CN117263518A - 铝硅酸盐玻璃、强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用 - Google Patents

铝硅酸盐玻璃、强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用 Download PDF

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CN117263518A CN202311320930.0A CN202311320930A CN117263518A CN 117263518 A CN117263518 A CN 117263518A CN 202311320930 A CN202311320930 A CN 202311320930A CN 117263518 A CN117263518 A CN 117263518A
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Abstract

本发明涉及一种铝硅酸盐玻璃，按照质量百分比，包括58％～63％的SiO2、16％～20％的Al2O3、12％～15％的Na2O、0％～4％的K2O、3％～6％的MgO和3.1％～5％的B2O3。该铝硅酸盐玻璃中的氧化硅和氧化铝含量合适、加工难度较低，有利于获得强度较高、热膨胀系数合适的玻璃原片，组成中还包括低成本的碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及质量百分比较低的氧化硼，有助于改善后续强化过程的离子交换过程的效率、获得综合力学性能较高的强化玻璃且成本较低。本申请还提供强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用，该强化玻璃具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度，综合力学性能优异。

Description

铝硅酸盐玻璃、强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及硅酸盐玻璃技术领域，特别是涉及一种铝硅酸盐玻璃、强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用。
背景技术
具有较好透光性、较低的成本和力学特性的玻璃是用于电子产品例如手机屏幕的关键配套材料。随着电子产品技术的不断提升，市场对电子产品的配套材料也提出了更高的要求。现有硅酸盐玻璃即便经过强化也难以获得较好的抗跌落性能，大大限制了硅酸盐玻璃在电子产品中的应用。
发明内容
基于此，本申请的目的包括提供一种铝硅酸盐玻璃、强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用。该铝硅酸盐玻璃的组成使之具备较好的加工特性和力学性能，可以获得综合性能较好的玻璃制品，而且成本较低。
本申请的第一方面，提供一种铝硅酸盐玻璃，按照质量百分比，包括以下组成：
58％～63％的SiO2、16％～20％的Al2O3、12％～15％的Na2O、0％～4％的K2O、3％～6％的MgO和3.1％～5％的B2O3。
在一些实施方式中，所述铝硅酸盐玻璃满足α为2.93～4.39；其中；α为玻璃抗应力衰减指数；
WAl、WK、WMg和WB分别表示Al2O3、K2O、MgO和B2O3在铝硅酸盐玻璃中的质量百分比乘以100得到的数值。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，其满足如下特征中的一个或多个：
热膨胀系数为(CTE)85×10-7℃-1～91×10-7℃-1；
软化温度为790℃～815℃；
熔化温度为1630℃～1670℃。
本申请的第二方面，提供一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：
按照配方混合原料获得配合料，所述配合料的组成与满足第一方面所述的铝硅酸盐玻璃的组成一致；
将所述配合料进行加热处理、成型处理、退火处理和冷却处理，获得所述铝硅酸盐玻璃。
在一些实施方式中，所述的制备方法，满足如下特征中的一个或多个：
所述加热处理的温度为1650℃～1680℃；
所述加热处理的时间为4h～8h；
所述退火处理的温度为730℃～760℃；
所述退火处理的时间为2h～4h。
本申请的第三方面，提供一种强化玻璃的制备方法，包括以下步骤：于415～425℃的熔盐中，对原片玻璃进行化学强化处理4～6h，制备得到所述强化玻璃，其中，所述原片玻璃为权利要求1～3任一项中所述的铝硅酸盐玻璃或权利要求4或5所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。。
本申请的第四方面，提供一种强化玻璃的制备方法，包括以下步骤：
获取原片玻璃，根据所述铝硅酸盐玻璃的组成获取玻璃抗应力衰减指数α的数值；其中，WAl、WK、WMg和WB分别表示Al2O3、K2O、MgO和B2O3在铝硅酸盐玻璃中的质量百分比乘以100得到的数值；所述原片玻璃为权利要求1～3任一项中所述的铝硅酸盐玻璃或权利要求4或5所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃；
根据所述α的数值所在区间选择相应的工艺条件对原片玻璃进行化学强化处理，制备得到所述强化玻璃；
其中，
当2.93≤α≤3.72时，于426℃～434℃及熔盐中，对所述原片玻璃进行化学强化处理2.8h～3.2h；
当3.72＜α≤4.39时，于436℃～444℃及熔盐中，对所述原片玻璃进行化学强化处理2.4h～2.6h。
本申请的第五方面，提供一种强化玻璃，根据第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到，满足如下特征中的一个或多个：
所述强化玻璃的表面压应力为1000MPa～1250MPa；
所述强化玻璃的离子交换层深度为38μm～46μm。
本申请的第六方面，提供一种玻璃结构，包括第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到的强化玻璃或第五方面所述的强化玻璃。
本申请的第七方面，提供一种第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到的强化玻璃或第五方面所述的强化玻璃或第六方面所述的玻璃结构在电子设备中的应用。
本申请中提供的铝硅酸盐玻璃的组成中的主要成分氧化硅和氧化铝含量合适、加工难度较低，有利于获得强度较高、热膨胀系数合适的玻璃原片，组成中还包括低成本的碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及质量百分比较低的氧化硼，有助于改善后续强化过程的离子交换过程的效率、获得综合力学性能较高的强化玻璃且成本较低。
本申请中提供的铝硅酸盐玻璃的制备方法采用加热、成型、退火和冷却处理方法制得的铝硅酸盐玻璃，该工艺过程简单、步骤较少、加工温度较低而且能耗小。
本申请中提供的强化玻璃的制备方法采用较低的强化温度和较短的强化时间，可以制备得到离子交换深度较深、表面压应力较高且抗跌落高度较高的强化玻璃；该制备过程步骤简单且成本较低。
本申请中提供的强化玻璃具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度，综合力学性能优异，较深的离子交换深度还有利于改善玻璃的表明硬度和抗划伤性能。
本申请中提供的玻璃结构采用具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度的强化玻璃，具有较好的综合力学性能。
本申请中采用具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度的强化玻璃用于电子设备，可以有效改善电子设备的抗跌落性能，还有助于提升电子设备的使用寿命。
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，给出了本发明的较佳实施例。但是，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对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
下面对本发明的实施做详细的说明。本实施例在以本发明的技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
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。
术语
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，涉及“多个”、“多种”等，如无特别限定，指在数量上大于2或等于2。例如，“一种或多种”表示一种或大于等于两种。
本发明中，“进一步”、“特别”等用于描述目的，表示内容上的差异，但并不应理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间(也即数值范围)，如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点(即最小值及最大值)，以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间，比例区间，比值区间等数值区间类型。
本发明中，术语“室温”一般指4℃～35℃，较佳地指20℃±5℃。在本发明的一些实施例中，室温是指20℃～30℃。
本发明中，如无特别限定，温度参数既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内存在变动。应当理解的是，所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。允许在如±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1℃的范围内波动。
在本发明中，涉及数据范围的单位，如果仅在右端点后带有单位，则表示左端点和右端点的单位是相同的。比如，2～5h表示左端点“2”和右端点“5”的单位都是h(小时)。
具有较好透光性、较低的成本和力学特性的玻璃是用于电子产品例如手机屏幕的关键配套材料。随着电子产品技术的不断提升，市场对电子产品的配套材料也提出了更高的要求。现有硅酸盐玻璃即便经过强化也难以获得较好的抗跌落性能，大大限制了硅酸盐玻璃在电子产品中的应用。
电子设备尤其是电子消费品手机和平板电脑等在日常工作和生活中应用广泛，但这种电子设备的抗跌落性能较差，尤其是跌落后若造成屏幕碎裂则影响显示效果。当下，市场对于手机和平板电脑等的抗跌落的能力提出了更高的要求，从而也催生了对高强度盖板玻璃的玻璃。对于一些机型，需要采用经化学强化的高铝玻璃，而目前主流的高铝盖板玻璃所能达到的性能仍然不够理想，需要进一步优化。
基于此，本申请的目的包括提供一种铝硅酸盐玻璃、强化玻璃、玻璃结构、制备方法及应用。该铝硅酸盐玻璃的组成使之具备较好的加工特性和力学性能，可以获得综合性能较好的玻璃制品，而且成本较低。
本申请的第一方面，提供一种铝硅酸盐玻璃，按照质量百分比，包括以下组成：
58％～63％的SiO2、16％～20％的Al2O3、12％～15％的Na2O、0％～4％的K2O、3％～6％的MgO和3.1％～5％的B2O3。
本申请中提供的铝硅酸盐玻璃的组成中的主要成分氧化硅和氧化铝含量合适、加工难度较低，有利于获得强度较高、热膨胀系数合适的玻璃原片，组成中还包括低成本的碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及质量百分比较低的氧化硼，有助于改善后续强化过程的离子交换过程的效率、获得综合力学性能较高的强化玻璃且成本较低。
在一些实施方式中，将按照质量百分比，包括58％～63％的SiO2、16％～20％的Al2O3、12％～15％的Na2O、0％～4％的K2O、3％～6％的MgO和3.1％～5％的B2O3的铝硅酸盐玻璃的配方记为“配方A1”。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，按照质量百分比，包括58％～63％的SiO2，还可以选自如下任一种质量百分比或任两种质量百分比构成的区间：58％、58.3％、58.7％、59％、59.7％、59.8％、60％、60.7％、61％、61.3％、61.7％、62％、62.5％、63％
等。二氧化硅(SiO2)是形成玻璃骨架的主要成分，对于玻璃的强度等具有提高的作用，但会增加玻璃的黏度，且会降低玻璃对蚀刻液的耐侵蚀性。SiO2的质量百分数优选为58％～63％，若SiO2的质量百分数不足58％，则玻璃的成玻性能较差，且强度和耐候性不够；若超过63％，玻璃变得难熔，且析晶倾向增大。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，按照质量百分比，包括16％～20％的Al2O3，还可以选自如下任一种质量百分比或任两种质量百分比构成的区间：16％、16.5％、17％、17.5％、18％、19％、20％等。氧化铝(Al2O3)能提高玻璃的强度和对蚀刻液的耐侵蚀性，且能大幅度增加玻璃的离子交换能力，但会增加玻璃的黏度，且使澄清难度提升，是必需的组分。其质量百分数优选为16％～20％。若其含量低于16％，则玻璃的耐侵蚀性能与离子交换能力均不足。若高于20％，则玻璃的黏度过高，且难以澄清，熔化质量降低，会显著影响玻璃的各项性能。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，按照质量百分比，包括12％～15％的Na2O，还可以选自如下任一种质量百分比或任两种质量百分比构成的区间：12％、12.5％、13％、13.5％、14％、15％等。氧化钠(Na2O)能是进行离子交换必需的成分，同时它也能显著改善玻璃的熔融性。其质量百分数优选为12％～16％。如果质量百分数低于12％，则玻璃的熔融性较差；如果高于16％，则玻璃的耐候性变差。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，按照质量百分比，包括0％～4％的K2O，还可以选自如下任一种质量百分比或任两种质量百分比构成的区间：0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％等。氧化钾(K2O)能提高玻璃的熔融性，且能提高玻璃强化后的DOL值，不是必需的成分，其质量百分数优选为0％～4％，与氧化钠共同作用可产生“混合碱效应”，提高玻璃的性能。如果高于4％，则玻璃的耐候性变差，且玻璃的热膨胀系数过大。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，按照质量百分比，包括3％～6％的MgO，还可以选自如下任一种质量百分比或任两种质量百分比构成的区间：3％、3.2％、3.3％、3.5％、3.8％、3.9％、4.5％、4.7％、5％、5.2％、5.5％、6％等。氧化镁(MgO)在高温时能降低玻璃的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，且能降低玻璃的热膨胀系数，从而提高玻璃强化后的CS值，是必需的成分。如果MgO的质量分数低于3％，则玻璃的熔融性变差，且强化后难以达到理想的CS值。如果MgO质量分数高于6％，则玻璃容易析晶，同时，玻璃的料性过短，难以成型，且玻璃强化后的DOL值较低。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，按照质量百分比，包括3.1％～5％的B2O3，还可以选自如下任一种质量百分比或任两种质量百分比构成的区间：3.1％、3.3％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％、4％、4.4％、4.5％、5％等。氧化硼(B2O3)能降低玻璃的高温粘度，且能降低玻璃的热膨胀系数，但是对离子交换具有阻碍作用，是必需的成分。如果质量百分数低于3.1％，则玻璃的熔融性不足，且热膨胀系数过大；如果质量百分数高于5％，则玻璃的离子交换性能恶化。
在一些实施方式中，所述铝硅酸盐玻璃满足α为2.93～4.39；其中；α为玻璃抗应力衰减指数；
WAl、WK、WMg和WB分别表示Al2O3、K2O、MgO和B2O3在铝硅酸盐玻璃中的质量百分比乘以100得到的数值。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，玻璃抗应力衰减指数α为2.93～4.39，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：2.93、2.99、3.33、3.36、3.46、3.5、3.53、3.72、3.75、3.79、3.91、3.99、4.23、4.39等。申请人认为，该玻璃抗应力衰减指数α代表玻璃在较高的强化温度下，抵抗应力松弛的能力。本发明玻璃的α优选为2.93～4.39，若α过低，则玻璃抵抗应力松弛的能力较差；若采用较高的强化温度，则CS大幅衰减，影响落摔性能；若α过高，虽然玻璃抵抗应力松弛的能力较强，但这也表明，经不同强化工艺，其性能差异不大，难以通过调整工艺提高落摔性能。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数(coefficient ofthermal expansion，简称“CTE”)为85×10-7℃-1～91×10-7℃-1，还可以选自如下任一种热膨胀系数值或任两种热膨胀系数值构成的区间：85×10-7℃-1、86.5×10-7℃-1、86.6×10-7℃-1、86.9×10-7℃-1、87×10-7℃-1、87.1×10-7℃-1、87.2×10-7℃-1、87.4×10-7℃-1、87.5×10-7℃-1、87.8×10-7℃-1、88.7×10-7℃-1、88.9×10-7℃-1、89.3×10-7℃-1、90×10-7℃-1、91×10-7℃-1等。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃的软化温度(Softening Temperature，简称“Ts”)为790℃～815℃，还可以选自如下任一种软化温度值或任两种软化温度值构成的区间：790℃、791℃、792℃、795℃、798℃、800℃、803℃、804℃、805℃、807℃、809℃、811℃、815℃等。
本申请中，如无特殊说明，软化温度是指玻璃黏度为107.65dPa×S时对应的温度；熔化温度是指玻璃黏度为102.0dPa×S时对应的温度；软化温度以及熔化温度采用如下方法测得：采用Orton RSV-1600高温黏度仪测试玻璃的高温黏度，得到温黏曲线数据，用VFT公式对全温度段玻璃粘度拟合，确定玻璃的软化温度(即黏度为107.65dPa×S的温度)和熔制温度(即黏度为102.0dPa×S的温度)。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃的熔化温度(Melting temperature，简称“Tm”)为1630℃～1670℃，还可以选自如下任一种熔化温度值或任两种熔化温度值构成的区间：1630℃、1632℃、1634℃、1635℃、1636℃、1637℃、1638℃、1644℃、1648℃、1653℃、1655℃、1661℃、1665℃、1670℃等。
在一些实施方式中，所述的铝硅酸盐玻璃中，热膨胀系数为(CTE)85×10-7℃-1～91×10-7℃-1；
本申请的第二方面，提供一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S100：按照配方混合原料获得配合料，所述配合料的组成与满足第一方面所述的铝硅酸盐玻璃的组成一致；
S200：将所述配合料进行加热处理、成型处理、退火处理和冷却处理，获得所述铝硅酸盐玻璃。
本申请中提供的铝硅酸盐玻璃的制备方法采用加热、成型、退火和冷却处理方法制得的铝硅酸盐玻璃，该工艺过程简单、步骤较少、加工温度较低而且能耗小。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述加热处理的温度为1650℃～1680℃，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1650℃、1660℃、1670℃、1680℃等。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述加热处理的时间为4h～8h，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：4h、5h、6h、7h、8h等。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，在进行加热处理之后，在进行成型处理之前，还包括第二保温处理。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述第二保温处理的温度为1600℃～1620℃，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1600℃、1610℃、1620℃等。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述第二保温处理的时间为0.5～1.5h，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h等。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述退火处理的温度为730℃～760℃，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：730℃、730℃、750℃、760℃等。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，所述退火处理的时间为2h～4h，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：2h、2.5h、3h、3.5h、4h等。
本申请的第三方面，提供一种强化玻璃的制备方法，包括以下步骤：于415～425℃的熔盐中，对原片玻璃进行化学强化处理4～6h，制备得到所述强化玻璃，其中，所述原片玻璃为第一方面所述的铝硅酸盐玻璃或第二方面所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。
本申请中提供的强化玻璃的制备方法采用较低的强化温度和较短的强化时间，可以制备得到离子交换深度较深、表面压应力较高且抗跌落高度较高的强化玻璃；该制备过程步骤简单且成本较低。
在一些实施方式中，在所述强化玻璃的制备方法中，进行化学钢化处理的温度为415℃～425℃，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：415℃、416℃、417℃、418℃、419℃、420℃、421℃、422℃、423℃、424℃、425℃等。
在一些实施方式中，在所述强化玻璃的制备方法中，进行化学钢化处理的时间为4h～6h，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：4h、4.5h、5h、5.5h、6h等。
在一些实施方式中，在所述强化玻璃的制备方法中，将该铝硅酸盐玻璃于420℃进行化学强化处理5h，得到的钢化玻璃的表面压应力值记为CS1，钢化玻璃的表面离子交换深度记为DOL1，测得的抗跌落高度为H1。
在一些实施方式中，所述的CS1为1038MPa～1288MPa，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1038MPa、1055MPa、1069MPa、1105MPa、1114MPa、1135MPa、1138MPa、1150MPa、1156MPa、1170MPa、1172MPa、1180MPa、1231MPa、1245MPa、1288MPa等。
在一些实施方式中，所述的DOL1为35μm～42μm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：35μm、35.6μm、35.8μm、37.2μm、37.5μm、37.7μm、38.2μm、38.4μm、38.7μm、39.1μm、39.6μm、39.8μm、40.5μm、41.2μm、42μm等。
在一些实施方式中，所述的H1为90mm～110mm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：90mm、92mm、96mm、98mm、99mm、101mm、104mm、105mm、107mm、108mm、110mm等。
本申请的第四方面，提供一种强化玻璃的制备方法，包括以下步骤：
获取原片玻璃，根据所述铝硅酸盐玻璃的组成获取玻璃抗应力衰减指数α的数值；其中，WAl、WK、WMg和WB分别表示Al2O3、K2O、MgO和B2O3在铝硅酸盐玻璃中的质量百分比乘以100得到的数值；所述原片玻璃为第一方面所述的铝硅酸盐玻璃或第二方面所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃；
根据所述α的数值所在区间选择相应的工艺条件对原片玻璃进行化学强化处理，制备得到所述强化玻璃；
其中，
当2.93≤α≤3.72时，于426℃～434℃及熔盐中，对所述原片玻璃进行化学强化处理2.8h～3.2h；
当3.72＜α≤4.39时，于436℃～444℃及熔盐中，对所述原片玻璃进行化学强化处理2.4h～2.6h。
在一些实施方式中，所述的制备方法中，当2.93≤α≤3.72时，将该铝硅酸盐玻璃于430℃进行化学强化处理3h。得到的钢化玻璃的表面压应力值记为CS2，钢化玻璃的表面离子交换深度记为DOL2，测得的抗跌落高度为H2。
在一些实施方式中，所述的CS2为1012MPa～1250MPa，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1044MPa、1012MPa、1075MPa、1092MPa、1110MPa、1132MPa、1154MPa、1250MPa等。
在一些实施方式中，所述的DOL2为38.1μm～42.6μm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：38.1μm、38.4μm、40.5μm、40.7μm、41.3μm、41.6μm、42μm、42.6μm等。
在一些实施方式中，所述的H2为130mm～150mm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：130mm、134mm、140mm、143mm、150mm等。
在一些实施方式中，在所述强化玻璃的制备方法中，当3.72＜α≤4.39时，将该铝硅酸盐玻璃于440℃进行化学强化处理2.5h。得到的钢化玻璃的表面压应力值记为CS3，钢化玻璃的表面离子交换深度记为DOL3，测得的抗跌落高度为H3。
在一些实施方式中，所述的CS3为1000MPa～1211MPa，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1000MPa、1070MPa、1101MPa、1123MPa、1140MPa、1193MPa、1211MPa等。
在一些实施方式中，所述的DOL3为39.5μm～46μm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：39.5μm、42.2μm、43.1μm、43.4μm、44.2μm、44.5μm、46μm等。
在一些实施方式中，所述的H3为133mm～160mm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：133mm、142mm、151mm、152mm、155mm、156mm、160mm等。
在一些实施方式中，所述的CS3为1000MPa～1211MPa，所述的DOL3为39.5μm～46μm。
本申请中，如无特别说明，将(CS2×DOL2)/(CS1×DOL1)或(CS3×DOL3)/(CS1×DOL1)定义为玻璃强化比例系数(简称“K”)，其物理含义为选择更适合的化学强化方法相较于普通的化学强化方法获得的玻璃强化程度的提升程度。可以理解地，根据玻璃抗应力衰减指数α选择更适合的化学强化方法，例如，当2.93≤α≤3.72选择将原片玻璃于430℃进行化学强化处理3h的更适合的化学强化方法时获得的钢化玻璃的性能比将原片玻璃于420℃进行化学强化处理5h的普通化学强化方法获得的钢化玻璃的性能更好((CS2×DOL2)＞(CS1×DOL1))；当3.72＜α≤4.39选择将原片玻璃于440℃进行化学强化处理2.5h的更适合的化学强化方法时获得的钢化玻璃的性能比将原片玻璃于420℃进行化学强化处理5h的普通化学强化方法获得的钢化玻璃的性能更好((CS2×DOL2)＞(CS1×DOL1))。
在一些实施方式中，玻璃强化比例系数(K)为1.045～1.07，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1.045、1.047、1.051、1.052、1.053、1.054、1.056、1.061、1.062、1.063、1.07等。
本申请中，如无特别说明，将H2/H1或H3/H1定义为玻璃抗跌落指数(简称“β”)，其物理含义为选择更适合的化学强化方法相较于普通的化学强化方法获得的玻璃的抗跌落性能的提升程度。可以理解地，根据玻璃抗应力衰减指数α选择更适合的化学强化方法，例如，当2.93≤α≤3.72选择将原片玻璃于430℃进行化学强化处理3h的更适合的化学强化方法时获得的钢化玻璃的性能比将原片玻璃于420℃进行化学强化处理5h的普通化学强化方法获得的钢化玻璃的抗跌落高度更高(H2＞H1)；当3.72＜α≤4.39选择将原片玻璃于440℃进行化学强化处理2.5h的更适合的化学强化方法时获得的钢化玻璃的性能比将原片玻璃于420℃进行化学强化处理5h的普通化学强化方法获得的钢化玻璃的抗跌落高度更高(H3＞H1)。
在一些实施方式中，所述的玻璃抗跌落指数(β)为1.41～1.48，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1.41、1.43、1.44、1.45、1.46、1.48等。
本申请的第五方面，提供一种强化玻璃，根据第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到。
本申请中提供的强化玻璃具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度，综合力学性能优异，较深的离子交换深度还有利于改善玻璃的表明硬度和抗划伤性能。
在一些实施方式中，所述强化玻璃的表面压应力为1000MPa～1250MPa，进一步可以为1038MPa～1288MPa、1012MPa～1250MPa或1000MPa～1211MPa，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：1000MPa、1012MPa、1038MPa、1044MPa、1055MPa、1069MPa、1070MPa、1075MPa、1092MPa、1101MPa、1105MPa、1110MPa、1114MPa、1123MPa、1132MPa、1135MPa、1138MPa、1140MPa、1150MPa、1154MPa、1156MPa、1170MPa、1172MPa、1180MPa、1193MPa、1211MPa、1231MPa、1245MPa、1250MPa、1288MPa等。
在一些实施方式中，所述强化玻璃的离子交换层深度为38μm～46μm，进一步可以为35μm～42μm、38.1μm～42.6μm或39.5μm～46μm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：35μm、35.6μm、35.8μm、37.2μm、37.5μm、37.7μm、38.1μm、38.2μm、38.4μm、38.7μm、39.1μm、39.5μm、39.6μm、39.8μm、40.5μm、40.5μm、40.7μm、41.2μm、41.3μm、41.6μm、42μm、42.2μm、42.6μm、43.1μm、43.4μm、44.2μm、44.5μm、46μm等。
在一些实施方式中，所述的抗跌落高度为90mm～160mm，进一步可以为90mm～110mm、130mm～150mm或133mm～160mm，还可以选自如下任一种数值或任两种数值构成的区间：90mm、92mm、96mm、98mm、99mm、101mm、104mm、105mm、107mm、108mm、110mm、130mm、133mm、134mm、140mm、142mm、143mm、150mm、151mm、152mm、155mm、156mm、160mm等。
本申请的第六方面，提供一种玻璃结构，包括第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到的强化玻璃或第五方面所述的强化玻璃。
本申请中提供的玻璃结构采用具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度的强化玻璃，具有较好的综合力学性能。
本申请的第七方面，提供一种第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到的强化玻璃或第五方面所述的强化玻璃或第六方面所述的玻璃结构在制备电子设备中的应用。
本申请中采用具有较深的离子交换深度、较高的表面压应力和较高的抗跌落高度的强化玻璃用于电子设备，可以有效改善电子设备的抗跌落性能，还有助于提升电子设备的使用寿命。
在一些实施方式中，所述的应用涉及制备电子设备的的显示元件的盖板，窗口或视窗的保护层。
本申请的第八方面，提供一种电子设备，包括第三方面或第四方面所述的制备方法制备得到的强化玻璃或第五方面所述的强化玻璃或第六方面所述的玻璃结构。
为了更易于理解及实现本发明，以下还提供了如下较易实施的、更为具体详细的实施例及对比例作为参考。
以下将对本发明的构思、具体实例及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明。提供这些说明的目的在于帮助解释本发明，不应当用来限制本发明的权利要求的范围。
如无特殊说明，以下各试验所用的原材料皆可从市场上常规购得。
实施例1
(1)铝硅酸盐的制备方法：
按照表1中实施例的组成，以1400g玻璃液为基准计算并称量相应配合料，研磨并混合均匀后，置于铂金坩埚中，将铂金坩埚置于升降炉中，加热至1650℃～1680℃，保温6h后降至1600℃～1620℃，再保温1h后将其浇筑于尺寸为195mm×105mm，且已加热至500℃～550℃的矩形石墨模具中，待其硬化后，转入已升至730～760℃的退火炉中，保温3h后，随炉冷却至室温，得到铝硅酸盐玻璃。
(2)强化玻璃的制备方法：
将该铝硅酸盐玻璃采用两种方法进行化学强化处理工艺：
第一种：直接将该铝硅酸盐玻璃于420℃进行化学强化处理5h(采用这种化学强化工艺制得的强化玻璃的表面压应力值记为CS1，钢化玻璃的表面离子交换深度记为DOL1，测得的抗跌落高度为H1)；
第二种：根据前述计算得到的玻璃抗应力衰减指数α的值所在的区间，选择不同的化学强化工艺。计算方法如下：将铝硅酸盐玻璃中的各组成的质量百分比乘以100获得的数值带入α的公式，
如果2.93≤α≤3.72时，将该铝硅酸盐玻璃于430℃进行化学强化处理3h(采用这种化学强化工艺制得的强化玻璃的表面压应力值记为CS2，钢化玻璃的表面离子交换深度记为DOL2，测得的抗跌落高度为H2；玻璃强化比例系数K的计算方式为K＝(CS2×DOL2)/(CS1×DOL1)，玻璃抗跌落指数的计算方法为β＝H2/H1)；如果3.72＜α≤4.39时，将该铝硅酸盐玻璃于440℃进行化学强化处理2.5h(采用这种化学强化工艺制得的强化玻璃的表面压应力值记为CS3，钢化玻璃的表面离子交换深度记为DOL3，测得的抗跌落高度为H3；玻璃强化比例系数K的计算方式为K＝(CS3×DOL3)/(CS1×DOL1)，玻璃抗跌落指数的计算方法为β＝H3/H1)。因实施例1中的铝硅酸盐玻璃的玻璃抗应力衰减指数α为2.93，则第二种化学强化处理的工艺为于430℃进行化学强化处理3h，得到强化玻璃；其中，化学强化熔盐为硝酸钾。
(3)对强化玻璃的加工和性能测试：
将其切割成175mm×95mm×0.7mm的薄片，双面研磨抛光，并进行CNC加工。
对强化后试样进行大理石落摔测试，以30cm为起始高度，每次增加5cm，直至破碎，记录破碎时的高度，每批次测试20片，取平均值。
取上述试样切割成25mm×7mm×1.1mm，采用耐驰DIL-402PC型卧式膨胀仪进行热膨胀系数(CTE)的测试。对于本发明的玻璃，热膨胀系数优选为(85～91)×10-7℃-1。主流的钠钙玻璃的热膨胀系数约为88×10-7℃-1，热膨胀系数上的匹配可以使本发明的玻璃可以较好的与钠钙玻璃进行贴合使用。
测试结果如表1所示。
本申请中，如无特别说明，强化玻璃的表面压应力值(Compressed Stress，简称“CS”)，钢化玻璃的表面离子交换深度(Depth of Layers，简称“DOL”)采用表面应力仪进行测试，可以选择FSM-6000LEUV，参照标准GB/T18144-2008测试钢化玻璃的表面应力值和表面应力层深度，测试时采用的光弹系数为27.5nm/(cm×MPa)，折射率为1.51。；大理石抗跌落高度H的测试方法参照标准《YD/T 1539-2019移动通信手持机可靠性技术要求和测试方法》，使用设备为整机跌落测试仪，型号为GP-2112-T。
实施例2～15
实施例2～15中的(1)铝硅酸盐的制备方法与实施例1中基本相同，不同之处在于玻璃的组成不同(可参考表1)。
实施例2～15中的(2)强化玻璃的制备方法中选取的第二种化学强化处理工艺根据计算得到的玻璃抗应力衰减指数α的不同存在区别。
实施例2～15中的(3)对强化玻璃的加工和性能测试：与实施例1中相同(相关参数和性能数值还可参见表1)。
实施例16
实施例16中的(1)铝硅酸盐的制备方法与实施例1中基本相同，不同之处在于玻璃的组成不同(可参考表1)。
实施例16中的(2)强化玻璃的制备方法中选取的第二种化学强化处理工艺选择于430℃进行化学强化处理3h。
实施例16中的(3)对强化玻璃的加工和性能测试：与实施例1中相同(相关参数和性能数值还可参见表1)。
实施例17
实施例17中的(1)铝硅酸盐的制备方法与实施例1中基本相同，不同之处在于玻璃的组成不同(可参考表1)。
实施例17中的(2)强化玻璃的制备方法中选取的第二种化学强化处理工艺选择于440℃进行化学强化处理2.5h。
实施例17中的(3)对强化玻璃的加工和性能测试：与实施例1中相同(相关参数和性能数值还可参见表1)。
表1实施例1～15的铝硅酸盐玻璃组成、性能及强化玻璃的性能
表1(续表)
从表1中实施例1～15的性能数据可知，本申请中提供的铝硅酸盐玻璃具有合适的热膨胀系数，有利于与钠钙玻璃贴合。采用更优的化学强化工艺(第二种化学强化工艺)即经过高温短时间的化学强化获得的强化玻璃，相对于普通的化学强化工艺(第一种化学强化工艺)，抗跌落性能或者说落摔性能均提高40％以上(β≥1.40)，且有利于节能。强化时间相对于传统工艺缩短2h以上，提高了加工效率。
实施例16和17中的铝硅酸盐的组成符合本申请的优选范围，但计算得到的α数值偏大，虽然具有合适的热膨胀系数，但不如实施例1～15中获得的强化玻璃的性能。具体如下：对实施例16和17采用更优的化学强化工艺(第二种化学强化工艺)即经过高温短时间的化学强化获得的强化玻璃，相对于普通的化学强化工艺(第一种化学强化工艺)，抗跌落性能或者说落摔性能提高的程度有限，实施例16和17分别提高了22％和24％(β分别等于1.22和1.24)。
对比例1
对比例1中的(1)铝硅酸盐的制备方法与实施例1中基本相同，不同之处在于玻璃的组成不同(可参考表2)。
对比例1中的(2)强化玻璃的制备方法中选取的第二种化学强化处理工艺选择于430℃进行化学强化处理3h。
对比例1中的(3)对强化玻璃的加工和性能测试：与实施例1中相同(相关参数和性能数值还可参见表2)。
对比例2
对比例2中的(1)铝硅酸盐的制备方法与实施例1中基本相同，不同之处在于玻璃的组成不同(可参考表2)。
对比例2中的(2)强化玻璃的制备方法中选取的第二种化学强化处理工艺选择于440℃进行化学强化处理2.5h。
对比例2中的(3)对强化玻璃的加工和性能测试：与实施例1中相同(相关参数和性能数值还可参见表2)。
对比例3
对比例3中的(1)铝硅酸盐的制备方法与实施例1中基本相同，不同之处在于玻璃的组成不同(可参考表2)。
对比例3中的(2)强化玻璃的制备方法中选取的第二种化学强化处理工艺选择于430℃进行化学强化处理3h。
对比例3中的(3)对强化玻璃的加工和性能测试：与实施例1中相同(相关参数和性能数值还可参见表2)。
表2对比例1～3的铝硅酸盐玻璃组成、性能及强化玻璃的性能
性能 对比例1 对比例2 对比例3
SiO2(％) 59 58 59
Al2O3(％) 13 17 16
Na2O(％) 15 13 13.5
K2O(％) 3 5.5 1
MgO(％) 5.2 3 3.5
B2O3(％) 4.8 3.5 7
Σ(％) 100 100 100
α 2.33 6.13 2.83
CTE(10-7℃-1) 88 92 82.4
Ts(℃) 762 783 780
Tm(℃) 1588 1620 1615
最佳强化工艺 2# 3# 2#
CS1(MPa) 855 932 1083
DOL1(μm) 31.0 44.1 33.5
CS2(MPa) 823 / 1050
DOL2(μm) 32.8 / 35.2
CS3(MPa) / 898 /
DOL3(μm) / 46.2 /
K 1.018 1.009 1.019
H1(mm) 85 97 86
H2(mm) 115 / 117
H3(mm) / 128 /
β 1.35 1.32 1.36
从表1中实施例1～17的性能数据可知，对比例1～3中的铝硅酸盐玻璃(原片玻璃)至少一种组分的含量超出前述“配方A1”(对比例1中的氧化铝含量较低，对比例2中的氧化镁含量较高，对比例3中的氧化硼含量较高)，计算得到的玻璃抗应力衰减指数α也偏离本申请的优选范围2.93～4.39。以原片玻璃经过两种化学强化工艺获得的强化玻璃的性能看，采用较高温度较短时间的化学强化工艺获得的强化玻璃的性能提升有限。
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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，按照质量百分比，包括以下组成：
58％～63％的SiO2、16％～20％的Al2O3、12％～15％的Na2O、0％～4％的K2O、3％～6％的MgO和3.1％～5％的B2O3。
2.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃满足α为2.93～4.39；其中；α为玻璃抗应力衰减指数；
WAl、WK、WMg和WB分别表示Al2O3、K2O、MgO和B2O3在铝硅酸盐玻璃中的质量百分比乘以100得到的数值。
3.根据权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
热膨胀系数为85×10-7℃-1～91×10-7℃-1；
软化温度为790℃～815℃；
熔化温度为1630℃～1670℃。
4.一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照配方混合原料获得配合料，所述配合料的组成与权利要求1或2所述的铝硅酸盐玻璃的组成一致；
将所述配合料进行加热处理、成型处理、退火处理和冷却处理，获得所述铝硅酸盐玻璃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，满足如下特征中的一个或多个：
所述加热处理的温度为1650℃～1680℃；
所述加热处理的时间为4h～8h；
所述退火处理的温度为730℃～760℃；
所述退火处理的时间为2h～4h。
6.一种强化玻璃的制备方法，其特征在于，于415～425℃的熔盐中，对原片玻璃进行化学强化处理4～6h，制备得到所述强化玻璃，其中，所述原片玻璃为权利要求1～3任一项中所述的铝硅酸盐玻璃或权利要求4或5所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。
7.一种强化玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取原片玻璃，根据所述铝硅酸盐玻璃的组成获取玻璃抗应力衰减指数α的数值；其中，WAl、WK、WMg和WB分别表示Al2O3、K2O、MgO和B2O3在铝硅酸盐玻璃中的质量百分比乘以100得到的数值；所述原片玻璃为权利要求1～3任一项中所述的铝硅酸盐玻璃或权利要求4或5所述的制备方法制备得到的铝硅酸盐玻璃；
根据所述α的数值所在区间选择相应的工艺条件对原片玻璃进行化学强化处理，制备得到所述强化玻璃；
其中，
当2.93≤α≤3.72时，于426℃～434℃及熔盐中，对所述原片玻璃进行化学强化处理2.8h～3.2h；
当3.72＜α≤4.39时，于436℃～444℃及熔盐中，对所述原片玻璃进行化学强化处理2.4h～2.6h。
8.一种强化玻璃，其特征在于，根据权利要求6或7所述的制备方法制备得到，满足如下特征中的一个或多个：
所述强化玻璃的表面压应力为1000MPa～1250MPa；
所述强化玻璃的离子交换层深度为38μm～46μm。
9.一种玻璃结构，其特征在于，包括权利要求6或7所述的制备方法制备得到的强化玻璃或权利要求8所述的强化玻璃。
10.一种权利要求6或7所述的制备方法制备得到的强化玻璃或权利要求8所述的强化玻璃或权利要求9所述的玻璃结构在制备电子设备中的应用。
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