CN110818256B - 一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃，由以下重量百分比的原料制成：54.5～63.5%的SiO₂、10～15%的Al₂O₃、4.5～9.5%的Al（OH）₃、3～15%的CaO、6～13%的B₂O₃、2～9%的MgO、5～10%的SrO；0.05～0.3%的SnO、0.1～0.35%的ZnSO₄；上述各组分按玻璃制备工艺熔融成型后即得满足电子信息显示用的无碱高铝硅酸盐玻璃；用本方法制备的无碱高铝硅酸盐玻璃性能指标可以稳定的达到：应变点大于670℃，热膨胀系数小于3.70×10^‑6/℃，可见光透过率大于91%，密度小于2.55g/cm³，单位面积内（cm²）大于0.5mm的气泡不可见。

Description

一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃及制备方法

技术领域

本发明涉及特种玻璃技术领域，具体是一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着显示技术的发展，新型显示技术已逐渐进入人们的生活和工作之中，成为当今社会传播知识和信息的主要手段之一，作为显示系统的主要窗口和设备——显示器也得到了飞速的发展。目前薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）技术显示尺寸大、高清晰度、轻薄、环保性能好等优势逐步受到消费者的认可，发展成为当前成熟的主流彩色平板显示技术。

无碱高铝硼硅酸盐玻璃因具有优良的热稳定性、化学稳定性、机械性能和介电性能等特点，是电子信息显示用薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）最理想的基板材料。由于碱金属在在玻璃的熔化过程中起着助熔剂的作用，无碱高铝硼硅酸盐玻璃因为不含碱金属且氧化铝含量较高，体现出高黏度特性，导致玻璃澄清困难。为了加速玻璃的澄清，减少玻璃中的气泡缺陷，常在玻璃的配合料中加入一定量的澄清剂。目前，常见的澄清剂有As₂O₃、Sb₂O₃等。这类澄清剂虽然有一定的澄清效果，但是会对人体和环境造成污染及伤害。

发明内容

本发明的目的就是为了有效解决无碱高铝硼硅酸盐玻璃制备过程中澄清困难、均匀性差以及对环境造成污染的缺点，提供的一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无碱高铝硼酸盐玻璃，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：54.5～63.5%的SiO₂、10～15%的Al₂O₃、4.5～9.5%的Al（OH）₃、6～13%的B₂O₃、3～15%的CaO、2～9%的MgO、5～10%的SrO。

进一步的，所述玻璃的原料中分别以Al₂O₃和Al（OH）₃两种形式加入Al元素。

进一步的，所述的玻璃原料中还含一定量的澄清剂，有SnO、ZnSO₄两种，两种澄清剂组合成复合澄清剂，不单独使用其中的一种；

进一步的，所述的玻璃澄清剂的含量，0.05～0.3%的SnO、0.1～0.35%的ZnSO₄。

进一步的，所述玻璃的澄清剂总含量0.15%≤SnO＋ZnSO₄≤0.65%；

一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将各种原料按照上述重量百分比称取原料，通过混料系统混合均匀，得到玻璃配合料；

2）对玻璃配合料进行熔融加工，熔融温度1580～1640℃之间，用铂铑合金搅拌棒对熔融后的玻璃液进行搅拌，使玻璃液充分均化，加速澄清；

3）待澄清结束后，将温度降到成形所需的玻璃基板成形温度范围，对成形后的基板进行退火；

4）对成形的玻璃基板进行冷加工处理，测试玻璃基板的各项性能指标，制备出满足液晶面板性能的玻璃基板。

本发明技术方案中，SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体[SiO₄]的结构单元形成不规则的网络结构，成为玻璃的骨架。如果玻璃中SiO₂含量较高，玻璃的应变点和高温黏度会相应的增加。而如果SiO₂含量较低则不易形成玻璃结构，应变点和熔化温度等性能会下降。所以本发明的SiO₂含量为54.5～63.5％。

Al（OH）₃在玻璃的熔化高温阶段分解生成Al₂O₃和水蒸气，产生的水蒸气与玻璃熔体中的气泡融合，可以有效的增大气泡的直径，根据斯托克斯定律，直径大的气泡，气泡的上升速度越快，可以有效的缩短澄清时间，节约玻璃生产中的能耗。Al₂O₃属于中间体氧化物，可以降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的黏度。本发明的Al₂O₃的适宜范围是10～15%、Al（OH）₃的适宜范围是4.5～9.5%。

B₂O₃可以降低热膨胀系数，在高温阶段降低玻璃的黏度，同时，还起到助熔的作用，加速玻璃液的熔解和澄清。本发明B₂O₃适宜的范围是6～13%。

MgO可以降低玻璃的析晶倾向和析晶速度，增加玻璃的高温黏度，本发明中MgO的适宜范围是2～9%。

CaO在高温时，能够降低玻璃的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，本发明中CaO适宜的范围是3～15%。SrO的作用与CaO相似，适宜的范围是5～10%。

本发明技术方案中，SnO和ZnSO₄作为玻璃澄清剂。SnO是一种氧化还原型澄清剂，通过Sn²⁺的变价来实现吸收O₂和放出O₂，释放的O₂扩散到周围玻璃液的气泡中，吸收合并玻璃液中的其它气泡，使气泡增大上浮，最终排出气泡以达到澄清目的，用于玻璃液的气泡消除，如果SnO的添加量过多，会造成玻璃基板失透，本发明SnO适宜的范围是0.05～0.3%。

ZnSO₄作为澄清剂使用时，在1000℃左右发生分解，生成ZnO、O₂和SO₂，释放出O₂和SO₂气体起澄清作用；ZnO在无碱玻璃中，一般形成锌氧四面体[ZnO₄]进入玻璃的结构网络，使玻璃的结构更加紧密，降低玻璃的热膨胀系数，如果ZnO的含量过多，会使玻璃的应变点降低。本发明中ZnSO₄的适宜范围是0.1～0.35%。

本发明的有益效果是：

1）本发明中使用的澄清剂是环境友好型澄清剂，对环境无污染；2）两种澄清剂组成的复合澄清剂使用时，ZnSO₄在1000℃左右发生分解，生成ZnO、O₂和SO₂，释放出O₂和SO₂气体起澄清作用；SnO澄清剂的作用温度区间是1400～1500℃之间，可以有效的消去玻璃液中直径0.1mm左右的气泡，两种澄清剂共同使用可以有效的增大澄清温度区间，比单一澄清剂具有更好的澄清效果；3）ZnSO₄分解生成的ZnO可以有效的降低玻璃的热膨胀系数；4）用本配方制备的无碱高铝硼硅酸盐玻璃物化性能可以稳定达到：应变点大于670℃，热膨胀系数小于3.70×10^-6/℃，可见光透过率大于91%，密度小于2.55g/cm³，单位面积内（cm²）大于0.5mm的气泡不可见。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，但并不用于限制本发明。

一、本发明提供的一种无碱高铝硼酸盐玻璃，由以下重量百分比的原料制成：

SiO₂ 54.5～63.5%

Al₂O₃ 10～15%

Al（OH）₃ 4.5～9.5%

CaO 3～15%

B₂O₃ 6～13%

MgO 2～9%

SrO 5～10%

SnO 0.05～0.3%

ZnSO₄ 0.1～0.35%

二、本发明提供的一种无碱高铝硼酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1）将上述各种原料按照上述重量百分比称取原料，通过混料系统混合均匀，得到玻璃配合料；

2）对玻璃配合料进行熔融加工，熔融温度1580～1640℃之间，用铂铑合金搅拌棒对熔融后的玻璃液进行搅拌，使玻璃液充分均化，加速澄清；

3）待澄清结束后，将温度降到成形所需的玻璃基板成形温度范围，对成形后的基板进行退火；

4）对成形的玻璃基板进行冷加工处理，测试玻璃基板的各项性能指标，制备出满足液晶面板性能的玻璃基板。

三、本发明提供了实施例1～6与对比例的玻璃性能指标如表1所示

表1 实施例1～6玻璃性能指标

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (2)

1.一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：54 .5～63.5%的SiO₂、10～15%的Al₂O₃、4 .5～9 .5%的Al（OH）₃ 、3～15%的CaO、6～13%的B₂O₃、2～9%的MgO、5～10%的SrO；

所述原料中还含有SnO、ZnSO₄两种澄清剂组合成复合澄清剂，SnO、ZnSO₄分别占总原料重量百分比含量分别是SnO：0 .05～0 .3%、ZnSO₄：0 .1～0 .35%。

2.如权利要求1所述的一种无碱高铝硼硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将各种原料按照上述重量百分比称取原料，通过混料系统混合均匀，得到玻璃配合料；

2）对玻璃配合料进行熔融加工，熔融温度1580～1640℃之间，用铂铑合金搅拌棒对熔融后的玻璃液进行搅拌，使玻璃液充分均化，加速澄清；

3）待澄清结束后，将温度降到成形所需的玻璃基板成形温度范围，对成形后的基板进行退火；

4）对成形的玻璃基板进行冷加工处理，测试玻璃基板的各项性能指标，制备出满足液晶面板性能的玻璃基板。