CN116253509A - 铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃制备领域，公开了铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。以该组合物的总摩尔质量为基准，其含有：55‑72mol％SiO2、0.1‑10mol％B2O3、0.01‑5mol％P2O5、8‑25mol％Al2O3、4‑15mol％Li2O、3‑15mol％Na2O、0‑5mol％K2O、0‑5mol％CaO、0.01‑5mol％MgO、0‑5mol％SrO、0‑3mol％ZnO、0‑5mol％BaO、0‑3mol％TiO2、0.01‑1mol％的澄清剂。采用该铝硅酸盐玻璃组合物制得的铝硅酸盐玻璃，其生产性参数N≤3，在提高机械性能的同时，可以满足生产制造工艺的需求。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃制备领域，具体涉及铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
随着5G通信时代的到来，智能手机、智能穿戴设备以及平板电脑在为人们生活带来便利的同时，朝着更薄、更高功能化的趋势发展，在这样的趋势下，对智能设备的盖板保护玻璃的机械性能也提出了更高的要求。在显示屏幕保护玻璃领域，通常采用经过化学强化的高铝硅酸盐电子玻璃，经过化学强化处理之后的玻璃，具有优异的抗跌落、抗划伤性能。
通常采用一步或者两步离子交换进行化学强化，使玻璃具有较高的表面压缩应力(CS)、压缩应力层深度(DOL)，一般来说，表面压缩应力(CS)和压缩应力层深度(DOL)越大，玻璃的强度越大。但玻璃机械性能的提升还需要考虑玻璃内部的压缩应力，例如距离玻璃表面的深度为30μm、50μm处的压缩应力，这些参数决定了裂纹在玻璃内部的扩展情况，会直接影响到玻璃的机械性能。此外，玻璃经过化学强化之后，中心张应力(CT)会变大，玻璃在使用过程中会存在自爆的风险，并且破碎时产生的玻璃碎渣很小，其产生飞溅会造成一定的危险。
玻璃的组成及强化工艺影响玻璃是否能够具有期望的性能，如抗跌落高度、抗冲击强度等。此外，玻璃的组成能否适配生产制造工艺也是需要考虑的重要因素。因此，需要适配于生产工艺的性能优良的新的玻璃组合物。
高铝硅酸盐玻璃通常通过引入高含量的Al2O3使玻璃表现出高的抗断裂性能以及优异的机械性能，但是过高的铝含量对于生产制造工艺的适配率很低。以往的盖板玻璃在提高其机械性能的同时，往往不能兼顾玻璃组合物与生产制造工艺的适配度。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的高铝硅酸盐玻璃在提高其机械性能的同时无法兼顾玻璃组合物与生产制造工艺的适配度的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种铝硅酸盐玻璃组合物，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，该铝硅酸盐玻璃组合物中含有：
55-72mol％的SiO2、0.1-10mol％的B2O3、0.01-5mol％的P2O5、8-25mol％的Al2O3、4-15mol％的Li2O、3-15mol％的Na2O、0-5mol％的K2O、0-5mol％的CaO、0.01-5mol％的MgO、0-5mol％的SrO、0-3mol％的ZnO、0-5mol％的BaO、0-3mol％的TiO2、0.01-1mol％的澄清剂；所述澄清剂选自硫酸钠、硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、氯化锶、氟化钙、氧化锡和氧化亚锡中的至少一种；其中：
定义K1＝Na2O的摩尔质量百分含量/(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)，且K1≥0.3；
定义K2＝(SiO2的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量)/(B2O3的摩尔质量百分含量+P2O5的摩尔质量百分含量+Al2O3的摩尔质量百分含量)，且K2为2.2-5；
定义生产性参数N＝(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)×P2O5的摩尔质量百分含量/Al2O3的摩尔质量百分含量，且N≤3。
本发明第二方面提供一种铝硅酸盐玻璃，所述铝硅酸盐玻璃由第一方面所述的铝硅酸盐玻璃组合物制得。
本发明第三方面提供一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，该制备方法包括：
(1)将第一方面所述的铝硅酸盐玻璃组合物中的各组分原料接触进行混合，得到混合物料，并将所述混合物料进行熔融处理，得到熔融物料；
(2)将所述熔融物料依次进行成型处理和退火处理，得到玻璃前驱体；
(3)将所述玻璃前驱体与金属盐I进行第一接触反应，并将得到的产物与金属盐II进行第二接触反应；其中，
所述金属盐I为硝酸钠和硝酸钾的混合盐或硝酸钠；
所述金属盐II为硝酸钠和硝酸钾的混合盐或硝酸钾。
本发明第四方面提供一种由第三方面所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。
本发明第五方面提供如第二方面或者第四方面所述的铝硅酸盐玻璃在屏幕盖板玻璃中的应用。
通过上述技术方案，采用本发明提供的铝硅酸盐玻璃组合物制得的铝硅酸盐玻璃的维氏硬度≥620kgf/mm2，四点弯曲强度≥650MPa，表面的压缩应力≥850MPa，距离铝硅酸盐玻璃表面的深度为30μm处的压缩应力≥160MPa，距离铝硅酸盐玻璃表面的深度为50μm处的压缩应力≥110MPa，落球冲击强度≥0.5J，中心张应力≤100MPa，抗冲击强度因子M为8-35，生产性参数N≤3，该铝硅酸盐玻璃在提高机械性能的同时，可以满足生产制造工艺的需求。
具体实施方式
在本文中所披露的范围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，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明中在没有明确说明的情况下，“第一”和“第二”均不代表先后次序，也不对各个物料或者操作起到限定作用，仅是为了区分各个物料或者操作，例如，“第一接触反应”和“第二接触反应”中的“第一”和“第二”仅是为了区分以表示这不是同一接触反应操作。
本发明第一方面提供一种铝硅酸盐玻璃组合物，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，该铝硅酸盐玻璃组合物中含有：
55-72mol％的SiO2、0.1-10mol％的B2O3、0.01-5mol％的P2O5、8-25mol％的Al2O3、4-15mol％的Li2O、3-15mol％的Na2O、0-5mol％的K2O、0-5mol％的CaO、0.01-5mol％的MgO、0-5mol％的SrO、0-3mol％的ZnO、0-5mol％BaO、0-3mol％的TiO2、0.01-1mol％的澄清剂；所述澄清剂选自硫酸钠、硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、氯化锶、氟化钙、氧化锡和氧化亚锡中的至少一种；其中：
定义K1＝Na2O的摩尔质量百分含量/(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)，且K1≥0.3；
定义K2＝(SiO2的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量)/(B2O3的摩尔质量百分含量+P2O5的摩尔质量百分含量+Al2O3的摩尔质量百分含量)，且K2为2.2-5；
定义生产性参数N＝(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)×P2O5的摩尔质量百分含量/Al2O3的摩尔质量百分含量，且N≤3。
根据本发明的一些实施方式，SiO2作为构成网络结构所必需的成分，其加入可提高玻璃的耐热性与化学耐久性，使玻璃可以获得更高的应变点以及强度，然而过少的SiO2会使玻璃的主体网络结构变差，机械性能及耐热性能变差，过多的SiO2会使得熔融温度升高，脆性增加，对生产工艺提出过高的要求，同时不利于化学强化离子交换，影响玻璃化学强化的效率。本发明的发明人在研究过程中发现，以摩尔质量百分比计，SiO2的含量≥55mol％时，能够提高制备得到的玻璃的机械性能、热稳定性、耐化学腐蚀性能。而SiO2的含量过高则会降低玻璃的柔韧性。因此，为了提高制得的铝硅酸盐玻璃的综合性能，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，SiO2的含量为55-72mol％，优选为57-68mol％。
根据本发明的一些实施方式，Al2O3起网络形成体的作用，可促进网络连接的完整度，使玻璃耐热性、离子交换深度及表面压缩应力、机械稳定性大幅提升，但是同时会使玻璃结构趋于刚性，增加玻璃的脆性，Al2O3的含量过多会使玻璃的料性变短，使成型变得困难，同时会导致玻璃易失透、高温表面张力及高温粘度过大，加大玻璃生产工艺难度。Al2O3在玻璃中形成的铝氧四面体在玻璃中体积比硅氧四面体体积要大，玻璃体积发生膨胀，从而降低玻璃的密度，为玻璃在离子强化过程提供强化通道，促进离子强化。含量过少时会使玻璃网络间隙的空间变小，不利于离子交换，降低化学强化的效率。因此，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，Al2O3的含量为8-25mol％，优选为11-22mol％。
根据本发明的一些实施方式，B2O3作为玻璃的形成体氧化物，能够单独生成玻璃，其加入可增强玻璃的化学稳定性、机械性能，降低玻璃的热膨胀系数，同时可以加快离子交换进程，B2O3也是良好的助熔剂，能够大幅降低玻璃熔化温度，对于玻璃化过程也有助益。但是B2O3的含量过高时会出现反常现象，使玻璃的耐热性能和离子交换能力显著降低。综合考虑，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，B2O3的含量为0.1-10mol％，优选为1-6mol％。
根据本发明的一些实施方式，P2O5其以[PO4]四面体相互连成网络，使玻璃网络结构呈疏松状态，网络空隙变大，有利于玻璃中Na+离子和熔盐中的K+离子进行相互扩散，玻璃强化工艺过程中离子强化起促进作用，对获得较高压缩应力层起重要作用。因此，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，P2O5的含量为0.01-5mol％，优选为0.01-4mol％。
根据本发明的一些实施方式，Li2O属于基础玻璃必要成分之一，属于网络外体成分，可以显著降低玻璃的黏度，降低玻璃的熔制难度，同时作为离子交换的主要成分，适当的Li2O可以显著提高玻璃的机械强度、表面硬度，提高离子交换速率。在强化过程中，通过与熔盐中NaNO3中的Na+进行离子交换提升玻璃的压缩应力层深度，进而使玻璃的抗冲击性能得到提升。Na2O作为玻璃网络外体氧化物，可以提供游离氧使硅氧键断裂从而降低玻璃的黏度及熔制温度，过多的Na2O会降低玻璃的化学稳定性及耐热性。Na+作为离子交换的成分，与熔盐中的K+进行化学交换在玻璃表面形成压缩应力层，增大玻璃的表面压缩应力，多的Na2O不利于玻璃的化学交换，影响强化之后的玻璃强度。K2O与Na2O在玻璃结构中的作用类似，适量的K2O会与Na2O发生混合碱效应，使玻璃性能变好。过多的K2O会使玻璃的耐化学稳定性变差。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，Na2O的含量为3-15mol％，优选为4-14.5mol％；Li2O的含量为4-15mol％，优选为5-12mol％；K2O的含量为0-5mol％，优选为0-1mol％。
根据本发明的一些实施方式，MgO、CaO属于网络外体氧化物，MgO具有提升玻璃热稳定性和降低脆性的特点，有助于降低玻璃熔点及高温黏度，其含量过多会使密度增加，裂纹、失透、分相的发生率提高，并且会阻碍离子交换。CaO会使玻璃的网络结构发生松弛、断裂，在一定程度上有助熔的作用，但含量过高会使玻璃的化学稳定性变差，并且严重阻碍离子交换。MgO、CaO、SrO、BaO均属于碱土金属氧化物，它们的加入可有效降低玻璃的高温粘度从而提高玻璃的熔融性及成形性，并可提高玻璃的应变点。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，CaO的含量为0-5mol％，优选为0-1mol％；MgO的含量为0.01-5mol％，优选为0.01-2.5mol％；SrO的含量为0-5mol％，优选为0-1mol％；BaO的含量为0-5mol％，优选为0-1mol％。
根据本发明的一些实施方式，优选地，该铝硅酸盐玻璃组合物中，MgO、CaO、SrO和BaO的摩尔质量百分含量之和为0-15mol％，优选为0.01-10mol％。
根据本发明的一些实施方式，Ti4+主要以[TiO6]八面体形式填充于玻璃网络间隙，有利于促进离子交换进程，改善化学强化性能。同时由于具有较大的离子半径和场强，具有增强热处理稳定性和/或热化学处理稳定性的作用，减少翘曲变形。但是过多的TiO2含量导致密度增大，增加玻璃失透的风险，同时玻璃形成稳定性下降。因此，综合考虑，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，TiO2的含量为0-3mol％，优选为0-0.8mol％。
根据本发明的一些实施方式，ZnO具有18个外层电子结构，相对于碱土金属，Zn2+离子更容易被极化，高温下可以降低玻璃粘度(如1400℃以上)，与不含ZnO的玻璃处于相同的高温状态下，含ZnO的玻璃粘度更小，原子运动速度更大，不易形成晶核，因而，降低了玻璃的析晶上限温度。此外，Zn2+和Mg2+电荷数相同，离子半径接近，二者共同使用，能产生类似混合碱土效应，产生最佳的韧性、耐化学性以及介电性能。但ZnO含量过高时，ZnO对玻璃网络结构的破坏和解聚作用增大，不利于降低玻璃的介电常数和介电损耗。因此，综合考虑，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中，ZnO的含量为0-3mol％，优选为0-1mol％。
根据本发明的一种优选实施方式，以所述铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，该铝硅酸盐玻璃组合物中含有：
57-68mol％的SiO2、1-6mol％的B2O3、0.01-4mol％的P2O5、11-22mol％的Al2O3、5-12mol％的Li2O、4-14.5mol％的Na2O、0-1mol％的K2O、0-1mol％的CaO、0.01-2.5mol％的MgO、0-1mol％的SrO、0-1mol％的ZnO、0-1mol％BaO、0-0.8mol％的TiO2、0.05-0.8mol％的澄清剂。采用上述优选实施方式有利于在较好地兼顾玻璃组合物与生产制造工艺的适配度的同时，进一步获得机械性能更佳的铝硅酸盐玻璃。
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述澄清剂为氧化锡。优选地，以所述铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，该铝硅酸盐玻璃组合物中，所述氧化锡的含量为0.05-0.3mol％。采用上述优选实施方式有利于在较好地兼顾玻璃组合物与生产制造工艺的适配度的同时，进一步获得机械性能更佳的铝硅酸盐玻璃。
根据本发明的一些实施方式，定义K1＝Na2O的摩尔质量百分含量/(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)，且K1≥0.3；优选地，K1为0.3-0.7。采用上述优选实施方式有利于提升玻璃的强化效果，降低玻璃的中心张应力。
根据本发明的一些实施方式，定义K2＝(SiO2的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量)/(B2O3的摩尔质量百分含量+P2O5的摩尔质量百分含量+Al2O3的摩尔质量百分含量)，且K2为2.2-6；优选地，K2为2.5-4.5。采用上述优选实施方式有利于提升玻璃的强化效果，使玻璃具有较大的表面压应力及适当的中心张应力。
根据本发明的一些实施方式，定义生产性参数N＝(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)×P2O5的摩尔质量百分含量/Al2O3的摩尔质量百分含量，且N≤3；优选地，N≤2.5，优选为0.01-2.5。采用上述优选实施方式有利于在较好地兼顾玻璃组合物与生产制造工艺的适配度的同时，进一步获得机械性能更佳的铝硅酸盐玻璃。
本发明第二方面提供一种铝硅酸盐玻璃，所述铝硅酸盐玻璃由第一方面所述的铝硅酸盐玻璃组合物制得。
根据本发明的一些实施方式，优选地，定义所述铝硅酸盐玻璃表面的压缩应力为CS，且CS≥850MPa，优选CS≥950MPa。
根据本发明的一些实施方式，优选地，定义距离所述铝硅酸盐玻璃表面的深度为30μm处的压缩应力为CS30，且CS30≥160MPa，优选CS30≥180MPa。
根据本发明的一些实施方式，优选地，定义距离所述铝硅酸盐玻璃表面的深度为50μm处的压缩应力为CS50，且CS50≥110MPa，优选CS50≥130MPa。
根据本发明的一些实施方式，优选地，定义所述铝硅酸盐玻璃的中心张应力为CT，且CT≤100MPa，优选CT≤95MPa。
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述铝硅酸盐玻璃的四点弯曲强度≥650MPa，优选≥710MPa。
根据本发明的一些实施方式，优选地，所述铝硅酸盐玻璃的落球冲击强度≥0.5J，优选≥0.6J。
根据本发明的一些实施方式，优选地，定义所述铝硅酸盐玻璃的抗冲击强度因子M＝(CS30/CT)×Na2O的摩尔质量百分含量，且M为8-35，优选为12-32。
本发明第三方面提供一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，该制备方法包括：
(1)将第一方面所述的铝硅酸盐玻璃组合物中的各组分原料接触进行混合，得到混合物料，并将所述混合物料进行熔融处理，得到熔融物料；
(2)将所述熔融物料依次进行成型处理和退火处理，得到玻璃前驱体；
(3)将所述玻璃前驱体与金属盐I进行第一接触反应，并将得到的产物与金属盐II进行第二接触反应；其中，
所述金属盐I为硝酸钠和硝酸钾的混合盐或硝酸钠；
所述金属盐II为硝酸钠和硝酸钾的混合盐或硝酸钾。
根据本发明的一些实施方式，优选地，步骤(1)中，所述混合的条件至少包括：搅拌速度为20-50rpm，时间为5-20min。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的混合条件，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
根据本发明的一些实施方式，优选地，步骤(1)中，所述熔融处理的条件至少包括：熔融温度为1500-1700℃，熔融时间为4-8h。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的熔融条件，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，对所述成型处理的方法没有特别的要求，只需要满足本发明的要求即可，示例性地，可以将所述熔融物料置于模具中进行所述成型处理。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的成型条件，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
根据本发明的一些实施方式，优选地，步骤(2)中，所述退火处理的条件至少包括：退火温度为550-650℃，退火时间为1-3h。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的退火条件，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
根据本发明的一些实施方式，优选地，在步骤(2)中，该制备方法还包括：将进行退火处理后的物料进行机械加工处理，以得到所述玻璃前驱体。对所述机械加工处理的方式没有特别的要求，可以采用本领域所公知的机械加工方式进行，示例性地，可以将进行退火处理后的物料依次进行切割、研磨和抛光等操作步骤。
根据本发明的一些实施方式，优选地，步骤(3)中，所述第一接触反应、所述第二接触反应的条件各自独立地包括：温度为390-450℃，时间为1-6h。
根据本发明的一些实施方式，优选地，步骤(3)中，将该玻璃前驱体浸泡于所述金属盐I中以进行所述第一接触反应，并将得到的产物浸泡于所述金属盐II中以进行所述第二接触反应。对所述金属盐I以及所述金属盐II的用量没有特别的要求，只要能够将所述玻璃前驱体以及所述第一接触反应得到的产物完全浸泡即可。
本发明第四方面提供一种由第三方面所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。
根据本发明的一些实施方式，所述铝硅酸盐玻璃与第二方面所述的铝硅酸盐玻璃相同或相似，在此不再赘述。
本发明第五方面提供如第二方面或者第四方面所述的铝硅酸盐玻璃在屏幕盖板玻璃中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，未作相反说明的情况下，所涉及的原料均为市售品。
以下实施例和对比例中，氧化锡为分析纯化学试剂。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的铝硅酸盐玻璃组合物按照表1中的配方和工艺参数，并按如下的制备方法制备铝硅酸盐玻璃。
该制备方法包括以下步骤：
(1)将表1所示的铝硅酸盐玻璃组合物中各组分原料接触进行混合，得到混合物料，并将所述混合物料进行熔融处理，得到熔融物料；
其中，混合的条件为：搅拌速度为30rpm，时间为10min；
熔融处理的条件为：熔融温度为1700℃，熔融时间为5小时；
(2)将该熔融物料浇注于不锈钢铸铁模具中进行成型处理，形成块状玻璃制品(20cm×70cm×200cm)，并将该块状玻璃制品进行退火处理，然后冷却至25℃后，依次进行切割、研磨和抛光处理，再用去离子水清洗干净并烘干，得到厚度为0.9mm的玻璃前驱体；
退火处理的条件为：退火温度为600℃，退火时间为2小时；
(3)将该玻璃前驱体浸泡于金属盐I中以进行第一接触反应，并将得到的产物浸泡于金属盐II中以进行第二接触反应，得到铝硅酸盐玻璃；其中，
金属盐I为用量质量比为8：2的硝酸钠和硝酸钾的混合盐；
金属盐II为用量质量比为1：99的硝酸钠和硝酸钾的混合盐；
第一接触反应的条件为：温度为420℃，时间为4小时；
第二接触反应的条件为：温度为400℃，时间为1.5小时。
在没有特别说明的情况下，其余实施例和对比例均采用与实施例1相同的制备方法进行，不同的是，所采用的铝硅酸盐玻璃组合物的配方以及制备铝硅酸盐玻璃的工艺参数不同，具体参见表1中。其中：
实施例5中，不同的工艺参数为：步骤(1)中，熔融处理的条件为：熔融温度为1620℃，熔融时间为8小时。
实施例15中，不同的工艺参数为：步骤(3)中，金属盐I为用量质量比为6：4的硝酸钠和硝酸钾的混合盐；金属盐II为硝酸钾；
第一接触反应的条件为：温度为430℃，时间为6小时；
第二接触反应的条件为：温度为390℃，时间为2小时。
测试例
分别将实施例以及对比例制备得到的铝硅酸盐玻璃进行性能测试，具体测试结果见表1。其中(玻璃即为铝硅酸盐玻璃)：
参照ASTM C-693测定玻璃密度；
参照ASTM E-228使用卧式膨胀仪测定玻璃50-350℃的热膨胀系数；
参照ASTM C-623使用材料力学试验机测定玻璃的杨氏模量；
参照ASTM E-384使用维氏硬度计测定玻璃前驱体和玻璃的维氏硬度；
参照ASTM E-1820使用万能实验机测定玻璃的四点弯曲强度(4PB)。
参照ASTM C-336使用退火点应变点测试仪测定玻璃的应变点；
参照ASTM C-829使用梯温炉法测定玻璃的液相线温度(TL)。
使用FSM-6000LE表面应力计测定玻璃表面的压缩应力(CS)。
使用SLP-2000散乱光光弹性应力计测定玻璃的Na+的离子交换深度(以下用DOLNa+表示)、中心张应力(CT)、距离玻璃表面的深度为30μm处的压缩应力(CS30)以及距离玻璃表面的深度为50μm处的压缩应力(CS50)。
表1
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表1(续)
表1(续)
通过上述结果可以看出，采用本发明提供的铝硅酸盐玻璃组合物制得的铝硅酸盐玻璃的维氏硬度≥620kgf/mm2，四点弯曲强度≥650MPa，表面的压缩应力≥850MPa，距离铝硅酸盐玻璃表面的深度为30μm处的压缩应力≥160MPa，距离铝硅酸盐玻璃表面的深度为50μm处的压缩应力≥110MPa，落球冲击强度≥0.5J，中心张应力≤100MPa，抗冲击强度因子M为8-35，生产性参数N≤3，该铝硅酸盐玻璃在提高机械性能的同时，可以满足生产制造工艺的需求。其中：
比较实施例1和对比例1可知，满足K1的范围可以获得适当的中心张应力，避免玻璃在破碎过程中碎片炸裂产生危险；
比较实施例2和对比例2可知，满足生产性参数N可以获得较低的液相线温度，降低玻璃的生产难度；
比较实施例3和对比例3可知，满足K2可以获得较高的表面压应力，使玻璃的抗刮擦性能得到提升。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，以该铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，所述铝硅酸盐玻璃组合物中含有：
55-72mol％的SiO2、0.1-10mol％的B2O3、0.01-5mol％的P2O5、8-25mol％的Al2O3、4-15mol％的Li2O、3-15mol％的Na2O、0-5mol％的K2O、0-5mol％的CaO、0.01-5mol％的MgO、0-5mol％的SrO、0-3mol％的ZnO、0-5mol％的BaO、0-3mol％的TiO2、0.01-1mol％的澄清剂；所述澄清剂选自硫酸钠、硝酸钠、硝酸钾、氯化钠、氯化锶、氟化钙、氧化锡和氧化亚锡中的至少一种；其中：
定义K1＝Na2O的摩尔质量百分含量/(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)，且K1≥0.3；
定义K2＝(SiO2的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量)/(B2O3的摩尔质量百分含量+P2O5的摩尔质量百分含量+Al2O3的摩尔质量百分含量)，且K2为2.2-5；
定义生产性参数N＝(Li2O的摩尔质量百分含量+Na2O的摩尔质量百分含量+K2O的摩尔质量百分含量)×P2O5的摩尔质量百分含量/Al2O3的摩尔质量百分含量，且N≤3。
2.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，以所述铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，该铝硅酸盐玻璃组合物中含有：
57-68mol％的SiO2、1-6mol％的B2O3、0.01-4mol％的P2O5、11-22mol％的Al2O3、5-12mol％的Li2O、4-14.5mol％的Na2O、0-1mol％的K2O、0-1mol％的CaO、0.01-2.5mol％的MgO、0-1mol％的SrO、0-1mol％的ZnO、0-1mol％的BaO、0-0.8mol％的TiO2、0.05-0.8mol％的澄清剂；
和/或，所述澄清剂为氧化锡；
和/或，以所述铝硅酸盐玻璃组合物的总摩尔质量为基准，该铝硅酸盐玻璃组合物中，所述氧化锡的含量为0.05-0.3mol％。
3.根据权利要求1或2所述的铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，该铝硅酸盐玻璃组合物中，MgO、CaO、SrO和BaO的摩尔质量百分含量之和为0-15mol％，优选为0.01-10mol％；
和/或，K1为0.3-0.7；
和/或，K2为2.5-4.5；
和/或，N≤2.5，优选为0.01-2.5。
4.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃由权利要求1-3中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃组合物制得；优选地，
定义所述铝硅酸盐玻璃表面的压缩应力为CS，且CS≥850MPa，优选CS≥950MPa；
定义距离所述铝硅酸盐玻璃表面的深度为30μm处的压缩应力为CS30，且CS30≥160MPa，优选CS30≥180MPa；
定义距离所述铝硅酸盐玻璃表面的深度为50μm处的压缩应力为CS50，且CS50≥110MPa，优选CS50≥130MPa。
5.根据权利要求4所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，定义所述铝硅酸盐玻璃的中心张应力为CT，且CT≤100MPa，优选CT≤95MPa；
和/或，所述铝硅酸盐玻璃的四点弯曲强度≥650MPa，优选≥710MPa；
和/或，所述铝硅酸盐玻璃的落球冲击强度≥0.5J，优选≥0.6J；
和/或，定义所述铝硅酸盐玻璃的抗冲击强度因子M＝(CS30/CT)×Na2O的摩尔质量百分含量，且M为8-35，优选为12-32。
6.一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
(1)将权利要求1-3中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃组合物的各组分原料接触进行混合，得到混合物料，并将所述混合物料进行熔融处理，得到熔融物料；
(2)将所述熔融物料依次进行成型处理和退火处理，得到玻璃前驱体；
(3)将所述玻璃前驱体与金属盐I进行第一接触反应，并将得到的产物与金属盐II进行第二接触反应；其中，
所述金属盐I为硝酸钠和硝酸钾的混合盐或硝酸钠；
所述金属盐II为硝酸钠和硝酸钾的混合盐或硝酸钾。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述熔融处理的条件至少包括：熔融温度为1500-1700℃，熔融时间为4-8h；
和/或，步骤(2)中，所述退火处理的条件至少包括：退火温度为550-650℃，退火时间为1-3h。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第一接触反应、所述第二接触反应的条件各自独立地包括：温度为390-450℃，时间为1-6h。
9.一种由权利要求6-8中任意一项所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。
10.权利要求4、5、9中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃在屏幕盖板玻璃中的应用。
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