一种适于电助熔的高铝玻璃组分的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝硅酸盐玻璃技术领域，具体涉及一种适于电助熔的高铝玻璃组分。
【背景技术】
[0002] 高铝玻璃是一种含铝量较高的铝硅酸盐玻璃，化学强化处理后的机械强度高、表 面硬度大，具有优良的力学性能，在韧性和抗划伤等方面表现突出，因此该玻璃作为触摸屏 和手写功能的显示产品优选保护盖板材料，能有效提高显示效果和延长使用寿命。随着美 国苹果公司推出iPhone手机和iPad平板电脑，极大地促进了触摸屏的市场化进程。
[0003] 随着电子产品的升级，作为保护构件的触摸屏盖板玻璃，其抗划伤、抗冲击性能要 求也更高，为了提高触摸屏盖板玻璃的强度，在玻璃成分中引入的氧化铝含量越来越高，由 于Al 2O3的熔点在2050°C，因此熔化铝硅酸盐玻璃更加困难、需要的熔化温度更高。为了得 到熔化良好的铝硅酸盐玻璃，现有技术中铝硅酸盐玻璃的熔制需要采用纯氧池炉熔化加电 助熔技术或全电熔化技术，一是提高了玻璃中金属氧化物的含量，减小玻璃的高温粘度和 熔化温度；二是玻璃熔池安装电助熔辅助加热装置，使玻璃液靠焦耳热效应，自身发热，不 依赖空间温度，可以使玻璃液温度升高，提高玻璃的熔化效率，利于节能降耗，同时保护熔 窖大殖耐火材料，延长大殖的寿命；而玻璃在提高氧化错、金属氧化物的成分后，玻璃的电 阻率减小，在电助熔辅助加热输出功率不变的情况下，热效率降低，能耗增加，同时对玻璃 质量有不利的影响。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种适于电助熔的高铝玻璃组分。
[0005] 本发明为完成上述目的采用如下技术方案： 一种适于电助熔的高铝玻璃组分，所述高铝玻璃的组分包括有Si02、Al203、Na 20和MgO ; 所述3102的质量百分比为59~61%41 203的质量百分比为：14~16%，似20的质量百分比 为：7~9%，MgO的质量百分比为6~8% ;所述高铝玻璃的组分还包括有Cs20、Y2O3、ThO2 和B2O3;所述Cs 20, Y203, Th02, B2O3的质量百分比分别为：3. 5%~4. 5%，1%~2%，0· 5%~ I. 5%，0. 5%~1. 5% ;其中，Cs2O的质量百分数：Na20的质量百分数=0. 5 :1 ;所述高铝玻璃 在1400°C高温条件下的电阻率为9. 0~13. 0 Ω · cm，导热系数λ为25. 0~25. 5X KT4 cal/cm · °C · s，20-400°C热膨胀系数为 66 ~71X10-7 ΧΤ1，莫氏硬度为 5. 12 ~5. 30。 [0006] 高铝玻璃中Na2O由纯碱、芒硝引入，其中芒硝在高铝玻璃的制备中作为澄清剂，在 玻璃形成过程中，芒硝分解为氧化钠、二氧化硫和氧气，二氧化硫和氧气起到澄清作用，分 解反应产生的氧化钠则留在玻璃中；芒硝含率为5%，即芒硝引入Na 2O量占玻璃中总Na2O量 的百分比为5% ;纯碱在玻璃反应过程中，分解为二氧化碳和氧化钠，二氧化碳放出去了，氧 化钠留在玻璃中，但纯碱不是澄清剂，只是助熔剂；二者分解温度不同，纯碱分解温度低，提 供硅酸盐玻璃形成所必须的氧化钠，芒硝分解温度高，在玻璃基本形成后分解，带走残留气 体，起到澄清作用。
[0007] 本发明玻璃的制备方法为：用低铁石英砂引入SiO2，氢氧化铝引入Al2O 3，纯碱、芒 硝引入Na2O,重质碳酸镁引入MgO,碳酸铯引入Cs2O,硼酸引入B 2O3, Y2O3、ThO2用化工原料 氧化钇和氧化钍粉料；按照组分所给出的质量百分比精确称量并均匀混合，制备成配合料； 将此配合料在玻璃熔炉中进行熔制，温度达到1650°C，熔制时间为4小时；Fe 203、Ti02、CaO 均为原料引入的杂质，SO3为澄清剂芒硝分解后溶入玻璃残留部分，熔化和成形温度与普 通高铝玻璃基本一致。
[0008] 下面简述一下本发明的各组分性质：
[SiO2] SiO2是玻璃网络形成体氧化物，能提高玻璃的机械强度、化学稳定性、热稳定性等，但 它又是较难熔化的物质；SiO2含量范围为59%~61%。
[0009] Al2O3] Al2O3和SiO2共同构成玻璃主体。它的存在使玻璃具有高的化学稳定性和优良的材料 力学性能，能有效地改善玻璃失透性和耐水性，同时，Al2O3对玻璃的电阻率有特殊的影响； 当引入Al 2O3少时，玻璃的电阻率随之增加；当Al 203的含量高于6%时，随着Al 203含量的增 加，有较多的[AlO4]四面体形成，使玻璃结构松弛，网络孔隙增大，电阻率降低。Al 2O3含量 范围为14%~16%。
[0010] [MgO] MgO是网络外体氧化物，能显著降低玻璃的高温粘度，提高玻璃的低温粘度，使玻璃能 够在高温时易于熔融；同时二价金属氧化物也能增加玻璃的电阻率，对导阻率的影响随离 子半径的增大而减小。
[0011] [Na 20]+ [Cs2O] Na2O是助熔剂，可降低玻璃的高温粘度和熔化温度，同时是玻璃导电的主要离子载电 体；但Na2O的引入降低了玻璃的机械强度、化学稳定性和热稳定性等，也是造成玻璃发霉的 根源； Cs2O也是助熔剂和玻璃导电的离子载电体，Cs+的离子半径较大，离子运动受到阻力较 大。
[0012] Na2O和Cs2O同时存在时，会有"混合碱效应"，大大提高玻璃的电阻率两种碱金属 离子半径相差愈大，此效应越显著；Na 2O含量太低时，效果不明显；因此优选Na2O的含量范 围为7-9% ;优选Cs2O的含量范围为3. 5-4. 5%，且Cs20/Na20=0. 5。
[0013] [B2O3] B2O3能降低玻璃的粘度和热膨胀系数，便于玻璃的熔化和改善热性能；同时，B2O 3使玻 璃结构致密，增加玻璃的电阻率。但B2O3容易挥发，侵蚀熔窑耐火材料，含量不易太高；优选 B2O3含量范围为2~3%。
[0014] [Y2O3] + [ThO2] Y2O3和ThO 2能改善玻璃的光学性能和机械性能，降低玻璃热膨胀系数，Y 203和ThO 2能 填充于网络孔隙，阻碍碱金属离子移动，提高玻璃的电阻率；含量高时，玻璃难熔、成本增 加。优选Y2O 3含量范围为1~2% ;优选ThO 2含量范围为0. 5~1. 5%。
[0015] [Fe2O3]+[ Ti O2] + [CaO] + [SO3] Fe2O3和TiO2均会使玻璃显示颜色，但原料又不可避免的引入这些微量元素，通过选择 原料控制Fe2O3和1102的含量；CaO在玻璃后续加工过程中造成应力松弛，影响化学钢化效 果，因此尽量严格控制；303是由澄清剂芒硝引入的，芒硝分解后，多数SO2排放出去，少部分 以SO 3形式溶解于玻璃中。
[0016] 为保证本发明成分的玻璃产品有一个良好的内在质量及玻璃加工质量，严格控制 玻璃的铁、钛和氧化钙，[Fe 203]+[ Ti O2]+ [CaO] + [SO3]控制在0·5~1·0%范围内。
[0017] 本发明提出的提出一种适于电助熔的高铝玻璃组分，具有电阻率高、导热系数高 的特点，采用电助熔或电加热时，有助于发挥玻璃的焦耳热效应，提高玻璃熔化质量，降低 能耗和生产成本；同时玻璃的硬度、热膨胀系数性能也得到改善，更易于满足触摸屏、飞机 风挡等高强度玻璃的质量要求。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，所给出的实施例不构成对本发明的 任何限制： 一种适于电助熔的高铝玻璃组分，所述高铝玻璃的组分包括有Si02、Al203、Na 20和MgO ; 所述3102的质量百分比为59~61%41 203的质量百分比为：14~16%，似20的质量百分比 为：7~9%，MgO的质量百分比为6~8% ;所述高铝玻璃的组分还包括有Cs20、Y2O3、ThO2 和B2O3;所述Cs 20, Y203, Th02, B2O3的质量百分比分别为：3. 5%~4. 5%，1%~2%，0· 5%~ I. 5%，0. 5%~1. 5% ;其中，Cs2O的质量百分数：Na20的质量百分数=0. 5 :1 ;所述高铝玻璃 在1400°C高温条件下的电阻率为9. 0~13. 0 Ω · cm，导热系数λ为25. 0~25. 5X KT4 cal/cm · °C · s，20-400°C热膨胀系数为 66 ~71X10-7 ΧΤ1，莫氏硬度为 5. 12 ~5. 30。
[0019] 用低铁石英砂引入SiO2，氢氧化铝引入Al2O 3，纯碱、芒硝引入Na2O,重质碳酸镁引 入MgO,碳酸铯引入Cs2O,硼酸引入B 2O3, Y2O3、ThO2用化工原料氧化钇和氧化钍粉料；澄清 剂芒硝含率为5% ;按照组分所给出的质量百分比精确称量并均匀混合，制备成配合料。将 此配合料在玻璃熔炉中进行熔制，温度达到1650°C，熔制时间为4小时。
[0020] 实施例组分如表1所示，按照表1实施例组分熔制玻璃性能如表2所示。
[0021] 表 1
【主权项】
1. 一种适于电助熔的高铝玻璃组分，所述高铝玻璃的组分包括有SiO 2、A1203、Na2O和 MgO;所述3102的质量百分比为59~61%，Al 203的质量百分比为：14~16%，Na2O的质量 百分比为：7~9%，MgO的质量百分比为6~8%;其特征在于：所述高铝玻璃的组分还包括 有 Cs20、Y2O3、ThOdP B 203;所述 Cs 20, Y2O3, ThO2, B2O3的质量百分比分别为：3. 5% ~4. 5%， 1%~2%，0. 5%~I. 5%，0. 5%~1. 5% ;其中，Cs2O的质量百分数：Na20的质量百分数=0. 5 :1 ; 所述高铝玻璃在1400°C高温条件下的电阻率为9.0~13.0 Q Mm,导热系数A为25.0~ 25. 5X10-4 cal/cm.°C.s，20-400°C 热膨胀系数为 66 ~71X10-7 XT1，莫氏硬度为 5. 12 ~ 5. 30〇
【专利摘要】本发明属于铝硅酸盐玻璃技术领域，公开一种适于电助熔的高铝玻璃组分。高铝玻璃的组分包括有SiO2、Al2O3、Na2O和MgO；高铝玻璃的组分还包括有Cs2O、Y2O3、ThO2和B2O3；所述Cs2O，Y2O3，ThO2，B2O3的质量百分比分别为：3.5%～4.5%， 1%～2%，0.5%～1.5%，0.5%～1.5%；高铝玻璃在1400℃高温条件下的电阻率为9.0～13.0 Ω·cm，导热系数λ为25.0～25.5×10-4 cal/cm·℃·s，20-400℃热膨胀系数为66～71×10-7 ℃-1，莫氏硬度为5.12～5.30。本发明具有电阻率高、导热系数高的特点，采用电助熔或电加热时，有助于发挥玻璃的焦耳热效应，提高玻璃熔化质量，降低能耗和生产成本。
【IPC分类】C03C3-095
【公开号】CN104860532
【申请号】CN201510235020
【发明人】赵会峰, 姜宏, 鲁鹏, 周莉, 潘国治, 赖新宇, 费晓勇
【申请人】海南中航特玻科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月11日