一种高硬度的无碱高铝硼硅玻璃及制备方法与流程

本发明属于玻璃领域，涉及一种高硬度的无碱高铝硼硅玻璃及制备方法。

背景技术：

21世纪以来，随着如今手机、平板电脑、pda等电子产品的迅速普及，对高性能显示材料的需求也日益增长。tft-lcd是目前最好的彩色显示设备，其是手机、mp3播放器、mp4播放器、车载导航仪等小型终端显示设备以及电视、笔记本电脑、台式机上的主流显示设备，tft-lcd成为平板显示产品的主流产品，作为tft-lcd显示器的主要构成部分，液晶玻璃基板的性能直接影响到显示器面板的品质，尤其会影响玻璃基板在生产过程中的良品率，直接影响到显示器面板的综合成本。

基板玻璃主要为高铝硼酸盐玻璃，高硬度可以对基板玻璃形成有效的保护，减少基板玻璃在包装、运输、加工和使用过程中出现损伤。由于tft显示技术中最小的显示单元尺寸约在几十微米，基板玻璃表面微小的擦伤都将造成镀膜过程中废品的产生，降低生产效率。因此，基板玻璃表面的硬度越高，其产生擦伤的概率就越小。

基板玻璃表面的硬度的影响因素包括化学组成、热历史、和表面处理等几个方面。通过化学组成，可以直接判断那种组分玻璃表面硬度高，从而可以优化基板玻璃的料方配比；通过热历史，可以提供更好的退火工艺；通过表面处理，可以使基板玻璃的表面硬度得到加强。

cn201710963120.5公开了一种高硬度耐磨玻璃的制备方法。主要是通过磁控溅射的方法，在玻璃基体表面依次镀膜，将各个膜层紧密结合在一起，从而提高玻璃的硬度。其是通过表面处理的方法是玻璃硬度得到加强，并不是通过改变化学组成来提高硬度。

cn201610209072.6公开了一种高硬度玻璃的制备方法。该玻璃按质量百分比包括以下组分：sio2:70～78wt％，al2o3:1～3wt％，na2o:9～13wt％，cao:6～10wt％，mgo:2～5wt％，sro:0.5～3.5wt％，k2o:0～1wt％。但是配方含有碱金属氧化物，这样会导致在生产过程中污染产线。

cn201810125660.0公开了一种高硬度耐磨玻璃杯及其制备方法。该玻璃包含以上重量份的组分制成：石英砂24-32份、纯碱18-26份、纳米二氧化硅10-15份、云母粉5-12份、纳米氧化石墨4-9份、二硫化钼3-8份、硅酸钠2-6份、硼酸锌0.6-2.4份、氮化硅2-7份、氧化钙4-8份、胶黏剂0.8-1.6份、助磨剂0.4-1.2份、着色剂0.3-0.8份。配方含有纯碱、硫化物等，配方不适宜用作基板玻璃配方。

cn201710354574.2公开了一种无碱铝硼硅酸盐玻璃。该玻璃按质量百分比包括以下组分：二氧化硅45-52％、三氧化二铝10-16％、二氧化锆9-16％、氧化镁12-15％、氧化钡5-10％、氧化锡8-14％、五氧化二钒15-22％、稀土金属氧化物7-15％。其组成中含有bao，ba²⁺属于重金属离子，会对环境和人体产生危害。

目前，具有高硬度的无碱铝硼硅酸盐玻璃，其组分中都含有碱金属、熔化温度过高、成型性能差或者含有对环境危害较大的成分，使其不能用于电子基板玻璃。因此急需一种高硬度、物理化学性能优异且不对环境产生污染的电子基板玻璃。

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高硬度的无碱高铝硼硅玻璃及制备方法，制备的高铝硼硅玻璃不仅满足热膨胀系数、密度等性能，还具有优异的硬度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高硬度的无碱高铝硼硅玻璃，其配方按质量分数包括以下原料组分：61.40～62.95wt％的石英砂，17.05～17.48wt％的氧化铝粉，10.35～10.62wt％的硼酐，1.37～1.40wt％的氧化镁，6.51～8.81wt％的氧化钙，0.85～0.87wt％的氧化锶和0.17wt％的氧化锡。

一种高硬度无碱高铝硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)，按照原料质量分数称取原料；

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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

进一步，所述步骤3)中氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料通过50-60min升温至1680℃。

进一步，所述步骤2)中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。

无碱高铝硼硅玻璃，硬度为706.50～724.65kgf/mm²。

本发明的高硬度的无碱高铝硼硅玻璃及制备方法，在满足电子基板玻璃热膨胀系数、密度等要求的条件下，其配方中玻璃不含碱土金属且添加并优化了cao的掺入量，通过高温熔化法制备高铝硼硅酸盐玻璃，由于本发明中含有cao，不仅可以起到促进玻璃熔解和调节成型性的效果，还满足硬度等性能，使其拥有优异的硬度。

所制备的一种高硬度的无碱高铝硼硅酸盐玻璃适用于移动电话，智能电话，平板电脑，笔记本电脑，电视机，mta设备，手表，工业显示器等。因此，用该方法制备的具有优异介电性能的高铝硼硅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是按照本发明的制备方法制得的无碱高铝硼硅酸盐玻璃硬度随cao含量增加的变化趋势图。

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。

本发明高硬度的无碱高铝硼硅玻璃，其配方按质量分数包括以下原料组分：61.40～62.95wt％的石英砂，17.05～17.48wt％的氧化铝粉，10.35～10.62wt％的硼酐，1.37～1.40wt％的氧化镁，6.51～8.81wt％的氧化钙，0.85～0.87wt％的氧化锶和0.17wt％的氧化锡。

实施例1：

步骤1)，按照原料质量分数，准确称量62.95wt％的石英砂，10.62wt％的硼酐，17.48wt％的氧化铝粉，1.40wt％的氧化镁，6.51wt％的氧化钙，0.87wt％的氧化锶和0.17wt％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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

本发明采用维氏显微硬度压痕测试法对玻璃样品的硬度进行测试。利用以下公式(1)计算玻璃样品的硬度。

式中：p—所加载荷，kgf；a—压痕接触面积，mm²；d—残余压痕两对角线的平均值，mm。

通过计算实施例1样品的硬度为724.65kgf/mm²。

实施例2，

步骤1)，按照原料质量分数，准确称量62.63wt％的石英砂，10.56wt％的硼酐，17.40wt％的氧化铝粉，1.40wt％的氧化镁，6.98wt％的氧化钙，0.86wt％的氧化锶和0.17wt％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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

本发明采用维氏显微硬度压痕测试法对玻璃样品的硬度进行测试。利用以下公式(1)计算玻璃样品的硬度。

式中：p—所加载荷，kgf；a—压痕接触面积，mm²；d—残余压痕两对角线的平均值，mm。

通过计算实施例2样品的硬度为711.95kgf/mm²。

实施例3，

步骤1)，按照原料质量分数，准确称量62.32wt％的石英砂，10.51wt％的硼酐，17.31wt％的氧化铝粉，1.39wt％的氧化镁，7.44wt％的氧化钙，0.86wt％的氧化锶和0.17wt％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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

本发明采用维氏显微硬度压痕测试法对玻璃样品的硬度进行测试。利用以下公式(1)计算玻璃样品的硬度。

式中：p—所加载荷，kgf；a—压痕接触面积，mm²；d—残余压痕两对角线的平均值，mm。

通过计算实施例3样品的硬度为706.50kgf/mm²。

实施例4，

步骤1)，按照原料质量分数，准确称量62.01wt％的石英砂，10.46wt％的硼酐，17.22wt％的氧化铝粉，1.38wt％的氧化镁，7.90wt％的氧化钙，0.86wt％的氧化锶和0.17wt％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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

本发明采用维氏显微硬度压痕测试法对玻璃样品的硬度进行测试。利用以下公式(1)计算玻璃样品的硬度。

式中：p—所加载荷，kgf；a—压痕接触面积，mm²；d—残余压痕两对角线的平均值，mm。

通过计算实施例4样品的硬度为720.05kgf/mm²。

实施例5，

步骤1)，按照原料质量分数，准确称量61.70wt％的石英砂，10.41wt％的硼酐，17.14wt％的氧化铝粉，1.37wt％的氧化镁，8.36wt％的氧化钙，0.85wt％的氧化锶和0.17wt％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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

本发明采用维氏显微硬度压痕测试法对玻璃样品的硬度进行测试。利用以下公式(1)计算玻璃样品的硬度。

式中：p—所加载荷，kgf；a—压痕接触面积，mm²；d—残余压痕两对角线的平均值，mm。

通过计算实施例5样品的硬度为718.70kgf/mm²。

实施例6，

步骤1)，按照原料质量分数，准确称量61.40wt％的石英砂，10.35wt％的硼酐，17.05wt％的氧化铝粉，1.37wt％的氧化镁，8.81wt％的氧化钙，0.85wt％的氧化锶和0.17wt％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)，将氧化铝坩埚随炉子预热至1450℃，加入配合料；然后，通过50-60min升温至1680℃，保温240min；

步骤4)，将玻璃液倒入预热后的模具中，随后将玻璃移入退火炉中，在740-760℃下进行退火；

步骤5)，按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得高硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

本发明采用维氏显微硬度压痕测试法对玻璃样品的硬度进行测试。利用以下公式(1)计算玻璃样品的硬度。

式中：p—所加载荷，kgf；a—压痕接触面积，mm²；d—残余压痕两对角线的平均值，mm。

通过计算实施例6样品的硬度为722.85kgf/mm²。

参考图1，通过添加并优化cao的掺入量，可以得到优异的硬度的无碱高铝硼硅玻璃。

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。