量，良好的透过率，低膨胀系数以及优良的玻璃表面，较适宜用作LCD显示器件的导光板。即本发明制得的高弹性模量比塑料坚硬几十倍，能让面板厂商免去结构部件和相应空间的设计，从而使得厚度降低至10毫米以内。该玻璃的热膨胀系数比塑料低90％，可实现更为光滑的设计。该玻璃透射率高，可最大限度地减少色偏，能够用于制造色彩逼真的显示器。
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。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
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、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和Y2O3，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为55-70重量％，Al2O3的含量为9-15重量％，Na2O的含量为9-15重量％，K2O的含量为0.1-5重量％，MgO的含量为7.1-12重量％，CaO的含量为0.1-5重量％，SrO的含量为0.1-5重量％，Y2O3的含量为0.1-2重量％。
根据本发明所述的玻璃用组合物，为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为60-65重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，Al2O3的含量为10-12重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，Na2O的含量为10-13重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，K2O的含量为2-3重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，MgO的含量为8-9重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，CaO的含量为1.5-3重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，SrO的含量为0.5-3重量％；
为了进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数，优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，更优选地，Y2O3的含量为0.5-1.2重量％。
本发明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60-65重量％，Al2O3的含量为10-12重量％，Na2O的含量为10-13重量％，K2O的含量为2-3重量％，MgO的含量为8-9重量％，CaO的含量为1.5-3重量％，SrO的含量为0.5-3重量％，Y2O3的含量为0.5-1.2重量％，从而进一步提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数。
根据本发明所述的玻璃用组合物，优选地，Na2O和K2O的重量比为2-25：1，更优选为5-15：1，最优选为5-10：1，从而能够提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数。
根据本发明所述的玻璃用组合物，优选地，MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.05-0.5：0.05-0.4，更优选为1：0.1-0.3：0.1-0.2，从而能够提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数。
本发明中引入了SiO2，该成分是构成玻璃骨架的成分，SiO2含量的提高可以提高玻璃机械强度，降低玻璃的介电性能，但却可使得玻璃的高温粘度增加。SiO2含量较低不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性和耐碱性下降。考虑到熔化温度、析晶上限温度、玻璃膨胀系数、机械强度。SiO2含量选择55-70重量％，优选为60-65重量％。
本发明中引入Al2O3用以提高玻璃结构的强度，若含量低，玻璃容易失透，也容易受到外界水气及化学试剂的侵蚀。高含量的Al2O3有助于玻璃应变点和抗弯强度的增高，但过高玻璃容易出现析晶现象，同时会使得玻璃难以熔解。Al2O3含量选择9-15重量％，优选为10-12重量％。
本发明中引入Na2O，可起到助熔作用，使得玻璃熔化温度降低并可调节玻璃膨胀系数。引入K2O，与Na2O共同使用时可以利用混合碱效应提高玻璃的各项性能，降低玻璃高温粘度，使玻璃的熔融性及成形性提高。Na2O含量选择9-15重量％，Na2O含量优选为10-13重量％；K2O含量选择0.1-5重量％，K2O含量优选为2-3重量％。
本发明中引入MgO，可以降低玻璃熔化温度，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，超过一定量会造成玻璃密度和膨胀系数增高，使玻璃发生失透。MgO的含量范围为7.1-12重量％，优选范围为8-9重量％。
本发明中引入CaO，可以起助熔作用的同时还可以提高玻璃的稳定性。CaO含量高会导致玻璃结构疏松，密度下降。CaO还能降低结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性和机械强度。CaO的含量范围为0.1-5重量％，优选含量范围为1.5-3重量％。
本发明中引入SrO作为助熔剂，可以增加玻璃折射率，防止玻璃出现析晶。如果含量过多，玻璃密度会太高，导致产品的质量过重。所以SrO的含量为0.1-5重量％，优选为0.5-3重量％。
本发明引入Y2O3可以显著提高玻璃的弹性模量和应变点，同时可以降低玻璃的熔化温度。本发明中，Y2O3的含量为0.1-2重量％。Y2O3含量超过2％时，对玻璃析晶稳定性不利，并过于增加玻璃成本，同时Y2O3具有较大的比重，添加过多会导致密度增加，优选地，Y2O3的含量为0.5-1.2重量％。
第二方面，本发明提供了一种制备高模量玻璃的方法，该方法包括将上述玻璃用组合物依次进行熔融处理、均化处理、成型处理、退火处理和机械加工处理。
本发明中，所述熔融处理、均化处理、成型处理、退火处理和机械加工处理可以根据本领域常规的方法进行。例如，所述熔融处理的方式可以为在1500-1600℃下保温8-12h。均化处理的方法可以包括：使用铂金棒搅拌排出气泡和使玻璃液均化；所述退火处理的方式可以为730-780℃保温0.8-1.5h。所述退火可以在具有预定形状的(不锈钢铸铁)磨具内进行，以获得具有预定形状的玻璃(例如预定厚度的玻璃板)。退火后可以冷却至室温(如10-35℃)，进行冷加工处理(包括研磨和抛光等)即可得到玻璃成品。
第三方面，本发明还提供了上述方法制备的高模量玻璃。
优选地，本发明制得的高模量玻璃的密度小于2.5g/cm3(如2.43-2.49g/cm3)、热膨胀系数小于65×10-7/℃(如52.2-64.6×10-7/℃)、弹性模量在70GPa以上(如70-83.5GPa)，可见光透过率＞89％(如89.2-92％)，折射率约为1.5％。
第四方面，本发明提供了上述玻璃用组合物或上述高模量玻璃在制备导光板中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在以下实施例和对比例中，弹性模量采用共振法测试；
密度测试采用阿基米德法测定，单位为g/cm3；
光透过率采用紫外-可见分光光度计测试，采用550nm波长对应的透过率作为光透过率，单位为％；
折射率可用阿贝折射仪测试；
玻璃线膨胀系数，应用膨胀计法，该法是将试样置于石英玻璃架上，利用玻璃与石英玻璃的热膨胀系数不同，测定两者在加热过程中相对伸长量。
实施例1-16和对比例1-2
按照表1-3所示的配比称量各玻璃组合物原料，均匀混合后倒入铂金坩埚中，在硅钼棒高温熔样炉中熔制，在1600℃下保温10h，并使用铂金棒搅拌排出气泡和使玻璃液均化，然后将熔制好的玻璃降温至成型所需要的温度范围内，进行退火后，制作出导光板所需厚度的玻璃基板，再对成型的玻璃基板进行简单的冷加工处理，最后对玻璃基板的基板物理特性进行测试，测试结果见下表1-3。
表1
表2
表3
从表1-3的数据可以看出，本发明的玻璃材料属于铝硅酸盐体系，具有高弹性模量，良好的透过率，低膨胀系数以及优良的玻璃表面，较适宜用作LCD显示器件的导光板。
将实施例4、5与实施例1-3、6-12相比可以看出，当以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为60-65重量％，Al2O3的含量为10-12重量％，Na2O的含量为10-13重量％，K2O的含量为2-3重量％，MgO的含量为8-9重量％，CaO的含量为1.5-3重量％，SrO的含量为0.5-3重量％，Y2O3的含量为0.5-1.2重量％时，能够提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数。
将实施例4与实施例13、14相比可以看出，当Na2O和K2O的重量比为2-25：1时，从而能够提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数。
将实施例4与实施例15、16相比可以看出，当MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.05-0.5：0.05-0.4时，能够提高制得玻璃的弹性模量、光透过率并降低膨胀系数。
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 (8)

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、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和Y2O3，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为55-70重量％，Al2O3的含量为9-15重量％，Na2O的含量为9-15重量％，K2O的含量为0.1-5重量％，MgO的含量为7.1-12重量％，CaO的含量为0.1-5重量％，SrO的含量为0.1-5重量％，Y2O3的含量为0.1-2重量％。
2.根据权利要求1所述的玻璃用组合物，其特征在于，
以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为60-65重量％；
更优选地，Al2O3的含量为10-12重量％；
更优选地，Na2O的含量为10-13重量％；
更优选地，K2O的含量为2-3重量％；
更优选地，MgO的含量为8-9重量％；
更优选地，CaO的含量为1.5-3重量％；
更优选地，SrO的含量为0.5-3重量％；
更优选地，Y2O3的含量为0.5-1.2重量％。
3.根据权利要求1所述的玻璃用组合物，其特征在于，Na2O和K2O的重量比为2-25：1，优选为5-15：1，更优选为5-10：1。
4.根据权利要求1所述的玻璃用组合物，其特征在于，MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.05-0.5：0.05-0.4，优选为1：0.1-0.3：0.1-0.2。
5.一种制备高模量玻璃的方法，其特征在于，该方法包括将权利要求1-4中任意一项所述的玻璃用组合物依次进行熔融处理、均化处理、成型处理、退火处理和机械加工处理。
6.根据权利要求5所述的方法制备的高模量玻璃。
7.根据权利要求6所述的高模量玻璃，其特征在于，所述高模量玻璃的的密度小于2.5g/cm3、热膨胀系数小于65×10-7/℃、弹性模量在70GPa以上，可见光透过率＞89％，折射率约为1.5％。
8.权利要求1-4中任意一项所述的玻璃用组合物或权利要求6或7所述的高模量玻璃在制备导光板中的应用。
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Patentee before: TUNGHSU TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd.

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20160810

Assignee: Shandong shengzhao New Material Technology Co.,Ltd.

Assignor: DONGXU OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021110000043

Denomination of invention: The invention relates to a composition for glass and a high modulus glass and a preparation method and application thereof

Granted publication date: 20190503

License type: Common License

Record date: 20211020

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Application publication date: 20160810

Assignee: Guizhou Yirong Photoelectric Technology Co.,Ltd.

Assignor: DONGXU OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022110000004

Denomination of invention: The invention relates to a composition for glass and a high modulus glass and a preparation method and application thereof

Granted publication date: 20190503

License type: Common License

Record date: 20220128

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Application publication date: 20160810

Assignee: Xinjiang Tengyu Optoelectronics Technology Co.,Ltd.

Assignor: DONGXU OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022990000482

Denomination of invention: A kind of glass composition and high modulus glass and its preparation method and application

Granted publication date: 20190503

License type: Common License

Record date: 20220815

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Application publication date: 20160810

Assignee: Shaanxi Dongcheng Haoyu New Material Technology Co.,Ltd.

Assignor: DONGXU OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022110000016

Denomination of invention: A kind of glass composition and high modulus glass and its preparation method and application

Granted publication date: 20190503

License type: Common License

Record date: 20220905

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Application publication date: 20160810

Assignee: Liaoyuan Shengyuan New Material Technology Co.,Ltd.

Assignor: DONGXU OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023110000058

Denomination of invention: A glass composition and high modulus glass, its preparation method and application

Granted publication date: 20190503

License type: Common License

Record date: 20230506

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