一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用，该玻璃用组合物含有SiO2、Al2O3、B2O3、Fe2O3、ZrO2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物，还公开了一种玻璃及其制备方法和应用。本发明制备得到的玻璃具有较高的应变点、软化点和硬度等优异的机械性能，且本发明制得的玻璃的钢化效果也较好。因此，本发明制得的特殊性能的玻璃较适用于浮法工艺的触摸屏盖板。
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及玻璃制造领域，具体地，涉及一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法 和应用。 _种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用
【背景技术】
[0002] 目前，触摸屏(Touch panel)已经成为了我们生活中必不可少的一部分，人们使用 的液晶电视、智能手机、平板电脑、ATM机等各种终端基本都依赖于触摸操作，触摸屏是由盖 板玻璃、OCA光胶、导电银浆/ITO导电膜和基板等组成。未来触摸屏的三大发展趋势为大屏、 超薄和超高透明，但是对于起保护作用的盖板玻璃来说，同时具有超薄度和高强度是一项 技术难题。化学钢化技术是钢化Imm厚度以下的超薄玻璃的常用技术，玻璃组分中的小离子 被钢化液中的大离子置换，在玻璃表面形成一层耐冲击、耐磨损的压应力层，从而达到强化 玻璃的目的。因此，盖板玻璃配方设计显得尤为重要。此外，超薄盖板玻璃气泡缺陷影响盖 板玻璃钢化效果最为明显，微小气泡深入玻璃内部，直接大大降低了盖板玻璃在抗弯、抗压 和硬度等机械性能。但是，现有技术并没有一种机械性能和钢化效果兼具的较适合于触摸 屏盖板的玻璃及其制备方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服现有技术中玻璃的机械性能和钢化效果不能同时兼具 而不适用于触摸屏盖板的缺陷，提供一种玻璃用组合物和玻璃及其制备方法和应用。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供了一种玻璃用组合物，该玻璃用组合物含有Si02、 Al2〇3、B2〇3、Fe2〇3、Zr〇2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。
[0005] 优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为54-68重量％ ,Al2O3的含 量为10-15重量％，B2〇3的含量为0.5-5重量％ ,Fe2O3的含量为0.01-2重量％，Zr〇2的含量为 〇. 5-5重量％，ZnO的含量为0.5-5重量％，碱金属氧化物的含量为8-23重量％，碱土金属氧 化物的含量为〇. 5-24重量％，稀土金属氧化物的含量为0.01-1.5重量％。
[0006] 更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为56-64重量％，
[0007] 更优选地，Al2〇3的含量为11-14重量％，
[0008] 更优选地，B2〇3的含量为0.8-2.7重量％，
[0009] 更优选地，Fe2O3的含量为0.02-0.3重量％，
[0010] 更优选地，ZrO2的含量为0.5-3重量％，
[0011] 更优选地，ZnO的含量为1.2-4重量％，
[0012] 更优选地，碱金属氧化物的含量为8-18重量％，
[0013] 更优选地，碱土金属氧化物的含量为5-22重量％，
[0014] 更优选地，稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2重量％。
[00? 5] 更优选地，所述碱金属氧化物为Na2O、K20和Li 2O中的至少一种，更优选为Na2O和/ 或Κ2〇，更优选为Na2O和Κ2〇的混合物。
[0016] 更优选地，Na2O和K2O的混合物中Na2O和K 2O的重量比>1.0。
[0017] 优选地，所述碱土金属氧化物为MgO、CaO、SrO、BaO和BeO中的至少一种，更优选为 MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一种，更优选为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物。
[0018] 更优选地，MgO、CaO、SrO和BaO的混合物中的MgO与MgO、CaO、SrO和BaO混合物的总 重量比> 0.6。
[0019] 优选地，所述稀土金属氧化物为Ce〇2、Y2〇3和La2〇3中的至少一种，更优选为Ce〇2和/ 或Y2〇3，更优选为CeO2和Y2O3的混合物。
[0020] 更优选地，CeO2和Y2O3的混合物中CeO 2和Y2O3的重量比< 0.5。
[0021] 第二方面，本发明提供了一种玻璃的制备方法，该方法包括:将上述玻璃用组合物 依次进行混合、熔融、均化、成型和退火。
[0022]第三方面，本发明提供了上述方法制备的玻璃。
[0023]本发明制得的玻璃的膨胀系数可以为70-90(l(T7/°C)，应变点高于560°C，退火点 高于600°C，软化点高于800°C，维氏硬度大于800Kgf/mm2,钢化强度大于900MPa，压应力层 深度大于35μηι。
[0024]第四方面，本发明提供了上述玻璃作为触摸屏盖板的应用。
[0025]本发明的玻璃用组合物中通过加入澄清剂Fe2O3和稀土金属氧化物复合使用，能够 显著提高制得的玻璃的透光度，其中，Fe2O3的加入可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动， 避免产生微气泡缺陷，并且其与稀土金属氧化物的配合使用，不仅能够增强玻璃液的澄清 效果，而且还能够中和铁离子的着色，使玻璃接近于无色，使得玻璃的透光度增加，例如可 以使得每公斤盖板玻璃中泡径>〇.Olmm内的气泡不可见;其次，本发明的玻璃用组合物中 还含有ZnO和ZrO 2,不仅可以提高盖板玻璃的应变点和硬度等机械性能，而且可大幅降低融 化温度，降低生产成本;第三，本发明组合物中稀土金属氧化物的存在，使得制得的玻璃更 适合于化学钢化处理，使之能达到更高的强度，可以有效使得显示器设备触屏盖板玻璃更 加坚固和更加耐划，从而延长触摸屏产品的使用寿命。
[0026] 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】
[0027] 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。
[0028] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或 值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各 个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个 新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0029] 本发明提供了一种玻璃用组合物，该玻璃用组合物含有Si02、Al20 3、B203、Fe203、 Zr〇2、ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。
[0030] 优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为54-68重量％ ,Al2O3的含 量为10-15重量％ ,B2O3的含量为0.5-5重量％ ,Fe2O3的含量为0.01-2重量％，Zr02的含量为 〇. 5-5重量％，ZnO的含量为0.5-5重量％，碱金属氧化物的含量为8-23重量％，碱土金属氧 化物的含量为〇. 5-24重量％，稀土金属氧化物的含量为0.01-1.5重量％。
[0031]更优选地，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量为56-64重量％，
[0032]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，Al2O3的含量为11-14重量％ ;
[0033]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，B2O3的含量为0.8-2.7重量％;
[0034]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，Fe2O3的含量为 0.02-0.3重量％ ;
[0035]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，ZrO2的含量为 0.5-3 重量 ％;
[0036]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，ZnO的含量为1.2- 4重量％ ;
[0037]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，碱金属氧化物的 含量为8_18重量％ ;
[0038]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，碱土金属氧化物 的含量为5-22重量％ ;
[0039]为了显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果，优选地，稀土金属氧化物 的含量为〇. 1_1.2重量％。
[0040]在本发明一种优选的实施方式中，以玻璃用组合物的总重量为基准，SiO2的含量 为56-64重量％，六12〇3的含量为11-14重量％，132〇3的含量为0.8-2.7重量％，？62〇3的含量为 0.02-0.3重量％，ZrO 2的含量为0.5-3重量％，ZnO的含量为1.2-4重量％，碱金属氧化物的 含量为8-18重量％，碱土金属氧化物的含量为5-22重量％，稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2重量％，从而能够显著提高制备得到的玻璃的机械性能和钢化效果。
[0041 ]根据本发明所述的组合物，所述碱金属氧化物可以为本领域常规的各种碱金属氧 化物，优选地，所述碱金属氧化物为Na2〇、K2〇和Li2〇中的至少一种，更优选为Na2〇和/或K2〇， 进一步优选为Na 2O和K2O的混合物，从而能够显著提高制备得到的玻璃的钢化效果。
[0042]本发明的发明人在研究中发现，当所述碱金属氧化物为Na2O和K2O的混合物，且 Na2O和K2O的重量比>1.0,优选为2-5时，从而能够进一步提高制备得到的玻璃的钢化效果。 [0043]根据本发明所述的组合物，所述碱土金属氧化物可以为本领域常规的各种碱土金 属氧化物，优选为MgO、CaO、SrO、BaO和BeO中的至少一种，更优选为MgO、CaO、SrO和BaO中的 至少一种，进一步优选为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物，从而能够显著提高制备得到的玻璃 的硬度等机械性能。
[0044]本发明的发明人在研究中发现，当所述碱土金属氧化物为MgO、CaO、SrO和BaO的混 合物，且MgO与MgO、CaO、SrO和BaO混合物的总重量比2 0.6，优选为0.6-0.8时，从而能够进 一步提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能和钢化效果。
[0045]根据本发明所述的组合物，所述稀土金属氧化物可以为本领域常规的各种稀土金 属氧化物，优选为Ce〇2、Υ2Ο3和La2〇3中的至少一种，更优选为Ce〇2和/或Υ2Ο3，进一步优选为 CeOdPY2O3的混合物，从而能够显著提高制备得到的玻璃的综合性能。
[0046]本发明的发明人在研究中发现，当所述稀土金属氧化物为CeOdPY2O3的混合物，且 CeOdPY2O3的重量比< 0.5，优选为0.2-0.5时，从而能够进一步提高制备得到的玻璃的综合 性能。
[0047]第二方面，本发明提供了一种玻璃的制备方法，该方法包括:将上述玻璃用组合物 依次进行混合、熔融、均化、成型和退火。
[0048]根据本发明所述的方法，所述熔融条件包括:温度为1450-1580 °C，时间为4-10h。 本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的熔融温度和熔融时间，此为本领域技术人员 所熟知，在此不再赘述。
[0049]根据本发明所述的方法，所述均化为本领域常规的均化方式，例如可以为通过搅 拌使得玻璃液中的气泡逸出且玻璃液中各组分均匀分布。
[0050] 根据本发明所述的方法，所述成型为本领域常规的成型方式，例如其可以在不锈 钢模具中进行，也可以通过浮法、溢流法或下拉法进行，具体步骤和条件参数为本领域公知 技术，在此不再赘述。
[0051] 根据本发明所述的方法，优选情况下，退火的条件包括:温度等于或者高于600°C， 时间为l_3h。本领域技术人员可以根据实际情况确定具体的退火温度和退火时间，此为本 领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
[0052] 根据本发明所述的方法，该方法还可以包括:将退火后的玻璃降温至室温后进行 加工处理。
[0053]本发明的方法中，对于加工处理没有特别的限定，可以为本领域常见的各种机械 加工方式，例如可以为将退火处理得到的产物进行切割、研磨、抛光等。
[0054]第三方面，本发明还提供了上述方法制备的玻璃。
[0055] 本发明制得的玻璃的膨胀系数可以为70-90(l(T7/°C)，应变点高于560°C，退火点 高于600°C，软化点高于800°C，维氏硬度大于800Kgf/mm 2,钢化强度大于900MPa，压应力层 深度大于35μηι。
[0056] 第四方面，本发明提供了上述玻璃作为触摸屏盖板的应用。
[0057] 根据本发明所述的应用，玻璃在制成触摸屏盖板产品前可以进行化学钢化，其中 化学钢化的方法为本领域各种公知的方法，例如化学钢化的方法可以包括:钢化液为KNO 3 熔融液，温度为400-500 °C，时间为I_6h。
[0058]优选地，本发明制得的特殊性能的玻璃作为浮法工艺的触摸屏盖板。
[0059] 实施例
[0060] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的 各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。
[0061 ]化学钢化的方法为:将所得到的玻璃进行研磨和抛光，加工成50 X 50 X Imm的规格 的玻璃试样，在温度440 °C的KNO3熔盐中，化学强化时间5小时，进行离子交换处理，使玻璃 表面的Na+离子与上述处理液中的K +离子进行离子交换，得到化学钢化玻璃。
[0062]以下实施例和对比例中，参照ASTM E-228使用卧式膨胀仪测定50-350°C的玻璃热 膨胀系数。
[0063] 参照ASTM E-384使用维氏硬度计测定玻璃维氏硬度。
[0064] 参照ASTM C-336测定玻璃退火点和应变点。
[0065] 参照ASTM C-338测定软化点。
[0066]使用FSM-6000LE表面应力仪测定化学强化后玻璃的表面钢化强度和压应力层厚 度。
[0067] 实施例1-8
[0068] 按照表1和2所示称量各组分，混匀，将混合料倒入铂铑坩埚中，然后在1500°C电阻 炉中加热6小时，并使用铂金棒搅拌以排出气泡。将熔制好的玻璃液浇注入不锈钢铸铁磨具 内，成形为规定的块状玻璃制品，然后将玻璃制品在退火炉中，在600°C下退火2小时，关闭 电源随炉冷却到25°C。将玻璃制品进行切割、研磨、抛光，然后用去离子水清洗干净并烘干， 制得玻璃成品，在测试前将该玻璃成品进行化学钢化。分别对各玻璃成品的各种性能进行 测定，结果见表1和2。
[0069] 表1
[0074] 实施例9-14
[0075] 按照实施例6的方法，不同的是，混合料成分和得到的产品的性能测定结果见表3。
[0076] 表 3
[0078] 对比例1-3
[0079] 按照实施例6的方法，不同的是，混合料成分和得到的产品的性能测定结果见表4。
[0080] 表 4
[0082]将表1 -3和表4中的数据比较可知，本发明制备得到的玻璃具有较高的应变点、软 化点和硬度等优异的机械性能，且本发明制得的玻璃的钢化效果也较好。因此，本发明制得 的特殊性能的玻璃较适用于浮法工艺的触摸屏盖板，虽然对比例1制得的玻璃的应变点、退 火点、软化点均较高，但是它是无碱玻璃，不具有化学强化的能力，无法作为盖板玻璃使用。 [0083] 将实施例1与实施例9比较可以看出，Na2O和K2O的重量比>1.0时，能够进一步提高 制备得到的钢化效果。
[0084] 将实施例1与实施例10比较可以看出，当碱金属氧化物为Na2O和K2O时，从而能够显 著提高制备得到的玻璃的钢化效果。
[0085] 将实施例1与实施例11比较可以看出，当MgO与MgO、CaO、SrO、和BaO混合物的总重 量比2 0.6时，从而能够进一步提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能。
[0086]将实施例1与实施例12比较可以看出，当碱土金属氧化物为Mg0、Ca0、Sr0和BaO的 混合物时，能够显著提高制备得到的玻璃的硬度等机械性能。
[0087] 将实施例1与实施例13比较可以看出，当CeO2和Y2O3的重量比<0.5时，能够进一步 提高制备得到的玻璃的综合性能。
[0088]将实施例1与实施例14比较可以看出，当稀土金属氧化物为CeOdPY2O3的混合物 时，能够进一步提高制备得到的玻璃的综合性能。
[0089]本发明的玻璃用组合物中通过加入澄清剂Fe2O3和稀土金属氧化物复合使用，能够 显著提高制得的玻璃的透光度，其中，Fe2O3的加入可以平衡原料内部氧化还原气氛的波动， 避免产生微气泡缺陷，并且其与稀土金属氧化物的配合使用，不仅能够增强玻璃液的澄清 效果，而且还能够中和铁离子的着色，使玻璃接近于无色，使得玻璃的透光度增加，例如可 以使得每公斤盖板玻璃中泡径>〇.Olmm内的气泡不可见;其次，本发明的玻璃用组合物中 还含有ZnO和ZrO 2,不仅可以提高盖板玻璃的应变点和硬度等机械性能，而且可大幅降低融 化温度，降低生产成本;第三，本发明组合物中稀土金属氧化物的存在，使得制得的玻璃更 适合于化学钢化处理，使之能达到更高的强度，可以有效使得显示器设备触屏盖板玻璃更 加坚固和更加耐划，从而延长触摸屏产品的使用寿命。
[0090]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这 些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0091] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0092] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1. 一种玻璃用组合物，其特征在于，该玻璃用组合物含有Si〇2、Al2〇3、B 2〇3、Fe2〇3、Zr〇2、 ZnO、碱金属氧化物、碱土金属氧化物和稀土金属氧化物。2. 根据权利要求1所述的玻璃用组合物，其特征在于，以玻璃用组合物的总重量为基 准，Si02的含量为54-68重量％，Al 2〇3的含量为10-15重量％，B2〇3的含量为0.5-5重量％， Fe2〇3的含量为0. (Π -2重量％，Zr02的含量为0.5-5重量％，ZnO的含量为0.5-5重量％，碱金 属氧化物的含量为8-23重量％，碱土金属氧化物的含量为0.5-24重量％，稀土金属氧化物 的含量为0.01-1.5重量％。3. 根据权利要求2所述的玻璃用组合物，其特征在于，以玻璃用组合物的总重量为基 准，Si02的含量为56-64重量％ ; 优选地，AI2O3的含量为11-14重量％ ; 优选地，B2〇3的含量为0.8-2.7重量％ ; 优选地，Fe2〇3的含量为0.02-0.3重量％ ; 优选地，Zr02的含量为0.5-3重量％ ; 优选地，ZnO的含量为1.2-4重量％ ; 优选地，碱金属氧化物的含量为8-18重量％ ; 优选地，碱土金属氧化物的含量为5-22重量％ ; 优选地，稀土金属氧化物的含量为0.1-1.2重量％。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的玻璃用组合物，其特征在于，所述碱金属氧化物 为Na20、K20和Li 20中的至少一种，优选为Na20和/或K20,更优选为Na20和K 20的混合物。5. 根据权利要求4所述的玻璃用组合物，其特征在于，Na20和Κ20的混合物中Na20和Κ 20的 重量比>1.0。6. 根据权利要求1-3中任意一项所述的玻璃用组合物，其特征在于，所述碱土金属氧化 物为180、〇3〇、5抑、83〇和86〇中的至少一种，优选为1%0、〇3〇、51〇和83〇中的至少一种，更优 选为MgO、CaO、SrO和BaO的混合物。7. 根据权利要求6所述的玻璃用组合物，其特征在于，MgO、CaO、SrO和BaO的混合物中的 MgO与MgO、CaO、SrO和BaO混合物的总重量比2 0.6。8. 根据权利要求1-3中任意一项所述的玻璃用组合物，其特征在于，所述稀土金属氧化 物为Ce02、Y 203和La203中的至少一种，优选为Ce02和/或Y 203,更优选为Ce02和Y203的混合物。9. 根据权利要求8所述的玻璃用组合物，其特征在于，Ce02和Υ2〇3的混合物中Ce0 2和Υ2〇3 的重量比<0.5。10. -种玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括:将权利要求1-9中任意一项所述的 玻璃用组合物依次进行混合、熔融、均化、成型和退火。11. 根据权利要求1 〇所述的方法制备的玻璃。12. 权利要求11所述的玻璃作为触摸屏盖板的应用。
【文档编号】C03C3/095GK105859129SQ201610213522
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】闫冬成, 胡恒广, 王丽红, 何豪, 刘攀, 张广涛, 李俊锋
【申请人】东旭科技集团有限公司, 东旭集团有限公司