CN111995244A - 高强度可低温模压成型玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度可低温模压成型玻璃，按照摩尔百分比计，所述玻璃含有以下成分：SiO2：54.3～63.7％；Al2O3：10.9～18.0％；Li2O：11.3～12.0％；Na2O：11.4～12.1％；SrO：0～2.3％；BaO：0～1.5％；ZrO2：1.3～2.1％；CeO2：0.1～0.2％；La2O3：0～0.2％，Σ(SiO2+Al2O3)与Σ(R2O+EO)的摩尔比为2.3‑3.3、优选2.5‑3.2、更优选2.7‑3.1，其中R为Li、Na，E为Sr、Ba。同时，还公开了上述高强度可低温模压成型玻璃的制备方法。本发明的高强度可低温模压成型玻璃，可在较低温度(低于600℃)完成精确地模压成型，其成型后的玻璃经过两次化学强化后，其玻璃表面压应力为650‑1200MPa，三点抗弯强度最高可达680MPa，可用作平面及非平面的交通工具视窗、交通工具内部装饰材料、长期接受触摸刮擦磕碰的智能设备保护外壳等。
Description
技术领域
本发明涉及锂铝硅酸盐玻璃领域，特别是涉及一种高强度可低温模压成型玻璃。
背景技术
高强度、高抗断裂韧性的玻璃转变点温度(Tg)一般较高。市场上合适化学强化的玻璃一般含有一定量的Al2O3以利于离子交换的玻璃网络形成和加快离子交换的速度，但这种玻璃Tg的通常高于600℃。Al2O3是熔点高于SiO2的难熔物，Al2O3的加入玻璃的熔制温度也会相应提高。玻璃中Al2O3的含量与碱金属氧化物摩尔比是决定玻璃网络结构的关键。
采用钠铝硅玻璃生产纯平保护玻璃是经济合理的。但是当需要保护的表面为3D弯曲的形状时，过高的转变温度是一个劣势，过高的模压温度会对模具及其涂层产生较大损耗，而且模压过程中玻璃板不同位置的温度也不尽相同，若玻璃的热膨胀系数较大的话，模压后成型的玻璃板表面易形成裂纹，影响玻璃板的抗破坏能力。含Li2O的玻璃与含Na2O相比，其热膨胀系数更低，在可以有效减少、减小表面微裂纹的同时，可以适应更快的模压速度。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明综合考虑了氧化铝在玻璃网络中的作用，改进了现有高强度玻璃的原料构成与成型工艺，提供了一种具有有利的制造性质与经济性质并对环境无害的高强度可低温模压成型玻璃。
一种高强度可低温模压成型玻璃，按照摩尔百分比计，所述玻璃含有以下成分：SiO2：54.3～63.7％；Al2O3：10.9～18.0％；Li2O：11.3～12.0％；Na2O：11.4～12.1％；SrO：0～2.3％；BaO：0～1.5％；ZrO2：1.3～2.1％；CeO2：0.1～0.2％；La2O3：0～0.2％，Σ(SiO2+Al2O3)与Σ(R2O+EO)的摩尔比为2.3-3.3、优选2.5-3.2、更优选2.7-3.1，其中R为Li、Na，E为Sr、Ba。
本发明的高强度可低温模压成型玻璃，氧化铝的添加量使得其更倾向于进入玻璃网络结构，提高玻璃稳定性，相应的玻璃的熔制温度与粘度也会有所提高。同时，通过引入SrO、BaO、去除CaO、MgO等碱土金属优化了玻璃高温成型性能(粘度小，易成型)。同时，在原料中使用CeO2、La2O3等成分作为复合澄清剂，减少玻璃的微气泡性能。
进一步地，按照摩尔百分比计，所述玻璃还含有如下成分：B2O3：0.6～1.9％；ZnO：0～0.3％。
进一步地，所述玻璃的转变点温度低于550℃。
进一步地，所述玻璃的表面压应力为650-1300MPa，三点抗弯强度为580-680MPa。
进一步地，所述玻璃的厚度范围为0.2-3.0mm，优选0.2-2.0mm，更优选0.2-1.3mm。
进一步地，所述玻璃包含光学、机械、触觉、装饰、防护功能的表面结构。
进一步地，所述玻璃为3D弯曲的形状。
本发明还提供了上述高强度可低温模压成型玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述玻璃组分所对应的原料各自研磨成粉后按照比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将熔融玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
本发明采用了中温加料(1150℃～1300℃)这一熔化方式，目的是改善玻璃配合料中易挥发组分的挥发损失情况，易挥发组分在熔化过程中历经的时间越短挥发量越少越容易稳定控制。本发明的高强度可低温模压成型玻璃，可在较低温度(低于600℃)完成精确地模压成型，其成型后的玻璃经过两次化学强化后，其玻璃表面压应力为650-1200MPa，在“三点抗折强度”测试中表现优异，三点抗弯强度最高可达680MPa。
本发明最终获得了一种具有可低温模压成型和多次低温快速离子交换特征的高强度、高成型精度、高抗断裂韧性的锂铝硅酸盐玻璃，可用作平面及非平面的交通工具视窗、交通工具内部装饰材料、长期接受触摸刮擦磕碰的智能设备保护外壳等。更具体的，可用作平面及非平面的高速动车组车头风挡玻璃、交通工具内部曲面仪表板和操作面板、智能门锁外壳和智能手表外壳。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供了一种高强度可低温模压成型玻璃，按照摩尔百分比计，所述玻璃含有以下成分：SiO2：54.3～63.7％；Al2O3：10.9～18.0％；Li2O：11.3～12.0％；Na2O：11.4～12.1％；SrO：0～2.3％；BaO：0～1.5％；ZrO2：1.3～2.1％；CeO2：0.1～0.2％；La2O3：0～0.2％，Σ(SiO2+Al2O3)与Σ(R2O+EO)的摩尔比为2.3-3.3、优选2.5-3.2、更优选2.7-3.1，其中R为Li、Na，E为Sr、Ba。
在其中一个实施例中，按照摩尔百分比计，所述玻璃还含有如下成分：B2O3：0.6～1.9％；ZnO：0～0.3％。
在其中一个实施例中，所述玻璃的转变点温度低于550℃。
在其中一个实施例中，所述玻璃的表面压应力为650-1300MPa，三点抗弯强度为580-680MPa。
在其中一个实施例中，所述玻璃的厚度范围为0.2-3.0mm，优选0.2-2.0mm，更优选0.2-1.3mm。
在其中一个实施例中，所述玻璃包含光学、机械、触觉、装饰、防护功能的表面结构。
在其中一个实施例中，所述玻璃为3D弯曲的形状。
本发明还提供了上述高强度可低温模压成型玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述玻璃组分所对应的原料各自研磨成粉后按照比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将熔融玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
表1
实施例1：
(1)根据表1实例1所示的成分配比关系，将玻璃原料各自研磨成粉后按照相应比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将熔融玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
经测试，该实施例制备得到的高强度可低温模压成型玻璃的三点抗弯强度为580MPa。
实施例2：
(1)根据表1实例2所示的成分配比关系，将玻璃原料各自研磨成粉后按照相应比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将熔融玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
经测试，该实施例制备得到的高强度可低温模压成型玻璃的三点抗弯强度为550MPa。
实施例3：
(1)根据表1实例3所示的成分配比关系，将玻璃原料各自研磨成粉后按照相应比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将炽热玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
经测试，该实施例制备得到的高强度可低温模压成型玻璃的三点抗弯强度为610MPa。
实施例4：
(1)根据表1实例4所示的成分配比关系，将玻璃原料各自研磨成粉后按照相应比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将炽热玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
经测试，该实施例制备得到的高强度可低温模压成型玻璃的三点抗弯强度为650MPa。
实施例5：
(1)根据表1实例5所示的成分配比关系，将玻璃原料各自研磨成粉后按照相应比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将炽热玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
经测试，该实施例制备得到的高强度可低温模压成型玻璃的三点抗弯强度为620MPa。
实施例6：
(1)根据表1实例6所示的成分配比关系，将玻璃原料各自研磨成粉后按照相应比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将炽热玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
经测试，该实施例制备得到的高强度可低温模压成型玻璃的三点抗弯强度为680MPa。
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 (8)
1.一种高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，按照摩尔百分比计，所述玻璃含有以下成分：SiO2：54.3～63.7％；Al2O3：10.9～18.0％；Li2O：11.3～12.0％；Na2O：11.4～12.1％；SrO：0～2.3％；BaO：0～1.5％；ZrO2：1.3～2.1％；CeO2：0.1～0.2％；La2O3：0～0.2％，Σ(SiO2+Al2O3)与Σ(R2O+EO)的摩尔比为2.3-3.3、优选2.5-3.2、更优选2.7-3.1，其中R为Li、Na，E为Sr、Ba。
2.根据权利要求1所述的高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，按照摩尔百分比计，所述玻璃还含有如下成分：B2O3：0.6～1.9％；ZnO：0～0.3％。
3.根据权利要求1或2所述的高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，所述玻璃的转变点温度低于550℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，所述玻璃的表面压应力为650-1300MPa，三点抗弯强度为580-680MPa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，所述玻璃的厚度范围为0.2-3.0mm，优选0.2-2.0mm，更优选0.2-1.3mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，所述玻璃包含光学、机械、触觉、装饰、防护功能的表面结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高强度可低温模压成型玻璃，其特征在于，所述玻璃为3D弯曲的形状。
8.如权利要求1-7任一项所述的高强度可低温模压成型玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将上述玻璃组分所对应的原料各自研磨成粉后按照比例配制成玻璃配合料；
(2)于1150℃～1300℃条件下将玻璃配合料加入熔制炉中，加入的配合料在1600～1640℃熔制，再升温20～50℃进行澄清，出料后将熔融玻璃液倒入预热500-600℃的石墨模具中一次成型，退火，获得玻璃板Ⅰ，玻璃板Ⅰ经过切磨洗等预处理后得到玻璃板Ⅱ；
(3)玻璃板Ⅱ经过加热到预设温度后转移至预热的模压模具中加压成型获得玻璃板Ⅲ，玻璃板Ⅲ再经过整形、修边等处理后得到玻璃板Ⅳ；
(4)玻璃板Ⅳ浸入以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第一次化学强化，强化时间90～240min，获得玻璃板Ⅴ；
(5)玻璃板Ⅴ经处理后再次浸入另一以KNO3为主盐的离子交换池，在370～450℃的温度下进行第二次化学强化，强化时间90～240min，获得高强度可低温模压成型玻璃。
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