一种铝硅酸盐玻璃用组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及玻璃领域，具体地，涉及一种铝硅酸盐玻璃用组合物、铝硅酸盐玻璃及 其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着显示技术的发展，液晶电视、平板电脑、移动电话、数码相机等电子产品都可 以看到触摸屏。目前触摸屏的主流产品是电容式触摸屏。在这些显示产品的使用过程中往 往发生接触和摩擦，加上不经意的刻划、碰触，由此产生的划痕直接造成触摸屏表面粗糙、 光洁度下降，影响使用效果，更有可能导致屏幕破裂。玻璃一直是显示技术发展中不可或缺 的材料，通过化学钢化改变玻璃表面的组成可以提高玻璃的强度，使得玻璃更好的应用于 显示器件的保护。
[0003] 然而，现有产品中，大多数作为保护用的盖板玻璃的膨胀系数较高(在70 Χ10-7-90 X1(T7/°C之间），主要是由于其中含有的碱金属使得玻璃的膨胀系数增大，导致其可能不适 用较低膨胀系数的玻璃制品，从而使得盖板玻璃的应用范围受到限制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种铝硅酸盐玻璃用组合 物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。
[0005] 本发明的发明人在研究中意外发现，利用含有Si〇2、Al2〇3、B2〇3、Na2〇、K2〇、MgO、ZnO 和Ce02的铝硅酸盐玻璃用组合物制备铝硅酸盐玻璃，能够制备得到低膨胀系数、熔化温度 合适、化学强化性能优良的铝硅酸盐玻璃，作为保护用盖板玻璃时，能够大大扩大其应用范 围。
[0006] 因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种铝硅酸盐玻璃用组合物， 该组合物含有 Si〇2、AI2O3、B2〇3、Na2〇、K2〇、MgO、ZnO 和 Ce〇2。
[0007] 第二方面，本发明提供了一种制备铝硅酸盐玻璃的方法，该方法包括将本发明所 述的铝硅酸盐玻璃用组合物依次进行熔融处理、退火处理、机械加工处理和化学强化处理。
[0008] 第三方面，本发明提供了上述方法制备得到的铝硅酸盐玻璃。
[0009] 第四方面，本发明提供了本发明所述的铝硅酸盐玻璃用组合物或铝硅酸盐玻璃在 制备显示器中的应用。
[0010] 本发明的铝硅酸盐玻璃用组合物含有Si02、Al2〇3、B2〇3、Na2〇、K2〇、MgO、Zn(^PCe〇2， 其中，B2〇3虽然对离子交换效果产生一定的负面影响，但是能够显著降低玻璃的脆性和膨胀 系数;Mg 2+离子为惰性气体构型，电子云不易于变形，极化率小，Zn2+离子外层电子结构属于 过渡金属离子18+2型结构，Zn 2+的外层电子较多（18个电子），电子云容易变形，可以通过极 化增加其共价成分，并降低配位进入网络结构，与形成体离子争夺氧离子的能力更强，这样 玻璃结构中〇 21寸似+的束缚降低，Na+很容易与K+交换，在本发明的一种优选的实施方式中， 以该组合物的重量为基准，B2〇3的含量为6-12wt%，MgO的含量为6-12wt%，ZnO的含量为 0.01-3wt%，MgO和ZnO之间的相互作用能够改善由B2O3造成的离子交换效果的降低，有利于 提高化学强化处理时的离子交换效果;Ce0 2的引入能够在高温下较好的排除玻璃液中的气 泡，提高玻璃液质量，有利于玻璃良品率的提升。
[0011] 利用本发明的铝硅酸盐玻璃用组合物制备得到的铝硅酸盐玻璃，熔化温度合适 (1450-1600°C)，气泡较少，线膨胀系数低(在25-300°C范围内的线膨胀系数为45X10- 7-60 X 1(T7/°C)，化学强化性能优良（强化后表面应力为450-520MPa，应力层深度为10-20μπι)，应 用于显示器件用盖板玻璃时，能够大大扩大其应用范围。
[0012] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0013] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0014] 第一方面，本发明提供了一种铝硅酸盐玻璃用组合物，该组合物含有Si〇2、Al2〇3、 B2O3、Na2〇、K2〇、MgO、ZnO 和 Ce〇2。
[0015] 本发明的组合物中，本发明的发明人在研究中进一步发现，以该组合物的重量为 基准，组合物中含有的31〇2、厶12〇3、82〇3、他2〇、1(2〇、]\^0、211〇和〇6〇2分别为57-66￥七％、9-15wt%、6_12wt%、1.8_7wt%、0· l_3wt%、6_12wt%、0.01_3wt%、0.01_lwt%时，能够提高 利用铝硅酸盐玻璃用组合物制备得到的铝硅酸盐玻璃的综合性能(包括低膨胀系数和优良 的化学强化性能），使得到的铝硅酸盐玻璃在25-300°C范围内的线膨胀系数为45 X 10-7-60 X 10-7/°C、表面应力为450-520MPa，应力层深度为10-20μπι。因此，优选情况下，以该组合物 的重量为基准，Si0 2的含量为57-66wt%，Α12〇3的含量为9-15wt%，Β2〇3的含量为6-12wt%， Na20的含量为1.8-7wt%，K20的含量为0· l_3wt%，MgO的含量为6-12wt%，ZnO的含量为 0.01-3wt%，Ce〇2的含量为0.01-lwt%。
[0016] 本发明的组合物中，Si02是构成玻璃骨架的成分，Si02含量的提高可以提高玻璃机 械强度，降低玻璃的介电性能，但玻璃的高温粘度也得到增加。Si0 2含量较低则不易形成玻 璃，使得应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性下降，耐碱性下降。考虑到熔化温度、析晶上限 温度、玻璃膨胀系数、机械强度等综合因素，因此，以该组合物的重量为基准，Si0 2的含量为 57-66wt%，进一步优选为59-62wt%。
[0017] 本发明的组合物中，Al2〇3有助于应变点、抗弯强度的改进，对化学钢强处理后的玻 璃强度具有较好的促进作用，在制备铝硅酸盐玻璃时，碱金属引入的非桥氧与Al 3+形成铝氧 四面体，该体积比硅氧四面体的大，在玻璃结构中产生更大的缝隙，有利于离子交换，最终 使得化学强化效果更好。但Al 2〇3含量过高，玻璃容易析晶，难以熔制。因此，综合考虑，优选 情况下，以该组合物的重量为基准，Al2〇3的含量为9-15wt%，进一步优选为10-13wt%。
[0018] 本发明的组合物中，B2〇3能够降低玻璃粘度，增加玻璃的强度和光透过率。B以硼氧 三面体的形式存在，能够降低玻璃的脆性，硼氧基本单位和硅氧基本单位可以联结成比硼 氧群更为复杂的组合络阴离子群，硼原子会以平面结构形式存在，使结构疏松，非桥氧数量 增加，但是过高的B 2〇3含量不利于后续玻璃强化处理中Na+与K+的离子交换。因此，综合考 虑，优选情况下，以该组合物的重量为基准，B 2〇3的含量为6-12wt%，进一步优选为7- 10wt% 〇
[0019] 本发明的组合物中，Na20是离子交换的主要物质，通过玻璃中的钠离子与熔盐中 的钾离子进行交换，让半径较大的钾离子与组合物中的钠离子相互交换位置，这样在玻璃 表面就产生了挤压作用，从而达到提高玻璃强度的效果。Na 20属于网络外体，起助熔作用， 使得玻璃熔化温度降低。因此，综合考虑，优选情况下，以该组合物的重量为基准，Na 20的含 量为1.8_7wt%，进一步优选为3.5_6wt%。
[0020] 本发明的组合物中，K20能够降低玻璃高温粘度，使玻璃的熔融性及成形性提高， 且在与Na+离子交换时通过互扩散提高化学强化中的离子交换速度来获得所需的表面应力 和加深应力层的厚度，还能改善玻璃耐失透性。因此，综合考虑，优选情况下，以该组合物的 重量为基准，K 20的含量为0. l-3wt %，进一步优选为1-2.5wt %。
[0021] 本发明的组合物中，MgO能够降低玻璃熔化温度，有利于玻璃的熔制，提高玻璃的 稳定性，抑制玻璃析晶倾向，提高弹性模量，超过一定量则会造成玻璃密度和膨胀系数增 高，使玻璃发生失透。因此，综合考虑，优选情况下，以该组合物的重量为基准，MgO的含量为 6_12wt%，进一步优选为8-lOwt%。
[0022]本发明的组合物中，ZnO处于网络空间，对周围硅氧四面体起积聚作用，能够增强 网络结构，提高玻璃应变点化学稳定性，同时改善玻璃化学强化强度，增加离子交换速度和 深度。因此，综合考虑，优选情况下，以该组合物的重量为基准，ZnO的含量为0.01 -3wt %，进 一步优选为0.8_2wt %。
[0023]本发明的组合物中，Ce02主要发挥氧化澄清作用，且Ce02环保无毒，澄清效果优良。 因此，综合考虑，优选情况下，以该组合物的重量为基准，Ce02的含量为0.01-lwt%，进一步 优选为 0.5-0.8wt %。
[0024]本发明的组合物中，利用其制备铝硅酸盐玻璃时，之所以能够使得铝硅酸盐玻璃 具有优良的综合性能，主要归功于组合物中3丨02^1203、8 203、似20、1(20、]\%0、2110和060 2之间 的配合作用，尤其是前述特定含量的各组分之间的相互配合。
[0025]本发明的组合物中，优选情况下，以该组合物的重量为基准，Si02的含量为59-62wt%，和/或
[0026] Al2〇3 的含量为 10_13wt%，和 / 或
[0027] B2〇3 的含量为 7-10wt%，和 / 或
[0028] Na20 的含量为 3.5_6wt%，和/或
[0029] K20 的含量为 l_2.5wt%，和 / 或 [0030] MgO的含量为8-10wt%，和/或 [0031] ZnO 的含量为0.8-2wt%，和/或
[0032] Ce〇2 的含量为 0.5_0.8wt%。
[0033] 进一步优选地，以该组合物的重量为基准，Si02的含量为59-62wt%，Al 2〇3的含量 为 10-13wt%，B2〇3的含量为7-10wt%，Na2