CN111484244B - 一种低密度高应变点的无碱电子玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低密度高应变点的无碱电子玻璃及其制备方法，玻璃组成摩尔比为3～7％的B2O3、15～19.5％的Al2O3、54～62％的SiO2、0～20％的MgO、0～15％的CaO和0.5～2％的SrO，其中，优选参数为6.5～7％的B2O3、15～17％的Al2O3、61～62％的SiO2、0～12％的MgO、3～15％的CaO、0.5～2％的SrO，外加澄清剂SnO20.2～0.8wt％。本发明产品密度低、应变点高、热膨胀系数适当，密度为2.470～2.622g/cm3，应变点为732～770℃,热膨胀系数为26.18～34.15×10‑7/℃，可满足显示屏对高性能电子玻璃基板的要求。

Description

一种低密度高应变点的无碱电子玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无碱电子玻璃材料，具体涉及到一种低密度高应变点的无碱电子玻璃及其制备方法。
背景技术
在互联网传播信息时代，显示器扮演了不可或缺的角色。显示器主要分为两大类，第一类是CRT(阴极射线管，Cathode Ray Tube,CRT)，第二类是FPD(平板显示器，FlatPanel Display)。随着社会的不断发展，传统的CRT型显示器已经被FPD所取代。FPD细分成多种不同的显示技术，如TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器，Thin Film Transistor LiquidCrystal Display)、FED(场发射显示，Field Emission Display)、VFD(真空荧光显示，Vacuum Fluorescent Diode)、PDP(等离子显示器，Plasma Display Panel)、OLED(有机发光二极管、Organic Light Emitting Diode)等。其中广受消费者青睐的是TFT-LCD技术和器件，它具有图像细腻、清晰，色彩丰富逼真、轻薄、低能耗、环保、无辐射等优点。目前，TFT-LCD已成为世界主流的液晶显示器产品。
作为TFT-LCD显示器的关键材料，TFT-LCD玻璃基板(以下简称“玻璃基板”)对性能要求十分严格，其性能必须满足以下几点：
1)尺寸精度高：在制造高性能的TFT-LCD工艺中，需要经过多次的精密光刻，因此玻璃基板的外形尺寸的精度需要达到0.1mm的误差。若精度不能满足要求，会影响到电场和像素，导致显示器的灰度和色彩不均匀。此外，平面度较低的玻璃基板会在光刻过程中引起曝光的不聚焦，导致电路出现缺陷。
2)高的表面质量和内在质量：为了不损伤电路，影响显示器的显示效果，要求玻璃基板不含气泡和缺陷。若玻璃基板表面存在大于25μm的缺陷(划痕、擦伤、表面凹凸等)，则会引起电路不通、薄膜附着力降低，进一步影响显示器面板的性能。
3)不含碱金属：在TFT-LCD玻璃基板的制造过程中，需要经过多种工艺(涂敷、刻蚀、化学气相沉积等)形成多种薄膜，然后通过光刻技术形成各种电路和图形。在形成图形的工艺中，有的工艺需要在500～600℃的温度范围内进行，而碱金属离子会在这种高温环境中析出并扩散到半导体材料中，劣化半导体材料和薄膜的性能，进而缩短显示器的使用寿命，甚至还会污染整个生产线。目前在TFT-LCD玻璃基板的生产中，最大碱金属离子的含量一般控制在1000ppm以下。
4)适宜的热膨胀系数：在TFT-LCD的制造工艺中，玻璃基板的TEC(热膨胀系数，Thermal expansion coefficient)必须与薄膜晶体管阵列中的多晶硅及非晶硅材料的热膨胀系数相匹配。若它们之间的热膨胀系数差异过大，则玻璃基板会在热处理过程中发生翘曲。在低温300℃时，沉积在玻璃基板上的硅材料以非晶硅的形式存在，但当热处理温度升高到约600℃时，部分硅质材料会发生结晶形成多晶硅，非晶硅与多晶硅材料之间的比例变化使得沉积在玻璃基板上的硅材料的热膨胀系数发生变化，其变化范围在32～38×10-7/℃(25～300℃)。当在700℃以上对多晶硅材料进行热处理时，则需要玻璃基板具有更小的热膨胀系数，TEC≤32×10-7/℃(25～300℃)。此外，玻璃基板上形成的多种薄膜也具有一定的热膨胀系数，这些薄膜的热膨胀系数也要与玻璃基板匹配，否则热处理时容易引起薄膜的损伤，进而影响TFT-LCT的质量。一般来说，玻璃基板的理想热膨胀系数范围在28～33×10-7/℃(25～300℃)之间。
5)优良的热稳定性：玻璃基板的热稳定性包括耐热性和热收缩两个方面。对于耐热性，它指的是玻璃能够承受的最高温度，其对应于玻璃黏度η＝1014.5dPa·s时的温度。在TFT-LCD制造工艺过程中，玻璃基板会被多次反复的热处理，最高的热处理温度达到625℃，为了保证玻璃基板在热处理过程中不变形，玻璃基板需要具有良好的刚性，不能有粘制流动。一般情况下，玻璃基板的应变点温度需要大于625℃才能满足TFT-LCD的生产要求。
玻璃基板的热收缩主要是指在在TFT-LCD制造工艺过程中，它需要具有高温热加工性及成形的几何稳定性。随着人们的对显示器的需求量越来越大，显示器的尺寸和分辨率也在不断增加，但尺寸的增大会对玻璃的热收缩提出更高的要求。一旦玻璃基板发生热收缩现象，则会使玻璃结构更紧凑，引起尺寸变化，影响最终的TFT-LCD成品质量。一般来说，玻璃液急冷直接拉出的玻璃基板都要进行退火，它能保证玻璃基板的热收缩率在控制值以下，使得热收缩率降至百万分之一以下。
6)良好的化学稳定性：在TFT-LCD玻璃基板的生产过程中，需对玻璃基板进行清洗和蚀刻，因此，玻璃基板往往会接触到多种强酸、强碱溶液。若玻璃基板的化学稳定性不佳，则强酸、强碱溶液会使玻璃基板的成分被浸析出，在显示器上产生可见的残留物或影响薄膜沉积。
7)轻质高强度：随着电子产品的发展及普及，TFT-LCD也向大型化、轻薄化及高清晰度发展。显示器的大型化趋势使得其重量在增加，为了降低重量，需要降低玻璃基板的厚度和密度，另外在TFT-LCD加工过程中，玻璃基板是水平放置的，其在自身的重力作用下会有一定程度的下垂和翘曲，而玻璃基板的密度越大，则下垂程度越大，因此需要玻璃基板具有尽可能低的密度(一般≤2.55g/cm3)。另一方面，在显示器的生产过程中，玻璃母片会加工成显示基片，这一过程需要玻璃基板具有很高的机械强度，且玻璃基板的超薄厚度(0.3～0.7mm)也需要其具有很高的强度。玻璃基板的轻质高强度不仅满足了其大型化发展趋势要求，而且在运输过程中也可降低运输成本。
本发明所描述的无碱玻璃基板及其制备方法，具有低热膨胀系数、高应变点、较低密度、适宜热膨胀系数等优点。另外，所述玻璃基板还具备高强度、化学稳定性良好、环保等特性。这对于制造性能更优良的玻璃基板非常重要。
现有玻璃基板及制备技术方面，专利CN103172259A公开了一种具有高的热稳定性和化学稳定性的无碱硼铝硅酸盐玻璃，该玻璃表现出用作平板显示器设备如有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的基板所需的物理和化学性质。玻璃的摩尔百分组成为：66.58～70.69％的SiO2、11.75～13.51％的Al2O3、1.25～4.96％的B2O3、0.84～7.48％的MgO、2.99～5.89％的CaO、0～4.29％的SrO、1.30～5.55％的BaO、0～3.01％的La2O3、0～0.4％的As2O3、0～0.49％的Sb2O3、0～0.02％的ZrO2、0～0.08％的SnO2。所制得基板玻璃的密度为2.571～2.842g/cm3，应变点在695～739℃之间，热膨胀系数为35.8～39.6×10-7/℃(30～380℃)。该专利申请的电子玻璃中有BaO、La2O3、As2O3、Sb2O3、ZrO2等组分，玻璃密度≥2.571g/cm3，玻璃应变点温度≤740℃。
公开号为CN105621883A公开了一种液晶基板玻璃及其制备方法，其质量百分组成为：54～70％的SiO2、13～18％的Al2O3、9～12％的B2O3、0.5～2％的MgO、6～10％的CaO、1.05～32％的SrO、0.2～1％的BaO、0.01～0.5％的K2O、0.016～0.059％的Na2O、0.002～2％的ZnO、0.16～0.3％的SnO2、0.02～0.05％的ZrO2、0.001～0.01％的Fe2O3。所制得基板玻璃的密度为2.33～2.5g/cm3，应变点在665.4～676.1℃之间，热膨胀系数为34.8～36.8×10-7/℃(30～380℃)。与本发明相比，公开号为CN105621883A的专利的电子玻璃中增加了BaO、K2O、Na2O、ZnO、ZrO2、Fe2O3等组分，玻璃应变点温度≤680℃，远低于本发明优选基础玻璃应变点温度的下限(748℃)，该发明也未涉及玻璃的力学和化学性能。
发明内容
本发明提供一种低密度高应变点的无碱玻璃基板及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
1)一种低密度高应变点的无碱电子玻璃，玻璃组成摩尔百分比为3～7％的B2O3、15～19.5％的Al2O3、54～62％的SiO2、0～20％的MgO、0～15％的CaO、0～2％的SrO，其中，优选基础玻璃组成摩尔比为6.5～7％的B2O3、15～17％的Al2O3、61～62％的SiO2、0～12％的MgO、3～15％的CaO、0.5～2％的SrO，外加配合料质量百分比为0.2～0.8wt％的SnO2。
2)SiO2、Al2O3为分析纯氧化物试剂；B2O3由分析纯H3BO3引入，MgO、CaO、SrO分别由分析纯MgCO3、CaCO3、SrCO3引入。
3)玻璃化学组成中实质上不含有碱金属氧化物，并以分析纯环境友好型澄清剂SnO2取代As2O3、Sb2O3等有毒害物质。
优选方案1(实施例4)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、12％的MgO、3％的CaO、0.5％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
优选方案2(实施例5)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、9％的MgO、6％的CaO、0.5％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
优选方案3(实施例6)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、6％的MgO、9％的CaO、0.5％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
优选方案4(实施例7)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、3％的MgO、12％的CaO、0.5％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
优选方案5(实施例8)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：6.5％的B2O3、17％的Al2O3、61％的SiO2、0％的MgO、15％的CaO、0.5％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
优选方案6(实施例9)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：7％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、7％的MgO、7％的CaO、1％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
优选方案7(实施例10)，一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，包括以下摩尔百分比的原料：7％的B2O3、15％的Al2O3、62％的SiO2、7％的MgO、7％的CaO、2％的SrO。此外，还需外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
本发明的另一个目的在于提供一种低密度高应变点的无碱玻璃基板制备方法。包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为3～7％的B2O3、15～19.5％的Al2O3、54～62％的SiO2、0～20％的MgO、0～15％的CaO、0～2％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，3.22～7.36％的B2O3、23.09～30.68％的Al2O3、50.14～57.2％的SiO2、0～12.69％的MgO、0～12.47％的CaO、0.77～3.13％的SrO。加入总质量0.2～0.8％的SnO2。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混合均匀的玻璃配合料置于刚玉坩埚、铂金坩埚或熔化池炉中，随后在高温箱式电阻炉或池炉中于1650～1680℃下熔融2～3h。
5)将熔制均匀的玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中退火10h，以消除玻璃结构中的残余热应力。
6)退火结束后，试样随炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱电子玻璃。
与现有技术相比，本发明具有明显的技术优势和显著效果：
1)本发明制得的玻璃基板具有低密度、高应变点、适中热膨胀系数、综合性能优良等特点，玻璃的密度为2.470～2.622g/cm3，应变点为732～770℃，热膨胀系数为26.18～34.15×10-7/℃(25～300℃)，抗弯强度为48～70MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.056～11.772mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.793～2.089mg/cm2。其中，优选基础玻璃的密度为2.470～2.543g/cm3，应变点为748～770℃，热膨胀系数为26.18～34.15×10-7/℃(25～300℃)，抗弯强度48～64MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.056～11.772mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.793～2.004mg/cm2。
以SiO2为主要组成的玻璃中，只要存在碱金属或碱土金属氧化物，由【SiO4】四面体组成的玻璃结构中就必然存在网络间断点(即Si-O-Si键断开点)。本发明中，采用较高含量的Al2O3、B2O3及相对较低含量的SiO2。由于1摩尔SiO2可提供N0个【SiO4】四面体(N0为阿伏加德罗常数)，而1摩尔Al2O3、B2O3可分别提供2N0个【AlO4】四面体或【BO4】，且【AlO4】四面体或【BO4】四面体相间存在于由【SiO4】组成的玻璃网络结中的间断点位置(即【SiO4】-【AlO4】-【SiO4】或【SiO4】-【BO4】-【SiO4】)，于是，玻璃网络结构中的间断点大量减少，从而赋予玻璃的高应变点。采用相对较高含量的MgO、CaO及较低含量的SrO，且未引入BaO。由于MgO、CaO、SrO、BaO的分子量依序递增，因此，高含量MgO、CaO及低含量SrO、无BaO的化学组成配合，必然导致玻璃密度的降低。本发明未引入La2O3、As2O3、Sb2O3、ZrO2等物质，对促进玻璃形成、降低玻璃析晶倾向、降低玻璃密度与成本、避免环境污染等方面都有积极作用。
本发明不含任何碱金属氧化物(如Li2O、Na2O、K2O等)，是真正意义上的无碱电子玻璃。由于本发明仅含碱土金属氧化物而不含碱金属氧化物，因此，对玻璃网络结构的破坏作用相对较小，从而赋予玻璃的高应变点；同时，也避免了碱金属离子对显示器件中半导体和薄膜性能的劣化。未引入ZrO2、Fe2O3等物质。ZrO2是一种成核剂，其引入会对玻璃形成产生不利影响；且ZrO2较难熔化，不利于玻璃熔体中组成的均化。Fe2O3的引入则会大幅度降低玻璃在可见光区的透过率。因此，本发明的组成配比更有利于玻璃的形成、玻璃成本的降低及玻璃透过率的提高。
2)本发明采用传统的熔体冷却法制备玻璃基板，并选择对环境无害的SnO2作为澄清剂，具有制备工艺简单、原料广泛、环保等优点。
附图说明
【图1】为本发明实施例4所制备的无碱玻璃基板透过率及相应实物图；
【图2】为本发明实施例5所制备的无碱玻璃基板透过率及相应实物图；
【图3】为本发明实施例6所制备的无碱玻璃基板透过率及相应实物图；
【图4】为本发明实施例7所制备的无碱玻璃基板透过率及相应实物图。
图中实施例4～7都表现出了良好透光性，在可见光范围内玻璃的透过率均在85％以上。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步描述，但不限制本发明的保护范围和应用范围。
实施例1
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：3％的B2O3、19.5％的Al2O3、57％的SiO2、20％的MgO、0％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为3％的B2O3、19.5％的Al2O3、57％的SiO2、20％的MgO、0％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，3.22％的B2O3、30.68％的Al2O3、52.86％的SiO2、12.44％的MgO、0％的CaO、0.8％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.622g/cm3，应变点为738℃，热膨胀系数为28.21×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为68MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.541mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为2.114mg/cm2。具体见表1。
实施例2
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：3％的B2O3、16.5％的Al2O3、60％的SiO2、20％的MgO、0％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为3％的B2O3、16.5％的Al2O3、60％的SiO2、20％的MgO、0％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，3.29％的B2O3、26.47％的Al2O3、56.73％的SiO2、12.69％的MgO、0％的CaO、0.82％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.573g/cm3，应变点为745℃，热膨胀系数为27.17×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为70MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.321mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为2.089mg/cm2。
实施例3
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：6％的B2O3、18％的Al2O3、54％的SiO2、18％的MgO、3.5％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为6％的B2O3、18％的Al2O3、54％的SiO2、18％的MgO、3.5％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，6.46％的B2O3、28.36％的Al2O3、50.14％的SiO2、11.21％的MgO、3.03％的CaO、0.8％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.606g/cm3，应变点为732℃，热膨胀系数为30.23×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为56MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为6.125mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为2.214mg/cm2。
实施例4
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、12％的MgO、3％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、12％的MgO、3％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，6.95％的B2O3、25.05％的Al2O3、57.2％的SiO2、7.43％的MgO、2.58％的CaO、0.79％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.470g/cm3，应变点为758℃，热膨胀系数为26.18×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为52MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.056mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为2.004mg/cm2。基板透过率及相应实物图见图1。
实施例5
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、9％的MgO、6％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、9％的MgO、6％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，6.9％的B2O3、24.87％的Al2O3、56.78％的SiO2、5.53％的MgO、5.13％的CaO、0.79％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.483g/cm3，应变点为760℃，热膨胀系数为28.16×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为48MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.207mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.979mg/cm2。基板透过率及相应实物图见图2。
实施例6
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、6％的MgO、9％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、6％的MgO、9％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，6.85％的B2O3、24.69％的Al2O3、56.4％的SiO2、3.65％的MgO、7.63％的CaO、0.78％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.490g/cm3，应变点为762℃，热膨胀系数为29.16×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为52MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为10.673mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.938mg/cm2。基板透过率及相应实物图见图3。
实施例7
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、3％的MgO、12％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为6.5％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、3％的MgO、12％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，6.8％的B2O3、24.51％的Al2O3、55.98％的SiO2、1.82％的MgO、10.11％的CaO、0.78％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.500g/cm3，应变点为766℃，热膨胀系数为31.34×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为54MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为11.713mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.809mg/cm2。基板透过率及相应实物图见图4。
实施例8
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：6.5％的B2O3、17％的Al2O3、61％的SiO2、0％的MgO、15％的CaO、0.5％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为6.5％的B2O3、17％的Al2O3、61％的SiO2、0％的MgO、15％的CaO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，6.71％的B2O3、25.7％的Al2O3、54.35％的SiO2、0％的MgO、12.47％的CaO、0.77％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.543g/cm3，应变点为770℃，热膨胀系数为34.15×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为54MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为11.772mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.793mg/cm2。
实施例9
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：7％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、7％的MgO、7％的CaO、1％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为7％的B2O3、16％的Al2O3、62％的SiO2、7％的MgO、7％的CaO、1％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，7.36％的B2O3、24.63％的Al2O3、56.25％的SiO2、4.26％的MgO、5.93％的CaO、1.57％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.521g/cm3，应变点为750℃，热膨胀系数为32.14×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为61MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为10.547mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.854mg/cm2。
实施例10
一种低密度高应变点的无碱玻璃基板，玻璃的基础组成摩尔比为：7％的B2O3、15％的Al2O3、62％的SiO2、7％的MgO、7％的CaO、2％的SrO，外加原料质量百分比为0.2％的SnO2。
其制备方法，包括以下步骤：
1)将摩尔百分比为7％的B2O3、15％的Al2O3、62％的SiO2、7％的MgO、7％的CaO、2％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即，7.36％的B2O3、23.09％的Al2O3、56.24％的SiO2、4.26％的MgO、5.92％的CaO、3.13％的SrO。
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料总质量0.2～0.8％的SnO2。
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料。
4)将混匀的玻璃原料置于刚玉坩埚中，随后置于1650～1680℃的高温箱式电阻炉中熔融3h。
5)将熔制均匀的玻璃液熔融均匀的高温玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中进行10h的退火，以消除玻璃结构中的热应力。
6)退火结束后，待马弗炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱玻璃基板。
制得的玻璃基板密度为2.524g/cm3，应变点为748℃，热膨胀系数为32.47×10-7/℃(25～300℃)，弯曲强度为64MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为11.322mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为1.866mg/cm2。
表1实施例1-10制备的无碱玻璃基板的性能参数
Figure BDA0002455037600000151
表1中涉及玻璃基板的密度、应变点、热膨胀系数均在相同条件下测试，具体依据的测试方法为：
密度：阿基米德排水法，热膨胀系数及应变点：PCY-1400型热膨胀仪。

Claims (3)

1.一种低密度高应变点的无碱电子玻璃，其特征在于：玻璃组成摩尔百分比为3％的B2O3、19.5％的Al2O3、57％的SiO2、20％的MgO和0.5％的SrO，外加澄清剂SnO2为所述玻璃组成质量的0.2％。
2.根据权利要求 1所述的一种低密度高应变点的无碱电子玻璃，其特征在于：SiO2、Al2O3为分析纯氧化物试剂；B2O3由分析纯H3BO3引入，MgO、SrO分别由分析纯MgCO3、SrCO3引入。
3.根据权利要求 1-2任一项所述的一种低密度高应变点的无碱电子玻璃，其特征在于制备步骤如下：
1)将摩尔百分比为3％的B2O3、19.5％的Al2O3、57％的SiO2、20％的MgO、0.5％的SrO的基础玻璃组成换算成质量百分比，即质量百分含量，3.22％的B2O3、30.68％的Al2O3、52.86％的SiO2、12.44％的MgO、0.8％的SrO；
2)将步骤1得到的基础玻璃的重量百分比换算成所需原料用量，加入原料用量总质量0.2％的SnO2；
3)用分析天平准确称量各原料，随后将所有玻璃原料装入研钵或混料机中混合均匀，制得玻璃配合料；
4)将混合均匀的玻璃配合料置于刚玉坩埚、铂金坩埚或熔化池炉中，随后在高温箱式电阻炉或池炉中于1650～1680℃下熔融3h；
5)将熔制均匀的玻璃液倒入预热的不锈钢模具中成型，随后转移至680℃的马弗炉中退火10h，以消除玻璃结构中的残余热应力；
6)退火结束后，试样随炉冷却至室温，得到透明、无气泡、成分均匀的无碱电子玻璃，玻璃的密度为2.622g/cm3，应变点为738℃，热膨胀系数为28.21×10-7/℃，抗弯强度为68MPa，在HF溶液中腐蚀20min的单位面积腐蚀量为5.541mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀6h的单位面积腐蚀量为2.114mg/cm2。
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