CN105859129A - 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,具体涉及一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用,该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、B2O3、Fe2O3、ZrO2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物,还公开了一种玻璃及其制备方法和应用。本发明制备得到的玻璃具有较高的应变点、软化点和硬度等优异的机械性能,且本发明制得的玻璃的钢化效果也较好。因此,本发明制得的特殊性能的玻璃较适用于浮法工艺的触摸屏盖板。

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
目前,触摸屏(Touch panel)已经成为了我们生活中必不可少的一部分,人们使用的液晶电视、智能手机、平板电脑、ATM机等各种终端基本都依赖于触摸操作,触摸屏是由盖板玻璃、OCA光胶、导电银浆/ITO导电膜和基板等组成。未来触摸屏的三大发展趋势为大屏、超薄和超高透明,但是对于起保护作用的盖板玻璃来说,同时具有超薄度和高强度是一项技术难题。化学钢化技术是钢化1mm厚度以下的超薄玻璃的常用技术,玻璃组分中的小离子被钢化液中的大离子置换,在玻璃表面形成一层耐冲击、耐磨损的压应力层,从而达到强化玻璃的目的。因此,盖板玻璃配方设计显得尤为重要。此外,超薄盖板玻璃气泡缺陷影响盖板玻璃钢化效果最为明显,微小气泡深入玻璃内部,直接大大降低了盖板玻璃在抗弯、抗压和硬度等机械性能。但是,现有技术并没有一种机械性能和钢化效果兼具的较适合于触摸屏盖板的玻璃及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中玻璃的机械性能和钢化效果不能同时兼具而不适用于触摸屏盖板的缺陷,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,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、B2O3、Fe2O3、ZrO2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。
优选地,以玻璃用组合物的总重量为基准,SiO2的含量为54-68重量%,Al2O3的含量为10-15重量%,B2O3的含量为0.5-5重量%,Fe2O3的含量为0.01-2重量%,ZrO2的含量为0.5-5重量%,ZnO的含量为0.5-5重量%,碱金属氧化物的含量为8-23重量%,碱土金属氧化物的含量为0.5-24重量%,稀土金属氧化物的含量为0.01-1.5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56-64重量%,
更优选地,Al2O3的含量为11-14重量%,
更优选地,B2O3的含量为0.8-2.7重量%,
更优选地,Fe2O3的含量为0.02-0.3重量%,
更优选地,ZrO2的含量为0.5-3重量%,
更优选地,ZnO的含量为1.2-4重量%,
更优选地,碱金属氧化物的含量为8-18重量%,
更优选地,碱土金属氧化物的含量为5-22重量%,
更优选地,稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2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和/或K2O,更优选为Na2O和K2O的混合物。
更优选地,Na2O和K2O的混合物中Na2O和K2O的重量比>1.0。
优选地,所述碱土金属氧化物为MgO、CaO、SrO、BaO和BeO中的至少一种,更优选为MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一种,更优选为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物。
更优选地,MgO、CaO、SrO和BaO的混合物中的MgO与MgO、CaO、SrO和BaO混合物的总重量比≥0.6。
优选地,所述稀土金属氧化物为CeO2、Y2O3和La2O3中的至少一种,更优选为CeO2和/或Y2O3,更优选为CeO2和Y2O3的混合物。
更优选地,CeO2和Y2O3的混合物中CeO2和Y2O3的重量比≤0.5。
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、成型和退火。
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70-90(10-7/℃),应变点高于560℃,退火点高于600℃,软化点高于800℃,维氏硬度大于800Kgf/mm2,钢化强度大于900MPa,压应力层深度大于35μm。
第四方面,本发明提供了上述玻璃作为触摸屏盖板的应用。
本发明的玻璃用组合物中通过加入澄清剂Fe2O3和稀土金属氧化物复合使用,能够显著提高制得的玻璃的透光度,其中,Fe2O3的加入可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动,避免产生微气泡缺陷,并且其与稀土金属氧化物的配合使用,不仅能够增强玻璃液的澄清效果,而且还能够中和铁离子的着色,使玻璃接近于无色,使得玻璃的透光度增加,例如可以使得每公斤盖板玻璃中泡径>0.01mm内的气泡不可见;其次,本发明的玻璃用组合物中还含有ZnO和ZrO2,不仅可以提高盖板玻璃的应变点和硬度等机械性能,而且可大幅降低融化温度,降低生产成本;第三,本发明组合物中稀土金属氧化物的存在,使得制得的玻璃更适合于化学钢化处理,使之能达到更高的强度,可以有效使得显示器设备触屏盖板玻璃更加坚固和更加耐划,从而延长触摸屏产品的使用寿命。
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、B2O3、Fe2O3、ZrO2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。
优选地,以玻璃用组合物的总重量为基准,SiO2的含量为54-68重量%,Al2O3的含量为10-15重量%,B2O3的含量为0.5-5重量%,Fe2O3的含量为0.01-2重量%,ZrO2的含量为0.5-5重量%,ZnO的含量为0.5-5重量%,碱金属氧化物的含量为8-23重量%,碱土金属氧化物的含量为0.5-24重量%,稀土金属氧化物的含量为0.01-1.5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56-64重量%,
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,Al2O3的含量为11-14重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,B2O3的含量为0.8-2.7重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,Fe2O3的含量为0.02-0.3重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,ZrO2的含量为0.5-3重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,ZnO的含量为1.2-4重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,碱金属氧化物的含量为8-18重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,碱土金属氧化物的含量为5-22重量%;
为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果,优选地,稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2重量%。
在本发明一种优选的实施方式中,以玻璃用组合物的总重量为基准,SiO2的含量为56-64重量%,Al2O3的含量为11-14重量%,B2O3的含量为0.8-2.7重量%,Fe2O3的含量为0.02-0.3重量%,ZrO2的含量为0.5-3重量%,ZnO的含量为1.2-4重量%,碱金属氧化物的含量为8-18重量%,碱土金属氧化物的含量为5-22重量%,稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2重量%,从而能够显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果。
根据本发明所述的组合物,所述碱金属氧化物可以为本领域常规的各种碱金属氧化物,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和/或K2O,进一步优选为Na2O和K2O的混合物,从而能够显著提高制备得到的玻璃的钢化效果。
本发明的发明人在研究中发现,当所述碱金属氧化物为Na2O和K2O的混合物,且Na2O和K2O的重量比>1.0,优选为2-5时,从而能够进一步提高制备得到的玻璃的钢化效果。
根据本发明所述的组合物,所述碱土金属氧化物可以为本领域常规的各种碱土金属氧化物,优选为MgO、CaO、SrO、BaO和BeO中的至少一种,更优选为MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一种,进一步优选为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物,从而能够显著提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能。
本发明的发明人在研究中发现,当所述碱土金属氧化物为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物,且MgO与MgO、CaO、SrO和BaO混合物的总重量比≥0.6,优选为0.6-0.8时,从而能够进一步提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能和钢化效果。
根据本发明所述的组合物,所述稀土金属氧化物可以为本领域常规的各种稀土金属氧化物,优选为CeO2、Y2O3和La2O3中的至少一种,更优选为CeO2和/或Y2O3,进一步优选为CeO2和Y2O3的混合物,从而能够显著提高制备得到的玻璃的综合性能。
本发明的发明人在研究中发现,当所述稀土金属氧化物为CeO2和Y2O3的混合物,且CeO2和Y2O3的重量比≤0.5,优选为0.2-0.5时,从而能够进一步提高制备得到的玻璃的综合性能。
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、成型和退火。
根据本发明所述的方法,所述熔融条件包括: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,所述成型为本领域常规的成型方式,例如其可以在不锈钢模具中进行,也可以通过浮法、溢流法或下拉法进行,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:温度等于或者高于600℃,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割、研磨、抛光等。
第三方面,本发明还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70-90(10-7/℃),应变点高于560℃,退火点高于600℃,软化点高于800℃,维氏硬度大于800Kgf/mm2,钢化强度大于900MPa,压应力层深度大于35μm。
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KNO3熔融液,温度为400-500℃,时间为1-6h。
优选地,本发明制得的特殊性能的玻璃作为浮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。
化学钢化的方法为:将所得到的玻璃进行研磨和抛光,加工成50×50×1mm的规格的玻璃试样,在温度440℃的KNO3熔盐中,化学强化时间5小时,进行离子交换处理,使玻璃表面的Na+离子与上述处理液中的K+离子进行离子交换,得到化学钢化玻璃。
以下实施例和对比例中,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ASTM E-384使用维氏硬度计测定玻璃维氏硬度。
参照ASTM C-336测定玻璃退火点和应变点。
参照ASTM C-338测定软化点。
使用FSM-6000LE表面应力仪测定化学强化后玻璃的表面钢化强度和压应力层厚度。
实施例1-8
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℃。将玻璃制品进行切割、研磨、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
实施例9-14
按照实施例6的方法,不同的是,混合料成分和得到的产品的性能测定结果见表3。
表3
对比例1-3
按照实施例6的方法,不同的是,混合料成分和得到的产品的性能测定结果见表4。
表4
将表1-3和表4中的数据比较可知,本发明制备得到的玻璃具有较高的应变点、软化点和硬度等优异的机械性能,且本发明制得的玻璃的钢化效果也较好。因此,本发明制得的特殊性能的玻璃较适用于浮法工艺的触摸屏盖板,虽然对比例1制得的玻璃的应变点、退火点、软化点均较高,但是它是无碱玻璃,不具有化学强化的能力,无法作为盖板玻璃使用。
将实施例1与实施例9比较可以看出,Na2O和K2O的重量比>1.0时,能够进一步提高制备得到的钢化效果。
将实施例1与实施例10比较可以看出,当碱金属氧化物为Na2O和K2O时,从而能够显著提高制备得到的玻璃的钢化效果。
将实施例1与实施例11比较可以看出,当MgO与MgO、CaO、SrO、和BaO混合物的总重量比≥0.6时,从而能够进一步提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能。
将实施例1与实施例12比较可以看出,当碱土金属氧化物为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物时,能够显著提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能。
将实施例1与实施例13比较可以看出,当CeO2和Y2O3的重量比≤0.5时,能够进一步提高制备得到的玻璃的综合性能。
将实施例1与实施例14比较可以看出,当稀土金属氧化物为CeO2和Y2O3的混合物时,能够进一步提高制备得到的玻璃的综合性能。
本发明的玻璃用组合物中通过加入澄清剂Fe2O3和稀土金属氧化物复合使用,能够显著提高制得的玻璃的透光度,其中,Fe2O3的加入可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动,避免产生微气泡缺陷,并且其与稀土金属氧化物的配合使用,不仅能够增强玻璃液的澄清效果,而且还能够中和铁离子的着色,使玻璃接近于无色,使得玻璃的透光度增加,例如可以使得每公斤盖板玻璃中泡径>0.01mm内的气泡不可见;其次,本发明的玻璃用组合物中还含有ZnO和ZrO2,不仅可以提高盖板玻璃的应变点和硬度等机械性能,而且可大幅降低融化温度,降低生产成本;第三,本发明组合物中稀土金属氧化物的存在,使得制得的玻璃更适合于化学钢化处理,使之能达到更高的强度,可以有效使得显示器设备触屏盖板玻璃更加坚固和更加耐划,从而延长触摸屏产品的使用寿命。
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 (12)

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、B2O3、Fe2O3、ZrO2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。
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54-68重量%,Al2O3的含量为10-15重量%,B2O3的含量为0.5-5重量%,Fe2O3的含量为0.01-2重量%,ZrO2的含量为0.5-5重量%,ZnO的含量为0.5-5重量%,碱金属氧化物的含量为8-23重量%,碱土金属氧化物的含量为0.5-24重量%,稀土金属氧化物的含量为0.01-1.5重量%。
3.根据权利要求2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56-64重量%;
优选地,Al2O3的含量为11-14重量%;
优选地,B2O3的含量为0.8-2.7重量%;
优选地,Fe2O3的含量为0.02-0.3重量%;
优选地,ZrO2的含量为0.5-3重量%;
优选地,ZnO的含量为1.2-4重量%;
优选地,碱金属氧化物的含量为8-18重量%;
优选地,碱土金属氧化物的含量为5-22重量%;
优选地,稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2重量%。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的玻璃用组合物,其特征在于,所述碱金属氧化物为Na2O、K2O和Li2O中的至少一种,优选为Na2O和/或K2O,更优选为Na2O和K2O的混合物。
5.根据权利要求4所述的玻璃用组合物,其特征在于,Na2O和K2O的混合物中Na2O和K2O的重量比>1.0。
6.根据权利要求1-3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、CaO、SrO、BaO和BeO中的至少一种,优选为MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一种,更优选为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物。
7.根据权利要求6所述的玻璃用组合物,其特征在于,MgO、CaO、SrO和BaO的混合物中的MgO与MgO、CaO、SrO和BaO混合物的总重量比≥0.6。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的玻璃用组合物,其特征在于,所述稀土金属氧化物为CeO2、Y2O3和La2O3中的至少一种,优选为CeO2和/或Y2O3,更优选为CeO2和Y2O3的混合物。
9.根据权利要求8所述的玻璃用组合物,其特征在于,CeO2和Y2O3的混合物中CeO2和Y2O3的重量比≤0.5。
10.一种玻璃的制备方法,其特征在于,该方法包括:将权利要求1-9中任意一项所述的玻璃用组合物依次进行混合、熔融、均化、成型和退火。
11.根据权利要求10所述的方法制备的玻璃。
12.权利要求11所述的玻璃作为触摸屏盖板的应用。
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