本发明属于浮法玻璃生产技术领域，具体为一种低铁、超白、超高铝的玻璃及其制备方法和应用。
背景技术：
盖板是电容式触摸屏最外层起保护作用的一层玻璃材质，由于直接与外界接触，除了表面光洁度、厚度等参数要求外，高硬度、抗压、耐刮等属性更决定了盖板品质的高低。而玻璃盖板相对于其它材质的盖板如普通钠钙玻璃、中低铝硅酸盐玻璃在这些重要参数上优势明显，因此，逐渐成为各触控技术的主流保护方案。一般来说，触控模组是由盖板、传感器模块、液晶面板三部分进行贴合而成。目前电容触摸屏解决方案仍是多种技术并存，薄膜和玻璃两大阵营分食触控市场，但是无论薄膜方案(GF、GF2等)还是玻璃(GG、OGS等)方案，玻璃盖板都是重要的组成部件。盖板玻璃的强度、耐磨、耐刮擦要求较高，既要保证盖板的超薄度还要考虑其强度，这对于浮法技术来说是一个技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的提供一种低铁、超白、超高铝的玻璃及其制备方法和应用，该玻璃具有较高的强度和表面硬度，耐磨耐刮划性能，特别适合用作触摸屏的盖板玻璃。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种低铁、超白、超高铝的玻璃，包括按重量份计的以下成分：58-70份SiO2，15-23份Al2O3，10-14份Na2O，1-6份K2O，3-8份MgO，0.5-2份ZrO，0.006-0.015份Fe2O3，以及CeO2、Er2O3、CoO、Se各0.0005-0.03份。
优选的方案中，所述成分还包括0.0005-0.03份Nd2O3。
优选的方案中，包括按重量份计的以下成分：60-70份SiO2，15-22份Al2O3，11-13份Na2O，4-6份K2O，3-5份MgO，0.5-2份ZrO，0.006-0.015份Fe2O3，以及CeO2、Er2O3、CoO、Se各0.0005-0.03份。
进一步地，所述的成分中，包含60-65份SiO2，15-16份Al2O3，11-13份Na2O，3-5份K2O，3-5份MgO。
优选的方案中，控制Na2O与Al2O3的摩尔比为0.9-1。
优选的方案中，Na2O与K2O的之和占总成分的比例≥14wt％。
本发明还涉及制备所述的玻璃的方法，包括以下步骤：
1)按配比称取成分，混合均匀，在1580-1680℃下保温5-10h；进行熔化；
2)将熔制好的玻璃液降温至1150-1350℃，进行成型，成型后进行退火处理，即可得到低铁、超白、超高铝的玻璃。
进一步地，在玻璃的制备过程中，设备或者工具避免使用含铁产品。
本发明还涉及所述的玻璃在触屏盖板用玻璃中的应用。
本发明还涉及所述的玻璃在军工或交通工具用玻璃中的应用。
如果玻璃中的铁含量高，由于Fe2+和Fe3+在可见光区都能有选择性的吸收而使玻璃着色，会影响玻璃品质。本发明提供的玻璃，由于控制了其铁含量，制备低铁浮法玻璃，具有高透过率，能够达到超白的技术效果，另外，通过其他组分的合理配合，能够确保玻璃的机械性能、化学稳定性、表面张力和黏度等符合要求。
但是，由于降低玻璃中的铁含量后，玻璃的透热性能增加，吸热性减弱，生产的单位能耗将增加，且玻璃液对流减弱，会增加其澄清的难度，因此，本发明在降低铁含量的同事还需要解决澄清的难题，通过SiO2，Al2O3，Na2O，K2O，MgO，ZrO以及CeO2、Er2O3、CoO、Se进行配比，得到本发明的技术方案，得到真正的低铁、超白和超高铝的效果。
本发明的有益效果如下：
通过本发明中的配方制备出的玻璃，达到了提高热膨胀系数的目的，同时避免了采用比重较大的含Ba、Sr的金属来提高玻璃膨胀系数，且具低铁、超铝、高透过率的特点；MgO可以提高玻璃的硬度，降低高温粘度，起助熔作用的同时还可以提高玻璃的稳定性，降低玻璃的析晶温度，MgO还可以提高玻璃的弹性模量，是碱土金属的主要来源。本发明的配方中也降低了K+离子含量。经试验测试后，强度和耐化学性能等均优于普通玻璃，尤其化学强化时间短，强度高，提高了化学强化的效率。本发明采用硝酸钾熔融液作为玻璃化学强化液，通过离子交换的方式在玻璃表面形成压应力层，达到强化的目的，强化玻璃的强度比强化前提高5-10倍。
本发明提供的玻璃具有含铁量极低、透过率较高、色调通透等特点，可制成0.2-6mm的玻璃原片，广泛用于平板电脑、智能手机、GPS等各种平板显示终端。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
一种低铁、超白、超高铝的玻璃，包括按重量份计的以下组分：58-70份SiO2，15-23份Al2O3，10-14份Na2O，1-6份K2O，3-8份MgO，0.5-2份ZrO，0.006-0.011份Fe2O3，以及CeO2、Er2O3、CoO、Se各0.0005-0.03份。
进一步地，所述成分还包括0.0005-0.03份Nd2O3。
本发明中的玻璃组分中引入最多的成分是SiO2,SiO2是构成玻璃骨架的必需成分，其含量越高，越能提高玻璃的耐化学性和机械强度，另一方面，由于具有提高粘度的倾向，所以SiO2含量太高，增加玻璃的高温粘度，使玻璃难于熔化。本发明通过调整其含量得到合适的熔成温度和液相线温度，适合玻璃成型。
Al2O3是改善玻璃化学稳定性的必要成分，可以抑制分相，提高化学强化特性。本发明引入15-23％的Al2O3，低于此范围效果不明显，高于此范围液相线温度显著升高，不利于成型，需要调整合适的含量得到适合成型粘度。随着Al2O3的含量增加将进一步提高玻璃化学强化后的压应力值和离子交换深度，具有较高的抗跌落和抗划伤性能，随着铝含量提高玻璃的粘度将增大，熔化产生产的气泡和条纹将增多，玻璃难均化、气泡不易排除和吸收，所要求的熔制温度也较高，同时将调整其它原料的组合，将熔制温度降低、粘度降低、利于玻璃的均化和气泡的排除，优选是15-18％。
Na2O是玻璃网络外体氧化物，钠离子居于玻璃结构网络的空穴中。Na2O有提供游离氧使玻璃结构O/i比值增加，发生断键，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助熔剂。在化学钢化过程中Na2O主要是可以在玻璃表层与离子交换中的K+离子置换，使玻璃达到强化的目的。当Na2O与Al2O3的摩尔比接近1时，化学强化效率最高，强化后的玻璃强度也最高；当比值大于或小于1时，对化学强化过程不利。
氧化钾K2O，是网络外体氧化物，它在玻璃中的作用与Na2O相似。钾离子的半径比钠离子的大，钾玻璃的黏度比钠玻璃大，能降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽，氧化钾常引入高级器皿玻璃，光学玻璃和电子玻璃中，引入氧化钾后的能有效降低玻璃的表面张力，硬化速度较慢，操作范围较长，有利于玻璃成型中的拉薄和积厚。引入氧化钾的主要原料有碳酸钾和硝酸钾。K2O主要起助熔作用，且同时引入Na2O与K2O，通过混合碱效应，有助于降低黏度和提高玻璃的熔融性，如果引入过多的K2O,会阻碍离子交换速度，所以本发明选取1-6％的K2O，更优选为3-5％。控制Na2O与K2O的总质量百分比不低于14％，通过碱金属还可有效的调整玻璃的热膨胀系数。
MgO碱土金属主要是改善玻璃的高温物理性能，能有效控制玻璃液的硬化速度和析晶性能，同时改善玻璃的熔化性能，起助熔作用。在成型工艺中控制硬化速度，以适应高速成型需求，即在较短时间内粘度加大变硬；控制析晶性能，降低玻璃的析晶温度，防止玻璃液在冷却过程中变成晶体而不透明或退火时炸裂。但是如果高于一定含量，可能会阻止离子交换过程中碱离子和移动。本发明优选的范围3-8％，可以抑制析晶。
ZrO2的相变能够提高材料韧性的作用，实验证明，在MgO-Al2O3-SiO2电子玻璃中添加部分稳定超细粉氧化锆后电子玻璃的韧性有很大的提高，基板的破损率有较大的降低。
CeO2做为变价氧化物为化学脱色剂，是借助于脱色剂的氧化作用，使玻璃被有机物沾污的黄色消除，以及使着色能力强的低价氧化物变为着色能力较弱的三价铁氧化物(Fe2O3着色能力比FeO低10倍)，以便使用物理脱色法进一步使颜色中和，接近于无色，使玻璃的透光度增加。CeO2也可做为高温澄清剂，高温分解出氧，温度越高分离出的氧越多，澄清作用越大。而氧的溶解度随温度升高而减小，将玻璃的小气泡扩大，逸出液面，从而产生澄清排泡作用，在玻璃熔化过程中进行下列化学反应：2CeO3+O2—4CeO2；2CeO2—CeO3+(O)↑。
Nd2O3与Er2O3、是物理脱色剂，它在玻璃中呈现粉红色及红紫色，是黄绿色的补色，因此成为良好的物理脱色剂，其优点是提高玻璃的透过率和折射率，使玻璃清澈明亮、超白超透。单独使用也可以和非稀土原素组成使用。
如果采用CeO2、Nd2O3、Er2O3、CoO、Se做为脱色剂和着色剂，其含量各控制在0.0005-0.03％，配合熔窑温度及气氛调整。Se使玻璃着成浅玫瑰红色与玻璃中的浅绿色互补，其会受到熔窑温度及窑炉气氛影响。CoO使玻璃生产蓝色，与玻璃的浅黄色中和，CoO的脱色比较稳定；
玻璃样品主要制备步骤为：称量-混合-熔融-搅拌澄清-均化-成型-退火-加工-性能测试。
制备所述的玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按配比称取成分，混合均匀，在1580-1680℃下保温5-10h；进行熔化；
2)将熔制好的玻璃液降温至1150-1350℃，进行成型，成型后进行退火处理，即可得到低铁、超白、超高铝的玻璃。
进一步地，在玻璃的制备过程中，设备或者工具避免使用含铁产品。
另外，混合料进行熔化时使用铂铑坩埚，熔化过程中使用铂金棒搅拌，帮助排出气泡并使玻璃液澄清均化。对得到的玻璃样品进行加工、研磨、抛光处理，最后对玻璃的基本理化性进行测试。理化性能测试包括密度、热膨胀系数、液相线温度、化学钢化、光学性能等。
在制备过程中，全系统应降铁、避铁、除铁、防铁的措施。所有钢仓、电子秤、混合机、溜管、转运斗、受料仓、铲车等全部安装超高分子量PE板，以便将总铁含量控制在0.0006-0.0015％。
制得的玻璃在可广泛应用与触屏盖板用玻璃。如用于平板电脑、智能手机、GPS等各种平板显示终端。也可在军工或交通工具用玻璃中的应用。如汽车、动车、飞机、轮船的窗户、光热领域等。
以下提供几组实施例，通过具体配比及性能测试结果进一步解释说明本发明的方案，具体见表1。
表1
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。