铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用与流程

1.本公开涉及玻璃生产技术领域，尤其涉及一种铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。


背景技术：

2.铝硅酸盐玻璃通常用作车载显示屏保护玻璃，汽车行业的发展对车载显示屏的性能提出了更高要求。一方面，需要铝硅酸盐玻璃具备良好的机械性能，以获得更好的抗外界冲击能力和抗划伤能力；另一方面，需要铝硅酸盐玻璃具备更低的软化点温度以降低热弯难度，提高良品率。
3.现有技术用于实现铝硅酸盐玻璃良好机械性能和较低软化点温度的技术方案中常常采用较多种成分和/或采用一些较为昂贵的成分，这导致铝硅酸盐玻璃的生产成本较高。


技术实现要素：

4.本公开所要解决的一个技术问题是：现有技术在改善铝硅酸盐玻璃的机械性能和成型性能时因采用较多种成分和/或采用一些较为昂贵的成分而导致生产成本较高。
5.为解决上述技术问题，本公开实施例提供一种铝硅酸盐玻璃，按质量百分比计，其包含：60-78％的sio2、3-13％的al2o3、5-18％的na2o、0-1％的k2o、0-8％的mgo以及0-5％的cao，并且sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和大于97％，铝硅酸盐玻璃的软化点温度低于800℃，铝硅酸盐玻璃在化学强化后表面压应力至少为700mpa。
6.在一些实施例中，sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和大于99.5％。
7.在一些实施例中，按质量百分比计，铝硅酸盐玻璃包含：66-76％的sio2、3-8％的al2o3、10-18％的na2o、0-0.8％的k2o、2-6％的mgo以及0-4％的cao。
8.在一些实施例中，软化点温度低于750℃；和/或表面压应力至少为750mpa。
9.在一些实施例中，按质量百分比计，铝硅酸盐玻璃还包含0-0.12％的fe2o3以及0-0.05％的so3。
10.在一些实施例中，铝硅酸盐玻璃不包含以下中的至少一种：b2o3、p2o5、li2o、zno。
11.在一些实施例中，定义k1＝(na2o的质量百分比含量+k2o的质量百分比含量)/(mgo的质量百分比含量+cao的质量百分比含量)，且k1为1-4。
12.在一些实施例中，定义k2＝k2o的质量百分比含量/na2o的质量百分比含量，且k2为0-0.1。
13.本公开实施例还提供一种根据以上任一实施例所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括：将原料混合后依次进行熔化、澄清、均化、成型和退火处理，以获得铝硅酸盐玻璃。
14.本公开实施例还提供根据以上任一实施例所述的铝硅酸盐玻璃在屏幕盖板玻璃中的应用。
15.通过上述技术方案，本公开提供的铝硅酸盐玻璃能够在保证良好机械性能(化学强化后表面压应力至少为700mpa)和易成型性(软化点温度低于800℃)的基础上简化配方及采用更为便宜的成分，有利于降低生产成本。
附图说明
16.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本公开示例实施例制备的铝硅酸盐玻璃的透光率随波长变化示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，本公开可以以许多不同的形式实现，不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
19.本公开提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
20.需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是大于或等于两个；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
21.此外，本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。
22.还需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。
23.本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
24.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
25.本公开提供一种铝硅酸盐玻璃，按质量百分比计，其包含：60-78％的sio2、3-13％的al2o3、5-18％的na2o、0-1％的k2o、0-8％的mgo以及0-5％的cao，并且sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和大于97％，铝硅酸盐玻璃的软化点温度低于800℃，铝硅酸盐玻璃在化学强化后表面压应力(cs)至少为700mpa。
26.在本公开的实施例中，采用sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao作为主要成分(这些成分的质量百分比含量总和大于97％)，只有不到3％的含量为其他成分(其中包含不可避免的杂质和/或生产过程中掺入的其他物质)。这些主要成分一共涉及六种成分，使得配方得以简化，并且这些主要成分总体上较为便宜，使得本公开提供的铝硅酸盐玻璃能够在保证良好机械性能(化学强化后表面压应力至少为700mpa)和易成型性(软化点温度低于800℃)的基础上降低生产成本。
27.在本公开的玻璃用组分中，sio2是玻璃的网络形成体，是构成玻璃骨架的必要的成分，其含量越高越能提高玻璃的化学耐久性，越能提高玻璃的机械强度。但随着sio2含量的增高，玻璃配合料的熔化温度、粘度也随之增高，这不仅导致玻璃熔融困难、能耗增加，也不利于热弯成形。若sio2含量太低，则玻璃结构松散、容易失透，不利于化学耐久性的提高。本公开中sio2的质量百分比含量为60-78％能够较好地兼顾玻璃组分熔解和机械强度方面的要求。
28.在本公开的玻璃用组分中，al2o3是中间体氧化物，用作玻璃形成剂，能极大地改善玻璃的化学稳定性，可降低玻璃的析晶倾向，降低膨胀系数，同时也是提高玻璃硬度和机械强度的必要成份。若al2o3含量过低，则不利于提高玻璃的强度和耐候性，玻璃的本征强度和耐候性不理想，强化效率低；若含量高于13％时，则玻璃的熔解温度会上升，熔解难度提高，同时玻璃液的均化也变得困难，易产生条纹等缺陷，不利于量产化，软化点温度也会上升，不利于热弯成形。本公开中al2o3的质量百分比含量为3-13％能够较好地兼顾玻璃机械强度和热弯成形方面的要求。
29.在本公开的玻璃用组分中，na2o作为玻璃中网络外体氧化物，能提供游离氧使si-o键断开，起到助熔作用，从而降低铝硅酸盐玻璃的粘度和熔制温度，同时也能降低玻璃的软化点温度，还是化学强化必须的物质，通过与氧化钾离子的交换而形成表面压缩应力及应力层。na2o的含量过低，则玻璃的熔解温度过高，不利于玻璃的熔制和成型，且不利于na
+
与k
+
的化学交换；na2o的含量过高，会增大线热膨胀系数，降低玻璃的强度和耐候性等性能，且na2o挥发量增大，易导致铝硅酸盐玻璃成分不均一。因此，综合考虑，本公开中na2o的质量百分比含量为5-18％。
30.在本公开的玻璃用组分中，k2o和na2o同属于碱金属氧化物，同样作为玻璃中网络外体氧化物，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”，在助熔的同时，可以改善玻璃液的料性和玻璃的耐化性和耐候性等性能；此外，k2o还具有提高离子交换速度、获得更大表面压缩应力和应力层深度的效果。因此，综合考虑，本公开中k2o的质量百分比含量为0-1％。
31.在本公开的玻璃用组分中，mgo可以改善玻璃液的料性，具有大幅提升玻璃的抗压能力，降低高温粘度，使玻璃易于熔化的特点。mgo的加入能适当降低铝硅酸盐玻璃的澄清
温度，可消除配合料中未熔解的缺陷。同时mgo的加入有利于玻璃离子交换过程中形成的压缩应力，但mgo含量过高，也会影响玻璃的网络骨架，增大玻璃的析晶倾向，进而影响玻璃的抗压强度、耐候性、化学强化效率等性能。因此，综合考虑，本公开中mgo的质量百分比含量为0-8％。
32.在本公开的玻璃用组分中，cao可以促进玻璃的熔解和调整玻璃成型性，是使玻璃稳定化的必要成分。但是含量过多时，玻璃则会容易出现析晶，热膨胀系数也会大幅变大，脆性增大，并且cao严重阻碍碱金属离子交换。因此，在要保证dol(应力层深度)的情况下，优选减少其含量。综合考虑，本公开中cao的质量百分比含量为0-6％。
33.在一些实施例中，按质量百分比计，铝硅酸盐玻璃包含：66-76％的sio2、3-8％的al2o3、10-18％的na2o、0-0.8％的k2o、2-6％的mgo以及0-4％的cao。
34.在本公开的铝硅酸盐玻璃中，sio2的质量百分比含量可以为61％、63％、65％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、72.5％、73％、73.5％、74％、74.5％、75％、76％、77％，以及任意两个相邻质量百分比含量之间的任意数值。在本公开的铝硅酸盐玻璃中，al2o3的质量百分比含量可以为3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、7％、9％、11％、13％，以及任意两个相邻质量百分比含量之间的任意数值。在本公开的铝硅酸盐玻璃中，na2o的质量百分比含量可以为6％、8％、10％、12％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、18％，以及任意两个相邻质量百分比含量之间的任意数值。在本公开的铝硅酸盐玻璃中，k2o的质量百分比含量可以为0、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％，以及任意两个相邻质量百分比含量之间的任意数值。在本公开的铝硅酸盐玻璃中，mgo的质量百分比含量可以为0、1％、2％、3％、4％、5％、6％、8％，以及任意两个相邻质量百分比含量之间的任意数值。在本公开的铝硅酸盐玻璃中，cao的质量百分比含量可以为0、1％、2％、3％、4％、5％，以及任意两个相邻质量百分比含量之间的任意数值。
35.在一些实施例中，在铝硅酸盐玻璃中，sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和例如可以为97.3％、97.5％、97.8％、98％、98.3％、98.5％、98.8％、99％、99.3％、99.5％。在一些实施例中，在铝硅酸盐玻璃中，sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和可以大于99.5％，例如可以为99.55％、99.6％、99.65％、99.7％、99.75％、99.8％、99.85％、99.9％、99.95％。从而可以进一步减少除sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao之外其他成分的含量，进一步简化配方。
36.在一些实施例中，铝硅酸盐玻璃不包含以下中的至少一种：b2o3、p2o5、li2o、zno。现有技术的铝硅酸盐玻璃中通常包含这些成分，这些成分相比而言更为昂贵，本公开避免采用这些成分中的一种或多种以降低生产成本。铝硅酸盐玻璃可以不包含b2o3、p2o5、li2o、zno中的任意一种、任意两种、任意三种或全部。
37.在一些实施例中，铝硅酸盐玻璃除包含sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao之外，按质量百分比计，还包含0-0.12％的fe2o3以及0-0.05％的so3。铁质可以为本公开的非必要成分，但是在其他原料及生产线中都将导致铁质物质的引入，fe2o3将使玻璃呈黄色，feo将使玻璃呈蓝色，两者共同作用下将使玻璃呈绿色。需将原料中fe2o3的质量百分比含量控制在小于0.12％的范围，才可以使生产的铝硅酸盐玻璃不会因为铁离子的存在而着色，更优选地可以小于0.05％，最优选为不含铁质。so3作为玻璃熔化时的澄清剂，其质量百分比含量控制在小于0.05％的范围内，更优选地可以小于0.01％，最优选为不含so3。
38.在一些实施例中，基于本公开配方制备的玻璃的软化点温度可以低于775℃，还可以进一步低于750℃，例如可以在730-745℃的范围内。基于本公开配方制备的玻璃在化学强化后表面压应力至少为725mpa，进一步至少为750mpa，例如可以在755-815mpa的范围内。
39.在一些实施例中，定义k1＝(na2o的质量百分比含量+k2o的质量百分比含量)/(mgo的质量百分比含量+cao的质量百分比含量)，且k1为1-4。本公开的发明人发现，将k1限制在1-4的范围内有利于促进离子交换，提高表面压应力值，增强表面抗压、抗划伤能力，k1例如可以为2。
40.在一些实施例中，定义k2＝k2o的质量百分比含量/na2o的质量百分比含量，且k2为0-0.1。本公开的发明人发现，将k2限制在0-0.1的范围内有利于控制翘曲，k2例如可以为0.02。
41.本公开还提供一种根据以上任一实施例所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括：将原料混合后依次进行熔化、澄清、均化、成型和退火处理，以获得铝硅酸盐玻璃。
42.本公开还提供根据以上任一实施例所述的铝硅酸盐玻璃在屏幕盖板玻璃中的应用。
43.综上所述，通过本公开的技术方案，能够提高铝硅酸盐玻璃抗外界冲击能力和抗划伤能力，能够降低铝硅酸盐玻璃软化点温度使其便于热弯成型、提高良品率，还能够简化配方以降低生产成本。
44.下面根据具体的实施例进行说明。
45.在实施例1至实施例10中，采用浮法工艺，将玻璃原料组分混合后依次进行熔化、澄清、均化、成型和退火工序，最后切割得到厚度为1.1mm的玻璃板。实施例1至实施例10的玻璃组分及其质量百分比含量如表1所示。
46.表1实施例1至实施例10的玻璃成分及质量百分比含量
[0047][0048][0049]
将上述玻璃板在360-450℃的熔融的钠盐与钾盐的盐浴中通过离子交换进行化学强化，即用半径较大的碱金属阳离子来置换存在于玻璃中的半径较小的碱金属阳离子，从而在玻璃表面形成产生压缩应力(cs)的层，该压缩层从表面延伸至玻璃内部的深度为压缩应力层深度dol，得到含碱铝硅酸盐化学强化玻璃。表2示出实施例1至实施例10的玻璃性能测试值。
[0050]
表2实施例1至实施例10的玻璃性能
[0051][0052]
其中，t2表示粘度达到102dpa
·
s时的温度；t4表示粘度达到104dpa
·
s时的温度；t
l
表示失透温度，利用研钵将玻璃粉碎成约2mm的玻璃粒，将该玻璃粒并排放置在铂舟皿中，并在温度梯度炉中以10℃的增幅进行24小时热处理，晶体析出玻璃粒的最高温度即为失透温度。
[0053]
由表2可知，实施1至实施例10的铝硅酸盐玻璃软化点在731-745℃，软化温度较低，便于热弯成形；化学强化后玻璃cs在755-811mpa，dol在8.75-11.55μm，机械强度得到大幅度提升。
[0054]
图1示出铝硅酸盐玻璃的透光率随波长变化示意图，如图1所示，铝硅酸盐玻璃在520nm波长处的透光率(t％)为92.2％，能够满足车载显示屏保护玻璃的光学要求。
[0055]
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
[0056]
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。

技术特征：
1.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，按质量百分比计，包含：60-78％的sio2、3-13％的al2o3、5-18％的na2o、0-1％的k2o、0-8％的mgo以及0-5％的cao，并且sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和大于97％，所述铝硅酸盐玻璃的软化点温度低于800℃，所述铝硅酸盐玻璃在化学强化后表面压应力至少为700mpa。2.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，sio2、al2o3、na2o、k2o、mgo以及cao的质量百分比含量总和大于99.5％。3.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，按质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃包含：66-76％的sio2、3-8％的al2o3、10-18％的na2o、0-0.8％的k2o、2-6％的mgo以及0-4％的cao。4.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述软化点温度低于750℃；和/或所述表面压应力至少为750mpa。5.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，按质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃还包含0-0.12％的fe2o3以及0-0.05％的so3。6.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃不包含以下中的至少一种：b2o3、p2o5、li2o、zno。7.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，定义k1＝(na2o的质量百分比含量+k2o的质量百分比含量)/(mgo的质量百分比含量+cao的质量百分比含量)，且k1为1-4。8.根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于，定义k2＝k2o的质量百分比含量/na2o的质量百分比含量，且k2为0-0.1。9.一种根据权利要1-8任一项所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，包括：将原料混合后依次进行熔化、澄清、均化、成型和退火处理，以获得所述铝硅酸盐玻璃。10.权利要求1-8任一项所述的铝硅酸盐玻璃在屏幕盖板玻璃中的应用。

技术总结
本公开提供一种铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。铝硅酸盐玻璃按质量百分比计，包含：60-78％的SiO2、3-13％的Al2O3、5-18％的Na2O、0-1％的K2O、0-8％的MgO以及0-5％的CaO，并且SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、MgO以及CaO的质量百分比含量总和大于97％，铝硅酸盐玻璃的软化点温度低于800℃，铝硅酸盐玻璃在化学强化后表面压应力至少为700MPa。本公开能够在保证良好机械性能和易成型性的基础上简化配方及采用更为便宜的成分，有利于降低生产成本。有利于降低生产成本。有利于降低生产成本。


技术研发人员：顾宗辉 任少林 李东
受保护的技术使用者：山东沂新光电科技有限公司
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/10/20