本公开涉及强化玻璃技术领域，具体地，涉及一种玻璃组合物及其制备方法和应用。
背景技术：
玻璃一直是显示技术发展中不可或缺的材料，随着显示技术的发展，通过化学强化改变玻璃表面的组成可以提高玻璃的强度，玻璃更多的应用于显示器件的保护中。目前平板电脑、液晶电视、移动电话、数码相机等都配备触摸屏，而在使用过程中，触摸屏盖板玻璃易于发生接触和摩擦，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。
根据市场的需求，触摸屏盖板玻璃正逐渐向着更优质的方向发展。其优质主要体现在表面应力大、应力层深度适合、耐热、耐热冲击、轻薄适合大尺寸化等方面。目前，在提高坚韧性、降低脆性方面的研究进展依旧差强人意，未有突破性进展，触摸屏盖板玻璃的损坏亦多由抗损伤性能不足而造成。
因此亟需一种玻璃组合物，强化后机械性能好，抗破坏，抗跌落，可以制备为高性能的触摸屏盖板玻璃。
技术实现要素：
本公开的目的是提供一种玻璃组合物配方，该玻璃组合物配方制备得到的玻璃适合于化学强化，强化后机械性能好，抗破坏、跌落。
为了实现上述目的，本公开提供一种玻璃组合物，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，所述玻璃组合物包括55-65重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.01-10重量％的b2o3、9-18重量％的na2o和0.01-5重量％的zno。
在本公开所提供的玻璃组合物中，sio2是构成玻璃骨架的成分，sio2含量较高，耐化学性和机械强度会增加，玻璃的高温粘度增加，如果sio2过多，就难以得到料性长的玻璃。sio2含量较低则不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性和耐碱性均会下降。考虑到熔化温度、析晶上限温度、玻璃膨胀系数、机械强度、玻璃料性等性能，本公开的sio2含量为55-65重量％。
在本公开所提供的玻璃组合物中引入al2o3，非桥氧与al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al2o3含量过高，难以熔制。相反地，al2o3含量过低，玻璃容易析晶，机械强度较低不利于成型，因此本公开合适的al2o3的含量为16-25重量％。
在本公开所提供的玻璃组合物中引入na2o，na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玻璃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。na2o属于网络外体，具有助熔作用，使得玻璃熔化温度降低，因此本公开合适的na2o含量为9-18重量％。
在本公开所提供的玻璃组合物中引入b2o3能降低玻璃粘度，改善玻璃脆性的和光透过虑。本发明中硼受到锌压迫使硼以三面体的形式存在，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，非桥氧数量增加。玻璃经化学强化后，在受到外界冲击时，玻璃中硼氧三面体产生滑移，能够充分卸掉外力，提高玻璃抗冲击性能，本公开合适的b2o3含量为0.01-10重量％。
在本公开所提供的玻璃组合物中引入zno，锌元素处于网络空间中间，对周围硅氧四面体起积聚作用，改善玻璃的杨氏模量，提高玻璃稳定性，增加离子交换速度和深度，本公开合适的zno含量为0.01-5重量％。
本公开还提供了一种玻璃组合物的制备方法，该方法包括在加热条件下，将玻璃组合物原料混合后进行熔融、均化、浇注成型并退火，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，所述玻璃组合物包括55-65重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.01-10重量％的b2o3、9-18重量％的na2o和0.01-5重量％的zno。
本公开还提供了如上所述的制备方法制备得到的玻璃组合物。
本公开还提供了如上所述的玻璃组合物在制备触摸屏中的应用。
本公开还提供了一种使用如上所述玻璃组合物的触摸屏设备。
通过上述技术方案，本公开提供的玻璃组合物中硼原子受到锌原子的压迫，硼原子以三配位存在，降低了玻璃的脆性不易发生失透且易于玻璃化。所述玻璃组合物具有较低的膨胀系数和较高的透光率，适合于各种加工处理；经化学强化后具有优良的耐冲击性能和弯曲强度，压缩应力为907-995mpa，落球试验中52g钢球抗冲击高度为1400-1750mm，弯曲强度为2021-2689n，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击，较适用于制作触摸屏盖板玻璃。
本公开的其他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
以下对本公开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公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的密度根据gb/t7962.15-2010《无色光学玻璃测试方法第20部分：密度》使用阿基米德法测定。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的热膨胀系数根据astme228-1985《用透明石英膨胀仪测定固体材料线性热膨胀的试验方法》测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的杨氏模量根据gb/t7962.15-2010《无色光学玻璃测试方法第6部分：杨氏模量、剪切模量及泊松比》使用共振法测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的耐酸性能根据gb/t7962.15-2010《无色光学玻璃测试方法第14部分：耐酸稳定性》测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的压缩应力与强化深度gb/t18144-2008《玻璃应力测定方法》测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的断裂韧性根据gb4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度kic试验方法》测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的抗冲击强度使用52g的钢球测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的弯曲强度根据jc-t676-1997《玻璃材料弯曲强度试验方法》测定得到。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，所述玻璃组合物的透过率根据gb/t5433-1985《日用玻璃透过率测定方法》测定得到。
本公开第一方面提供了一种玻璃组合物，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，所述玻璃组合物包括55-65重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.01-10重量％的b2o3、9-18重量％的na2o和0.01-5重量％的zno。
本公开提供的玻璃组合物中硼原子受到锌原子的压迫，硼原子以三配位存在，降低了玻璃的脆性不易发生失透且易于玻璃化。所述玻璃组合物具有较低的膨胀系数和较高的透光率，适合于各种加工处理；经化学强化后具有优良的耐冲击性能和弯曲强度，压缩应力为907-995mpa，落球试验中52g钢球抗冲击高度为1400-1750mm，弯曲强度为2021-2689n，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击，较适用于制作触摸屏盖板玻璃。
根据本公开第一方面，为了进一步提升玻璃组合物的机械性能，在各项参数之间取得平衡，优选情况下，所述玻璃组合物包括59-63重量％的sio2、18-22重量％的al2o3、3-8重量％的b2o3、12-16重量％的na2o和0.8-3重量％的zno。
根据本公开的第一方面，优选地，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，所述玻璃组合物由55-65重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.01-10重量％的b2o3、9-18重量％的na2o和0.01-5重量％的zno组成；优选地，所述玻璃组合物由59-63重量％的sio2、18-22重量％的al2o3、3-8重量％的b2o3、12-16重量％的na2o和0.8-3重量％的zno组成。
根据本公开第一方面，上述玻璃组合物于420℃使用kno3熔液强化4h后强化深度为30-52μm，压缩应力为907-995mpa，落球试验中52g钢球抗冲击高度为1400-1750mm，弯曲强度为2021-2689n。
本公开第二方面提供了一种玻璃组合物的制备方法，该方法包括在加热条件下，将玻璃组合物原料混合后进行熔融、均化、浇注成型并退火，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，所述玻璃组合物包括55-65重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.01-10重量％的b2o3、9-18重量％的na2o和0.01-5重量％的zno。
根据本公开第二方面，为了进一步提升玻璃组合物的机械性能，在各项参数之间取得平衡，所述玻璃组合物包括59-63重量％的sio2、18-22重量％的al2o3、3-8重量％的b2o3、12-16重量％的na2o和0.8-3重量％的zno。
根据本公开第二方面，优选地，以所述玻璃组合物的总重量为100％计，所述玻璃组合物由55-65重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.01-10重量％的b2o3、9-18重量％的na2o和0.01-5重量％的zno组成；优选地，所述玻璃组合物由59-63重量％的sio2、18-22重量％的al2o3、3-8重量％的b2o3、12-16重量％的na2o和0.8-3重量％的zno组成。
根据本公开第二方面，所述熔融的条件包括：温度为1550-1670℃，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。
根据本公开第二方面，所述退火的条件包括：温度为600-800℃，时间为3-6h；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。
所述均化和浇注成型均可以采用本领域常规使用的各种方法；例如可以通过搅拌使熔融的玻璃组合物中的气泡溢出、各组分均匀分布，可以在不锈钢模具中浇注成型，所述步骤与参数为本领域常规使用的步骤与参数，本公开对此没有特别的限制。
本公开第三方面提供了如上所述的制备方法制备得到的玻璃组合物；所述玻璃组合物适合于加工处理，本公开对于加工处理的方法没有特别的限制，可以为本领域常规使用的各种加工处理方式，例如切片、打磨和化学钢化等。
本公开第四方面提供了如上所述的玻璃组合物在制备触摸屏中的应用。
根据本公开第四方面，所述玻璃组合物应用于制备触摸屏时需进行化学强化提高机械性能。所述化学强化的方法可以为本领域技术人员常规使用的各种化学强化方法，本公开对此没有特别的限制；优选地，所述化学强化的条件包括：将所述玻璃组合物于强化液中强化3-6h，温度为410-450℃；更优选地，所述强化液为kno3熔液，无需添加加速剂、保护剂等辅助强化的成分。
本公开第五方面提供了一种触摸屏设备，所述触摸屏设备中至少一个玻璃层使用如上所述的玻璃组合物。
下面通过实施例进一步详细说明本发明。
表1列出了通过溢流法制造本公开所述的玻璃组合物及其物理性质(密度、透过率和膨胀系数)、以及强化后的机械性能(压缩应力、强化深度、抗冲击强度和弯曲强度)。所述制备的步骤包括：将玻璃组合物按照比例混合，将混合物放入铂铑坩埚中1600-1670℃加热7h，使用铂金棒搅拌均化得到玻璃组合物熔融体；将所述玻璃组合物熔融体倒入模具中室温下浇注成型，待冷却至室温后得到浇注后的玻璃组合物工件；将所述玻璃组合物工件于600-670℃保温4h进行退火处理，得到退火玻璃组合物工件；将所述退火玻璃组合物工件于420℃的kno3熔液中处理4h得到强化后的玻璃组合物工件；以强化后的玻璃组合物工件为样品测定机械强度。
表1
根据本公开各实施例的数值比较可以看出，本公开提供的玻璃组合物降低了玻璃的脆性，不易发生失透且易于玻璃化，具有较低的膨胀系数，适合于化学强化；所述玻璃组合物的结构疏松，同时强化后强化深度为30-52μm，压缩应力为907-995mpa，落球试验中52g钢球抗冲击高度为1400-1750mm，弯曲强度为2021-2689n，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击破碎，不易发生失透，较适用于制作触摸屏盖板玻璃。
在本公开实施例7-15中，所述玻璃组合物包括59-63重量％的sio2、18-22重量％的al2o3、3-8重量％的b2o3、12-16重量％的na2o和0.8-3重量％的zno时，其膨胀系数不高于86×10-7/℃；强化深度不低于36.1μm；压缩应力为947-977mpa，平均值达到961.3mpa；落球试验中52g钢球抗冲击高度为1600-1700mm；弯曲强度为2038-2346n，平均弯曲强度达到2189n。在本工开优选范围内的玻璃组合物各项参数均处于一个较好的范围内，各项参数的均衡使所述玻璃组合物具有更优越的性能。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
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，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。