强化玻璃及其制备方法与应用与流程

本发明涉及玻璃制备，尤其涉及一种强化玻璃及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着智能手机、智能穿戴设备等智能设备市场的不断壮大和技术的不断进步，在显示屏幕保护玻璃领域，通常采用经过化学强化的高铝硅酸盐电子玻璃，经过化学强化处理之后的玻璃，具有优异的抗跌落、抗划伤性能。

2、高铝硅酸盐玻璃包括一次强化玻璃及二次强化玻璃，一次强化玻璃不含锂，依靠玻璃中的钠离子与强化盐中的钾离子进行交换，从而具有由挤压产生的表面压应力，通常一次强化玻璃的离子交换层小于50μm，其抗冲击强度已经不满足智能设备所需的强度要求。二次强化玻璃增加一步锂钠交换之后再进行钠钾交换，钠离子的离子半径小于钾离子，因此有更深的离子交换层，目前的二次强化玻璃的离子交换层大于100μm，极大的提升了玻璃的抗冲击性能。

3、但是，由于碱金属的离子半径较小，而电位较大，因此其化学活性极强，在熔化、澄清、搅拌、成型的过程中，会对池炉及通道产生侵蚀，缩短产线的寿命。同时，由于高铝硅酸盐玻璃通过引入高含量al2o3加速离子交换的进程和深度来提升抗刮擦以及抗冲击性能，但是高含量al2o3的引入快速增加了玻璃的熔化难度，粘度为200泊时的温度往往超过1600℃，甚至1650℃以及更高，工业制造难度较大，高温条件下玻璃液对池炉、通道的侵蚀程度更甚，寿命会进一步缩短，造成了生产成本的大大提升。

技术实现思路

1、本发明所要解决的一个技术问题是：如何减少玻璃液对铂金通道的侵蚀，降低生产成本，且保持玻璃的抗跌落、抗划伤性能。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种强化玻璃及其制备方法和应用；强化玻璃通过碱金属的含量及配比，再通过二次强化，减少了玻璃液对铂金通道的侵蚀，同时玻璃仍具有较好抗跌落、抗划伤性能。

3、本发明实施例还提供了上述强化玻璃的制备方法；

4、本发明实施例另提供了一种上述强化玻璃的应用。

5、在一些实施例中，所述强化玻璃按质量百分比包括以下成分：

6、55％～70％的sio2，15％～30％的al2o3，0.1％～5％的b2o3，2％～8％的li2o，1％～10％的na2o，0.5％～5％的k2o，0.8％～6％的mgo，0.1％～5％的cao，0.5％～3.5％的zro2，0.5％～3％的y2o3和0％～3％的la2o3。

7、优选地，y2o3+la2o3为0.5-3％。

8、在一些实施例中，所述强化玻璃按质量百分比包括以下成分：57％～64％的sio2，18～26％的al2o3，0.1％～5％的b2o3，2％～8％的li2o，1％～10％的na2o，0.5％～5％的k2o，0.8％～6％的mgo，0.1％～5％的cao，1～3％的zro2，0.8～2.5％的y2o3；

9、优选地，(y2o3+zro2)/al2o3为0.06～0.3；

10、更优选地，(y2o3+zro2)/al2o3为0.1～0.25。

11、在一些实施例中，所述强化玻璃中，li2o的含量为3％～6％，na2o的含量为3％～7％，k2o的含量为1％～3％；

12、优选地，(na2o+k2o)/li2o为0.5～3.5；

13、更优选地，(na2o+k2o)/li2o为1～2.5。

14、在一些实施例中，所述强化玻璃中，mgo的含量为1～4％；

15、优选地，mgo/((li2o+na2o)×al2o3为1～10；

16、更优选地，mgo/((li2o+na2o)×al2o3为3～8。

17、在一些实施例中，所述强化玻璃按质量百分比还包括澄清剂；

18、优选地，所述澄清剂为硫酸盐、氟化物、硝酸盐、卤化物、氧化锡和氧化亚锡中的至少一种；

19、更优选地，所述澄清剂的含量不大于0.5％，进一步优选为0.05％～0.2％。

20、本发明通过对含有的不同类别的氧化物含量和比例进行控制，实现了对铂金通道的侵蚀较少，同时玻璃仍具有较好抗跌落、抗划伤的性能。对主要成分进行如下说明：

21、本发明中，sio2作为构成网络结构的所必需的成分，其加入可提高玻璃的耐热性与化学耐久性，使玻璃可以获得更高的应变点及强度，然而过少的sio2会使玻璃的主体网络结构变差，使得玻璃的介电常数升高，机械性能及耐热性能变差，过多的sio2会使得熔融温度升高，脆性增加，对生产工艺提出过高要求，同时不利于化学强化离子交换，影响化学强化的效率。因此，为了进一步提高制备得到的玻璃的综合性能，优选情况下，以质量百分比计，55％≤sio2≤70％。进一步优选地，以质量百分比计，57％≤sio2≤64％。

22、本发明中，al2o3起网络形成体的作用，可促进网络连接的完整度，使玻璃耐热性、离子交换深度及表面压缩应力、机械稳定性大幅提升，但是同时会使玻璃结构趋于刚性，增加玻璃的脆性，含量过多会使玻璃的料性变短，使成型变得困难，同时会导致玻璃易失透、高温表面张力及高温粘度过大，加大玻璃生产工艺难度。al2o3在玻璃中形成的铝氧四面体在玻璃中体积比硅氧四面体体积要大，玻璃体积发生膨胀，从而降低玻璃的密度，为玻璃在离子强化过程提供强化通道，促进离子强化。含量过少时会使玻璃网络间隙的空间变小，不利于离子交换，降低化学强化的效率。综合考虑，以该组合物的质量为基准，以氧化物计，al2o3的含量在15％～30％范围内。进一步优选地，以质量百分比计，18％≤al2o3≤26％。

23、本发明中，b2o3作为玻璃的形成体氧化物，能单独生成玻璃，其加入可增强玻璃的化学稳定性、机械性能，降低玻璃的热膨胀系数，同时可以加快离子交换进程，b2o3也是良好的助熔剂，能大幅降低玻璃熔化温度，对于玻璃化过程也有助益。但是b2o3含量过高时对池炉以及铂金通道腐蚀加剧，缩短产线寿命。综合考虑，以该组合物的质量为基准，以氧化物计，b2o3的含量在0.1％～5％范围内。

24、本发明中，li2o属于基础玻璃必要成分之一，属于网络外体成分，可以显著降低玻璃的黏度，降低玻璃的熔制难度，同时作为离子交换的主要成分，适当的li2o可以显著提高玻璃的机械强度、表面硬度，提高离子交换速率。在强化过程中，通过与熔盐中nano3中的na+进行离子交换提升玻璃的压缩应力层深度，进而使玻璃的抗冲击性能得到提升。na2o作为玻璃网络外体氧化物，可以提供游离氧使硅氧键断裂从而降低玻璃的黏度及熔制温度，过多的na2o会降低玻璃的化学稳定性及耐热性。na+作为离子交换的成分，与熔盐中的k+进行化学交换在玻璃表面形成压缩应力层，增大玻璃的表面压缩应力，多的na2o不利于玻璃的化学交换，影响强化之后的玻璃强度。k2o与na2o在玻璃结构中的作用类似，适量的k2o会与na2o发生混合碱效应，使玻璃性能变好。过多的k2o会使玻璃的耐化学稳定性变差。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以质量百分比计，2％≤li2o≤8％、1％≤na2o≤10％、0.5％≤k2o≤5％。进一步优选地，以质量百分比计，3％≤li2o≤6％、3％≤na2o≤7％、1％≤k2o≤3％。

25、本发明中，mgo、cao属于网络外体氧化物，mgo具有提升玻璃热稳定性和降低脆性的特点，有助于降低玻璃熔点及高温黏度，其含量过多会使密度增加，裂纹、失透、分相的发生率提高，并且会阻碍离子交换。cao会使玻璃的网络结构发生松弛、断裂，在一定程度上有助熔的作用，但含量过高会使玻璃的化学稳定性变差，并且严重阻碍离子交换。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以质量百分比计，优选地，0.8％≤mgo≤6％，0.1％≤cao≤5％。进一步优选地，1％≤mgo≤4％，0.1％≤cao≤2％。

26、本发明中，zro2可以提高玻璃的机械性能和耐化学稳定性，其离子半径较大，在玻璃中溶解度小，会显著增加玻璃黏度，增加玻璃析晶倾向。但适量的zro2可以改善玻璃的离子交换性能和热稳定性。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以质量百分比计，优选0.5％≤zro2≤3.5％。更优选地，1％≤zro2≤3％。

27、本发明中，y2o3可以改善玻璃的光学性质，同时可以提升玻璃的耐化学稳定性，适量的y2o3可以增加玻璃的断裂韧性。但含量过高时不利于化学强化过程。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以质量百分比计，优选0.5％≤y2o3≤4％。更优选地，0.8％≤y2o3≤2.5％。

28、本发明中，la2o3可以降低玻璃的熔制难度，同时可以提升玻璃的耐化学稳定性，适量的la2o3可以改善玻璃的光学性能。但含量过高时会增加玻璃的热膨胀系数及折射率。因此，为了进一步提高所得玻璃的综合性能，以质量百分比计，优选0％≤la2o3≤3％。

29、本发明中，根据玻璃制备工艺的不同，组合物还可以含有作为玻璃熔融时的澄清剂，所述澄清剂优选为硫酸盐、氟化物、硝酸盐、卤化物、氧化锡、氧化亚锡中的至少一种；以质量百分比计，澄清剂的含量不大于0.5％，优选为0.05-0.2％。对于澄清剂的具体选择没有特别的限定，可以为本领域常用的各种选择，例如硫酸盐可以为硫酸钠，硝酸盐可以为硝酸钠和/或硝酸钾，氯化物可以为氯化钠和/或氯化锶，氟化物可以为氟化钙。

30、在一些实施例中，所述强化玻璃粘度为200p时的温度小于1580℃；

31、优选地，所述玻璃的应变点为530～600℃；

32、更优选地，所述强化玻璃的厚度为0.4～1mm时，表面压缩应力大于950mpa，应力层深度大于110μm，中心张应力小于80mpa。

33、在一些实施例中，所述强化玻璃的d值为170～300；所述d值通过以下公式计算得到：

34、d＝cs×cs10/(dol×10)

35、其中，cs10为自玻璃表面起深度为10μm处的压缩应力。

36、在一些实施例中，所述的强化玻璃的制备方法，包括两次化学强化过程，具体为：

37、第一次采用硝酸钠和硝酸钾的混合盐进行化学强化；第二步采用含有钾离子的硝酸盐进行强化；

38、优选地，所述硝酸钠和硝酸钾的混合盐中，硝酸钠与硝酸钾的质量比为1-9；

39、更优选地，所述含有钾离子的硝酸盐中，硝酸钠与硝酸钾的质量比为0.01以下；进一步优选为100％的硝酸钾盐溶液。

40、在所述热处理过程后再进行化学强化，所述化学强化包括将所述玻璃基体浸没在钠钾混合盐中进行离子交换。

41、在一些实施例中，两次化学强化后再进行酸蚀或研磨抛光。

42、在一些实施例中，一种所述的强化玻璃或所述的制备方法制备而成的强化玻璃的应用，将所述强化玻璃作为智能显示设备的屏幕保护玻璃；所述智能显示设备包括智能穿戴、智能手机和平板电脑。

43、通过上述技术方案，本发明提供的强化玻璃以石英砂、氧化铝、三氧化二硼、氧化锂、氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化钙、二氧化锆、三氧化二钇为主要原料，通过对含有的不同类别的氧化物含量和比例进行控制，再通过二次强化，制成的玻璃铂金的侵蚀较少，同时具有较好抗跌落、抗划伤性能。

44、本发明还通过设置氧化物间的比例关系，(y2o3+zro2)/al2o3为0.06～0.3；(na2o+k2o)/li2o为0.5～3.5；mgo/((li2o+na2o)×al2o3为1～10；制成的玻璃对铂金的侵蚀程度更小。