玻璃、化学强化玻璃及其制备方法和显示装置用盖板玻璃和显示装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种玻璃、化学强化玻璃及其制备方法和显示装置用盖板玻璃和显示装置，解决了玻璃的力学性能有待提高的问题。本发明的玻璃由如下质量百分含量的组分组成：SiO256％?65％，Al2O3 5％?16％，Na2O 10％?15％，K2O 2％?8％，ZnO 1％?5％，La2O3 0.01％?3％，Fe2O3 0.01％?1％，SnO 0.5％?3％。本发明提供的玻璃具有高折射率、高抗弯强度、高弹性模量及化学强化效果好的特点。
【专利说明】
玻璃、化学强化玻璃及其制备方法和显示装置用盖板玻璃和 显W装置
技术领域
[0001] 本发明设及玻璃生产技术领域，尤其设及一种玻璃、化学强化玻璃及其制备方法 和显示装置用盖板玻璃和显示装置。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，触摸屏应用范围已变得越来越广泛，从工业用途的工厂设备的 操作系统、公共信息查询的电子查询设施、商业用途额提款机，到消费性电子的移动电话、 PDA、数码相机等都可看到触摸屏幕。
[0003] 具有触摸屏幕和手写功能的显示产品常优选玻璃材料作为盖板玻璃(也称为保护 盖板、保护玻璃、覆盖玻璃或覆盖板等），上述盖板玻璃作为触摸屏最外层的保护构件，性能 要求较高，需要具有高透过率、抗划伤、抗冲击、高初性、低密度、轻便性等特点;上述盖板玻 璃能有效提高电子产品的显示效果，但是在使用过程中，电子设备常受到冲击破损和表面 划伤的威胁，因此，为了提高盖板玻璃的表面硬度而更好的保护电子产品，常通过化学强化 处理手段改变盖板玻璃表面的组成W提高该玻璃的耐冲击性和耐磨性。上述盖板玻璃经过 化学强化后可有效保护电子产品的显示屏幕表面不被损坏，提高上述盖板玻璃的防划伤和 抗冲击能力，延长电子产品的使用寿命。
[0004] 常用的化学强化处理方法是用钟离子替换玻璃表层的钢离子而在玻璃表面形成 离子交换层，进而达到强化玻璃表面的目的。经过化学强化的玻璃作为显示装置的盖板玻 璃可有效保护显示装置不被破坏，但在使用时若碰到较大的外力破坏，并不能较好的保护 显示装置免受破坏。传统的盖板玻璃所用的化学强化玻璃力学性能和化学强化效果有待改 进，尤其在防刮伤性、耐磨性及抗弯曲能力方面还有待提高，W便更好的保护显示装置的屏 幕及延长电子产品的使用寿命。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种玻璃、化学强化玻璃及其制备方法和显示装 置用盖板玻璃和显示装置，主要目的是提高玻璃的力学性能。为达到上述目的，本发明主要 提供了如下技术方案：
[0006] -方面，本发明提供了一种玻璃，所述玻璃由如下质量百分含量的组分组成： SiO; 56%-65%,
[0007] /\1乱 5%-16〇石， 侃:0 10%-巧％， KzQ 2%-8%, ZnO
[000引 13:0.0.:0拘-3椎， 妃孤0·：化密-1%， SnO： 0.劇-身％。
[0009]作为优选，所述Si化的质量百分含量为58%-63% ;
[0010] 所述A!203的质量百分含量为10%-15%;
[00川所述Na20的质量百分含量为 [001^ 所述Κ20的质量百分含量为4%-7%;
[OOU]所述ZnO的质量百分含量为2%-4%;
[0014]所述La2〇3的质量百分含量为1%-2.5% ;
[0015] 所述Fe2〇3的质量百分含量为0.2%-0.9% ;
[0016] 所述SnO的质量百分含量为1%-3%。
[0017]作为优选，所述Si化的质量百分含量为59%-62% ;
[001引所述A!2化的质量百分含量为;
[0019] 所述Na2〇的质量百分含量为12%-14%;
[0020] 所述Κ2〇的质量百分含量为5%-7% ;
[0021] 所述化0的质量百分含量为2%-3% ;
[0022] 所述La2〇3的质量百分含量为1.3%-2.5% ;
[0023] 所述Fe2〇3的质量百分含量为0.4%-0.8% ;
[0024] 所述SnO的质量百分含量为1%-2.5%。
[00巧]作为优选，所述玻璃的密度为2.5g/cm3-2.64g/cm3;所述玻璃在溫度为50°c-35(rc 条件下的热膨胀系数为80.6Xl0-7-85.7Xl0-シ°C;所述玻璃的杨氏模量为85.4GPa- 89.2GPa;所述玻璃的应变点为61(rC-63(rC;所述玻璃的维氏硬度为529-563;所述玻璃的 折射率为1.581-1.590;所述玻璃的抗弯强度为875MPa-925MPa。
[0026] 另一方面，本发明实施例提供了上述玻璃的制备方法，所述玻璃是采用浮法成型 制备的板状玻璃。
[0027] 另一方面，本发明实施例提供了一种化学强化玻璃，所述化学强化玻璃是将上述 玻璃进行化学强化处理后得到。
[0028] 作为优选，所述化学强化玻璃的表面压应力为816.6MPa-881.9MPa;所述化学强化 玻璃的压应力层深度为46.祉m-50.4μπι;所述化学强化玻璃的维氏硬度为637-685;所述化 学强化玻璃的抗弯强度为939MPa-982MPa。
[0029] 另一方面，本发明实施例提供了上述化学强化玻璃的制备方法，包括对上述玻璃 进行离子交换处理的化学强化步骤。
[0030] 另一方面，本发明实施例提供了一种显示装置用盖板玻璃，所述盖板玻璃的材料 为上述化学强化玻璃。
[0031] 又一方面，本发明实施例提供了一种显示装置，所述显示装置包括盖板玻璃，所述 盖板玻璃为上述显示装置用盖板玻璃。
[0032] 作为优选，所述显示装置为移动电话、数码相机、平板电脑或薄型电视机。
[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0034] 本发明针对玻璃力学性能有待提高的技术问题，通过合理设计玻璃中各组分间的 含量配比，各组分间发挥协同作用，互相配合，使得到的玻璃具有高折射率、高抗弯强度、高 弹性模量及化学强化效果好的优点，因此也较好的推动了化学强化玻璃与电子产品的研究 及应用。
【具体实施方式】
[0035] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，W下结合 较佳实施例，对依据本发明申请的【具体实施方式】、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。 下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0036] 实施例1
[0037] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 60%，Al2化11%，化2〇 15%，Κ2〇5.5%，ΖηΟ 4%，La2〇3 1.5%，Fe2〇3 l%，SnO 2%;
[003引将称好的玻璃原料混合均匀形成玻璃混合料，将上述玻璃混合料倒入相蜗中，将 盛有玻璃混合料的相蜗放置于高溫炉内进行烙融，设置烙融溫度为145(TC，玻璃混合料烙 融后得到玻璃液，将上述玻璃液在1450°C保溫均化4小时，为了使玻璃成分均匀，保溫期间 使用销金棒揽拌上述玻璃液，通过揽拌使得玻璃液中的气泡逸出且使玻璃液中各组分均匀 分布，将上述玻璃液诱注入提前预热好的不诱钢铸铁模具内并经过固化成型得到玻璃块， 将上述玻璃块放置于退火炉中退火，退火结束后关闭电源，将上述玻璃块随炉冷却至室溫； 为了方便测试该玻璃的性能，采用全自动内圆切片机将常溫的上述玻璃块切成若干个厚度 为0.7mm的玻璃片，采用行星式双面研磨抛光机对上述玻璃片进行研磨抛光后得到测试样 品，即1号玻璃。
[0039] 实施例2
[0040] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 57%，Al2化16%，化2〇 11%，Κ2〇7.7%，ΖηΟ 3%，La2〇3 2%，Fe2〇3 0.8%，Sn0 2.5%;
[0041] 本实施例2按照上述配方准备原料，W实施例1的方法制备得到本实施例2的测试 样品，即2号玻璃;其中，烙融溫度为1500°C，保溫均化时间为6小时。
[0042] 实施例3
[0043] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 58%，Al2化14%，化2〇 14%，Κ2〇7%，ΖηΟ 3.5%，La2〇3 l%，Fe2〇3 0.5%，Sn0 2%;
[0044] 本实施例3按照上述配方准备原料，W实施例1的方法制备得到本实施例3的测试 样品，即3号玻璃;其中，烙融溫度为1550°C，保溫均化时间为8小时。
[0045] 实施例4
[0046] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 61%，Al2化13%，化2〇 12%，Κ2〇6%，ΖηΟ 2.5%，La2〇3 2.5%，Fe2〇3 0.6%，Sn0 2.4%;
[0047] 本实施例4按照上述配方准备原料，W实施例1的方法制备得到本实施例4的测试 样品，即4号玻璃;其中，烙融溫度为1580°C，保溫均化时间为10小时。
[004引实施例5
[0049] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 62%，Al2化12%，化2〇 13%，Κ2〇5%，ΖηΟ 2%，La2〇3 2.8%，Fe2〇3 0.2%，Sn0 3%;
[0050] 本实施例5按照上述配方准备原料，W实施例4的方法制备得到5号玻璃。
[0化1 ] 实施例6
[0化2] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 63%，Al2化15%，化2〇 12.5%，K20 4.5%，Zn0 1.5%，La2〇3 1.2%，Fe2〇3 0.4%，Sn0 1.9%;
[0053]本实施例6按照上述配方准备原料，W实施例1的方法制备得到6号玻璃。
[0054] 实施例7
[0化5] 按下述各组分的质量百分含量换算并称取对应原料:Si〇2 65%，Al2化10%，化2〇 11.5%，K20 4%，ZnO 2.6%，La2〇3 3%，Fe2〇3 0.9%，&1〇 3%;
[0056] 本实施例7按照上述配方准备原料，W实施例4的方法制备得到7号玻璃。
[0057] 本发明实施例按照玻璃领域常用的测定技术分别对实施例1-7制备的1-7号玻璃 进行性能测试；其中，密度P采用阿基米德法进行测定，50°C-35(rC条件下的热膨胀系数 050/350采用膨胀计进行测定，W平均膨胀系数表示，杨氏模量(亦称弹性模量)采用共振法进 行测定，应变点(粘度为l〇i4'5dpa · S时的溫度)采用应变点测定仪进行测定，烙化溫度采用 化ton RSV-1600圆筒式旋转高溫粘度计测定粘度，并由化lcher(也称为VFT公式)计算，维 氏硬度采用维氏硬度计测定，四点弯曲（抗弯曲强度)采用万能实验机测定，折射率Μ采用 阿贝折射仪进行测定，具体测定结果见表1。
[0化引实施例8
[0059] 将实施例1-7制备得到的1-7号玻璃浸入溫度为420°C的硝酸钟溶液中保溫处理5 小时后，取出上述巧巾玻璃，相应得到巧巾化学强化玻璃，分别对应为8-14号玻璃，采用表面 应力仪分别对上述8-14号玻璃测定各自的表面压应力和压缩应力层深度，测量结果见表2。
[0060] 表 1
[0061]
[0064] 表1中的测试结果:本发明实施例制备的玻璃的密度为2.5g/cm3-2.64g/cm3，在溫 度为50°C-35(rC条件下的热膨胀系数为80.6 X 10-7-85.7 X ，杨氏模量为85.4GPa- 89.2GPa，应变点为610°C-63(rC，维氏硬度为529-563,折射率为1.581-1.590,抗弯强度为 875MPa-925M化;尤其，实施例4-6制备出的玻璃的硬度、强度、应变点及抗刮性能和耐磨性 能等综合性能更优;可知本发明实施例制备的玻璃的力学性能较优秀。
[0065] 采用色度仪分别对实施例1-7制备的1-7号玻璃的颜色进行检测，重点检测玻璃中 是否含有黄绿色，通过详细检测1-7号玻璃均未发现明显的黄绿色;本发明制备的玻璃为透 明无色，尤其未明显含有该技术领域常出现的黄绿色，说明本发明制备的玻璃在一定程度 上克服了玻璃中含有黄绿色的缺陷。
[0066] 表2中的测试结果:将本发明实施例制备的玻璃经过化学强化处理后得到的化学 强化玻璃的抗弯强度为939M化-982MPa，维氏硬度为637-685,表面压应力为816.6M化- 881.9MPa，压应力层深度为46.祉m-50.4皿。传统的化学强化玻璃的压应力层深度约为扣m- 25μπι，表面压应力为900Mpa，W上数据表明本发明的化学强化玻璃的压应力层深度比传统 化学强化玻璃的应力层深，表面压应力比传统的略小，进一步说明本发明的化学强化玻璃 的表面硬度和应力层深度均较优异，可更好的抵抗外力，说明本发明的化学强化玻璃的力 学性能较优。
[0067] 采用色度仪分别检测经过强化处理后的8-14号玻璃，均无较明显的黄绿色，说明 本发明制备得到的玻璃经过化学强化后亦无明显黄绿色;说明本发明制备的化学强化玻璃 表观性能良好。
[0068] 采用塞尺测量实施例8中经过化学强化后的8-14号玻璃的翅曲度，测量结果显示 8-14号玻璃的翅曲度均较小，可W满足使用要求;进一步表明本发明制备的化学强化玻璃 在一定程度上克服了玻璃的翅曲现象。
[0069] 对比实施例1-7制备的玻璃1-7号和化学强化玻璃8-14号的维氏硬度，即玻璃在化 学强化处理前的维氏硬度为529-563,玻璃在化学强化处理后的维氏硬度为637-685;化学 处理前的抗弯曲强度为875MPa-925MPa，化学处理后的抗弯曲强度为939MPa-982MPa;对比 上述玻璃在处理前和处理后的性能测试结果可知，本发明制备的玻璃经过化学强化处理后 硬度和抗弯曲强度均有较大提高，处理后的玻璃的压应力层深度较深，压应力较小，说明本 发明提供的玻璃的化学强化效果好。
[0070] 本发明实施例中，Si〇2是构成玻璃骨架的主要成分，可提高玻璃机械强度、化学稳 定性、透明度和粘度;Si〇2含量过高，玻璃的烙化溫度相应较高，将会导致玻璃烙化困难，难 W得到料性长的玻璃;Si〇2含量过低，不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性下 降，耐碱性下降；本发明人考虑到玻璃的烙化溫度、析晶上限溫度、玻璃膨胀系数、机械强 度、玻璃料性等综合因素，将本发明实施例中Si化的质量百分含量设计为56%-65%，通过 上述玻璃各组分的协同作用而获得较高的机械强度、稳定的化学性能和适宜的应变点；本 发明实施例对于Si化的质量百分含量进一步优选为58%-63 %。
[0071] 本发明实施例中，Ah化可改善玻璃的化学稳定性，降低玻璃析晶倾向，提高拉伸弹 性模量;A12化在玻璃中的含量过高，玻璃难W烙制、料性短;A12化在玻璃中的含量过低，玻 璃容易析晶，机械强度较低不利于成型;本发明人将Al2〇3的质量百分含量设计为5%-16%， 采用该比例可提高玻璃的应变点、强度及化学强化特性等;本发明实施例中Al2〇3的质量百 分含量进一步优选为1〇%-15%。
[0072] 本发明实施例中，Κ2〇与化2〇都是离子交换的成分，适量的增加其含量可有效地降 低玻璃的高溫粘度，从而提高烙融性与成形性，并可改善失透。Κ2〇与化2〇的含量过高会增加 玻璃的热膨胀并降低玻璃的化学耐久性，并且会出现失透性劣化的倾向，在化学强化处理 方法中，玻璃中的化+被溶液中的r置换，因此玻璃中化+含量适当增加可明显提高钢化效 果;本发明实施例中Κ2〇的质量百分含量为2%-8%，胞2〇的质量百分含量为10%-15% ;进一 步优选Κ2〇的质量百分含量为4%-7 %，化2〇的质量百分含量为11 %-14wt %。
[0073] 本发明实施例中，ZnO由于[Zn04]结构比较疏松，有利于碱金属离子的扩散，并且 会削弱R+-0键能，使其扩散速度变大，促使玻璃增强;本发明实施例中ZnO的质量百分含量 为1 %-5 %，优选为2 %-4%。
[0074] 本发明实施例中，La2化能够显著提高玻璃折射率，同时可W提高玻璃的抗弯强度， 本发明引入〇.〇1%-3%，优选1%-2.5%。
[0075] 本发明实施例中，Fe2化可提高澄清效果，并具有在池炉中快速传递热量的作用，因 此，在玻璃生产中不可避免的会引入化2〇3组分或原料中会带入氧化铁杂质，又因 Fe2〇3本身 具有一定颜色，Fe2化含量过高，最终制成的玻璃会着色，要求Fe2〇3含量过低，则必须使用高 纯玻璃原材料，增加原料成本;因此，在可控范围内，在其它组分的协同作用下，本发明实施 例提供的化学强化用的玻璃中化2〇3的质量百分含量为0.01%-1%，优选0.4%-0.9%，即可 达到最大程度的避免玻璃着色和降低对玻璃原材料的要求，例如可降低对氧化铁原材料纯 度的要求，也间接降低了生产成本。
[0076] 由W上可知，玻璃原料中各组分均具有特定的物理化学特性，其含量过多或过少 均会影响玻璃制品的最终性能，例如玻璃的硬度、机械强度、膨胀系数、密度、烙化溫度、应 变点折射率及抗弯强度等；因此，必须根据各组分在制备所需玻璃时所起的正面作用和负 面作用，合理的配制出适宜的组分及其含量，W满足本发明提供的玻璃制品既具有优异的 化学、物理特性，又易操作且可将各组分的负面作用控制在最小范围内。
[0077] 本发明实施例通过合理设计玻璃中各组分间的含量配比，各组分间发挥协同作 用，互相配合，得到的玻璃硬度高，无明显黄绿色，化学强化效果好;经化学强化处理后得到 的化学强化玻璃无明显黄绿色，无明显翅曲，表面硬度大，抗弯曲强度高。
[0078] 本发明提供的玻璃和化学强化玻璃均具有优秀的表观性能和力学性能，因此，也 较好的推动了化学强化玻璃的研究及应用。本发明提供的化学强化玻璃可应用于制备电子 产品的显示屏幕的盖板玻璃，上述盖板玻璃也可称为保护盖板、保护玻璃、覆盖玻璃、覆盖 板。
[0079] 本发明实施例提供了一种显示装置用盖板玻璃，上述盖板玻璃的材料为本发明实 施例制备的化学强化玻璃。采用本发明提供的化学强化玻璃制备的盖板玻璃具有硬度高、 表面平坦、防划伤、耐冲击和耐磨等优点，可有效提高电子产品的显示效果，并且可保护电 子设备在受到外力后不易破坏，显示屏幕不易被划伤，延长了电子产品的使用寿命，推动了 电子产品的发展。
[0080] 本发明实施例提供了一种显示装置，上述显示装置具有盖板玻璃，上述盖板玻璃 为本发明实施例提供的上述盖板玻璃。优选的，上述显示装置为移动电话、数码相机、平板 电脑、薄型电视机等。
[0081] W上公开的仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应 涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应W上述权利要求的保护范围为 准。
【主权项】
1. 一种玻璃，其特征在于，所述玻璃由如下质量百分含量的组分组成： Si02 56%-65%， Α1Λ 5%-16%， ：Na20 10%-15%, K20 2%-8%, ΖηΟ 1%-5%:， La办.0. 0:1%-溉》 Fe20, 0. 01%~1%, SnO 0.5%-3%。2. 根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于， 所述Si02的质量百分含量为58%-63% ; 所述AI2O3的质量百分含量为10%_15% ; 所述Na2〇的质量百分含量为11%_14% ; 所述K20的质量百分含量为4 %-7 % ; 所述ΖηΟ的质量百分含量为2 %-4 % ; 所述La2〇3的质量百分含量为1 %_2.5% ; 所述Fe2〇3的质量百分含量为0.4%_0.9% ; 所述SnO的质量百分含量为1 %-3 %。3. 根据权利要求1所述的玻璃，其特征在于， 所述Si02的质量百分含量为59%-62% ; 所述AI2O3的质量百分含量为11%_14% ; 所述Na2〇的质量百分含量为12%_14% ; 所述K20的质量百分含量为5 %-7 % ; 所述ΖηΟ的质量百分含量为2 %-3 % ; 所述La2〇3的质量百分含量为1.3%-2.5% ; 所述Fe2〇3的质量百分含量为0.4%_0.8% ; 所述SnO的质量百分含量为1 %-2.5%。4. 根据权利要求1-3任一项所述的玻璃，其特征在于，所述玻璃的密度为2.5g/cm3-2.64g/cm3;所述玻璃在温度为50 °C_350 °C条件下的热膨胀系数为80.6 X 10-7-85.7 X 10一7/ °C ;所述玻璃的杨氏模量为85.4GPa-89.2GPa;所述玻璃的应变点为610 °C -630 °C ;所述玻璃 的维氏硬度为529-563;所述玻璃的折射率为1.581-1.590;所述玻璃的抗弯强度为875MPa-925MPa〇5. 权利要求1-4任一项所述的玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃是采用浮法成型 制备的板状玻璃。6. -种化学强化玻璃，其特征在于，所述化学强化玻璃是将权利要求1-4任一项所述的 玻璃进行化学强化处理后得到。7. 根据权利要求6所述的化学强化玻璃，其特征在于，所述化学强化玻璃的表面压应力 为816 · 6MPa-881 · 9MPa;所述化学强化玻璃的压应力层深度为46 · 8μπι-50 · 4μπι;所述化学强 化玻璃的维氏硬度为637-685;所述化学强化玻璃的抗弯强度为939MPa-982MPa。8. 权利要求6或7所述的化学强化玻璃的制备方法，其特征在于，包括对所述玻璃进行 离子交换处理的化学强化步骤。9. 一种显示装置用盖板玻璃，其特征在于，所述盖板玻璃的材料为权利要求6或7所述 的化学强化玻璃。10. -种显示装置，所述显示装置包括盖板玻璃，其特征在于，所述盖板玻璃为权利要 求9所述的显示装置用盖板玻璃。11. 根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为移动电话、数码相 机、平板电脑或薄型电视机。
【文档编号】C03B18/02GK105948487SQ201610287036
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】李俊锋, 王丽红, 郑权, 闫冬成, 张广涛
【申请人】东旭科技集团有限公司, 东旭集团有限公司