CN111087175B - 一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的原材料包括如下稀土氧化物中的至少一种：Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5。本发明将掺杂Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5中至少一种稀土氧化物的玻璃基板通过热处理和离子交换制得所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。

Description

一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于玻璃生产制造技术领域，涉及一种玻璃陶瓷，尤其涉及一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用。
背景技术
随着智能手机、平板电脑等大面积触屏电子产品的普及，消费者对显示屏的抗破坏性能提出了更高的要求，如抗冲击性、抗跌落性、抗划伤等。各大终端厂商为此不断更新屏幕保护材料，而由于最初的亚格力板强度低、透光性差，所以玻璃以其优异的透明性、硬度、耐腐蚀性、易加工成型等特性很快便取代了亚格力等高分子材料广泛应用于屏幕保护领域。
为进一步提高玻璃的耐冲击和化学腐蚀性能，玻璃陶瓷是一种很好的选择。玻璃陶瓷又称微晶玻璃，是经过高温融化、成型、热处理而制成的一类晶相与玻璃相结合的复合材料。具有机械强度高、热膨胀性能可调、耐热冲击、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能。
目前，市场上玻璃陶瓷产品存在晶体尺寸大，导致可见光透过率较差；晶体比例低，导致机械强度低；由于所含元素场强低、积聚作用小，导致析晶不均匀等问题，这些问题导致没有玻璃陶瓷产品应用于智能手机、平板电脑等大面积触屏电子产品。因此，开发一种晶体尺寸小、晶体比例高，机械性能高、可见光透过率高、析晶均匀的玻璃陶瓷成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明一方面，提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括如下稀土氧化物中的至少一种：Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5。
进一步的，以摩尔百分比计，所述强化玻璃陶瓷由如下组分制得：SiO2：65-75％、Al2O3：3-12％、P2O5：0.5-5％、B2O3：0-3％、MgO：0-5％、ZnO：0-3％、ZrO2：0.5-5％、TiO2：0-1.5％、Na2O：0.5-6％、Li2O：10-25％、CeO2：0-0.3％、SnO2：0-0.5％以及Ta2O5：0-6％、La2O3：0-6％、Y2O3：0-6％、Tm2O3：0-6％、Nb2O5：0-6％稀土氧化物中的至少一种。
进一步的，所述稀土氧化物的摩尔百分比不高于6％。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂、ZrO2晶体、β石英固溶体、透锂长石中的至少一种，所述晶相中晶体的尺寸为10-80nm。
进一步的，所述晶相中晶体的尺寸为20-60nm。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积小于或等于24.5cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为20000-70000Mpa/mm，应力层深度大于或等于70μm，表面压应力大于或等于500Mpa。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为30000-50000Mpa/mm，应力层深度大于或等于90μm，表面压应力大于或等于800Mpa。
进一步的，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量大于80Gpa，平均可见光透过率大于或等于89％。
本发明另一方面，提供了一种制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，包括如下步骤：
S1、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
S2、对步骤S1制得的玻璃基板进行热处理，制得玻璃陶瓷；
S3、对步骤S2制得的玻璃陶瓷进行离子交换，制得强化玻璃陶瓷。
进一步的，所述步骤S2具体包括：
S21、对步骤S1制得的玻璃基板进行第一次热处理；
S22、对步骤S21得到的第一次热处理产物进行第二次热处理，制得玻璃陶瓷。
进一步的，所述第一次热处理的温度为500-650℃，时间为0.5-5小时。
进一步的，所述第二次热处理的温度为600-750℃，时间为0.5-5小时。
进一步的，所述离子交换是在盐浴中进行的一次或多次化学强化，所述盐浴包括钾盐、钠盐、锂盐中的至少一种，且所述钾盐为KNO3，所述钠盐为NaNO3或NaNO2，所述锂盐为LiNO3。
进一步的，所述一次化学强化的盐浴中，钠盐的质量分数为0.5-30％，锂盐的质量分数为0-5％，钾盐的质量分数为65-100％。
进一步的，所述多次化学强化为二次化学强化，所述二次化学强化的盐浴包括第一盐浴及第二盐浴。
进一步的，所述第一盐浴中钠盐的质量分数为30-100％，钾盐的质量分数为0-70％。
进一步的，所述第二盐浴中钠盐的质量分数为0-15％，锂盐的质量分数为0-5％，钾盐的质量分数为80-100％。
进一步的，所述一次或多次化学强化的温度为400-520℃，总时间为2-20小时。
本发明又一方面，提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷在电子产品盖板中的应用。
本发明的有益效果在于：
掺杂Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5中至少一种稀土氧化物的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶。另外，将该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷应用于电子产品盖板，进一步提高了电子产品盖板的整体性能。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
本发明一方面提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括如下稀土氧化物中的至少一种：Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5。
本发明另一方面提供了一种制备本发明所提供的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，包括如下步骤：
S1、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
S2、对步骤S1制得的玻璃基板进行热处理，制得玻璃陶瓷；
S3、对步骤S2制得的玻璃陶瓷进行离子交换，制得强化玻璃陶瓷。
本发明又一方面提供了一种本发明所提供的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷在电子产品盖板中的应用。
从上述描述可知，本发明提供的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用，其有益效果在于：
掺杂Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5中至少一种稀土氧化物的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶。另外，将该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷应用于电子产品盖板，进一步提高了电子产品盖板的整体性能。
实施例1
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物La2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为透锂长石，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为10-20nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：65mol％、Al2O3：12mol％、P2O5：0.5mol％、ZrO2：1mol％、Na2O：0.5mol％、Li2O：19.7mol％、CeO2：0.3mol％、SnO2：0.1mol％、La2O3：0.9mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为0.9mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为24.1cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为70000Mpa/mm，应力层深度为140μm，表面压应力为650Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为89.2Gpa，平均可见光透过率为91.5％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在600℃下第一次热处理0.5小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在660℃下第二次热处理1小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在420℃下的盐浴中离子交换4小时，所述盐浴中含有10％的NaNO3及90％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物La2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例2
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Ta2O5，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂及β石英固溶体，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为35-45nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：75mol％、Al2O3：3mol％、P2O5：1mol％、B2O3：1mol％、MgO：0.8mol％、ZnO：0.5mol％、ZrO2：1.5mol％、Na2O：1mol％、Li2O：10mol％、CeO2：0.3mol％、SnO2：0.15mol％、Ta2O5：6mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为6mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为22.1cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为40000Mpa/mm，应力层深度为90μm，表面压应力为710Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为84.5Gpa，平均可见光透过率为90.4％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在560℃下第一次热处理2.5小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在610℃下第二次热处理2小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在450℃下的第一盐浴中第一次离子交换3小时，所述第一盐浴中含有100％的NaNO3；
e、对步骤d得到的第一次离子交换产物在450℃下的第二盐浴中第二次离子交换2小时，所述第二盐浴中含有15％的NaNO3及90％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Ta2O5的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例3
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Tm2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为ZrO2及透锂长石，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为30-40nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：69mol％、Al2O3：5mol％、P2O5：5mol％、MgO：1mol％、ZrO2：5mol％、Na2O：2mol％、Li2O：11mol％、Tm2O3：2mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为2mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为23.8cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为60000Mpa/mm，应力层深度为120μm，表面压应力为880Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为83.1Gpa，平均可见光透过率为90.6％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在580℃下第一次热处理4小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在680℃下第二次热处理1.5小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在500℃下的第一盐浴中第一次离子交换4小时，所述第一盐浴中含有98％的NaNO3及2％的KNO3；
e、对步骤d得到的第一次离子交换产物在500℃下的第二盐浴中第二次离子交换4小时，所述第二盐浴中含有5％的NaNO3、0.2％的LiNO3及94.8％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Tm2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例4
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Nb2O5，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为70-80nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：66mol％、Al2O3：4mol％、P2O5：1.5mol％、ZrO2：1.7mol％、Na2O：0.5mol％、Li2O：25mol％、CeO2：0.1mol％、SnO2：0.2mol％、Nb2O5：1mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为1mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为24cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为20000Mpa/mm，应力层深度为110μm，表面压应力为800Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为87.6Gpa，平均可见光透过率为89％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在500℃下第一次热处理5小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在600℃下第二次热处理5小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在400℃下的第一盐浴中第一次离子交换5小时，所述第一盐浴中含有90％的NaNO3及10％的KNO3；
e、对步骤d得到的第一次离子交换产物在400℃下的第二盐浴中第二次离子交换15小时，所述第二盐浴中含有1.5％的NaNO3、98％的KNO3及0.5％的LiNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Nb2O5的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例5
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Y2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为β石英固溶体，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为60-70nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：70mol％、Al2O3：7mol％、B2O3：2mol％、ZnO：3mol％、ZrO2：2mol％、Na2O：0.5mol％、Li2O：12mol％、SnO2：0.5mol％、Y2O3：3mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为3mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为22.5cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为40000Mpa/mm，应力层深度为130μm，表面压应力为500Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为82.9Gpa，平均可见光透过率为89.9％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在650℃下第一次热处理1小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在750℃下第二次热处理3小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在470℃下的盐浴中离子交换6小时，所述盐浴中含有30％的NaNO3及70％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Y2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例6
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Ta2O5及Tm2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为β石英固溶体及二硅酸锂，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为40-50nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：71mol％、Al2O3：4.5mol％、B2O3：3mol％、MgO：5mol％、ZrO2：0.5mol％、TiO2：1.5mol％、Na2O：1.5mol％、Li2O：10.85mol％、SnO2：0.15mol％、Ta2O5：1mol％、Tm2O3：1mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为2mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为23.6cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为30000Mpa/mm，应力层深度为115μm，表面压应力为810Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为85Gpa，平均可见光透过率为90.7％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在620℃下第一次热处理2小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在710℃下第二次热处理2.5小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在480℃下的第一盐浴中第一次离子交换3小时，所述第一盐浴中含有30％的NaNO3及70％的KNO3；
e、对步骤d得到的第一次离子交换产物在480℃下的第二盐浴中第二次离子交换1小时，所述第二盐浴中含有8％的NaNO3及92％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Ta2O5及Tm2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例7
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Y2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为ZrO2及β石英固溶体，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为50-60nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：73mol％、Al2O3：3.5mol％、P2O5：2mol％、ZnO：1mol％、ZrO2：3mol％、TiO2：0.5mol％、Na2O：6mol％、Li2O：10.4mol％、SnO2：0.1mol％、Y2O3：0.5mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为0.5mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为24.5cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为25000Mpa/mm，应力层深度为70μm，表面压应力为950Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为81Gpa，平均可见光透过率为90.1％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在610℃下第一次热处理3小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在730℃下第二次热处理4小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在520℃下的盐浴中离子交换2小时，所述盐浴中含有0.5％的NaNO3及99.5％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Y2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例8
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物La2O3及Nb2O5，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂及透锂长石，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为15-25nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：67mol％、Al2O3：7mol％、P2O5：0.5mol％、ZrO2：0.8mol％、Na2O：0.5mol％、Li2O：22mol％、CeO2：0.2mol％、La2O3：1.5mol％、Nb2O5：0.5mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为2mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为23.5cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为50000Mpa/mm，应力层深度为100μm，表面压应力为790Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为86.5Gpa，平均可见光透过率为91％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在540℃下第一次热处理2小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在640℃下第二次热处理0.5小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在460℃下的第一盐浴中第一次离子交换4小时，所述第一盐浴中含有60％的NaNO3及40％的KNO3；
e、对步骤d得到的第一次离子交换产物在460℃下的第二盐浴中第二次离子交换2小时，所述第二盐浴中含有100％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物La2O3及Nb2O5的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例9
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物La2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂、透锂长石及β石英固溶体，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为30-45nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：75mol％、Al2O3：3mol％、P2O5：1mol％、B2O3：1mol％、MgO：0.8mol％、ZnO：0.5mol％、ZrO2：1.5mol％、Na2O：1mol％、Li2O：10mol％、CeO2：0.5mol％、SnO2：0.15mol％、La2O3：6mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为6mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为22.3cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为42000Mpa/mm，应力层深度为89μm，表面压应力为730Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为89.3Gpa，平均可见光透过率为91.2％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在530℃下第一次热处理2小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在620℃下第二次热处理1.5小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在400℃下的盐浴中离子交换20小时，所述盐浴中含有30％的NaNO3、65％的KNO3及5％的LiNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物La2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例10
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Y2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂、透锂长石及β石英固溶体，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为35-40nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：75mol％、Al2O3：3mol％、P2O5：1mol％、B2O3：1mol％、MgO：0.8mol％、ZnO：0.5mol％、ZrO2：1.5mol％、Na2O：1mol％、Li2O：10mol％、CeO2：0.5mol％、SnO2：0.15mol％、Y2O3：6mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为6mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为22.2cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为43000Mpa/mm，应力层深度为90μm，表面压应力为740Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为89.5Gpa，平均可见光透过率为90.3％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在550℃下第一次热处理2.5小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在610℃下第二次热处理1小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在480℃下的盐浴中离子交换8小时，所述盐浴中含有32％的NaNO2、65％的KNO3及3％的LiNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Y2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例11
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Tm2O3，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂、透锂长石，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为35-50nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：75mol％、Al2O3：3mol％、P2O5：1mol％、B2O3：1mol％、MgO：0.8mol％、ZnO：0.5mol％、ZrO2：1.5mol％、Na2O：1mol％、Li2O：10mol％、CeO2：0.5mol％、SnO2：0.15mol％、Tm2O3：6mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为6mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为22.4cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为45000Mpa/mm，应力层深度为95μm，表面压应力为760Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为89.8Gpa，平均可见光透过率为91％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在520℃下第一次热处理4小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在600℃下第二次热处理0.5小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在470℃下的盐浴中离子交换8.5小时，所述盐浴中含有100％的KNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Tm2O3的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
实施例12
在一种具体实施例方案中，本发明提供了一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，所述强化玻璃陶瓷的原材料包括稀土氧化物Nb2O5，所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂、透锂长石、ZrO2及β石英固溶体，且所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为65-75nm。
本实施例中，所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，以摩尔百分比计，由如下组分制得：SiO2：75mol％、Al2O3：3mol％、P2O5：1mol％、B2O3：1mol％、MgO：0.8mol％、ZnO：0.5mol％、ZrO2：1.5mol％、Na2O：1mol％、Li2O：10mol％、CeO2：0.5mol％、SnO2：0.15mol％、Nb2O5：6mol％。
需要说明的是，所述稀土氧化物的摩尔百分比为6mol％。
所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积为23cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
需要说明的是，所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为48000Mpa/mm，应力层深度为110μm，表面压应力为820Mpa。
另外，所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量为88.7Gpa，平均可见光透过率为90.7％。
本实施例还提供了一种制备所述稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法：
a、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
b、对步骤a制得的玻璃基板在570℃下第一次热处理1.5小时；
c、对步骤b得到的第一次热处理产物在610℃下第二次热处理3小时，制得玻璃陶瓷；
d、对步骤c制得的玻璃陶瓷在520℃下的第一盐浴中第一次离子交换1小时，所述第一盐浴中含有45％的NaNO2及55％的KNO3；
e、对步骤d得到的第一次离子交换产物在400℃下的第二盐浴中第二次离子交换1小时，所述第二盐浴中含有15％的NaNO2、80％的KNO3及5％的LiNO3，制得强化玻璃陶瓷。
掺杂稀土氧化物Nb2O5的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶，适用于电子器件的盖板。
综上所述，本发明提供的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷及其制备方法与应用，其有益效果在于：
掺杂稀土氧化物Ta2O5、La2O3、Y2O3、Tm2O3、Nb2O5中至少一种稀土氧化物的玻璃基板通过热处理和离子交换制得稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷由于稀土元素高场强、高积聚的作用，使得玻璃陶瓷的晶体尺寸小、晶体比例高，可以有效地提高玻璃陶瓷的机械性能及可见光透过率，并有效控制玻璃均匀析晶。另外，将该稀土掺杂的强化玻璃陶瓷应用于电子产品盖板，进一步提高了电子产品盖板的整体性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：以摩尔百分比计，所述强化玻璃陶瓷由如下组分制得：SiO2：65－75％、Al2O3：3－12％、P2O5：0.5－5％、B2O3：0－3％、MgO：0－5％、ZnO：0－3％、ZrO2：0.5－5％、TiO2：0－1.5％、Na2O：0.5－6％、Li2O：10－25％、CeO2：0－0.3％、SnO2：0－0.5％、Ta2O5：1－6％、Nb2O5：0.5－6％以及La2O3：0.9－6％、Y2O3：0.5－6％、Tm2O3：1－6％稀土氧化物中的至少一种；
所述强化玻璃陶瓷的晶相中晶体的尺寸为35－50nm，所述强化玻璃陶瓷的平均可见光透过率大于或等于89％。
2.如权利要求1所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述稀土氧化物的摩尔百分比不高于6％。
3.如权利要求1所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷的晶相为二硅酸锂、ZrO2晶体、β石英固溶体、透锂长石中的至少一种。
4.如权利要求1所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积小于或等于24.5cm3/mol，且所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积的计算公式为Vm＝∑xiMi/ρ，其中Vm为所述强化玻璃陶瓷的摩尔体积，xi、Mi分别为组成所述强化玻璃陶瓷的各氧化物的摩尔分数和摩尔质量，ρ为所述强化玻璃陶瓷的原片玻璃的密度。
5.如权利要求1所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为20000-70000Mpa/mm，应力层深度大于或等于70μm，表面压应力大于或等于500Mpa。
6.如权利要求5所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷的张应力线密度为30000-50000Mpa/mm，应力层深度大于或等于90μm，表面压应力大于或等于800Mpa。
7.如权利要求1所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷，其特征在于：所述强化玻璃陶瓷的杨氏模量大于80Gpa。
8.一种制备如权利要求1－7任一项所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据各原料的摩尔百分比，制备玻璃陶瓷前体玻璃基板；
S2、对步骤S1制得的玻璃基板进行热处理，制得玻璃陶瓷；
S3、对步骤S2制得的玻璃陶瓷进行离子交换，制得强化玻璃陶瓷。
9.如权利要求8所述的强化玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、对步骤S1制得的玻璃基板进行第一次热处理；
S22、对步骤S21得到的第一次热处理产物进行第二次热处理，制得玻璃陶瓷。
10.如权利要求9所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述第一次热处理的温度为500－650℃，时间为0.5－5小时。
11.如权利要求10所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述第二次热处理的温度为600－750℃，时间为0.5－5小时。
12.如权利要求8所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述离子交换是在盐浴中进行的一次或多次化学强化，所述盐浴包括钾盐、钠盐、锂盐中的至少一种，且所述钾盐为KNO3，所述钠盐为NaNO3或NaNO2，所述锂盐为LiNO3。
13.如权利要求12所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述一次化学强化的盐浴中，钠盐的质量分数为0.5－30％，锂盐的质量分数为0－5％，钾盐的质量分数为65－100％。
14.如权利要求13所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述多次化学强化为二次化学强化，所述二次化学强化的盐浴包括第一盐浴及第二盐浴。
15.如权利要求14所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述第一盐浴中钠盐的质量分数为30-100％，钾盐的质量分数为0-70％。
16.如权利要求15所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述第二盐浴中钠盐的质量分数为0-15％，锂盐的质量分数为0-5％，钾盐的质量分数为80-100％。
17.如权利要求16所述的制备稀土掺杂的强化玻璃陶瓷的方法，其特征在于：所述一次或多次化学强化的温度为400-520℃，总时间为2-20小时。
18.一种如权利要求1-7任一项所述的稀土掺杂的强化玻璃陶瓷在电子产品盖板中的应用。
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