CN107129143B - 具有优良光学性能的新型化学强化玻璃用组合物及玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有优良光学性能的新型化学强化玻璃，关键在于：上述基板玻璃成分的质量百分比分别是：62‑66％的SiO2，15‑18％的Al2O3，1‑3％的K2O，12‑15％的Na2O，0.1‑1％Eu2O3，3‑5％的B2O3。本发明特征在于稀土氧化物Eu2O3的添加大大提高了玻璃光学性能，该玻璃的透过率大于92％；另外本发明提到的玻璃基板可化学钢化处理，处理后的玻璃仍具有较高的透过率和硬度，并且Al2O3和B2O3的结合能显著降低玻璃融化温度。本发明较高的Al2O3含量能较大程度上提高玻璃的化学钢化效果，强度可达800MPa以上，应力层厚度可达50μm以上。本发明提到的玻璃基板主要应用于手机、iPad、MP4、电脑、相关公共设备等含触摸屏的保护玻璃。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有优良光学性能的新型化学强化玻璃用组合物，通过该组合物形成的玻璃具有较高的应变点和软化点、硬度、透过率，经化学强化处理后产品具有较强的抗破损性能，同时具有较低的熔化温度，可采用溢流法生产，并且该玻璃可用于各类含触摸屏的保护玻璃，属于玻璃生产技术领域。
背景技术
手机、iPad等智能化设备市场呈现多元化发展，银行终端设备、车载系统、点歌机等公共场所也越来越多的呈现出各种各样的触摸产品，这些触摸产品已广泛应用在我们生活中的方方面面，人们的生活已经越来越离不开这些设备。采用触摸产品的产品种类繁多，并且不同的设备对其触摸产品的性能要求也不一样。但不论用于哪种设备上的触摸产品，其使用的玻璃基板的性能一直在不断的提升。
目前手机和平板电脑使用的频率相当高，全世界几乎每人一部手机，日常的工作、生活已离不开这些设备。在这种高使用频率情况下，除了随身携带轻便的要求之外，对其抗损伤性能要求也随之增加。另一方面，人们的生活节奏如此之快，随之而来的压力也会很大，通常会利用手机或者iPad观看影视作品，更有大部分人群选择益智休闲游戏来放松自己，在这种情况下，眼睛将长时间关注在屏幕上，这就要求触摸屏要有较高的光学性能，透过率要足够高，才能有更好的视觉效果和保护视力的作用，同时还要具有较高的抗磨损性能。
专利文献1(CN105645761A)公开了一种制备超薄玻璃的组合物，该组合物以组合物的总重量为基准含有60～70重量％的SiO2，10～14.5重量％的 Al2O3，10～13重量％的Na2O，3～7重量％的K2O，5～10重量的MgO，1～1.8 重量％的ZnO，0.7～1.5重量％的ZrO2和0.3～1.2重量％的WO3。该玻璃组合物可以用于浮法成型工艺，制备出厚度为0.1-1mm的超薄玻璃，应用于显示触摸屏设备中用作盖板玻璃。
专利文献2(CN105948488A)公开了一种化学强化用玻璃，所述玻璃主要包括58～68重量％的SiO2，4.5～15重量％的Al2O3，8～16重量％的Na2O，4～12 重量％的K2O，5～12重量％的MgO，0.01～2重量％的ZrO2，0.1～4重量％的 ZnO，以及0.005～1重量％的Fe2O3等成分。这样的化学强化用玻璃无黄绿色，化学强化效果较好，经化学强化处理后无翘曲现象。
发明内容
上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
鉴于上述背景技术中对于玻璃的要求，本发明的目的在于提供一种玻璃用组合物及玻璃，利用该玻璃用组合物制备的化学强化玻璃具有较高的应变点和软化点、硬度、透过率，经化学强化处理后产品具有较强的抗破损性能，同时具有较低的熔化温度，可采用溢流法生产，并且该玻璃可用于各类含触摸屏的保护玻璃。
通过将本发明制造的化学钢化玻璃基板作为触摸设备的保护装置，与以往提及的盖板玻璃基板相比，在性能上有了很大的改进，不仅携带轻便，而且具有较高的透过率，玻璃经化学钢化处理后其表面应力与其他产品相比也有很大提高，并且表面硬度也具有优越性，抗破损性能好，完全可以抵抗跌落、磨损等外力作用。
具体来说，本发明涉及以下内容。
1.一种碱铝硅酸盐玻璃用组合物，其包含：三氧化二铕(Eu2O3)。
2.根据项1所述的玻璃用组合物，其中，以该组合物的总重量为基准该组合物包含0.1～1重量％的三氧化二铕(Eu2O3)，优选包含0.3～0.7重量％的三氧化二铕(Eu2O3)。
3.根据项1或2所述的玻璃用组合物，其中，以该组合物的总重量为基准该组合物包含16～17％重量％的Al2O3。
4.根据项1～3中任一项所述的玻璃用组合物，其中，以该组合物的总重量为基准该组合物包含63～65重量％的SiO2。
5.一种玻璃用组合物，其中，以该组合物的总重量为基准该组合物包含：
SiO2：62～66重量％
Al2O3：15～18重量％
K2O：1～3重量％
Na2O：12～15重量％
Eu2O3：0.1～1重量％
B2O3：3～5重量％，以及
不可避免的杂质。
6.根据项5所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，该组合物包含0.3～0.7重量％的Eu2O3。
7.根据项1～6中任一项所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，该组合物包含16～17％重量％的Al2O3。
8.根据项1～7中任一项所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，该组合物包含63～65重量％的SiO2。
9.一种化学强化玻璃，其是利用项1～8中任一项所述的组合物制成的。
10.根据项9所述的玻璃，其中，所述玻璃厚度为0.7mm，透过率为92.5％以上，优选为93％以上。
11.根据项9所述的玻璃，其中，所述玻璃的应变点在600℃以上，优选在620℃以上，优选在630℃以上，所述玻璃的软化点在800℃以上，优选在850℃以上，优选在860℃以上。
12.根据项9所述的玻璃，其中，所述玻璃的表面应力在800MPa以上，优选在830MPa以上，优选在840MPa以上，应力层厚度在50μm以上，优选在55μm以上。
13.一种化学强化玻璃的制备方法，包括：
将项1～8中任一项所述的组合物依次进行熔融、成型、退火、切割、研磨、抛光和化学钢化处理而得到化学强化玻璃。
如上所述，本发明涉及的玻璃用组合物主要通过B2O3和Al2O3的共同使用来提高玻璃的化学钢化性能。此外，与现有技术不同的是，通过引入0.1～1 重量％的稀土氧化物Eu2O3，可有效提高玻璃的透过率和硬度。
本发明涉及一种具有优良光学性能的新型化学强化玻璃用组合物，通过此玻璃用组合物制备的玻璃产品具有优良的光学性能和化学钢化性能，耐破损性能强，广泛用于触摸屏的保护玻璃。
本发明涉及的基质玻璃的主要成分是SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Eu2O3， B2O3，经一定温度下在熔融的KNO3溶液中保温处理后，在玻璃表面将形成一层压应力层，最终使得玻璃表面具有较高的强度和硬度、表面防刮、耐划，同时具有较高的透过率。
本发明涉及的玻璃组合物由于添加了稀土氧化物Eu2O3，大大提高了玻璃的光学性能，在该玻璃组合物用于形成触摸屏盖板用的玻璃基板时，即在玻璃为0.7mm厚度时，其透过率大于92.5％，甚至于高达93％以上，例如 93.5％以上；另外本发明提到的玻璃基板可经化学钢化处理，处理后的玻璃仍具有较高的透过率和硬度，并且Al2O3和B2O3的结合能显著降低玻璃融化温度。本发明较高的Al2O3含量能较大程度上提高玻璃的化学钢化效果，强度可达800MPa以上，应力层厚度可达50μm以上。本发明提到的玻璃基板主要应用于手机、iPad、MP4、电脑、相关公共设备等含触摸屏的保护玻璃。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的具体实施例。虽然下文中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明涉及一种碱铝硅酸盐玻璃用组合物，其包含：三氧化二铕(Eu2O3)。
本发明的玻璃用组合物，以该组合物的总重量为基准包含0.1～1重量％的三氧化二铕(Eu2O3)。优选包含0.3～0.7重量％的三氧化二铕(Eu2O3)。
具体来说本发明涉及的玻璃用组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，该组合物包含：SiO2：62～66重量％，Al2O3：15～18重量％，K2O：1～3 重量％，Na2O：12～15重量％，Eu2O3：0.1～1重量％，以及B2O3：3～5重量％，以及还含有不可避免的杂质，这些杂质通常是由于在工业生产中使用的原料所带来的。
在另一个具体的实施方式中，其中，以该组合物的总重量为基准，该组合物包含：SiO2：62～66重量％，Al2O3：15～18重量％，K2O：1～3重量％， Na2O：12～15重量％，Eu2O3：0.1～1重量％，以及B2O3：3～5重量％，并且上述这些物质的总量为100重量％。
在上述本发明玻璃用组合物中SiO2是构成玻璃骨架的必需成分，随着其含量不断增加，玻璃网络连接程度、玻璃的耐化学性和机械强度也随之越来越高；如果含量太高时，将提高玻璃的高温粘度，使玻璃熔化困难。本发明选择SiO2含量是62～66重量％，优选是63～65重量％。
在上述本发明玻璃用组合物中Al2O3是玻璃的中间体，在可化学钢化玻璃中，与B2O3共同使用可以提高玻璃化学钢化效果，主要原因是，在玻璃中如果碱金属含量达到一定程度时，提供较多的游离氧，铝元素就以[AlO4]4-四面体形式存在，而[AlO4]分子体积比[SiO4]大，所以具有较宽的通道供钾钠离子进行交换，并且会有更多的较大离子进入玻璃网络中，不仅有利于加快离子交换的速度，还能让玻璃的网络更加紧密。另外Al2O3还可以降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的弹性模量等性能，但如果含量过高，玻璃较难熔化，所以本发明的玻璃用组合物中包含15～18重量％的Al2O3，优选是16～17 重量％。
Na2O是离子交换的主要物质，通过玻璃中的钠离子与熔盐中的钾离子进行交换，让半径较大的钾离子与玻璃中的钠离子相互交换位置，这样在玻璃表面就产生了挤压作用，从而达到提高玻璃强度的效果。另外Na2O还可以有效降低玻璃的熔化温度，如果引入过量，玻璃的耐化性能会降低，所以本发明的玻璃用组合物中包含12～15重量％的Na2O。
K2O的引入主要是为了降低玻璃的熔化温度，并且与Na2O共同使用时可以利用混合碱效应提高玻璃的各项性能，另本申请中的Al2O3含量较高的原因，所以本发明的玻璃用组合物中包含1～3重量％的K2O。
稀土金属在元素周期表中属于较特殊的一类，因其特殊的电子结构，使其具有与众不同的光学性能，比如色纯度高、色彩鲜艳、光吸收能力强、物理和化学性能稳定、耐高温等诸多优异性能，因此近年来也广泛应用于光学玻璃产品。稀土氧化物添加到玻璃中用来改善玻璃基板的性能已经得到广泛应用，但是很多稀土元素在玻璃中有显色效果，这样用于触摸屏玻璃基板影响较大，另外大部分稀土氧化物在玻璃中的溶解度都很小。基于以上因素本发明选用Eu2O3掺杂到玻璃基板中，既能大大提高玻璃光学性能，还避免了显色，硬度也有明显的增加。由于稀土氧化物普遍密度较大，在添加到玻璃中后将会增加玻璃基板的密度，基于以上原因本发明的玻璃用组合物中包含 0.1～1重量％的Eu2O3，优选包含0.3～0.7重量％。
B2O3的添加主要是降低玻璃的熔化温度，由于本发明中Al2O3含量较高，导致玻璃熔化温度提升，所以添加3～5重量％的B2O3可以有效降低熔化温度。
本发明涉及一种利用本发明的玻璃用组合物制成的化学强化玻璃。
本发明也涉及一种化学强化玻璃的制备方法，该方法主要包括：以下步骤：将上述本发明的玻璃用组合物依次进行熔融、成型、退火、切割、研磨、抛光和化学钢化处理而得到化学强化玻璃。
此外，在上述方法中，可以对抛光后的玻璃进行切割，以获得期望的大小。
根据上述方法得到的玻璃，其中，玻璃厚度为0.7mm，所述玻璃的透过率为92.5％以上，优选为93％以上。
根据上述方法得到的玻璃，其中，所述玻璃的应变点在600℃以上，优选在620℃以上，优选在630℃以上，所述玻璃的软化点在800℃以上，优选在850℃以上，优选在860℃以上。
根据上述方法得到的玻璃，其中，所述玻璃的表面应力在800MPa以上，优选在830MPa以上，优选在840MPa以上，应力层厚度在50μm以上，优选在55μm以上。
实施例
以下通过实施例对本发明进行详细说明。在以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可以通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。如无特别说明，百分比表示重量百分比。
首先按照称量各组成成分，混合各组成成分获得玻璃用组合物，对玻璃用组合物进行熔融、成型、退火、研磨、抛光、切割、以及化学处理得到化学强化玻璃，并对其进行性能测试。
具体步骤：将上述几种原材料按照重量百分比称量，并且最终得到的玻璃用组合物的总重量为200g。将该组合物充分混合均匀，再将混合料倒入铂铑坩埚中，在1550-1650℃保温5～10h；将熔制好的玻璃液降温至成型所需要的温度范围，在不锈钢板上成型，在630℃保温0.5h进行退火处理。此时测试玻璃的物理特性，如密度、膨胀系数、应变点、退火点、软化点等。
将退火后的玻璃切割、研磨、抛光成60mm×45mm×0.7mm的薄片，放入350～400℃的熔融KNO3溶液中进行化学钢化处理，钢化2～5h后取出并冷却至室温，用去离子水超声清洗玻璃薄片并烘干，应用表面应力仪测试玻璃表面的应力和应力层厚度。各实施例和比较例的操作按照上述进行。
各实施例和比较例中使用的玻璃用组合物的组分组成显示在表1中。
其中，上述密度测试采用阿基米德法测定，单位为g/cm3；应变点和退火点、软化点均采用拉丝法测定；采用FSM-6000LE表面应力仪测试钢化玻璃表面应力和应力层厚度。玻璃硬度采用维氏硬度计测量。具体检测结果参照表1。表1中显示了实施例1-9及对比例1-3的配比与物化性能测试结果。
实施例1-9的结果明确显示，通过添加0.1～1重量％的Eu2O3，可以显著地提高获得的玻璃的透过率，并且不会影响玻璃的物理性能(例如膨胀系数、密度、应变点和退火点)，此外化学钢化后的表面应力、应力层厚度以及维氏硬度等均达到高水平。
对比例1-3与实施例1-9相比较可以看出，添加过少量的Eu2O3可能无法有效地提高玻璃的透过率，而添加过多量的Eu2O3时可能会导致与少量添加Eu2O3时相比过高的玻璃密度，导致其不符合触摸屏用盖板玻璃基本轻质化的要求。
本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经借助于实施 例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特 定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和 可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。
在本发明中列举的数值范围均包括该数值范围的两个端点的数据，也包括该数值范围中具体的每一个数值，并且该数值可以与端点任意组合组成新的小范围。
表1
Claims (7)
1.一种玻璃用组合物，其中，以该组合物的总重量为基准该组合物包含：
SiO2：66重量％；
Al2O3：15.5重量％；
K2O：1.4重量％；
Na2O：12.4重量％；
Eu2O3：0.7重量％；
B2O3：4重量％。
2.一种化学强化玻璃，其是利用权利要求1所述的组合物制成的。
3.根据权利要求2所述的玻璃，其中，所述玻璃厚度为0.7mm，其透过率为92.5％以上。
4.根据权利要求3所述的玻璃，其中，所述透过率为93％以上。
5.根据权利要求4所述的玻璃，其中，所述玻璃的应变点在630℃以上，所述玻璃的软化点在800℃以上，所述玻璃的表面应力在800MPa以上，应力层厚度在50μm以上。
6.根据权利要求4所述的玻璃，其中，所述玻璃的应变点在600℃以上，所述玻璃的软化点在860℃以上，所述玻璃的表面应力在800MPa以上，应力层厚度在55μm以上。
7.一种化学强化玻璃的制备方法，包括：
将权利要求1所述的组合物依次进行熔融、成型、退火、切割、研磨、抛光和化学钢化处理而得到化学强化玻璃。
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