锆质铝硅酸盐玻璃及其制备方法_2

文档序号:9269756阅读:来源:国知局
CaO的含量过高时,对于厚度彡I. 3mm锆质铝硅酸盐玻璃进行化学强化时 会不利于钾钠离子交换,因此,控制CaO的质量百分比< 0. 5%。生产厚度大于2. 1_,应用 于交通工具如航空器材用前风挡、高铁机车机头前窗安全玻璃时,CaO+MgO的总质量百分比 彡12. 0%,优选为6· O~12. Ο%。
[0032] K2O和Na2O是网络外体氧化物,引入后能使硅氧四面体[SiO4]所形成的网络松弛 及断裂,从而解决了 SiO2难熔化的问题。因此,K2O和Na2O可以作为助熔剂,使得玻璃熔融 温度下降。K2O的质量百分比优选为2. O~8. 0%,更优选为3. O~7. 0%。Na2O的质量百 分比优选为10.0 ~15. 0%。
[0033] Na2O与K2O能降低玻璃的析晶倾向,增加玻璃的透明度和光泽。但当Na2O与K 2O的 质量之和太低时,造成玻璃融化困难;质量之和太高时,热膨胀系数将大幅度提高,应变点 显著降低。因此,优选地,K2O和Na2O的总质量百分比为12. O~20. 0%,并且Na2O含量要 大于K20, K2O和Na2O的质量比满足0. 03〈K20/Na20〈0. 75,如此有利于降低熔融温度,并在化 学强化过程中才有利于熔盐中的钾离子置换玻璃中的钠离子,使玻璃表面产生巨大的压应 力,实现玻璃力学性能的强化。
[0034] ZrO2作为进一步提高玻璃杨氏模量和耐化学性的组分,并能促进离子交换过程。 同时ZrO2作为一种中间氧化物,能够提高玻璃的粘度、硬度、弹性、折射率和化学稳定性并 降低热膨胀系数。但是ZrO2的含量过高时,具有增大结晶性趋势,并提高熔融温度。因此, ZrO2的质量百分比控制为0. 3~3. 0%,优选0. 3~1. 5%,更优选0. 3~1. 2%。
[0035] 此外,通过有效控制ZrOjP Al 203比例,能够提高玻璃的抗变形能力和屈服点温 度。ZrOjP Al 203 的质量比优选为 0. 01〈Zr0/Al 203〈0. 20,更优选为 0. 015〈Zr02/Al203〈0. 20。
[0036] 21〇2与SnO 2、CeO2同时使用能够进一步提高玻璃的耐化学稳定性。
[0037] 在制备时,由作为澄清剂组分之一的Na2SO4高温分解得到Na 20。似2304高温分解 的产物还有S03、SOjP O 2, Na2S04高温分解增加了玻璃种碱金属氧化物的含量,这将降低玻 璃的耐化学稳定性,而21〇2可以提高玻璃的耐化学稳定性,从而抵消Na 2S04分解后产生的 负面影响。
[0038] TiO2可以提尚刚性、破坏初性、提尚化学耐久性特别是提尚耐喊性。TiO 2的质量百 分比优选为0.001~1.0%,更优选为0.05~0.6%。
[0039] 1102与CeO 2同时使用可改善玻璃的熔融性,有利于降低熔融温度。优选地,TiO2和CeOjA总质量百分比< 1. 0%。
[0040] B2O3的加入可降低熔点,改善玻璃的熔融性,因此,一般的铝硅酸玻璃通常加入 B2O3。但加入B2O3会形成致密的[BO 4]网络,离子在玻璃中的迀移,这会对化学强化带来严 重的负面影响,降低离子交换的速度,无法达到高的表面压应力。上述锆质铝硅酸盐玻璃合 理配比1102与CeO2的量以降低熔融温度,无需使用B2O3,避免了 B2O3带来的负面影响。
[0041] CeO2除与SnO 2和ZrO 2协调起提高玻璃的耐化学稳定性的作用外,CeO 2在制备该 锆质铝硅酸盐玻璃时还起澄清作用。CeO2的质量百分比优选为0.0 l~1. 2%,
[0042] SnO2除与CeO 2和ZrO 2协调起提高玻璃的耐化学稳定性的作用外,SnO 2在制备该 锆质铝硅酸盐玻璃时主要起澄清作用。SnO2的质量百分比优选为0. 05~0. 5%。
[0043] 311〇2与CeO2同时使用可以改善最终锆质铝硅酸盐玻璃的外观颜色,因为CeO 2含量 较高,紫外线吸收增强,且吸收截止端向可见光推移,致使在锆质铝硅酸盐玻璃中出现明显 的黄色,所以利用SnO2R替部分CeO 2能提高产品的透过率。玻璃澄清剂中的NH 4N03还可以 在熔融阶段将Fe2+氧化成Fe 3+,在玻璃中Fe3+的着色要比二价形式弱得多,因此能够得到颜 色较佳的锆质铝硅酸盐玻璃的产品。
[0044] Fe2O3的含量过低会大幅度增加原材料成本,含量过高会影响透过率玻璃液在熔 融、澄清、退火、成型和退火时的透热性。并且,Fe2O3的含量合适才能使该锆质铝硅酸盐玻 璃的光线颜色较佳。因此,Fe2O3的含量控制为0. 010~0. 012%,可以提高玻璃的内在质量 和外在质量。
[0045] 在常规的铝硅酸盐玻璃中,一般添加 ZnO使硅氧四面体[SiO4]所形成的网络松 弛、断裂,但ZnO将增大结晶化趋势,上述锆质铝硅酸盐玻璃通过优化组分和配比,降低熔 融温度,无需添加 ZnO。
[0046] 上述锆质铝硅酸盐玻璃不含有Li20、B203、As 203、Sb203、F等有毒有害物质,不受限 于RoHS和Reach,能够广泛应用于电子产业中。并且,上述锆质铝硅酸盐玻璃的通过优化组 分和配比,使得在制备时熔融温度和澄清温度较低,且在较低的澄清温度下能够获得较佳 的澄清效果,气泡缺陷较少。
[0047] 上述锆质铝硅酸盐玻璃的厚度为0. 30mm~22mm。该锆质铝硅酸盐玻璃作为保护 玻璃可广泛应用于触摸屏、提款机、自助打印终端设备以及3D电视中,亦可作为安全玻璃 广泛应用于交通工具如航空器材用前风挡及高铁机车机头前窗。
[0048] 上述锆质铝硅酸盐玻璃采用浮法工艺制备。请参阅图1,上述锆质铝硅酸盐玻璃的 制备方法包括如下步骤:
[0049] 步骤 SllO :将石英砂、Na2C03、CaC03、KN03、K 2C03、NaN03、Mg0、Al203、Ce0 2、Sn02、锆英 砂、TiO2和玻璃澄清剂进行混合得到混合物,将混合物于1400°C~1520°C下保温1小时,使 混合物熔融,其中,玻璃澄清剂包括NH4NO3、Na2S04、CeOjP SnO 2。
[0050] 上述原料的配比使最终得到的锆质铝硅酸盐玻璃按质量百分比计,包括如下组 分:Si025 5 . 0 ~68. 0 % ;Α12035· 0 ~20. 0 % ;CaO 0 ~5. 0 % ;MgO 0 ~10. 0 % ;K201. 0 ~ 8. 0 % ;Na20 10. 0 ~17. 0 % ;Ce020 . 01 ~2. 0 % JiO20.00 1 ~2. 0 % ;Zr020 . 3 ~3. 0 % ; SnO20.0 1~L 5%及Fe2O30.0 10~0.012%。其中,K2O和Na2O的总质量百分比为12.0~ 20. 0 %,且K2O和Na2O的质量比满足0. 03〈K20/Na20〈0. 75 ;CaO和MgO的总质量百分比 < 12. 0%〇
[0051] 其中,石英砂为超纯低铁石英砂,以使锆质铝硅酸盐玻璃的Fe2O3的质量百分比为 0· 010~0· 012%,总含铁量小于150ppm。
[0052] 上述玻璃澄清剂,见1以03高温分解后在最终得到的锆质铝硅酸盐玻璃中没有残留, Na2SO4作为澄清剂组分之一,同时作为Na2O的来源,&0 2和SnO2分别作为澄清剂的组分之 一,并保留于最终得到的锆质铝硅酸盐玻璃中。
[0053] 由于NH4NO3的强氧化作用,使Sn和Ce以四价的形式稳定下来,避免过早的释放出 氧气。在温度较高的澄清阶段,大部分的Sn02& CeO 2分解为SnO及Ce 203,并释放出氧气气 泡,溶解在玻璃液中的气泡扩散到这些氧气气泡中,从而带动气泡上升,没有上升的小气泡 在澄清阶段结束时再被吸收,也就是在低温下被SnO、Ce2O3吸收,而在这个吸收过程中SnO 及Ce2O3再被氧化成SnO 2及CeO 2,使得玻璃的气泡含量极少。似4〇4在高温下分解成Na 20和 S03, SO3气体形成气泡融合玻璃液中的其他气泡,气泡进一步长大后浮到玻璃液表面释放到 环境中,因此在玻璃中起到澄清作用,进一步减少玻璃的气泡含量。因此,使用包含ΝΗ4Ν03、 Na2S04、&02和SnO 2的复合澄清剂,有利于降低澄清温度并提高澄清效果。
[0054] 优选地,順4吣3与Na2SO 4的质量比为0· 2~3
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