一种轻质高强度电子基板玻璃及制备方法与流程

本发明属于玻璃生产技术领域，涉及一种轻质高强度电子基板玻璃及制备方法。

背景技术：

随着液晶显示器件的发展和普及，越来越多的人使用笔记本电脑，电视机的大型化趋势也使整个液晶显示器的重量在增大，在大尺寸屏幕发展的趋势下，基板玻璃也在向大型化、薄型化发展，为了降低整个显示器的重量，除了降低玻璃基板的厚度外，还需降低玻璃的密度。同时在显示器的制造过程中，玻璃母片分裂成显示基片的过程和显示器的使用环境，都要求基板玻璃有非常高的强度。

另外基板玻璃还主要应用在移动设备上，触摸屏产品越薄越轻，使用者携带越方便，许多厂商也在不断的改进制备工艺和玻璃的薄化。但这些都需要耗费大量的精力进行加工处理。而且在基板玻璃的加工过程中，基板玻璃是水平放置的，玻璃在自身重力作用下，有一定程度的下垂和翘角，下垂的程度与玻璃本身的密度成正比，与玻璃的杨氏模量成反比。同时，在玻璃的搬运中也需要降低运输成本，为了降低显示器的总重量，降低玻璃的下垂度，对于大屏幕结构的显像器的总重量应保持低水平，由于基板玻璃厚度仅为0.3mm～0.7mm，因为厚度减薄，会导致强度降低，对于如此超薄的玻璃的强度要求也就高了，因此应使基板玻璃有尽可能低的密度和尽可能高的杨氏模量。一般要求基板玻璃的密度≤2.5g/cm³，基板玻璃的弹性模量≥70gpa，硬度大于690mpa。

在铝硼硅玻璃系统中二氧化硅以外，作为网络中间体的al2o3对玻璃的机械强度有直接的影响，但是会增加玻璃的粘度，不利于玻璃的熔化。作为网络形成体的b2o3密度较小，随着氧化硼含量的增加，可以降低玻璃密度，降低融化难度，而且利于基板玻璃的电性能。还能提高玻璃的热稳定性、耐化性和机械强度，降低玻璃的热膨胀系数、粘度和析晶倾向。

中国专利申请cn104211299a提供了一种低密度高强度触摸屏用盖板玻璃，上述玻璃的配方中各组成成分的质量百分比分别是：sio2:58～68％，al2o3:14～18％，li2o:2～4％，na2o:12～15％，b2o3:4～7％。该玻璃高温时更易于熔化，能在较低温度下熔化成玻璃液从而降低了燃料等的消耗，减少了对环境的污染；产品具有较低的密度，密度低于2.395g/cm；经化学钢化后，具有较高的抗冲击强度，表面压应力能达到800mpa以上，而且耐刮耐划，完全能达到产品的使用性能要求。但是基板玻璃的要求比盖板玻璃要高很多。作为基板玻璃，热膨胀、耐腐蚀以及电性能等都必须达到要求，而且由于na⁺会污染生产线，所以目前基板玻璃配方为无碱硼铝硅酸盐玻璃。

中国专利申请cn105384335a提供了一种具有高强度、高温热膨胀系数低的无碱玻璃的制备方法。该玻璃适合在中小型的led、oled、特别是移动终端、数码照相机、手机等便携式显示器的领域中使用。但其熔制温度达到了1700℃，过高的熔融温度不但增加了生产成本，而且增加融化难度，对于传统的耐火材料和成型设备也是巨大的挑战。

中国专利申请cn1673140b发明了一种显示器基板用玻璃，特征为具有sio2-a12o3-b2o3-ro(ro是mgo、cao、bao、sro及zno的一种以上)系的组成，相当于10^-5泊的温度为1570c以上，按质量百分比碱含量为0.01～0.2％、zro含量为0.01％～0.3％。另外具有sio2-a12o3-b2o3-ro(ro是mgo、cao、bao、sro及zno的一种以上)系的组成，密度在2.5g/cm以下，在30～380℃的温度范围平均热膨胀系数为25～36×10^-7/℃，应变点为640℃以上，按质量百分比碱含量为0.01～0.2％、zro2含量不足0.01～0.4％。

中国专利申请cn107311451a发明公开了一种低热膨胀高强度tft-lcd屏基板玻璃，其特征在于:所述基板玻璃组份的组分组成及重量百分比为:sio2：60～67％，na2o：12～14％，k2o：2～5％，cao：0.2～0.5％，li2o：5～11％，mgo：3～5％，a12o3：14～17％，ceo2：0.1～0.3％，sno2：0.1～1％，，zro2：0.5～2％，tio2：0.2～0.8％，cr2o3：0.2～2％。将传统的高温熔制法和固相合成法相结合来制备微品玻璃材料，其工艺简单、稳定性高、生产成本低，适合工业化批量生产，采用本发明配方及制备工艺能够制备出热膨胀系数2.1～4.0×10^-6/℃，抗弯强度150～210mpa，且介电性能好、绝缘可靠的低热膨胀高强度微晶玻璃材料，满足电子封装基板材料的要求。但是玻璃组成含有na、k碱金属，在生产过程中高温下na⁺扩散使其特性劣化。

中国专利申请cn108863107a发明了一种碱金属不易护散到玻璃板表面、能够抑制透明导电性氧化物膜的特性的下降的优良的玻璃板。由于制造成本低廉，钠钙玻璃等含有碱金属氧化物的含碱玻璃基板也被大量使用。在使用含碱玻璃基板的情况下，为了使碱金属的扩散最小化，需要在玻璃基板上形成氧化硅膜、氧化铝膜、氧化锆膜、氧化硅和氧化锡的混合氧化物膜等碱金属阻挡层，并在该碱金属阻挡层上形成透明导电性氧化物膜。但是增加工序必然会导致成本增加，成品率降低。所以实际生产中还是以不含有碱金属的无碱玻璃基板为主。

针对大型、薄玻璃基板，由自重引起的挠曲大是成为制造工序中的大问题。由玻璃基板的自重产生的挠曲量，与玻璃的密度成正比。玻璃的挠曲量与板厚的平方成反比变化，所以通过加厚板厚而使挠曲减小的效果非常大。因为降低玻璃的密度对玻璃的轻量化有很大的效果，同时降低密度也可以降低运输成本。随着基板玻璃的大型化、轻薄化，玻璃的强度要随之而提高。上述玻璃组分中几乎都含有碱金属氧化物，但由于电子基板玻璃在加工过程中碱金属离子会污染产线，所以配方要求尽量不含有碱金属氧化物。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种轻质高强度电子基板玻璃及制备方法，制备的电子基板玻璃密度低、熔化效率高、热膨胀系数低、机械强度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种轻质高强度电子基板玻璃，其配方按摩尔百分比包括以下原料组分：65.5～68％的石英砂，8.8～12.5％的硼酐，10.5～11.5％的氧化铝，2.1～2.3％的氧化镁，8.4～8.8％的氧化钙，0.50～0.55％的氧化锶，0.07％的氧化锡。

一种轻质高强度电子基板玻璃的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)按照原料摩尔百分比称取原料；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合均匀形成配合料；

步骤3)，将配合料加入升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过15～30min升温至1650～1680℃并保温2h，通过30min将炉温从1650～1680℃降温至1400～1420℃并对玻璃液搅拌5min，最后，再通过15～30min升温至1650～1680℃并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1650～1680℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的模具中，形成厚度为5～8mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入700～730℃退火炉中，保温30～60min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，经切割抛光即得到轻质高强度电子基板玻璃。

进一步，所述步骤5)中，所用模具材质采用不锈钢，石墨或铜。

进一步，所述步骤2)中，将称量的原料混合至均匀度大于99％后形成配合料。

轻质高强度电子基板玻璃，密度为2.377～2.407g/cm³，硬度为699～722mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.72×10^-3～1.81×10^-3，热膨胀系数α为31.87×10^-7～37.35×10^-7。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明制备的电子基板玻璃具有较小的密度及较大的硬度，并且具有合适的热膨胀系数和良好的介电性能；本发明制备方法通过增加氧化硼含量降低了玻璃熔制温度，提高熔化效率，玻璃成型时粘度低，成型温度宽泛，成型性能良好，生产效率高，节能环保，适于低成本大批量生产，产品附加值高。

本发明不但具有轻质高强度的特点，同时也满足了玻璃透光率，电阻率，膨胀系数，机械强度和介电性能等性能要求。所述的玻璃生产效率高，节能环保，适于低成本大批量生产，产品附加值高，能够在较低成型温度下采用溢流，引下，浮法等方法进行生产。适用于移动电话，智能电话，平板电脑，笔记本电脑，电视机，手表，工业显示器等器件的防护玻璃，以及防护窗，汽车车窗，火车车窗，航空机械窗和硬盘基材，同时还可以用于白色家电，如冰箱和厨具上等。因此，用该方法制备的轻质高强度电子基板玻璃具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

附图说明

图1是随着氧化硼含量玻璃的密度硬度的变化图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量68.0％的石英砂，8.8％的硼酐，11.40％的氧化铝，2.3％的氧化镁，8.79％的氧化钙，0.55％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过15min升温至1650℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1650℃降温至1420℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1420℃；然后再通过15min升温至1650℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1650℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的不锈钢模具中，形成厚度为5mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入700℃退火炉中，保温30min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

玻璃样品的密度为2.394g/cm³，硬度为710mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.81×10^-3，热膨胀系数α为31.87×10^-7。

实施例2：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量67.59％的石英砂，9.84％的硼酐，11.06％的氧化铝，2.25％的氧化镁，8.65％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过20min升温至1660℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1660℃降温至1420℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1420℃；然后再通过20min升温至1660℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1660℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃石墨材质的模具中，形成厚度为6mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入730℃退火炉中，保温35min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

玻璃样品的密度为2.397g/cm³，硬度为714mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.79×10^-3，热膨胀系数α为37.35×10^-7。

实施例3：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量66.96％的石英砂，10.67％的硼酐，10.96％的氧化铝，2.23％的氧化镁，8.57％的氧化钙，0.54％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过25min升温至1670℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1670℃降温至1410℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1410℃；然后再通过25min升温至1670℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1670℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的铜制模具中，形成厚度为7mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入720℃退火炉中，保温40min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

玻璃样品的密度为2.407g/cm³，硬度为722mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.77×10^-3，热膨胀系数α为35.50×10^-7。

实施例4：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量66.35％的石英砂，11.50％的硼酐，10.86％的氧化铝，2.20％的氧化镁，8.49％的氧化钙，0.53％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过25min升温至1675℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1675℃降温至1400℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1400℃；然后再通过25min升温至1675℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1675℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的模具中，形成厚度为8mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入720℃退火炉中，保温50min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

玻璃样品的密度为2.395g/cm³，硬度为721mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.75×10^-3，热膨胀系数α为36.80×10^-7。

实施例5：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量65.74％的石英砂，12.3％的硼酐，10.76％的氧化铝，2.19％的氧化镁，8.41％的氧化钙，0.53％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过30min升温至1680℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1680℃降温至1400℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1400℃；然后再通过30min升温至1680℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1680℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的模具中，形成厚度为8mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入710℃退火炉中，保温60min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

玻璃样品的密度为2.382g/cm³，硬度为718mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.74×10^-3，热膨胀系数α为36.10×10^-7。

实施例6：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量65.5％的石英砂，12.5％的硼酐，10.50％的氧化铝，2.30％的氧化镁，8.63％的氧化钙，0.5％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过30min升温至1680℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1680℃降温至1400℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1400℃；然后再通过30min升温至1680℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1680℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的模具中，形成厚度为8mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入730℃退火炉中，保温60min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

玻璃样品的密度为2.377g/cm³，硬度为699mpa，另外测得玻璃样品的介电损耗为1.72×10^-3，热膨胀系数α为35.10×10^-7。

实施例7：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量65.93％的石英砂，12.5％的硼酐，10.50％的氧化铝，2.10％的氧化镁，8.40％的氧化钙，0.5％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过30min升温至1680℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1680℃降温至1400℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1400℃；然后再通过30min升温至1680℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1680℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的模具中，形成厚度为8mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入720℃退火炉中，保温60min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

实施例8：

步骤1)，按照原料摩尔百分比(mol％)，准确称量65.93％的石英砂，12.1％的硼酐，10.50％的氧化铝，2.10％的氧化镁，8.80％的氧化钙，0.5％的氧化锶，0.07％的氧化锡；

步骤2)，将称量的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

步骤3)，将配合料加入已经升温至1450℃的刚玉坩埚中；然后，通过30min升温至1680℃，并保温2h后，通过30min将炉温从1680℃降温至1400℃，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌5min，搅拌过程中温度保持在1400℃；然后再通过30min升温至1680℃，并保温2h；

步骤4)，通过30min将炉温从1680℃降温至1300℃；

步骤5)，将1300℃的玻璃液倒入600℃的模具中，形成厚度为8mm的块状玻璃；

步骤6)，将成形的玻璃放入700℃退火炉中，保温60min；

步骤7)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得轻质高强度的电子基板玻璃。

图1的测试结果可以看到，玻璃样品的密度和硬度变化规律类似，均出现了极大值。原因是玻璃组分中氧化硼含量变化较大，并且当玻璃组成中有碱金属或者碱土金属时，不断增加的氧化硼导致游离氧不足，使硼氧四面体[bo4]转变为硼氧三角体[bo3]，使硼的结构从架状结构向层状结构转变，会出现“硼反常效应”，在性能上表现为曲线中产生极大值和极小值。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。