玻璃及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及玻璃生产技术领域，具体涉及一种玻璃、一种玻璃的制备方法和由此制备得到的玻璃及其应用。


背景技术：

2.近些年来随着5g技术的不断成熟，相应配套的互联科技也应运而生，5g将为各种跨界融合提供新的技术支撑。现代智能终端中最常见的产品为新型智能手机和平板电脑，触摸屏在智能终端的使用上显得尤为重要。最外层的盖板玻璃是制作触摸屏的关键材料之一。当然，玻璃既可以作为功能材料也可以是保护材料。常见的金属后盖板会对5g信号的高频发射及接收产生干扰，因此需要设置更多的天线数量来改善信号的发射和接收。玻璃材料则可以更好的解决此类问题，但是其材料本身易碎的特性造成其无法大规模的被应用在后盖板。特别是在日常的使用过程中，不可避免的会发生手机的坠落跌损，此时以玻璃作为后盖板则无法起到保护手机内部零部件的功能。
3.因此，如果要解决以上的这些问题，则需要玻璃既要有很好的透过性也可以表现出更好的抗跌落性能，从而提高电子产品的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术存在的抗摔性能差的问题，提供了一种玻璃，该玻璃具有提升的最大压缩应力cs和强化深度dol以及维氏硬度，抗摔性能优异。
5.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种玻璃，基于玻璃的总质量，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-62％的sio2、17％-35％的al2o3、1％-8％的na2o、0-2％的k2o、2％-11％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2；且玻璃中各组分的质量百分含量满足式(1)-(3)中a、b、c的值：
6.式(1)a＝sio2/(sio2+al2o3)，
7.式(2)b＝al2o3/(na2o+k2o+li2o)，
8.式(3)c＝na2o+k2o+li2o，
9.其中a＝0.5-0.7，b＝2-4，c＝8％-14％；
10.玻璃的最大压缩应力cs》900mpa，na层的强化深度dol≥130μm，k层的强化深度dol》4.0μm，维氏硬度》600hv。
11.优选地，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-57％的sio2、27％-34％的al2o3、2％-4％的na2o、1％-2％的k2o、6％-10％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2。
12.本发明的第二方面提供了一种玻璃的制备方法，基于玻璃的总质量，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-62％的sio2、17％-35％的al2o3、1％-8％的na2o、0-2％的k2o、2％-11％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2；且玻璃中各组分的质量百分含量满足式(1)-(3)中a、b、c的值：
13.式(1)a＝sio2/(sio2+al2o3)，
14.式(2)b＝al2o3/(na2o+k2o+li2o)，
15.式(3)c＝na2o+k2o+li2o，
16.其中a＝0.5-0.7，b＝2-4，c＝8％-14％；
17.制备方法包括：
18.(1)将用于制备玻璃的原料混合制得基础玻璃；
19.(2)将步骤(1)得到的基础玻璃依次进行第一化学强化处理和第二化学强化处理，第一化学强化的过程包括将基础玻璃与第一强化液接触，所述第一强化液为硝酸钠熔盐；第二化学强化的过程包括将第一化学强化处理后的玻璃与第二强化液接触，第二强化液为含有基于第二强化液总重量的20-30wt％的硝酸钠和70-80wt％的硝酸钾的熔盐。
20.优选地，第一化学强化处理的条件包括：温度为380-420℃，时间为1-3小时；第二化学强化处理的条件包括：温度为370-380℃，时间为0.15-3小时。
21.优选地，第二强化液为含有基于第二强化液总重量的25-30wt％的硝酸钠和70-75wt％的硝酸钾的熔盐。
22.优选地，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-57％的sio2、27％-34％的al2o3、2％-4％的na2o、1％-2％的k2o、6％-10％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2。
23.优选地，步骤(1)包括：将用于制备所述玻璃的原料混合后熔融，依次进行浇铸成型、退火、切割、抛光处理以得到所述基础玻璃。
24.本发明的第三方面提供了由上述制备方法制备得到的玻璃。
25.优选地，玻璃的最大压缩应力cs》900mpa，na层的强化深度dol≥130μm，k层的强化深度dol》4.0μm，维氏硬度》600hv。
26.本发明的第四方面提供了上述玻璃作为智能终端显示屏用前盖或后盖的材料的应用。
27.本发明通过控制基础玻璃的组分和含量以及两次化学强化的条件，能够在玻璃产品的表面压缩应力值、应力层深度、摔落后玻璃的完好率、抗破裂性能等方面产生较好的技术效果。具体地，本发明所获得玻璃的压缩应力值、应力层深度和落球高度等性能均有显著提高，强化后的玻璃的最大压缩应力cs》900mpa，na层的强化深度dol≥130μm，k层的强化深度dol》4.0μm，维氏硬度》600hv，抗摔落高度多达2m，能更好的满足其在电子产品上的应用，有效延长电子产品的使用寿命。
具体实施方式
28.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
29.本发明的第一方面提供了一种玻璃，基于玻璃的总质量，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-62％的sio2、17％-35％的al2o3、1％-8％的na2o、0-2％的k2o、2％-11％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2；且玻璃中各组分的质量百分含量满足式(1)-(3)中a、b、c的值：
30.式(1)a＝sio2/(sio2+al2o3)，
31.式(2)b＝al2o3/(na2o+k2o+li2o)，
32.式(3)c＝na2o+k2o+li2o，
33.其中a＝0.5-0.7，b＝2-4，c＝8％-14％。
34.在本发明中，玻璃的最大压缩应力cs》900mpa，na层的强化深度dol(dol(na))≥130μm，k层的强化深度dol(dol(k))》4.0μm，维氏硬度》600hv。
35.在本发明中，利用表面应力仪fsm-6000进行表面压缩应力测定；利用玻璃表面应力仪slp-2000进行离子交换层深度测定。涉及的性能指标在此说明：其中cs为k
+
表面压缩应力，单位为mpa；dol(na)为cs(na)层的深度，单位为μm；dol(k)为cs(k)层的深度，单位为μm。
36.根据本发明的一种优选的实施方式，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-57％的sio2、27％-34％的al2o3、2％-4％的na2o、1％-2％的k2o、6％-10％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2。
37.本发明的第二方面提供了一种玻璃的制备方法，基于玻璃的总质量，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-62％的sio2、17％-35％的al2o3、1％-8％的na2o、0-2％的k2o、2％-11％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2；且玻璃中各组分的质量百分含量满足式(1)-(3)中a、b、c的值：
38.式(1)a＝sio2/(sio2+al2o3)，
39.式(2)b＝al2o3/(na2o+k2o+li2o)，
40.式(3)c＝na2o+k2o+li2o，
41.其中a＝0.5-0.7，b＝2-4，c＝8％-14％；
42.制备方法包括：
43.(1)将用于制备玻璃的原料混合制得基础玻璃；
44.(2)将步骤(1)得到的基础玻璃依次进行第一化学强化处理和第二化学强化处理，第一化学强化的过程包括将基础玻璃与第一强化液接触，第一强化液为硝酸钠熔盐；第二化学强化的过程包括将第一化学强化处理后的玻璃与第二强化液接触，第二强化液为含有基于第二强化液总重量的20-30wt％的硝酸钠和70-80wt％的硝酸钾的熔盐。
45.在本发明中，采用硝酸钠熔盐作为第一强化液，钠离子(na
+
)能够置换锂铝硅玻璃表面0～300μm深度的锂离子(li
+
)，赋予玻璃更大的强度，使其忍受划伤的能力达到最大，并且玻璃的强度稳定性能最佳，原始玻璃中含有较高的锂离子，第一强化液与原始玻璃之间的锂离子浓度差为锂钠离子交换提供了更强的动力，有利于离子交换层的形成。
46.在本发明中，采用上述特定比例范围的第二强化液，将经所述锂钠离子交换得到的玻璃中的钠元素与第二强化液中的钾离子进行第二离子交换，锂钠离子交换和钠钾离子交换依次进行来限定离子交换的离子量，避免了离子交换产生过量的挤塞效应而导致玻璃性能下降或发生自爆。
47.第二强化液主要是用于将玻璃中的钠离子与钾离子进行交换，形成更深的离子交换层。若第二强化液中的硝酸钾含量低于70wt％，则无法将玻璃中的钠离子进行有效交换；若第二强化液中的硝酸钾含量高于80wt％，则易形成挤塞效应，无法有效提高玻璃的强化性能。
48.在本发明中，步骤(1)中的由原料制备基础玻璃的方法可以为本领域的常用方法，
但是，为了获得抗摔性能更好的玻璃，本发明提供一种优选的具体实施方式。
49.优选地，步骤(1)中所述的“将用于制备玻璃的原料混合制得基础玻璃”包括：将制备玻璃的原料混合后熔融，依次进行浇铸成型、退火、切割、抛光处理以得到所述基础玻璃。
50.本发明对所述浇铸成型、退火、切割、抛光处理的具体方式没有特别的限制，本领域技术人员可以采用本领域常规的技术手段进行，本发明在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
51.优选地，在本发明中，所述第一化学强化处理的条件包括：温度为380-420℃，时间为1-3小时。
52.优选地，在本发明中，所述第二化学强化处理的条件包括：温度为370-380℃，时间为0.15-3小时。
53.根据本发明的一种优选的实施方式，第二强化液含有基于第二强化液总重量的25-30wt％的硝酸钠和70-75wt％的硝酸钾。
54.根据本发明的一种优选的实施方式，玻璃中含有以氧化物的质量百分比计的50％-57％的sio2、27％-34％的al2o3、2％-4％的na2o、1％-2％的k2o、6％-10％的li2o、0-2％的b2o3和3％-5％的zro2。
55.本发明所述的一种玻璃的制备方法还包括清洗、擦干、预热等常规技术手段，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本发明在后文中示例性的提供一种具体的实施方式，本领域技术人员不能理解为对本发明的限制。
56.本发明的第三方面提供了由上述制备方法制备得到的玻璃。
57.通过本发明的制备方法制备得到的玻璃的最大压缩应力cs》900mpa，na层的强化深度dol≥130μm，k层的强化深度dol》4.0μm，维氏硬度》600hv。
58.本发明的第四方面提供了上述玻璃作为智能终端显示屏用前盖或后盖的材料的应用。
59.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，所用的材料均可通过商购获得，所述室温均表示25
±
2℃。
60.光透射率：将样品加工成0.7mm厚度并进行相对面平行抛光，利用日立u-41000形分光光度计测量550nm的平均光透率。
61.表面应力和应力层深度：利用表面应力仪fsm-6000进行表面应力测定；利用玻璃表面应力仪slp-2000进行离子交换层深度测定。
62.落球为抗摔性能测试：采用25g钢球从高度30cm开始实施，中心点跌落3次，每次上升5cm，落球高度的单位为厘米(cm)。
63.实施例和对比例
64.(1)制备基础玻璃
65.实施例1-7和对比例1-3的组分和比例如表1所示。
66.实施例8-14和对比例4-6的组分和比例与实施例7相同。
67.按照表1所示的玻璃组成称量实施例和对比例中的各组分，在密封袋内混匀，而后倒入铂金坩埚中在1650℃进行熔化，待熔化3h后，将熔融玻璃液浇铸在金属模具中，并将玻璃转入马弗炉中在630℃进行退火，保温时间2h，按照2℃/min的降温速率进行精密退火，避免后期切割中因玻璃内部应力未消除而造成破裂，通过切割，研磨，将玻璃板制成145
×
73
×
0.7mm的玻璃板小样，即为基础玻璃。
68.(2)化学强化处理
69.实施例1-7和对比例1-3的化学强化处理的过程：
70.将所述基础玻璃进行在360下预热1小时，将预热后基础玻璃浸入第一强化液(硝酸钠熔盐)中并在380℃下处理2小时，得到强化玻璃i；待所述强化玻璃i降温散热至室温后，使用纯水进行清洗、擦干、二次预热(温度为360℃，时间为1小时)，得到二次预热后强化玻璃i，再将所述二次预热后强化玻璃i浸入第二强化液(30wt％硝酸钠熔盐和70wt％的硝酸钾熔盐)中并在370℃下处理2小时，得到强化玻璃ii。测定所述强化玻璃ii的性能参数，具体结果见表1。
71.实施例8-14和对比例4-6的化学强化处理的条件如表2所示。
72.表1
[0073][0074][0075]
从表1中可以看出：实施例1-实施例7在玻璃各组分满足范围且a、b、c值均满足本发明的技术方案要求时，通过化学强化工艺得到高强度盖板玻璃，所得玻璃在550mm可见光透光率在90％，经化学强化后表面压缩应力cs大于900mpa，cs(na)层的深度≥130μm，cs(k)
层的深度》4.0μm，所得玻璃具有优异的化学强化性能；落球高度大于180cm。
[0076]
对于玻璃组分和/或a、b、c值不满足本发明的技术方案要求的对比例1(d1)、对比例2(d2)以及对比例3(d3)，其上述性能相对于本发明来说明显下降，特别对于a、b、c值与本技术方案差异较大的对比例2、对比例3来说，其cs不足850mpa，cs(na)层的深度《130μm，cs(k)层的深度《3.5μm，落球高度不高于170cm。
[0077]
由此可见，玻璃组合物中各组分的含量以及a、b和c的值同时满足在本发明的范围的情况，相对于组分含量不在本发明的范围内以及仅仅是各组分的含量满足本发明的范围而a、b、c不满足要求的情况，均会在玻璃产品的表面压缩应力值、应力层深度、摔落后玻璃的完好率、抗破裂性能等方面产生较好的技术效果。
[0078]
表2
[0079]
[0080][0081]
表2主要用于说明给定组分及含量的料方，不同化学强化方法所获得的压缩应力值、应力层深度和落球高度的影响；实施例8-14和对比例4(d4)、对比例5(d5)、对比例6(d6)均进行了两次化学强化。
[0082]
从表2中可以看出：当满足实施例13的强化条件时，强化后的产品表面压缩应力cs高达950mpa，落球高度达到200cm，具有非常优异化学强化性能；对比例5和6的性能较实施例要差些，区别在于第二化学强化所用的强化液的熔盐比例不相同，对比例4的性能最差，是因为第二化学强化时间较短，所以相比较强化后产品的cs应力层深度以及落球高度都比较低。从上述结果可以看出，通过采用本发明的强化工艺技术方案来强化产品，其上述相关性能得到显著提高。
[0083]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。