一种无碱基板玻璃

本发明属于玻璃，具体涉及一种无碱基板玻璃。

背景技术：

1、玻璃是新型显示技术中不可或缺的组成部分，在新型显示器件中通常以基板玻璃或者盖板玻璃等形式出现。随着新型显示技术的发展与应用，信息显示设备与器件的制备流程较多，工艺复杂，对玻璃物理化学性能要求日益严苛，其中所涉及的重要物理化学性能包括较好的化学稳定性、较低的热膨胀系数、较高的玻璃应变点温度、较高的硬度与弹性模量、较低的再热收缩率、不含碱金属离子等。

2、基于上述物理化学性能要求，上述玻璃主要以ro-al2o3-sio2或ro-al2o3-b2o3-sio2(r＝mg，ca，sr，ba，zn)系列的无碱玻璃为主，玻璃组成中sio2和al2o3含量较高，不含b2o3或含量较低，这易导致玻璃熔化与澄清困难。调节玻璃中碱土金属氧化物含量对玻璃的熔化与澄清能够起到一定的调节作用，但容易对玻璃的密度、热膨胀系数、强度以及化学稳定性等性能产生较大的影响。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种无碱基板玻璃，兼具较高的应变温度、较高的玻璃转变温度、合适的热膨胀系数、良好的再热收缩率、较高的硬度与弹性模量、较高的透过率、良好的化学稳定性等特点，并具备较好的熔化与澄清特性，能够满足无碱基板玻璃的应用需求。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种无碱基板玻璃，以基于氧化物的摩尔百分比计，其特征在于，所述玻璃组成包含：60≤sio2≤65，9.62≤al2o3≤15，0<b2o3≤2，15≤mgo≤23，0≤cao≤8，0≤zro2≤3.85，前述组分总量之和为100％；所述玻璃还包括0≤sno2≤0.3。

4、为使玻璃具备较好的弹性模量与较高的应变点温度，通常玻璃中sio2与al2o3含量较高；但过高含量的sio2与al2o3会提升玻璃的熔化与澄清难度，难以获得较高透过率的玻璃。在sio2-al2o3玻璃组成基础上引入碱土金属氧化物，形成ro-al2o3-sio2组成体系；在碱土金属含量过高的情况下，玻璃熔化温度湿度降低，但玻璃液澄清性能较差，在该情况所制备的玻璃可具备较高的应变点温度、较高的弹性模量与维氏硬度等特性，但玻璃的耐酸碱腐蚀性能较差，且紫外波段的透过率较差。碱土金属氧化物能够改善玻璃的熔化澄清性能，其中mgo与cao对提升玻璃的应变点温度与弹性模量等性能具有积极作用，并对玻璃热膨胀系数影响相对较小；sro与bao同样能够改善玻璃熔化澄清性能，但易增大玻璃的密度。针对上述问题，本发明进一步优化了上述ro-al2o3-sio2玻璃组成，优选地，72≤sio2+al2o3≤80，18≤mgo+cao≤23。上述优化组成后的玻璃具备较高的应变点温度、较为合适的热膨胀系数、以及较高的维氏硬度；但所述优化组成的玻璃透过率较低，难以满足基板玻璃的应用需求；同时耐酸碱侵蚀性能仍需进一步提高。

5、为改善上述玻璃的澄清性能，提升玻璃在紫外波段的透过率，本发明进一步在上述组成的基础上引入b2o3。b2o3的引入能够在一定程度降低玻璃的粘度，改善玻璃的澄清性能，对于改善玻璃均匀性、提升玻璃的透过率具有积极的作用。以b2o3取代玻璃组成中mgo或者sio2的方式引入b2o3，能够显著提升玻璃的透过率，但同时也导致玻璃的转变温度与应变点温度降低，维氏硬度与热膨胀系数降低。基于引入b2o3所带来的问题，优选地，b2o3/sio2<0.034。进一步地，由于玻璃中含有较高含量的碱土金属氧化物，在引入b2o3的前提下，玻璃具备一定的析晶倾向；为保证玻璃具备较好的玻璃形成能力，玻璃中al2o3不宜过低，进一步优选地，0.15<al2o3/sio2。通过上述组成优化，玻璃在紫外波段的透过率提升至70％以上，同时兼具了较高的玻璃转变温度与应变点温度，以及合适的热膨胀系数。但由于玻璃组成中b2o3含量较低，玻璃的耐酸碱侵蚀性能仍然较差。

6、针对上述玻璃组成，为进一步解决玻璃耐酸碱腐蚀性问题，进一步采用了两种技术方案来改善上述玻璃的耐酸碱侵蚀性能。本发明通过系统研究，发现在满足上述组成要求的前提下，进一步通过碱土金属氧化物、sio2以及al2o3的含量设计及优化，即使用al2o3部分取代sio2或者碱土金属氧化物，可显著提升玻璃的耐酸碱侵蚀性能；但使用al2o3取代的量不宜过大，否则以易提升玻璃的制备难度。在此基础上，优选地，al2o3/sio2≤0.25。在本发明的系统研究中，发现在满足上述组成范围的前提下，使用cao部分替代mgo能够显著改善玻璃的耐酸碱侵蚀性能。当cao使用量较低时，玻璃的弹性模量较高；但过多地使用cao取代mgo易导致玻璃应变点轻微下降，热膨胀系数显著升高。基于此，优选地，0≤cao/(mgo+cao)≤0.348。

7、针对上述组成范围的玻璃，为进一步提升玻璃的弹性模量、应变点温度、与耐酸碱侵蚀性能，本发明进一步引入zro2。在适当范围内，zro2的引入能够提升玻璃的应变点温度，弹性模量；使用较大时，增大玻璃熔制难度，易产生结石等缺陷，同时导致玻璃密度增大。为改善玻璃的澄清性能，玻璃组成中还可含有sno2等澄清剂。

8、为保证所述无碱基板玻璃在电子器件中的稳定应用，优选地，所述无碱基板玻璃组成中实质上不含碱金属，实质上不含sro，实质上不含bao,实质上不含p2o5；所述的“实质上不含”是指除了从原材料混入的量以外不含有的意思，是指制备后所得的玻璃组成中上述含量小于0.1的情况。

9、为减少所述无碱基板玻璃中气泡与结石等缺陷，优选地，所述无碱基板玻璃的组成中还可包含但不限于与硫、卤素元素相关的化合物澄清剂，且该类澄清剂在制备所得的玻璃中含量小于0.1。

10、基于上述内容，优选地，所述的无碱基板玻璃应变点温度≥720℃，热膨胀系数(25-300℃)3.3～3.83×10-6/k，维氏硬度≥6.8gpa，弹性模量≥88gpa，308nm波长处透过率>70％，密度<2.62g/cm3，在hf溶液中腐蚀失重<12mg/cm2，在hcl溶液中腐蚀失重<4mg/cm2，在naoh溶液中腐蚀失重<2.6mg/cm2。

11、本发明的有益效果为：本发明提供的无碱基板玻璃，同时兼具较高的应变温度、较高的玻璃转变温度、合适的热膨胀系数、良好的再热收缩率、较高的硬度与弹性模量、较高的透过率、良好的化学稳定性等特点，并具备较好的熔化与澄清特性，能够满足无碱基板玻璃的应用需求，其可以解决现有技术的无碱基板玻璃中总有某种或某几种性能不佳的缺陷。

技术特征：

1.一种无碱基板玻璃，以基于氧化物的摩尔百分比计，其特征在于，所述玻璃组成包含：60≤sio2≤65，9.62≤al2o3≤15，0<b2o3≤2，15≤mgo≤23，0≤cao≤8，

2.如权利要求1所述的无碱基板玻璃，其特征在于，玻璃组成中，

3.如权利要求1所述的无碱基板玻璃，其特征在于，0≤cao/(mgo+cao)≤0.348。

4.如权利要求1所述的无碱基板玻璃，其特征在于，玻璃组成中实质上不含碱金属，实质上不含sro，实质上不含bao,且实质上不含p2o5；所述的“实质上不含”是指除了从原材料混入的量以外不含有的意思，是指制备后所得的玻璃组成中上述含量小于0.1的情况。

5.如权利要求1所述的无碱基板玻璃，其特征在于，玻璃组成还包含与硫、卤素元素相关的化合物澄清剂，且该类澄清剂在制备后所得的玻璃中含量小于0.1。

6.如权利要求1所述的无碱基板玻璃，其特征在于，所述的无碱基板玻璃应变点温度≥720℃，热膨胀系数(25-300℃)3.3～3.83×10-6/k，再热收缩率(600℃/10min)小于40ppm，维氏硬度≥6.8gpa，弹性模量≥88gpa，308nm波长处透过率>70％，密度<2.62g/cm3，在hf溶液中腐蚀失重<12mg/cm2，在hcl溶液中腐蚀失重<4mg/cm2，在naoh溶液中腐蚀失重<2.6mg/cm2。

技术总结
本发明涉及玻璃领域，公开了一种无碱基板玻璃。所述的无碱基板玻璃的组成包括：60≤SiO2≤65，9.62≤Al2O3≤15，0<B2O3≤2，15≤MgO≤23，0≤CaO≤8，0≤ZrO2≤3.85，前述组分总量之和为100％；所述玻璃还包括0≤SnO2≤0.3。本发明所述的无碱基板玻璃，应变点温度≥720℃，热膨胀系数(25‑300℃)3.3～3.83×10‑6/K，维氏硬度≥6.8GPa，弹性模量≥88GPa，308nm波长处透过率>70％，密度<2.62g/cm3，在HF溶液中腐蚀失重<12mg/cm2，在HCl溶液中腐蚀失重<4mg/cm2，在NaOH溶液中腐蚀失重<2.6mg/cm2。本发明所述的无碱基板玻璃在显示器件、太阳电池等领域具有很好的应用前景。

技术研发人员：刘超,卢亚东,郭云岚
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13