一种盖板用玻璃组合物和盖板玻璃及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及玻璃制造领域，具体地，公开了一种盖板用玻璃组合物和盖板玻璃及其制备方法和应用，涉及一种盖板用玻璃组合物，该盖板用玻璃组合物含有SiO2、Al2O3、B2O3、ZrO2、Fe2O3、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。还涉及一种盖板玻璃及其制备方法和应用。本发明制得的盖板玻璃具有较高的化学强化性能、较高的硬度和强度，较高的应变点，并且在玻璃表面形成了较高的压应力和压应力层深度，另外，本发明制得的玻璃具有优良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击和划伤损害，较适用于作为盖板玻璃。

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃制造领域，具体地，涉及一种盖板用玻璃组合物和盖板玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

触摸屏作为一种先进的电子输入设备，具有简单便捷、反应速度快、节省空间和易于人机交流等诸多优点。触摸屏技术起源于20世纪70年代，早期多用于工控计算机和POS机终端等工业或商用设备中。2007年美国苹果公司推出iPhone手机，成为触控行业发展的一个里程碑。触摸屏电子显示设备外形轻薄时尚，使消费者可以进行直接便捷的操作，增加了人机互动的亲切感，引发了消费者的热烈追捧，同时也开启了触摸屏向主流操控界面迈进的征程。

随着触摸屏电子产品的普及，人们希望触摸屏经久耐用和不易损伤，这就要求触摸屏盖板玻璃具有良好的性能。然而，现有的玻璃组合物制成的玻璃的机械性能和力学性能等还无法很好地满足盖板玻璃生产的需要。

目前，急需一种能够显著提高制得玻璃机械性能和力学性能等综合性能的盖板用玻璃组合物以及制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种盖板用玻璃组合物和盖板玻璃及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种盖板用玻璃组合物，该盖板用玻璃组合物含有SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、ZrO₂、Fe₂O₃、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。

优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，SiO₂的含量为58-64重量％，Al₂O₃的含量为8-14.5重量％，B₂O₃的含量为0.1-2重量％，ZrO₂的含量为0.5-2重量％，Fe₂O₃的含量为0.001-0.3重量％，碱金属氧化物的含量为10-22重量％，碱土金属氧化物的含量为6.02-13.5重量％。

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，SiO₂的含量为60-62重量％；

更优选地，Al₂O₃的含量为10-13.5重量％；

更优选地，B₂O₃的含量为0.5-1.5重量％；

更优选地，ZrO₂的含量为0.5-1重量％；

更优选地，Fe₂O₃的含量为0.01-0.05重量％；

更优选地，碱金属氧化物的含量为13-18重量％；

更优选地，碱土金属氧化物的含量为6.1-9重量％。

优选地，所述碱金属氧化物为Na₂O、K₂O和Li₂O中的至少一种，更优选为Na₂O和/或K₂O，更优选为Na₂O和K₂O的混合物；更优选地，Na₂O和K₂O的混合物中Na₂O和K₂O的重量比为1：0.1-0.6。

优选地，所述碱土金属氧化物为MgO、CaO和SrO中的至少一种，更优选为MgO、CaO和SrO的混合物；更优选地，MgO、CaO和SrO的混合物中MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.001-0.5：0.001-0.3。

第二方面，本发明提供了一种盖板玻璃的制备方法，该方法包括：将上述盖板用玻璃组合物依次进行混合、熔融、均化、浇注成型和退火。

优选地，该方法还包括：将退火后的玻璃进行切片、打磨和化学钢化。

第三方面，本发明提供了上述方法制备的盖板玻璃。

第四方面，本发明提供了上述盖板玻璃作为触摸屏盖板的应用。

本发明制得的盖板玻璃的膨胀系数可以为38-92×10^-7/℃，弹性模量可以为69-86GPa，应变点可以为560-630℃，熔化温度可以为1485-1530℃，钢化后维氏硬度可以为480-725，压应力可以为835-1105MPa，压应力层深度可以为17-49μm。因此，本发明制得的盖板玻璃具有较高的化学强化性能、较高的硬度和强度，较高的应变点，并且在玻璃表面形成了较高的压应力和压应力层深度，另外，本发明制得的盖板玻璃具有优良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击和划伤损害，较适用于作为触摸屏盖板。并且，制得的触摸屏盖板玻璃可广泛应用于手机、电脑、数码和光学镜头等行业领域。

本发明的其它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

以下对本发明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发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种盖板用玻璃组合物，该盖板用玻璃组合物含有SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、ZrO₂、Fe₂O₃、碱金属氧化物和碱土金属氧化物。

根据本发明所述的盖板用玻璃组合物，优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，SiO₂的含量为58-64重量％，Al₂O₃的含量为8-14.5重量％，B₂O₃的含量为0.1-2重量％，ZrO₂的含量为0.5-2重量％，Fe₂O₃的含量为0.001-0.3重量％，碱金属氧化物的含量为10-22重量％，碱土金属氧化物的含量为6.02-13.5重量％。

为了显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能，更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，SiO₂的含量为60-62重量％；

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，Al₂O₃的含量为10-13.5重量％；

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，B₂O₃的含量为0.5-1.5重量％；

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，ZrO₂的含量为0.5-1重量％；

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，Fe₂O₃的含量为0.01-0.05重量％；

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，碱金属氧化物的含量为13-18重量％；

更优选地，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，碱土金属氧化物的含量为6.1-9重量％。

本发明的一种优选实施方式中，以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，SiO₂的含量为60-62重量％；Al₂O₃的含量为10-13.5重量％；B₂O₃的含量为0.5-1.5重量％；ZrO₂的含量为0.5-1重量％；Fe₂O₃的含量为0.01-0.05重量％；碱金属氧化物的含量为13-18重量％；碱土金属氧化物的含量为6.1-9重量％。

根据本发明所述的盖板用玻璃组合物，碱金属氧化物可以为本领域各种碱金属氧化物，例如可以为Na₂O、K₂O和Li₂O中的至少一种，优选为Na₂O和/或K₂O，从而能够显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

更优选地，所述碱金属氧化物为Na₂O和K₂O的混合物，从而能够进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

本发明的发明人在研究中发现，当Na₂O和K₂O的混合物中Na₂O和K₂O的重量比为1：0.1-0.6，从而能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

根据本发明所述的盖板用玻璃组合物，所述碱土金属氧化物可以为本领域各种碱土金属氧化物，例如可以为MgO、CaO和SrO中的至少一种，优选为MgO、CaO和SrO的混合物，从而能够显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

本发明的发明人在研究中发现，MgO、CaO和SrO的混合物中MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.001-0.5：0.001-0.3时，从而能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

本发明中，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，则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。SiO₂含量优选为58-64重量％，更优选为60-62重量％。

本发明中，Al₂O₃可以改善玻璃化学稳定性并降低玻璃的析晶倾向，同时还可以提高拉伸弹性模量。但是，Al₂O₃含量过多，玻璃难以熔制、料性短，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。优选地，本发明组合物中加入8-14.5重量％Al₂O₃，更优选加入10-13.5重量％Al₂O₃，从而能够提高制得玻璃的应变点、强度和化学强化特性等性能。

本发明中，B₂O₃可以提高熔制性能，降低玻璃粘度。并且，其可以降低比重、提高耐BHF性和玻璃的熔解性，使玻璃不易失透，且还可减小膨胀系数。本发明组合物中优选加入0.1-2重量％的B₂O₃，更优选加入0.5-1.5重量％的B₂O₃。

本发明中，ZrO₂可提高玻璃的应变点及弹性模量，并可提高离子交换性。若ZrO₂的含量过多，易失透性恶化，因此，ZrO₂的含量范围优选为0.5-2重量％，更优选为0.5-1重量％。

本发明中，Fe₂O₃可提高澄清效果，起到池炉中快速传递热量的作用，其含量过高，会导致玻璃着色，若其含量过低，必须使用高纯玻璃原材料，从而会提高生产成本。本发明中，Fe₂O₃的含量范围优选为0.001-0.3重量％，更优选为0.01-0.05重量％。

本发明中的盖板用玻璃组合物中优选不含有碱土金属Ba元素，既是考虑到其可能会降低玻璃的密度又考虑到Ba元素为有害性物质。因此，本发明的盖板用玻璃组合物中不含Ba元素，从而使得其料方更适合于工业生产，具有较高的经济价值。

本发明中的盖板用玻璃组合物优选含有MgO，MgO利于玻璃的熔制，提高玻璃的稳定性，抑制玻璃的析晶倾向，并可以提高弹性模量，超过一定量会使玻璃发生失透，优选地，本发明选取了6-7.5重量％的MgO，更优选为6-7重量％。

本发明中的盖板用玻璃组合物优选含有CaO，CaO属碱土金属氧化物，起助熔作用的同时还可以提高玻璃的稳定性和机械强度，降低玻璃的结晶倾向。CaO含量过高会导致玻璃结构疏松，密度增加。本发明中CaO的含量范围优选为0.01-4重量％，更优选为0.05-1重量％。

本发明中的盖板用玻璃组合物优选含有SrO，SrO属碱土金属氧化物，起助熔作用的同时还可以提高玻璃的稳定性，本发明中SrO的含量范围优选为0.01-2重量％，更优选为0.05-1重量％。

如上所述，当本发明的盖板用玻璃组合物中同时含有MgO、CaO和SrO时，MgO、CaO和SrO的重量比优选为1：0.001-0.5：0.001-0.3。

第二方面，本发明提供了一种盖板玻璃的制备方法，该方法包括：将上述盖板用玻璃组合物依次进行混合、熔融、均化、浇注成型和退火。

根据本发明所述的方法，所述熔融可以在铂铑坩埚中进行，优选情况下，熔融的条件包括：温度为1450-1580℃，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，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

根据本发明所述的方法，所述均化为本领域常规的均化方式，例如可以为通过搅拌使得玻璃液中的气泡逸出且玻璃液中各组分均匀分布。

根据本发明所述的方法，所述浇注成型为本领域常规的浇注成型方式，例如其可以在不锈钢模具中进行，具体步骤和条件参数为本领域公知技术，在此不再赘述。

根据本发明所述的方法，优选情况下，退火的条件包括：温度为550-700℃，时间为1-3h。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，此为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

根据本发明所述的方法，该方法还可以包括：将退火后的玻璃降温至室温后进行加工处理。

本发明的方法中，对于加工处理没有特别的限定，可以为本领域常见的各种机械加工方式，例如可以为将退火处理得到的产物进行切片、打磨和化学钢化等。

第三方面，本发明提供了上述方法制备的盖板玻璃。

本发明制得的盖板玻璃的膨胀系数可以为38-92×10^-7/℃，弹性模量可以为69-86GPa，应变点可以为560-630℃，熔化温度可以为1485-1530℃，钢化后维氏硬度可以为480-725，压应力可以为835-1105MPa，压应力层深度可以为17-49μm。

第四方面，本发明提供了上述盖板玻璃作为触摸屏盖板的应用。

根据本发明所述的应用，玻璃在制成触摸屏盖板产品前可以进行化学钢化，其中化学钢化的方法为本领域各种公知的方法，例如化学钢化的方法可以包括：钢化液为纯KNO₃熔液，温度为410-450℃，时间为3-6h。化学钢化能够提高玻璃的机械性能。

优选地，本发明制得的特殊性能的玻璃作为浮法工艺的触摸屏盖板。

实施例

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法。

以下实施例和对比例中，参照阿基米德法测定玻璃密度。

参照ASTM E-228使用卧式膨胀仪测定50-350℃的玻璃热膨胀系数。

参照共振方法测定弹性模量。

参照ASTM C-336和ASTM C-338使用三点测试仪测定玻璃应变点。

采用Orton RSV-1600圆筒式旋转高温粘度计测定粘度，并由Fulcher(也称为VFT公式)计算熔化温度。

参照ASTM E-384使用维氏硬度计测定玻璃维氏硬度。

参照JC/T2130-2012测定四点弯曲强度。

采用FSM-6000LE表面应力仪测定压应力和压应力层深度。

实施例1-11和对比例1-3

按照表1和2所示称量各组分，混匀，将混合料倒入铂铑坩埚中，然后在1500℃电阻炉中加热6小时，并使用铂金棒搅拌以排出气泡。将熔制好的玻璃液浇注入不锈钢铸铁磨具内，成形为规定的块状玻璃制品，然后将玻璃制品在退火炉中，在600℃下退火2小时，关闭电源随炉冷却到25℃。将玻璃制品进行切片、打磨、抛光，然后用去离子水清洗干净并烘干，制得玻璃成品，在测试前将该玻璃成品进行化学钢化。分别对各玻璃成品的各种性能进行测定，结果见表1和2。

表1

表2

将表1和2中的数据比较可知，本发明制得的盖板玻璃的膨胀系数可以为38-92×10^-7/℃，弹性模量可以为69-86GPa，应变点可以为560-630℃，熔化温度可以为1485-1530℃，钢化后维氏硬度可以为480-725，压应力可以为835-1105MPa，压应力层深度可以为17-49μm。

因此，本发明制得的玻璃具有较高的化学强化性能、较高的硬度和强度，较高的应变点，并且在玻璃表面形成了较高的压应力和压应力层深度，另外，本发明制得的玻璃具有优良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止显示产品玻璃表面的冲击和划伤损害，较适用于作为盖板玻璃。

将实施例3-4与实施例1、2、5、6和7比较可以看出，当以盖板用玻璃组合物的总重量为基准，SiO₂的含量为60-62重量％，Al₂O₃的含量为10-13.5重量％，B₂O₃的含量为0.5-1.5重量％，ZrO₂的含量为0.5-1重量％，Fe₂O₃的含量为0.01-0.05重量％，碱金属氧化物的含量为13-18重量％，碱土金属氧化物的含量为6.1-9重量％时，从而能够显著提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

将实施例1与实施例8和9比较可以看出，当盖板用玻璃组合物含有MgO、CaO和SrO的混合物，且MgO、CaO和SrO的重量比为1：0.001-0.5：0.001-0.3时，能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

将实施例1与实施例10和11比较可以看出，当盖板用玻璃组合物含有Na₂O和K₂O的混合物，且该混合物中Na₂O和K₂O的重量比为1：0.1-0.6时，能够更进一步提高由组合物制得的玻璃的热膨胀系数、硬度、强度、应变点以及抗刮性能和耐磨性能等综合性能。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，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，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。