CN111825331A

CN111825331A - 铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用

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Publication number: CN111825331A
Application number: CN202010608991.7A
Authority: CN
Inventors: 王琰; 陈志鸿; 平文亮; 刘志林; 周翔磊
Original assignee: Qingyuan Nanbo Energy Saving New Material Co ltd; CSG Holding Co Ltd
Current assignee: Qingyuan Nanbo Energy Saving New Material Co ltd; CSG Holding Co Ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-10-27

Abstract

本发明涉及一种铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。以质量百分含量计，该铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～71％的SiO₂、4.2％～16％的Al₂O₃、1.5％～8.5％的MgO、0.5％～3％的CaO、10％～16.5％的Na₂O、0.5％～6.5％的K₂O、0.1％～1％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。上述铝硅酸盐玻璃具有良好的抗冲击、抗弯折和耐划伤性且生产成本低。

Description

铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及玻璃制造技术领域，特别是涉及一种铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济水平不断提高，人们对于智能产品已经由日常需求向品质追求转变。电子玻璃制造企业随着智能产品快速发展也不断发展壮大，但同时也面对市场不断提高性能标准的严峻考验。

盖板玻璃作为智能产品重要组成部分，从普通钠钙硅电子玻璃逐渐向高韧性耐跌落耐划伤的高铝盖板玻璃发展。由于对盖板玻璃的钢化性能和力学性能(例如抗冲击性、抗弯折性和耐划伤性等)的要求越来越高，其原料成本和制造成本也越来越高，相应的玻璃市场售价也越来越高。

发明内容

基于此，有必要提供一种成本较低且抗冲击、抗弯折和耐划伤性好的铝硅酸盐玻璃。此外，还有提供一种成本较低且抗冲击、抗弯折和耐划伤性好的铝硅酸盐玻璃的制备方法和应用、包括上述铝硅酸盐玻璃的盖板、包括上述盖板的显示装置。

一种铝硅酸盐玻璃，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～71％的SiO₂、4.2％～16％的Al₂O₃、1.5％～8.5％的MgO、0.5％～3％的CaO、10％～16.5％的Na₂O、0.5％～6.5％的K₂O、0.1％～1％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。

上述铝硅酸盐玻璃通过对其组成成分及含量的设计，并引入P₂O₅，使得上述铝硅酸盐玻璃具有良好的钢化性能和力学性能的基础上，CaO的质量百分含量可以达到0.5％～3％，进而使得可以制备该铝硅酸盐玻璃时可以大量矿物原料，除硅砂以外的矿物原料在配合料中的占比可以达到31.6％～71.3％，大大降低了生产成本。

在其中一个实施例中，所述铝硅酸盐玻璃中，SiO₂的质量百分含量为61％～65％；及/或；Al₂O₃的质量百分含量为11％～15％；及/或；MgO的质量百分含量为2％～3.5％；及/或；CaO的质量百分含量为2.1％～3％；及/或；Na₂O的质量百分含量为13.5％～16％；及/或；K₂O的质量百分含量为2.5％～5％；及/或；P₂O₅的质量百分含量为0.2％～0.5％。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～66.5％的SiO₂、8％～16％的Al₂O₃、1.5％～3.5％的MgO、2％～3％的CaO、13.5％～16.5％的Na₂O、2％～5％的K₂O、0.2％～0.9％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～65％的SiO₂、11％～15％的Al₂O₃、2％～3.5％的MgO、2.1％～3％的CaO、13.5％～16％的Na₂O、2.5％～5％的K₂O和0.2％～0.5％的P₂O₅。

一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：

根据铝硅酸盐玻璃的组分称取原料，并将所述原料混合，得到配合料，其中，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～71％的SiO₂、4.2％～16％的Al₂O₃、1.5％～8.5％的MgO、0.5％～3％的CaO、10％～16.5％的Na₂O、0.5％～6.5％的K₂O、0.1％～1％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO；

将所述配合料熔融，制备玻璃液；及

将所述玻璃液成型，再经退火处理，制备铝硅酸盐玻璃。

在其中一个实施例中，所述原料包括：183.95份～597.04份的硅砂、172.09份～283.94份的纯碱、0.12份～59.24份的氧化铝、5.54份～88.89份的白云石、0份～28.77份的氧化镁、0份～7.60份的锆英石、0份～72.67份的碳酸钾、1.62份～16.21份的磷酸二氢铵、0份～20.20份的氧化锌、0份～143.30份的菱镁矿和153.85份～615.38份的长石。

在其中一个实施例中，所述原料包括：183.95份～224.14份的硅砂、232.32份～283.94份的纯碱、8.43份～49.08份的氧化铝、86.73份的白云石、0份～15.07份的氧化镁、0份～44.18份的碳酸钾、3.24份～8.10份的磷酸二氢铵、3.11份～5.28份的菱镁矿和615.38份的长石。

在其中一个实施例中，所述原料中Fe₂O₃的质量百分含量小于0.1％。

在其中一个实施例中，所述硅砂中含有99.36％的SiO₂、0.23％的Al₂O₃和0.0072％的Fe₂O₃，所述白云石熔制后含有0.05％的Fe₂O₃、31.04％的CaO和21.13％的MgO，所述锆英石中含有32.89％的SiO₂、0.84％的Al₂O₃、0.063％的Fe₂O₃和65.79％的ZrO₂，所述菱镁矿熔制后含有3％的SiO₂、1％的Al₂O₃、0.5％的Fe₂O₃、2％的CaO和46％的MgO，所述长石中含有69.41％的SiO₂、16.43％的Al₂O₃、0.15％的Fe₂O₃、0.5％的CaO、0.04％的MgO、3.25％的K₂O和9.24％的Na₂O。

在其中一个实施例中，将所述配合料熔融的温度为1570℃～1650℃；及/或，将所述配合料熔融的时间为3小时～8小时。

在其中一个实施例中，在所述退火处理的步骤之后还包括将所述铝硅酸盐玻璃置于熔融的硝酸钾中进行强化处理的步骤。

上述铝硅酸盐玻璃或上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃在制备显示装置、汽车车窗或光伏组件中的应用。

一种盖板，由上述铝硅酸盐玻璃或上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃加工处理得到。

一种显示装置，包括上述盖板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明一实施方式提供了一种铝硅酸盐玻璃，以质量百分含量计，该铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～71％的SiO₂、4.2％～16％的Al₂O₃、1.5％～8.5％的MgO、0.5％～3％的CaO、10％～16.5％的Na₂O、0.5％～6.5％的K₂O、0.1％～1％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。

SiO₂是形成玻璃骨架所必需的成分。SiO₂能提高玻璃的强度、化学稳定性等，可以使玻璃获得更高的应变点和较低的热膨胀系数等。若SiO₂的质量百分数不足50％时，玻璃主体网络结构较差，机械性能不佳，且耐候性变差；若超过75％时，玻璃在生产过程中熔制温度过高，能耗增加，且容易造成频繁的气泡、结石等缺陷，同时硅氧骨架结构比例偏高，网络间隙较小，不利于化学强化离子交换，影响化学增强的效率。因此，在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的SiO₂的质量百分含量为61％～71％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的SiO₂的质量百分含量为61％、61.50％、61.75％、62％、62.2％、64.％、64.25％、65％、66.5％、67％、67.75％、70％或70.42％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的SiO₂的质量百分含量为61％～66.5％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的SiO₂的质量百分含量为61％～65％。

Al₂O₃属于网络中间体氧化物，能参与玻璃结构网络，起网络生成体作用，以及能降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度，也是提高拉伸玻璃弹性模量的必要成分，但是会增加玻璃粘度。如果体系中Al₂O₃过多，就难以得到料性长的玻璃，使玻璃成型较为困难。此外，玻璃中的Al³⁺倾向于形成铝氧四面体网络[AlO₄]，这比硅氧四面体[SiO₄]网络要大得多，留下较大的空隙作为离子扩散的通道，因此玻璃中高的Al₂O₃含量能促进碱金属离子的迁移和置换速率，体系中Al₂O₃含量越高，骨架网络的间隙越多，越有利于离子交换。然而热膨胀系数却不会因为其含量过高而进一步降低，玻璃高温黏度明显增大，生产过程中熔制温度过高，能耗增加，同样不利于控制气泡、结石等缺陷。然而，体系中Al₂O₃含量偏低时，网络空间的空隙变小，不利于离子迁移，严重影响化学增强的效率。因此，在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的Al₂O₃的质量含量为4.2％～16％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的Al₂O₃的质量百分含量为4.2％、4.34％、8％、10％、11％、13％、14％、15％或16％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的Al₂O₃的质量含量为8％～16％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的Al₂O₃的质量含量为11％～15％。

氧化镁(MgO)是一种网络外体氧化物，MgO有助于降低玻璃熔点，高温时能降低玻璃的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，改善均匀性，增加抗水解性。MgO也能使玻璃趋于稳定，提高玻璃的耐久性，防止玻璃产生结晶，抑制玻璃中碱金属离子的移动，也同样具有提高玻璃弹性模量的功能。MgO在低温下可以增强玻璃网络空间的稳定性，一定程度上可以降低玻璃的热膨胀系数，但其对化学钢化过程中离子交换尤其是K-Na离子交换，存在阻碍的作用。在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的MgO的质量百分含量为1.5％～8.5％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的MgO的质量百分含量为1.5％、2％、2.03％、2.1％、2.3％、2.5％、3％、3.61％、5％、5.1％或8.5％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的MgO的质量百分含量为1.5％～3.5％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的MgO的质量百分含量为2％～3.5％。

氧化钙(CaO)使硅氧四面体[SiO₄]所形成的网络松弛、断裂，改善玻璃在高温下的熔融性质或使玻璃不易失透，但含量过多会影响铝硅酸盐玻璃的耐候性，且严重阻碍离子交换的进行，降低化学钢化的表面压应力CS和应力深度Dol，但是自然界中常用矿物原料都或多或少含有一定的CaO。若要使得玻璃中不含有CaO，则其原料几乎不能使用长石、白云石、菱镁矿等矿物原料，其制备成本会远高于使用矿物原料的玻璃。因此，在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中CaO的质量百分含量不宜超过3％，并辅助以少量的P₂O₅成分来填补CaO组分对钢化性能的影响。因此，在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的CaO的质量百分含量为0.5％～3.01％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的CaO的质量百分含量为0.50％、1.00％、1.50％、1.70％、2.00％、2.10％、3.00％或3.01％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的CaO的质量百分含量为2％～3％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的CaO的质量百分含量为2.1％～3％。

Na₂O是硼铝硅酸盐玻璃网络外体氧化物，能提供游离氧使Si-O键断开，从而降低铝硅酸盐玻璃的粘度和熔制温度。Na₂O的含量过高，会增大线热膨胀系数，降低化学稳定性，且Na₂O挥发量增大，导致铝硅酸盐玻璃成分不均一。Na₂O的含量过低，不利于玻璃的熔制和成型，且不利于Na⁺与K⁺的化学交换从而在玻璃表面形成压应力层，起到增强玻璃机械强度的目的。在本申请中Na₂O成分在钢化时承担与熔融液中的K⁺交换来形成玻璃表面的压应力的作用，直接影响玻璃的强度性能。因此，在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的Na₂O的质量百分含量为10％～16.5％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的Na₂O的质量百分含量为9.98％、13.47％、13.96％、13.97％、14.08％、14.47％、14.96％、14.97％、14.98％、15.47％、15.95％、15.96％、15.97％或16.46％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的Na₂O的质量百分含量为13.5％～16.5％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的Na₂O的质量百分含量为13.5％～16％。

K₂O和Na₂O同属于碱金属氧化物，在玻璃结构中的作用类似，以少量K₂O取代Na₂O能发挥“混合碱效应”，使玻璃的一系列性能变好，是用于提高熔融性质和用于在化学强化中提高离子交换率，以获得所需表面压缩应力和应力层深的组分。若K₂O的含量过高，则化学稳定性会降低，若K₂O的含量降低，则会降低化学钢化过程中的应力深度。因此，通过对玻璃中碱金属含量的优化，在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的K₂O的质量百分含量为0.5％～6.5％。

在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的K₂O的质量百分含量为0.5％、2％、2.5％、3％、4％、5％、5.56％、5.65％或6.5％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的K₂O的质量百分含量为2％～5％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的K₂O的质量百分含量为2.5％～5％。

五氧化二磷(P₂O₅)属于玻璃形成体氧化物，在硅酸盐玻璃体系中，尤其是高铝硅酸盐玻璃中，其与Al₂O₃配合形成AlPO₄四面体，参与到玻璃结构体中，可以形成更有利于离子交换的玻璃结构，提升离子交换速率，增加应力深度Dol值，但是在Al₂O₃过剩的体系中，P₂O₅完全以玻璃结构体的形式存在，且其电荷量较大，吸引周边网络外体氧化物，从而大大增加玻璃在高温熔化过程中的粘度，不利于排泡，澄清和均化。因此，其含量需要被严格限制。在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的P₂O₅的质量百分含量为0.1％～1％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃中的P₂O₅的质量百分含量为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.9％或1％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的P₂O₅的质量百分含量为0.2％～0.9％。更进一步地，铝硅酸盐玻璃中的P₂O₅的质量百分含量为0.2％～0.5％。

ZrO₂在硅酸盐玻璃中主要是以立方体[ZrO₈]配位形式存在，由于离子半径较大，在玻璃结构中属网络外体，且其在玻璃中溶度较小，会显著增加玻璃黏度，可提高玻璃的耐酸碱性能和玻璃硬度，但其原料成本也远高于其他组分。在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的ZrO₂的质量百分含量为0％～0.5％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的ZrO₂的质量百分含量为0.1％～0.3％。当然，在一些实施例中，ZrO₂可以省略。

ZnO在玻璃组合物中的作用与MgO、CaO类似，降低玻璃粘度，降低熔化温度，有利于澄清均化，增加料性，有利于玻璃成型，并且因为其原子半径比较大，对离子交换的阻碍作用很小，可以部分取代前两者，而不降低钢化性能，但是其原材料成本较高，且含量过高会导致其有析晶倾向，受羟基长时间侵蚀会出现片状剥落等现象。因此需要严格控制。在本实施方式中，铝硅酸盐玻璃中的ZnO的质量百分含量为0～2％。进一步地，铝硅酸盐玻璃中的ZnO的质量百分含量为0～1％。当然，在一些实施例中，ZnO可以省略。

在其中一个实施例中，铝硅酸盐玻璃的Fe₂O₃的质量百分含量小于0.1％。在一个可选地具体示例中，铝硅酸盐玻璃的Fe₂O₃的质量百分含量为0.08％、0.09％或0.1％。进一步地，铝硅酸盐玻璃的Fe₂O₃的质量百分含量为0.05％～0.1％。通过将原料中Fe₂O₃的质量百分含量控制在小于0.1％的范围，使得制得的铝硅酸盐玻璃不会因为铁离子的存在而着色，适用于要求玻璃为透明无色的产品，例如显示装置、汽车玻璃、太阳能玻璃等。当然，对于可以接受制得的铝硅酸盐玻璃具有颜色的领域，Fe₂O₃的质量百分含量不必控制在小于0.1％的范围。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，上述铝硅酸盐玻璃由以下组分：61％～71％的SiO₂、4.2％～16％的Al₂O₃、1.5％～8.5％的MgO、0.5％～3.01％的CaO、10％～16％的Na₂O、0.5％～6.5％的K₂O、0.1％～1％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂、0～2％的ZnO和不超过0.1％的Fe₂O₃。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，上述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～66.5％的SiO₂、8％～16％的Al₂O₃、1.5％～3.5％的MgO、2％～3％的CaO、13.5％～16.5％的Na₂O、2％～5％的K₂O、0.2％～0.9％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。按照上述比例组成的铝硅酸盐玻璃具有较强的抗弯折性和抗冲击性，热膨胀系数为94.3×10^-7K^-1～104.63×10^-7K^-1，维氏硬度为560Hv～598Hv，四点弯曲强度达到717MPa以上，Dol深度在21.3μm以上，CS在923MPa以上。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～65％的SiO₂、11％～15％的Al₂O₃、2％～3.5％的MgO、2.1％～3％的CaO、13.5％～16％的Na₂O、2.5％～5.0％的K₂O和0.2％～0.5％的P₂O₅。进一步地，以质量百分含量计，铝硅酸盐玻璃由以下组分组成：61％～65％的SiO₂、11％～15％的Al₂O₃、2％～3.5％的MgO、2.1％～3％的CaO、13.5％～16％的Na₂O、2.5％～5.0％的K₂O、0.2％～0.5％的P₂O₅和不超过0.1％的Fe₂O₃。按照上述设置的铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数为100×10^-7K^-1～103.87×10^-7K^-1，熔化温度T2为1579℃～1626℃，CS为856.2MPa～1171MPa，Dol深度为26.4μm～32.7μm，维氏硬度576Hv～598Hv，落球高度大于120cm，四点弯曲强度大于789MPa。

上述铝硅酸盐玻璃通过对其组成成分的设计，使得上述铝硅酸盐玻璃具有良好的钢化性能和力学性能的基础上，CaO的质量百分含量可以达到0.5％～3％，进而使得可以制备该铝硅酸盐玻璃时可以大量矿物原料，除硅砂以外的矿物原料在原料中的占比可以达到31.6％～71.3％，大大降低了生产成本。

另外，传统的以矿物原料作为主要配合料的钠钙或中铝玻璃，需要420℃6小时以上才能达到基本钢化要求，其应力深度Dol一般在12μm，表面应力值低于850MPa。然而，按照上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃能够在3小时以内达到足够的钢化效果，应力深度Dol为16.8μm～32.7μm，表面应力值CS为856.2MPa～1171MPa，具有良好的钢化性能和力学性能，抗冲击、抗弯折和耐划伤性好。

本发明一实施方式还提供一种上述铝硅酸盐玻璃的制备方法，该制备方法以矿物原料为主要原料，辅以少量化工原料，制备铝硅酸盐玻璃。其中，矿物原料包括长石、白云石、菱镁矿、硅砂和锆英石。该制备方法步骤S110～步骤S130，具体地：

步骤S110：根据铝硅酸盐玻璃的组成称取原料，并将原料混合，得到配合料。

具体地，以质量份数计，原料包括：183.95份～597.04份的硅砂、172.09份～283.94份的纯碱、0.12份～59.24份的氧化铝、5.54份～88.89份的白云石、0份～28.77份的氧化镁、0份～7.60份的锆英石、0份～72.67份的碳酸钾、1.62份～16.21份的磷酸二氢铵、0份～20.20份的氧化锌、0份～143.30份的菱镁矿和153.85份～615.38份的长石。

硅砂作为制备铝硅酸盐玻璃的硅源，其主要矿物成分是SiO₂，除SiO₂外还含有少量的Al₂O₃和极少量不可避免的Fe₂O₃。

在一个可选地具体示例中，以质量份数计，硅砂的份数为183.95份、184.04份、188.91份、188.96份、194.01份、196.02份、223.33份、224.14份、281.26份、330.38份、341.65份或597.04份。进一步地，以质量份数计，硅砂的份数为183.95份～224.14份的硅砂。

纯碱，即碳酸钠，在熔制过程中会分解形成Na₂O，作为钠源。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，纯碱的份数为172.09份、283.94份、266.74份、275.34份、232.32份、249.53份、240.92份或258.13份。进一步地，以质量份数计，纯碱的份数为232.32份～283.94份。

氧化铝(Al₂O₃)作为铝源。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，氧化铝的份数为0.12份、1.12份、8.43份、15.55份、19.92份、20.06份、28.78份、28.81份、38.92份、38.94份、49.04份、49.08份、49.10份或59.24份。进一步地，以质量份数计，氧化铝的份数为8.43份～49.08份。

白云石的主要成分为CaMg(CO₃)₂，除CaMg(CO₃)₂还含有少量Fe₂O₃。在熔制过程中会分解成CaO和MgO，作为钙源和镁源。氧化钙(CaO)使硅氧四面体[SiO₄]所形成的网络松弛、断裂，改善玻璃在高温下的熔融性质或使玻璃不易失透，但含量过多会影响铝硅酸盐玻璃的耐候性，且严重阻碍离子交换的进行，降低化学钢化的表面压应力CS和应力深度Dol，但是自然界中常用矿物原料都或多或少含有一定的CaO。若要使得玻璃中不含有CaO，则其原料几乎不能使用长石、白云石、菱镁矿等矿物原料，其制备成本会远高于使用矿物原料的玻璃。

在一个可选地具体示例中，以质量份数计，白云石的份数为5.54份、21.65份、36.72份、54.80份、57.73份、86.72份、86.73份或88.89份。进一步地，以质量份数计，白云石的份数80份～86.73份。

氧化镁也作为镁源。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，氧化镁的份数为2.01份、2.03份、2.57份、5.02份、10.04份、12.24份、15.07份、18.27份、25.35或28.77份。进一步地，以质量份数计，氧化镁的份数为0份～15.07份的氧化镁。

锆英石的主要成分为二氧化硅(SiO₂)和氧化锆(ZrO₂)，除此之外，还含有少了Al₂O₃和Fe₂O₃。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，锆英石的份数为0份～7.60份。进一步地，以质量份数计，锆英石的份数为0份～4份。

碳酸钾作为钾源，在熔制过程中碳酸钾分解形成氧化钾。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，碳酸钾的份数为60.15份、7.36份、14.73份、14.73份、21.13份、29.45份、29.45份、30.25份、44.18份、72.67份。进一步地，碳酸钾的质量份数为0份～44.18份。

磷酸二氢铵作为磷源，在熔制过程中会分解形成五氧化二磷(P₂O₅)。五氧化二磷在硅酸盐玻璃体系中，尤其是高铝硅酸盐玻璃中，其与Al₂O₃配合形成AlPO₄四面体，参与到玻璃结构体中，可以购置更有利于离子交换的玻璃结构，提升离子交换速率，增加应力深度Dol值，但是在Al₂O₃过剩的体系中，P₂O₅完全以玻璃结构体的形式存在，且其电荷量较大，吸引周边网络外体氧化物，从而大大增加玻璃在高温熔化过程中的粘度，不利于排泡，澄清和均化，因此其含量需要被严格限制。

在一个可选地具体示例中，以质量份数计，磷酸二氢铵的份数为1.62份、3.24份、4.86份、6.48份、8.10份、14.59份或16.21份。进一步地，以质量份数计，磷酸二氢铵的份数为3.24份～8.10份。

菱镁矿是一种碳酸镁矿物，主要成分为MgCO₃，但还含有少量的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和CaCO₃。在熔制过程中菱镁矿中的MgCO₃和CaCO₃会分解形成MgO和CaO。在一个可选地具体示例中，以质量份数计，菱镁矿的份数为3.11份、3.70份、5.28份、43.48份或141.30份。进一步地，以质量份数计，菱镁矿的份数为3.11份～5.28份。

长石是一种含有钙、钠和钾的铝硅酸盐矿物。在熔制过程中，长石会分解形成SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、K₂O和Na₂O，长石中一般还含有少量的Fe₂O₃。

在一个可选地具体示例中，以质量份数计，长石的份数为153.85份、481.54份、481.54份、598.77份或615.38份。进一步地，以质量份数计，长石的份数为481.54份～615.38份。

在其中一个实施例中，制备铝硅酸盐玻璃的原料中Fe₂O₃的质量百分含量小于0.1％。通过将原料中Fe₂O₃的质量百分含量控制在小于0.1％的范围，使得制得的铝硅酸盐玻璃不会因为铁离子的存在而着色，适用于要求玻璃为透明无色的产品，例如显示装置、汽车玻璃、太阳能玻璃等。当然，对于可以接受制得的铝硅酸盐玻璃具有颜色的领域，原料中Fe₂O₃的质量百分含量不必控制在小于0.1％的范围。

在其中一个实施例中，以质量份数计，原料由183.95份～597.04份的硅砂、172.09份～283.94份的纯碱、0.12份～59.24份的氧化铝、5.54份～88.89份的白云石、0份～28.77份的氧化镁、0份～7.60份的锆英石、0份～72.67份的碳酸钾、1.62份～16.21份的磷酸二氢铵、0份～20.20份的氧化锌、0份～143.30份的菱镁矿和153.85份～615.38份的长石组成。

进一步地，以质量份数计，原料包括：183.95份～224.14份的硅砂、232.32份～283.94份的纯碱、8.43份～49.08份的氧化铝、80份～86.73份的白云石、0份～15.07份的氧化镁、0份～44.18份的碳酸钾、3.24份～8.10份的磷酸二氢铵、3.11份～5.28份的菱镁矿和481.54份～615.38份的长石。

在其中一个实施例中，以质量份数计，原料包括：183.95份～224.14份的硅砂、232.32份～283.94份的纯碱、8.43份～49.08份的氧化铝、86.73份的白云石、0份～15.07份的氧化镁、0份～44.18份的碳酸钾、3.24份～8.10份的磷酸二氢铵、3.11份～5.28份的菱镁矿和615.38份的长石。

在其中一个实施例中，以质量份数计，原料由183.95份～224.14份的硅砂、232.32份～283.94份的纯碱、8.43份～49.08份的氧化铝、86.73份的白云石、0份～15.07份的氧化镁、0份～44.18份的碳酸钾、3.24份～8.10份的磷酸二氢铵、3.11份～5.28份的菱镁矿和615.38份的长石组成。

在本实施方式中，硅砂中含有99.36％的SiO₂、0.23％的Al₂O₃和0.0072％的Fe₂O₃，白云石熔制后含有0.05％的Fe₂O₃、31.04％的CaO和21.13％的MgO，在本实施方式中，锆英石熔制后含有32.89％的SiO₂、0.84％的Al₂O₃、0.063％的Fe₂O₃和65.79％的ZrO₂，菱镁矿熔制后含有3％的SiO₂、1％的Al₂O₃、0.5％的Fe₂O₃、2％的CaO和46％的MgO，长石熔制后含有69.41％的SiO₂、16.43％的Al₂O₃、0.15％的Fe₂O₃、0.5％的CaO、0.04％的MgO、3.25％的K₂O和9.24％的Na₂O。

步骤S120：将配合料熔融，制备玻璃液。

具体地，将配合料经过加热形成均匀的、无气泡的、并符合成形要求的玻璃液。更具体地，熔融的温度为1570℃～1650℃。进一步地，熔融的温度为1600℃～1650℃。

在其中一个实施例中，熔融的时间为3小时～8小时。

在其中一个实施例中，将配合料在1570℃～1650℃条件下熔融3小时～8小时。

步骤S130：将玻璃液成型，再经退火处理，得到铝硅酸盐玻璃。

具体地，退火处理的步骤包括：在610℃～670℃下退火处理1小时～3小时。

当然，在一些实施例中，在退火处理的步骤之后还包括将铝硅酸盐玻璃置于熔融的硝酸钾中进行强化处理的步骤。具体地，强化处理的步骤包括：将铝硅酸盐玻璃在420℃的KNO₃融液中强化2小时～8小时。进一步地，强化处理的步骤包括：将铝硅酸盐玻璃在420℃的KNO₃融液中强化3～4小时。在一个可选地具体示例中，强化处理的步骤包括：将铝硅酸盐玻璃在420℃的KNO₃融液中强化3小时。

目前市场上应用于手机等智能设备屏幕的高铝保护玻璃都是以化工原料为主，因CaO会影响玻璃的钢化性能，降低玻璃的力学性能，所以传统的高铝玻璃的成分几乎不含CaO。而上述铝硅酸盐玻璃的制备方法通过对原料组分的设计，在原料中引入少量的磷酸二氢铵，从而使得在保证制得铝硅酸盐玻璃的钢化性能和力学性能的基础上，铝硅酸盐玻璃中CaO的质量百分含量可以达到0.5％～3％，进而使得可以制备该铝硅酸盐玻璃时可以大量矿物原料，除硅砂以外的矿物原料在原料中的占比可以达到31.6％～71.3％，大大降低了生产成本。

另外，传统的以矿物原料作为主要配合料的钠钙或中铝玻璃，需要在420℃条件下6小时以上才能达到基本钢化要求，且应力深度Dol一般在12μm，表面应力值低于850MPa。然而，按照上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃能够在3小时以内达到足够的钢化效果，应力深度Dol为16.8μm～32.7μm，表面应力值CS为856.2MPa～1171MPa，具有良好的钢化性能和力学性能，抗冲击、抗弯折和耐划伤性好。

此外，本发明一实施方式还提供一种上述铝硅酸盐玻璃或上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃在制备显示装置、汽车车窗或光伏组件中的应用。

本发明一实施方式还提供一种盖板，该盖板由上述铝硅酸盐玻璃或上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃加工处理得到。

上述盖板由上述铝硅酸盐玻璃制得，具有其相应的优点。

本发明一实施方式还提供一种汽车车窗，该汽车车窗包括由上述铝硅酸盐玻璃或上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃加工处理得到的玻璃。

上述汽车车窗的玻璃由上述铝硅酸盐玻璃制得，具有其相应的优点。

本发明一实施方式还提供一种光伏组件，该光伏组件包括保护玻璃，保护玻璃由上述铝硅酸盐玻璃或上述铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃加工处理得到。具体地，光伏组件为太阳能电池组件。

上述光伏组件包括由上述铝硅酸盐玻璃制得的保护玻璃，具有其相应的优点。

本发明一实施方式还提供一种显示装置，例如手机、平板电脑，包括上述盖板。

上述显示装置包括上述盖板，具有盖板相应的优点。

具体实施例

以下结合具体实施例进行详细说明。以下实施例如未特殊说明，则不包括除不可避免的杂质外的其他组分。实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。

实施例

(1)按照表1中的设计称取实施例1～实施例14和对比例1～对比例3的原料(表1中的份数的为质量份数，表1中长石、白云石、菱镁矿、硅砂和锆英石的组成见表2，表2中的百分含量为质量百分含量)，然后将各实施例和各对比例的原料分别进行如下操作：

将原料充分混合均匀后，得到配合料。然后将配合料用铂金坩埚在1650℃熔制4h，同时用铂金搅拌桨搅拌，待抽出搅拌桨后，降温至1500℃，保温1h均化，浇铸到铁质模具上形成80×160mm左右大小的玻璃块，模具浇铸前预热到450℃，玻璃块硬化后立即转移至退火炉中退火，保温2h，然后6小时降温140℃，自然冷却，取出后备用。

表1

表2

(2)将步骤(1)得到的各实施例和各对比例的玻璃分别进行如下操作：将玻璃加工成70×140×0.7mm规格，双面抛光后，经过420℃的KNO₃融液中钢化3小时后，经日本折原的应力测试仪FSM6000LE测得其表面应力值CS及应力层深度Dol，以评估玻璃的化学钢化性能，其中，CS和Dol在同样的钢化工艺下，越高表明玻璃越容易进行化学钢化，也间接反映玻璃的耐划伤，耐冲击，耐摔等力学性能。各实施例和各对比例的结果见表3和表4。需要说明的是，表3和表4中的矿物原料占比均是指长石、白云石、菱镁矿和锆英石的质量之和与配合料的质量之比；表3和表4中的矿物原料(含硅砂)占比是指长石、白云石、菱镁矿、锆英石和硅砂的质量之和与配合料的质量之比。矿物原料的成本远低于化工原料，矿物原料占比越高说明成本越低，但矿物原料成分复杂，且常含有对性能不利的有害物质。

(3)将步骤(1)得到的各实施例和各对比例的玻璃分别切成30×30mm的方形玻璃片，分别使用北京欧波同光学OPTON公司的CratosW50S显微硬度分析仪，在200g载荷下保压10s，测试各玻璃的表面维氏硬度，以评估各实施和各对比例的玻璃的抗异物划伤性能，其中硬度越大，抗异物划伤性能越强，各实施例和各对比例的结果见表3和表4。

(4)将步骤(1)得到的各实施例和各对比例的玻璃分别选取250g通过ORTON的RSV-1600型号玻璃高温黏度计测试高温黏度，将黏度为102dPa·S的温度定义为玻璃熔化温度T2，结果见表3和表4。

(5)将步骤(1)得到的各实施例和各对比例的玻璃分别制成标准热膨胀测试样品，采用耐驰NETZSCH的DIL 402热膨胀仪进行线性热膨胀系数测量，结果见表3和表4。

(6)对上述步骤(2)制得的各实施例和各对比例的70×140×0.7mm钢化后的玻璃分别进行力学性能测试：通过恩特贝公司生产的ATP-2000四点弯曲测试仪，其压杆直径6mm，上下跨距分别为20mm、40mm，下压速度为10mm/min，记录玻璃破碎时的最大抗弯曲强度，以评估玻璃的力学抗弯曲性能，最大抗弯曲强度越高代表抗弯曲性能越强，结果见表3和表4。

(7)对上述步骤(2)制得的各实施例和各对比例的70×140×0.7mm钢化后的玻璃，采用莞精域生产的落球冲击试验箱进行32g钢球，从60cm高度进行落球测试，依次提高10cm直至玻璃破裂，记录未破裂的最高高度，以评估玻璃的抗冲击性能，未破裂的最高高度越高代表抗冲击性越强，结果见表3和表4。

表3

表4

由表3可知，实施例1～7的铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数从88.43×10^-7K^-1～107.09×10^-7K^-1，熔化温度T2从1559℃～1622℃，CS在892MPa～1171MPa，Dol深度在16.8μm～30.2μm，维氏硬度在559Hv～584Hv，落球高度大于100cm，四点弯曲强度大于689MPa，且其矿物原料占比从31.6％～68％。

由表3可知，对比例1中的Ca含量为0，其矿物原料占比约0.8％，因此无法有效降低玻璃组合物的原材料成本。

由表3可知，对比例2中的Ca含量为6.7％，在420℃3小时的钢化工艺条件下，其表面应力深度仅7.1μm，远低于平均水平，直接导致其玻璃组合物的四点弯曲强度降至480MPa，且落球抗冲击高度仅70cm。

由表3可知，对比例3中含有3％的P₂O₅，其熔化温度急剧升高到1635℃，使得玻璃组合物的熔制生产活动受到严重限制，不利于玻璃液澄清，且热消耗增大等，且因为其含有过多的P₂O₅，导致其表面的维氏硬度降低至508Hv，降低了玻璃的抗异物划伤能力。

由表4可知，实施例8～14的热膨胀系数为100×10^-7K^-1～103.87×10^-7K^-1，熔化温度T2为1579℃～1626℃，CS为856.2MPa～1171MPa，Dol深度为26.4μm～32.7μm，维氏硬度为576Hv～598Hv，落球高度大于120cm，四点弯曲强度大于789MPa，且其矿物原料占比大于67.1％。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～71％的SiO₂、4.2％～16％的Al₂O₃、1.5％～8.5％的MgO、0.5％～3％的CaO、10％～16.5％的Na₂O、0.5％～6.5％的K₂O、0.1％～1％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。

2.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃中，SiO₂的质量百分含量为61％～65％；及/或；Al₂O₃的质量百分含量为11％～15％；及/或；MgO的质量百分含量为2％～3.5％；及/或；CaO的质量百分含量为2.1％～3％；及/或；Na₂O的质量百分含量为13.5％～16％；及/或；K₂O的质量百分含量为2.5％～5％；及/或；P₂O₅的质量百分含量为0.2％～0.5％。

3.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～66.5％的SiO₂、8％～16％的Al₂O₃、1.5％～3.5％的MgO、2％～3％的CaO、13.5％～16.5％的Na₂O、2％～5％的K₂O、0.2％～0.9％的P₂O₅、0～0.5％的ZrO₂和0～2％的ZnO。

4.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，所述铝硅酸盐玻璃包括以下组分：61％～65％的SiO₂、11％～15％的Al₂O₃、2％～3.5％的MgO、2.1％～3％的CaO、13.5％～16％的Na₂O、2.5％～5％的K₂O和0.2％～0.5％的P₂O₅。

5.一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述配合料熔融，制备玻璃液；及

将所述玻璃液成型，再经退火处理，制备铝硅酸盐玻璃。

6.根据权利要求5所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述原料包括：183.95份～597.04份的硅砂、172.09份～283.94份的纯碱、0.12份～59.24份的氧化铝、5.54份～88.89份的白云石、0份～28.77份的氧化镁、0份～7.60份的锆英石、0份～72.67份的碳酸钾、1.62份～16.21份的磷酸二氢铵、0份～20.20份的氧化锌、0份～143.30份的菱镁矿和153.85份～615.38份的长石。

7.根据权利要求6所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述原料中Fe₂O₃的质量百分含量小于0.1％。

8.根据权利要求5所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，将所述配合料熔融的温度为1570℃～1650℃；及/或，将所述配合料熔融的时间为3小时～8小时。

9.权利要求1～4任一项所述的铝硅酸盐玻璃或权利要求5～8任一项所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃在制备显示装置、汽车车窗或光伏组件中的应用。

10.一种盖板，其特征在于，由权利要求1～4任一项所述的铝硅酸盐玻璃或权利要求5～8任一项所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法制得的铝硅酸盐玻璃加工处理得到。