CN112479587A - 一种碱铝硅酸盐玻璃组合物、强化玻璃及制备方法和应用 - Google Patents

一种碱铝硅酸盐玻璃组合物、强化玻璃及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种碱铝硅酸盐玻璃组合物、强化玻璃及制备方法和应用。以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：45‑60重量％的SiO2，25‑30重量％的Al2O3，3‑15重量％的B2O3，6‑12重量％的Na2O，3‑8重量％的Li2O，0.1‑5重量％的MgO，0‑3重量％的ZnO以及0‑0.5重量％的SnO2。本公开提供的强化玻璃具有较高的表面硬度、更高的耐刮擦性能和抗冲击性能，能够降低玻璃的破损概率，获得更高的良品率，降低综合成本；并且本公开提供的强化玻璃具有较低的熔制温度，可以降低能源消耗，节能环保。

Description

一种碱铝硅酸盐玻璃组合物、强化玻璃及制备方法和应用
技术领域
本公开涉及玻璃领域，具体涉及一种碱铝硅酸盐玻璃组合物、强化玻璃及制备方法和应用。
背景技术
随着具有显示器件的移动装备的普及，诸如手机、平板电脑、手持显示设备以及其他显示器、触摸显示屏等。而在使用过程中，由于各种原因导致盖板玻璃破裂、损坏的现象时有发生。玻璃的易碎性一直是难以解决的难题，特别是手机、平板电脑等便携设备的前板和后盖所应用的保护玻璃，在跌落、撞击、划痕等情况下容易出现裂纹、发生破损。
造成盖板玻璃破损的原因很多，其中主要的起因是划痕。现有盖板玻璃在玻璃表面无损伤、无划痕的情况下是具有一定的强度的，但是原始表面现象或在使用过程中新引入的表面现象都会使玻璃强度大幅度降低。也就是，理论上本身没有破损点的玻璃很难破损，但是当玻璃本身出现小小的破损点时，破损率会大大增加。
另外，汽车、机车、飞行器的挡风玻璃、窗玻璃、内饰显示保护玻璃等领域，也对玻璃机械强度、轻薄化提出了越来越高的要求。
发明内容
本公开的目的是提供一种碱铝硅酸盐玻璃组合物、强化玻璃及制备方法和应用，该强化玻璃具有优异的机械性能，通过提高玻璃的强度来降低破损概率，扩展玻璃的应用领域。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种碱铝硅酸盐玻璃组合物，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：45-60重量％的SiO2，25-30重量％的Al2O3，3-15重量％的B2O3，6-12重量％的Na2O，3-8重量％的Li2O，0.1-5重量％的MgO，0-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2。
可选地，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：48-58重量％的SiO2，26-30重量％的Al2O3，5-14重量％的B2O3，6-10重量％的Na2O，4-8重量％的Li2O，0.5-4重量％的MgO，0.5-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2；
优选地，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：50-57重量％的SiO2，27-28重量％的Al2O3，7-13重量％的B2O3，6-9重量％的Na2O，4-7重量％的Li2O，1.0-3.5重量％的MgO，1-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2。
可选地，所述碱铝硅酸盐玻璃组合物基本上不含有K2O，且基本上不含有P2O5。
可选地，按照重量百分比计：
根据式(1)计算获得的α值为0.06至0.21，优选为0.06至0.09；
α＝B2O3/(SiO2+Al2O3) 式(1)；
根据式(2)计算获得的β值为0.02至0.61，优选为0.11至0.31；
β＝(MgO+ZnO)/(Na2O+Li2O) 式(2)；
根据式(3)计算获得的γ值为0.10至0.24，优选为0.13至0.23；
γ＝(Na2O+Li2O+MgO+ZnO)/(SiO2+Al2O3+B2O3) 式(3)；
根据式(4)计算获得的
Figure BDA0002824410130000021
值为-4.6至5.0，优选为-0.23至3.82；
φ＝0.07×SiO2+0.32×Al2O3-0.36×B2O3-0.52×Na2O-0.8×1Li2O 式(4)；
在式(1)-式(4)，每种组分代表该组份在所述组合物中的重量百分含量。
本公开第二方面提供采用第一方面提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物制备强化玻璃的方法，该方法包括以下步骤：
将玻璃组合物混合后升温熔融，然后经成型得到碱铝硅酸盐玻璃；
将所述碱铝硅酸盐玻璃依次进行分相增强处理、边缘增强处理以及化学强化处理，得到所述强化玻璃。
可选地，分相增强处理包括：
将所述碱铝硅酸盐玻璃置于650-1150℃处理10-120min，然后在550-650℃下进行退火，退火时间为0.5-30min；
优选地，将所述碱铝硅酸盐玻璃置于780-1050℃处理30-90min，然后在560-620℃下进行退火，退火时间为1-20min。
可选地，边缘增强处理包括：
对分相增强处理所得玻璃的边缘进行研磨、抛光；
优选地，所述抛光选自机械抛光、化学抛光或火焰抛光中的至少一种。
可选地，化学强化处理包括：
将边缘增强处理所得玻璃置于390-430℃的熔盐液中，保温0.5-6小时；
优选地，将边缘增强处理所得玻璃置于395-420℃的熔盐液中，保温1-3小时；
所述熔盐液包含硝酸钾熔盐和/或硝酸钠熔盐，优选地，所述熔盐液为硝酸钾熔盐和硝酸钠熔盐的混合物，优选地，所述熔盐液中硝酸钾的含量为40重量％以上；
所述化学强化处理的次数为1次以上，进一步优选为2次；
优选地，使用第一熔盐液和第二熔盐液依次进行所述化学强化处理，其中，以所述第一熔盐液总重量计，所述第一熔盐液包含50-70重量％的硝酸钠和50-30重量％的硝酸钾；以所述第二熔盐液总重量计，所述第二熔盐液包含90重量％以上的硝酸钾和0-10重量％的硝酸钠；
优选地，所述熔盐液还包含添加剂，所述添加剂选自硝酸银、氢氧化钾、氯化钾、硫酸亚铜、硝酸亚铜中的至少一种。
可选地，将玻璃组合物混合后升温熔融，然后经成型和退火，得到碱铝硅酸盐玻璃，包括：
将玻璃组合物混合后升温熔融至1500-1610℃，反应5-10h；经过冷却成型，然后在550-650℃温度下退火1-4小时，得到所述碱铝硅酸盐玻璃。
本公开第三方面提供采用第二方面提供的方法制备得到的强化玻璃。
可选地，该强化玻璃的密度为2.43g/cm3以下，熔制温度为1610℃以下，软化点温度为870℃以下；退火点温度为633℃以下，应变点温度为580℃以下，维氏硬度为560MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为80μm以上，强化玻璃的表面应力值为600MPa以上；
优选地，该强化玻璃密度为2.42g/cm3以下，熔制温度为1605℃以下，软化点温度为855℃以下；退火点温度为620℃以下，应变点温度为570℃以下，维氏硬度为575MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为120μm以上，强化玻璃的表面应力值为800MPa以上。
本公开第四方面提供第三方面提供的强化玻璃在显示器件盖板、电子产品外壳、交通工具玻璃、飞行器玻璃和/或太阳能电池板领域的应用，特别适用于5G通讯移动设备的前后盖板。
本公开提供的强化玻璃具有较高的表面硬度、更高的耐刮擦性能和抗冲击性能，能够降低玻璃的破损概率，获得更高的良品率，降低综合成本；并且本公开提供的强化玻璃具有较低的熔制温度，可以降低能源消耗，节能环保。
本公开提供的制备强化玻璃的方法在生产中引入了分相以及析晶工艺，从而实现玻璃的机械性能发生本质变化，进一步通过边缘增强处理以及化学强化处理，实现对玻璃的多重增强的目的。
本公开提供的强化玻璃可以用于各类显示器件、太阳能电池板、其他保护玻璃等领域，还可以用于其他需要密封、保护、支撑作用的器件中。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中所披露的端点值的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应视为在本文中具体公开。
本公开第一方面提供了一种碱铝硅酸盐玻璃组合物，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：45-60重量％的SiO2，25-30重量％的Al2O3，3-15重量％的B2O3，6-12重量％的Na2O，3-8重量％的Li2O，0.1-5重量％的MgO，0-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2。
本公开引入SiO2作为玻璃的主体成分，改善玻璃轻量化、耐化性和其他机械性能。
本公开引入Al2O3可以提高玻璃组合物的耐热性及化学持久性；并且可以提高玻璃内部的孔隙率，增强玻璃中碱金属离子的移动，有利于对玻璃进行化学强化；同时，本公开中提供的玻璃组合物中的Al2O3增加了玻璃的高温耐热稳定性和维持化学强化后的玻璃强度。
本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物中引入B2O3作为助熔剂，可以达到降低熔解温度、降低高温粘度的效果，以降低生产过程中的能源消耗、提高澄清均化效率。
本公开引入Na2O用以降低玻璃熔点，以及通过被钾离子置换而提高玻璃强度的成分；并且本公开的玻璃组合物中Na2O在玻璃结构中起到断网的作用，以降低玻璃的黏度。
本公开引入Li2O满足了对碱铝硅酸盐玻璃进行二次化学强化的要求，又可以降低玻璃熔点。
本公开引入MgO可以显著提高玻璃的熔化效率，并且降低了碱土金属氧化物对于玻璃性能的不良影响。
本公开向组合物中引入ZnO，达到了调整玻璃结构和工艺性能，改善玻璃性能的效果。
本公开引入SnO2组分作为澄清剂用以提高玻璃的澄清效果。
本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物可以获得具有优良机械性能的分相强化玻璃，该强化玻璃具有较高的表面硬度、更高的耐刮擦性能和抗冲击性能，能够降低玻璃的破损概率，获得更高的良品率，降低综合成本；并且具有较低的熔制温度，可以降低能源消耗，节能环保。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中SiO2的含量为48-58重量％，优选为50-57重量％。通过上述实施方式的SiO2含量，本公开提供的玻璃组合物避免了SiO2含量过高而导致玻璃熔体黏度过高，不利于成型的现象。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中Al2O3的含量为26-29重量％，优选为27-28重量％。通过上述实施方式的Al2O3含量，本公开提供的玻璃组合物避免了Al2O3含量过高而导致失透温度上升、不利于成型的现象。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中B2O3的含量为5-14重量％的B2O3，优选为7-13重量％。通过上述实施方式的B2O3的含量，可以促进玻璃在合适的温度范围内形成分相，从而提高玻璃的机械性能和促进化学强化过程的离子交换速度的效果，避免了B2O3含量过低抑制分相的现象，同时避免了“硼反常”现象。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中Na2O的含量为6-10重量％，优选为6-9重量％。通过上述实施方式的Na2O的含量，本公开的玻璃组合物避免了由于Na2O含量过高而降低玻璃的耐化性和力学等性能以及导致密度过大等现象；也避免了Na2O含量过低而降低玻璃的化学钢化效果、增加玻璃的析晶倾向的现象。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中Li2O的含量为4-8重量％，优选4-7重量％。通过上述实施方式的Li2O的含量范围，进一步提高了对碱铝硅酸盐进行二次化学强化的效果。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中MgO的含量为0.5-4重量％，优选为1.0-3.5重量％。通过上述实施方式的MgO的含量范围，本公开避免了MgO含量过高而导致化学强化性能以及表面压缩应力层的深度急剧减小、降低玻璃的抗破损和抗冲击性能的现象，同时避免了导致玻璃组合物的液相限温度上升从而不利于可控分相和析晶的现象。
在一种实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中ZnO的含量为0.5-3重量％，优选为1-3重量％。通过上述实施方式的ZnO的含量范围，使得本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃的网络结构增强，密度增加，机械强度提高。
以组合物总重量为基准，本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物含有0-0.5重量％的SnO2。在一种具体实施方式中，SnO2的引入来源可以为氧化锡或氧化亚锡以及包括氧化锡电极的产线。
在一种实施方式中，本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物基本上不含有K2O是指本公开的组合物中不引入K2O原料组分，但不排除其他组分中以杂质形式存在的K2O。一种具体实施方式中，以组合物总重量为基准，碱铝硅酸盐玻璃组合物中K2O的含量小于0.1重量％，优选为小于0.05重量％。本公开不主动引入K2O从而避免了K2O降低玻璃的熔解温度、阻碍玻璃熔液的澄清性以及降低化学强化后耐裂纹载荷的现象。
在一种实施方式中，本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物基本上不含有P2O5是指本公开的组合物中不引入P2O5原料组分，但不排除其他组分中以杂质形式存在的P2O5。一种具体实施方式中，以组合物总重量为基准，P2O5的含量小于0.1重量％，优选小于0.05重量％。发明人在实验中发现，向本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物中引入P2O5对玻璃的机械性能、化学强化等性能并没有显著的改善效果，本公开的组合物中基本上不含有P2O5既降低了原料投入又可以得到性能优异的玻璃。
发明人惊奇地发现，本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物中，按照重量百分比计：
根据式(1)计算获得的α值为0.06至0.21，优选为0.06至0.09；
α＝B2O3/(SiO2+Al2O3) 式(1)；
根据式(2)计算获得的β值为0.02至0.61，优选为0.11至0.31；
β＝(MgO+ZnO)/(Na2O+Li2O) 式(2)；
根据式(3)计算获得的γ值为0.10至0.24，优选为0.13至0.23；
γ＝(Na2O+Li2O+MgO+ZnO)/(SiO2+Al2O3+B2O3) 式(3)；
根据式(4)计算获得的
Figure BDA0002824410130000081
值为-4.6至5.0，优选为-0.23至3.82；
φ＝0.07×SiO2+0.32×Al2O3-0.36×B2O3-0.52×Na2O-0.8×1Li2O 式(4)
在式(1)-式(4)，每种组分代表该组份在所述组合物中的重量百分含量。
在上述优选的实施范围内，本公开提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物中的组分含量满足式(1)-式(4)定义的α、β、γ和φ的范围，能够进一步增强各组分之间的协同效果，得到的碱铝硅酸盐玻璃可用于后续的多重强化处理，进一步得到具有优异的机械性能、较高的表面硬度以及更高的耐刮擦性能的玻璃。本公开提供的组合物中的组分符合上述实施例方式中优选范围，可以获得性能更优异的强化玻璃产物，避免了组分含量过高或过低而对产物性能造成的不良影响。
本公开第二方面提供一种采用第一方面提供的碱铝硅酸盐玻璃组合物制备强化玻璃的方法，该方法包括以下步骤：
将碱铝硅酸盐玻璃组合物混合后升温熔融，然后经成型和退火，得到碱铝硅酸盐玻璃；
将所述碱铝硅酸盐玻璃依次进行分相增强处理、边缘增强处理以及化学强化处理，得到所述强化玻璃。
本公开提供的制备强化玻璃的方法在生产中引入了分相以及析晶工艺，从而实现玻璃的机械性能发生本质变化，进一步通过边缘增强处理以及化学强化处理，实现对玻璃的多重增强的目的。
在一种实施方式中，本公开提供的方法中分相增强处理包括：
将碱铝硅酸盐玻璃置于650-1150℃处理10-120min，然后在550-650℃下进行退火，退火时间0.5-30min。在上述实施方式中，本公开的分相增强处理过程避免了温度过低或过高而导致分相速率缓慢的现象。
在一种优选实施方式中，分相增强处理包括：将碱铝硅酸盐玻璃置于780-1050℃处理30-90min，然后在560-620℃下进行退火，退火时间1-20min。进一步提高了玻璃分相增强的效果。
在一种实施方式中，在本公开的分相增强处理步骤中，玻璃内部发生了分相以及析晶现象，还可以通过控制降温速率(从高温玻璃熔液降低到分相增强处理的温度下限的降温速率)或分相增强的加热处理的温度，从而有效控制分相和析晶的程度，使得玻璃形成一定比例的晶相以及微晶相，进一步提高玻璃的分相增强效果。例如，可以对厚度较大的玻璃产品采用高温快速热处理，对厚度较小的玻璃产品采用低温慢速热处理，在后续的玻璃切割和化学强化处理的过程中获得更高的良品率。其中快速和慢速是指从高温玻璃熔液降低到分相增强处理的温度下限的降温速率。
在一种实施方式中，本公开通过分相增强处理，使得玻璃内部形成均匀分布的微晶颗粒，微晶颗粒的尺寸为200nm以下，优选为100nm以下，微晶颗粒散布在残余玻璃相之间，可以起到增强机械性能的作用。
本公开提供的分相增强处理可以有效防止微裂纹扩展，提高了玻璃的耐刮擦性能和抗冲击性能，特别是能够提高玻璃的耐划伤性能和耐酸性能。
在一种实施方式中，边缘增强处理包括：
对分相增强处理所得玻璃的边缘进行研磨、抛光；
可选地，抛光可采用机械抛光、化学抛光或火焰抛光中的至少一种；
其中，机械抛光可采用包含氧化铈等磨料的研抛液进行研磨抛光或扫光；化学抛光采用包含氢氟酸的化学减薄液进行处理。其中，化学抛光适用于玻璃厚度小于或等于0.2mm的超薄玻璃。
本公开对玻璃样品进行边缘增强处理，可以消除玻璃边缘的微裂纹，以增强玻璃的边缘强度。
在一种实施方式中，化学强化处理包括：
将边缘增强处理后得到的玻璃置于390-430℃的熔盐液中，保温0.5-6小时；
在一种优选实施方式中，将边缘增强处理后得到的玻璃置于395-420℃的熔盐液中，保温1-3小时。
在上述化学强化处理中，采用的熔盐液包含硝酸钾熔盐和/或硝酸钠熔盐，优选地，采用硝酸钾熔盐和硝酸钠熔盐的混合物作为熔盐液，在所述熔盐液中硝酸钾的含量可以为40重量％以上。
在一种实施方式中，对玻璃进行化学强化处理的次数可以为1次以上，通过多次化学强化处理，可以使玻璃形成复合压应力层。
在一种优选实施方式中，本公开进行了二次化学强化处理。
在上述优选实施方式中，本公开使用第一熔盐液和第二熔盐液依次进行二次化学强化处理。具体为，在第一次化学强化处理中使用第一熔盐液；以所述第一熔盐液总重量计，所述第一熔盐液包含50-70重量％的硝酸钠和50-30重量％的硝酸钾，在第一次化学强化处理过程中，以Na+、Li+离子交换为主；在第二次化学强化处理中使用第二熔盐液；以所述第二熔盐液总重量计，所述第二熔盐液包含90重量％以上的硝酸钾和0-10重量％的硝酸钠，在第二次化学强化处理过程中，以K+、Na+离子交换为主。
可选地，所述熔盐液还包含添加剂，所述添加剂选自硝酸银、氢氧化钾、氯化钾、硫酸亚铜、硝酸亚铜中的至少一种。
通过上述优选实施方式，本公开提供的强化玻璃在经过2-4小时的第一次化学强化处理后，离子交换的深度可达50μm，优选地可达到70μm；进一步地，经过1-3小时第二次化学强化处理后，离子交换的深度可达80μm，优选地可达到120μm。经过二次离子交换强化后，离子交换深度增加，玻璃样品具有较高表面压应力，使得玻璃制品的机械性能进一步增强。
在另一种优选实施方式中，本公开提供的强化玻璃在经过2-3小时的第一次化学强化处理后，离子交换的深度可达10μm；再经过1-2小时的第二次化学强化处理后，离子交换深度达到至少20μm。在此更优选实施方式中，由于对玻璃进行的两次化学强化处理的时间更短，特别适用于超薄柔性玻璃形态化学强化领域，通过较短强化处理的时间，产生合适的离子交换深度和表面张应力，从而达到强化的目的。
在一种实施方式中，本公开还提供了采用玻璃组合物制备碱铝硅酸盐玻璃的方法，包括：
将玻璃组合物混合后升温熔融至1500-1610℃，反应5-10h；经过冷却成型，然后在550-650℃温度下退火1-4小时，得到所述碱铝硅酸盐玻璃。
在一种具体实施方式中，采用玻璃组合物制备碱铝硅酸盐玻璃的方法，包括：
将碱铝硅酸盐玻璃组合物充分混合均匀，以自由堆积状态置于铂金坩埚中，将坩埚置于玻璃熔炉中，温度升至1500-1610℃，反应5-10小时，可选地，采用铂金搅拌棒进行搅拌，以促进玻璃中各组分的均匀性，得到玻璃液；
然后将坩埚中的玻璃液迅速倒入模板中冷却成板状；
将成型的板状样品置于550-650℃高温炉中进行退火，退火时间1-4小时。
通过上述实施方式提供的碱铝硅酸盐玻璃，能够满足后续进行分相增强处理、边缘增强处理以及化学强化处理的多重强化处理的要求。
本公开第三方面提供一种采用第二方面提供的方法制备得到的强化玻璃。
在一种实施方式中，本公开的强化玻璃的密度为2.43g/cm3以下，熔制温度为1610℃以下，软化点温度为870℃以下；退火点温度为633℃以下，应变点温度为580℃以下，维氏硬度为560MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为80μm以上，强化玻璃的表面应力值为600MPa以上。
在一种优选实施方式中，本公开的强化玻璃密度为2.42g/cm3以下，熔制温度为1605℃以下，软化点温度为855℃以下；退火点温度为620℃以下，应变点温度为570℃以下，维氏硬度为575MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为120μm以上，强化玻璃的表面应力值为800MPa以上。
本公开提供的强化玻璃具有较高的表面硬度、更高的耐刮擦性能和抗冲击性能，能够降低玻璃的破损概率，获得更高的良品率，降低综合成本；并且具有较低的熔制温度，可以降低能源消耗，节能环保；玻璃的可见光光透过率保持在90％以上，可满足移动通讯设备前盖和后盖的应用要求，又可用于各类交通工具的显示保护等领域。
本公开所述玻璃制备方法为实验室条件下的制备方法，实际产业化过程中可以采用浮法、溢流下拉法、压延法等方法生产。
本公开第四方面提供第三方面提供的强化玻璃在显示器件盖板、电子产品外壳、交通工具玻璃、飞行器玻璃和/或太阳能电池板领域的应用，特别适用于5G通讯移动设备的前后盖板。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
实施例1-30、对比例1-3
按照表1-6中所示的实施例和对比例的原料组成，称量各组分，混匀，以自由堆积状态至于铂金坩埚中，置于玻璃熔炉中，温度升至1600℃，反应6小时，使用铂金棒搅拌，以促进玻璃中各组分的均匀性。然后将坩埚中的玻璃液迅速倒入模板中冷却成板状，将成型的板状样品置于600℃高温炉中进行退火，退火时间3小时，将玻璃样品切片并研磨抛光，得到碱铝硅酸盐玻璃(玻璃样品的规格：厚度0.4-1.2mm)；
将上述碱铝硅酸盐玻璃置于980℃的高温炉中热处理45min，然后置于590℃高温炉中进行退火，退火时间15min；对样品边缘进行研磨、抛光，用去离子水清洗玻璃板表面3-5次后，进行二次化学强化处理，分别为：置于420℃的第一熔盐液中，保温3.5小时；取出置于第二熔盐液中2小时；取出玻璃板缓慢冷却至室温，再次清洗表面3次，得到强化玻璃样品(玻璃样品规格：厚度0.7mm)。其中，第一熔盐液包括60重量％的硝酸钠，余量为硝酸钾；第二种熔盐液包括95重量％的硝酸钾，余量为硝酸钠。
分别对各强化玻璃样品进行性能测试，结果见表1-表6所示。测试方法包括：
(1)密度：参照ASTM C-693测定玻璃密度，单位为g/cm3。
(2)熔制温度：参照ASTM C-964使用旋转高温粘度计测定，单位为℃。
(3)软化点温度：参照ASTM C-336使用软化点测试仪测定玻璃软化点，单位为℃。
(4)参照ASTM C-336使用退火点应变点测试仪测定玻璃样品的退火点、应变点温度，单位为℃。
(5)维氏硬度：采用维氏硬度计测量，单位为MPa。
(6)采用表面应力仪器测量玻璃的化学强化的效果，测量二次化学强化处理下的离子交换的深度和玻璃表面应力强度。
表1
Figure BDA0002824410130000141
表2
Figure BDA0002824410130000142
Figure BDA0002824410130000151
表3
Figure BDA0002824410130000152
表4
Figure BDA0002824410130000153
Figure BDA0002824410130000161
表5
Figure BDA0002824410130000162
表6
Figure BDA0002824410130000163
Figure BDA0002824410130000171
从上表1-6中测试数据可以看出：本申请实施例1-30中的强化玻璃密度为2.43g/cm3以下，熔制温度为1610℃以下，软化点温度为870℃以下；退火点温度为633℃以下，应变点温度为580℃以下，维氏硬度为560MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为80μm以上，强化玻璃的表面应力值为600MPa以上；而对比例1-3中得到的玻璃仅部分性能够到达本申请实施例1-30中强化玻璃的水平，本申请实施例提供的强化玻璃的性能更优异。
根据上表1-6，实施例6、实施例25-30与其余实施例的数据对比可知，在本公开的碱铝硅酸盐玻璃组合物各组分的含量能够使得由式(1)-(4)计算所得的α值为0.06-0.09，β值为0.11-0.31，γ值为0.13-0.23且
Figure BDA0002824410130000172
值为-0.23-3.82的情况下，由这些玻璃组合物制备得到的强化玻璃具有更优异的性能：强化玻璃密度可以达到2.42g/cm3以下，熔制温度为1605℃以下，软化点温度为855℃以下；退火点温度为620℃以下，应变点温度为570℃以下，维氏硬度为575MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为120μm以上，强化玻璃的表面应力值为800MPa以上。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (12)

1.一种碱铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：45-60重量％的SiO2，25-30重量％的Al2O3，3-15重量％的B2O3，6-12重量％的Na2O，3-8重量％的Li2O，0.1-5重量％的MgO、0-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2。
2.根据权利要求1所述的碱铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：48-58重量％的SiO2，26-30重量％的Al2O3，5-14重量％的B2O3，6-10重量％的Na2O，4-8重量％的Li2O，0.5-4重量％的MgO，0.5-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2；
优选地，以组合物总重量为基准，该碱铝硅酸盐玻璃组合物包含：50-57重量％的SiO2，27-28重量％的Al2O3，7-13重量％的B2O3，6-9重量％的Na2O，4-7重量％的Li2O，1.0-3.5重量％的MgO，1-3重量％的ZnO以及0-0.5重量％的SnO2。
3.根据权利要求1所述的碱铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，所述碱铝硅酸盐玻璃组合物基本上不含有K2O，且基本上不含有P2O5。
4.根据权利要求1所述的碱铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，按照重量百分比计：
根据式(1)计算获得的α值为0.06至0.21，优选为0.06至0.09；
α＝B2O3/(SiO2+Al2O3) 式(1)；
根据式(2)计算获得的β值为0.02至0.61，优选为0.11至0.31；
β＝(MgO+ZnO)/(Na2O+Li2O) 式(2)；
根据式(3)计算获得的γ值为0.10至0.24，优选为0.13至0.23；
γ＝(Na2O+Li2O+MgO+ZnO)/(SiO2+Al2O3+B2O3) 式(3)；
根据式(4)计算获得的
Figure FDA0002824410120000021
值为-4.6至5.0，优选为-0.23至3.82；
φ＝0.07×SiO2+0.32×Al2O3-0.36×B2O3-0.52×Na2O-0.8×1Li2O 式(4)；
在式(1)-式(4)，每种组分代表该组份在所述组合物中的重量百分含量。
5.采用权利要求1-4中任意一项所述的碱铝硅酸盐玻璃组合物制备强化玻璃的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将所述碱铝硅酸盐玻璃组合物混合后升温熔融，然后经成型和退火，得到碱铝硅酸盐玻璃；
将所述碱铝硅酸盐玻璃依次进行分相增强处理、边缘增强处理以及化学强化处理，得到所述强化玻璃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，分相增强处理包括：
将所述碱铝硅酸盐玻璃置于650-1150℃处理10-120min，然后在550-650℃下进行退火，退火时间为0.5-30min；
优选地，将所述碱铝硅酸盐玻璃置于780-1050℃处理30-90min，然后在560-620℃下进行退火，退火时间为1-20min。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，边缘增强处理包括：
对分相增强处理所得玻璃的边缘进行研磨、抛光；
优选地，所述抛光选自机械抛光、化学抛光或火焰抛光中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，化学强化处理包括：
将边缘增强处理所得玻璃置于390-430℃的熔盐液中，保温0.5-6小时；
优选地，将边缘增强处理所得玻璃置于395-420℃的熔盐液中，保温1-3小时；
所述熔盐液包含硝酸钾熔盐和/或硝酸钠熔盐，优选地，所述熔盐液为硝酸钾熔盐和硝酸钠熔盐的混合物，优选地，所述熔盐液中硝酸钾的含量为40重量％以上；
所述化学强化处理的次数为1次以上，进一步优选为2次；
优选地，使用第一熔盐液和第二熔盐液依次进行所述化学强化处理，其中，以所述第一熔盐液总重量计，所述第一熔盐液包含50-70重量％的硝酸钠和50-30重量％的硝酸钾；以所述第二熔盐液总重量计，所述第二熔盐液包含90重量％以上的硝酸钾和0-10重量％的硝酸钠；
优选地，所述熔盐液还包含添加剂，所述添加剂选自硝酸银、氢氧化钾、氯化钾、硫酸亚铜、硝酸亚铜中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将玻璃组合物混合后升温熔融，然后经成型和退火，得到碱铝硅酸盐玻璃，包括：
将玻璃组合物混合后升温熔融至1500-1610℃，反应5-10h；经过冷却成型，然后在550-650℃温度下退火1-4小时，得到所述碱铝硅酸盐玻璃。
10.采用权利要求5-9任意一项所述的方法制备得到的强化玻璃。
11.根据权利要求10所述的强化玻璃，其特征在于，该强化玻璃的密度为2.43g/cm3以下，熔制温度为1610℃以下，软化点温度为870℃以下；退火点温度为633℃以下，应变点温度为580℃以下，维氏硬度为560MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为80μm以上，强化玻璃的表面应力值为600MPa以上；
优选地，该强化玻璃密度为2.42g/cm3以下，熔制温度为1605℃以下，软化点温度为855℃以下；退火点温度为620℃以下，应变点温度为570℃以下，维氏硬度为575MPa以上，二次化学强化处理下的离子交换的深度为120μm以上，强化玻璃的表面应力值为800MPa以上。
12.权利要求10或11所述的强化玻璃在显示器件盖板、电子产品外壳、交通工具玻璃、飞行器玻璃和/或太阳能电池板领域的应用。
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