一种玻璃组合物、玻璃基板及其化学强化方法技术

本发明专利技术涉及一种玻璃组合物、玻璃基板及其化学强化方法，该组合物含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、ZrO2和B2O3，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为25‑40重量份，K2O的含量为1‑9重量份，Na2O的含量为15‑40重量份，ZrO2的含量为0.05‑3重量份，B2O3的含量为1‑15重量份；并且通过下式计算得到的R为6.87‑13.89：R＝0.206w(Al2O3)+0.17w(K2O)‑0.006w(Na2O)+0.13w(ZrO2)+0.37w(B2O3)。公开的组合物通过限定特定的组分和含量范围，使得由该组合物制备的玻璃具备较高的应变点和软化点，以及较低的熔化温度，具有优良的化学钢化性能，可以用于制备化学钢化的玻璃基板。本发明专利技术的方法制备的化学钢化的玻璃基板表面具有较高的表面应力和硬度，提高了化学钢化的玻璃基板的表面防刮耐划性能，使其能够抵抗跌落、磨损等外力作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及玻璃制造领域，具体地，涉及一种玻璃组合物、玻璃基板及其化学强化方法。
技术介绍
随着手机、平板电脑、银行终端设备、车载系统等带有触摸装置的电子设备的普及化，对于触摸装置的耐磨损性能要求也日益提升，传统方法对触摸设备磨损的问题都是采用表面涂膜的方式，但这种方式不仅增加了生产工序和成本，而且使用寿命也存在一定缺陷。采用化学钢化玻璃基板作为触摸设备的保护装置，与传统的盖板玻璃基板在性能上有了较大的改进，其密度较低且携带轻便，但是现有的玻璃经化学钢化处理后其表面应力和表面硬度不够理想，制备的化学钢化玻璃抗破损性能还有待提高，还无法完全抵抗跌落、磨损等外力作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种玻璃组合物，由该玻璃组合物应变点和软化点较高，且具有较大的热膨胀系数，可以用于制备化学钢化玻璃基板。本专利技术的另一个目的是提供一种制备化学钢化玻璃基板的方法及制备得到的化学钢化玻璃基板，该化学钢化玻璃基板的表面应力高、硬度大，具有较好的耐磨损性能。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于制备玻璃的组合物，该组合物含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、ZrO2和B2O3，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为25-40重量份，K2O的含量为1-9重量份，Na2O的含量为15-40重量份，ZrO2的含量为0.05-3重量份，B2O3的含量为1-15重量份；并且通过下式计算得到的R为6.87-13.89：R＝0.206w(Al2O3)+0.17w(K2O)-0.006w(Na2O)+0.13w(ZrO2)+0.37w(B2O3)其中，w(Al2O3)表示相对于100重量份SiO2的Al2O3的重量份，w(K2O)表示相对于100重量份SiO2的K2O的重量份，w(Na2O)表示相对于100重量份SiO2的Na2O的重量份，w(ZrO2)表示相对于100重量份SiO2的ZrO2的重量份，w(B2O3)表示相对于100重量份SiO2的B2O3的重量份。优选地，所述组合物，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为29-35重量份，K2O的含量为4-8重量份，Na2O的含量为22-28重量份，ZrO2的含量为0.1-2重量份，B2O3的含量为2-10重量份。优选地，所述组合物，通过下式计算得到的S为1.02-1.55：S＝[c(K2O)+c(Na2O)+c(ZrO2)+c(B2O3)]/c(Al2O3)，其中，c(Al2O3)＝w(Al2O3)/MrAl2O3，c(K2O)＝w(K2O)/MrK2O，c(Na2O)＝w(Na2O)/MrNa2O，c(ZrO2)＝w(ZrO2)/MrZrO2，c(B2O3)＝w(B2O3)/MrB2O3；MrAl2O3、MrK2O、MrNa2O、MrZrO2、MrB2O3分别表示Al2O3、K2O、Na2O、ZrO2、B2O3的相对分子量。优选地，Al2O3和ZrO2的重量比为1：(0.002-0.05)。通过反复优化各组分的含量范围，得到本专利技术的上述技术方案，本专利技术的组合物通过限定特定的组分和含量范围，使得由该组合物制备的玻璃具备较高的应变点和软化点，以及较低的熔化温度，具有优良的化学钢化性能，可以用于制备化学钢化的玻璃基板。本专利技术还提供由上述组合物制备的玻璃基板。优选地，所述玻璃基板的应变点高于600℃。本专利技术还提供由上述组合物制备化学钢化的玻璃基板的方法，该方法包括如下步骤：(1)使上述的组合物混合并熔融得到熔融玻璃液，使所述熔融玻璃液经成型及退火处理后得到玻璃基板；(2)使所述玻璃基板经精密退火后浸渍于含有钾离子的熔融盐中，以使所述玻璃板中的钠离子与所述熔融盐中的钾离子进行离子交换，得到所述化学钢化的玻璃基板。优选地，所述含有钾离子的熔融盐中含有熔融硝酸钾，所述含有钾离子的熔融盐中熔融硝酸钾的重量含量为98-100％。优选地，所述含有钾离子的熔融盐中还含有KOH、K2CO3、KF、KCl、K3PO4和KBF4中的至少一种。优选地，所述含有钾离子的熔融盐的温度为350-430℃，所述浸渍的时间为1-6h。本专利技术还提供由上述方法制备得到的化学钢化的玻璃基板。优选地，所述化学钢化的玻璃基板的表面应力大于800MPa。优选地，所述化学钢化玻璃基板的应力层厚度大于55μm。优选地，所述化学钢化的玻璃基板的维氏硬度大于630kgf/mm2。通过上述技术方案，该方法通过使由上述组合物制备的普通玻璃基板在含有钾离子的熔融盐中进行化学钢化处理，在玻璃表面将形成一层压应力层，使得玻璃表面具有较高的表面应力和硬度，提高了化学钢化的玻璃基板的表面防刮耐划性能，使其能够抵抗跌落、磨损等外力作用。本专利技术的其他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专利技术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专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种用于制备玻璃的组合物，该组合物含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、ZrO2和B2O3，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为25-40重量份，K2O的含量为1-9重量份，Na2O的含量为15-40重量份，ZrO2的含量为0.05-3重量份，B2O3的含量为1-15重量份；并且通过下式计算得到的R为6.87-13.89：R＝0.206w(Al2O3)+0.17w(K2O)-0.006w(Na2O)+0.13w(ZrO2)+0.37w(B2O3)其中，w(Al2O3)表示相对于100重量份SiO2的Al2O3的重量份，w(K2O)表示相对于100重量份SiO2的K2O的重量份，w(Na2O)表示相对于100重量份SiO2的Na2O的重量份，w(ZrO2)表示相对于100重量份SiO2的ZrO2的重量份，w(B2O3)表示相对于100重量份SiO2的B2O3的重量份。本专利技术的组合物通过限定特定的组分和含量范围，使得由该组合物制备的玻璃具备较高的应变点和软化点，以及较低的熔化温度，具有优良的化学钢化性能，可以用于制备化学钢化的玻璃基板。根据本专利技术，SiO2是构成玻璃骨架的必需成分，随着其含量不断增加，玻璃网络连接程度、玻璃的耐化学性和机械强度也随之越来越高，如果含量太高时，将提高玻璃的高温粘度，使玻璃熔化困难；Al2O3是玻璃的中间体，在可化学钢化玻璃中，与ZrO2共同使用可以提高玻璃化学钢化效果，主要原因是，在玻璃中如果碱金属含量达到一定程度时，提供较多的游离氧，铝元素就以[AlO4]4-四面体形式存在，而[AlO4]分子体积比[SiO4]大，所以具有较宽的通道供钾钠离子进行交换，并且会有更多的较大离子进入玻璃网络中，不仅有利于加快离子交换的速度，还能让玻璃的网络更加紧密，且Al2O3还可以降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的弹性模量等性能，但如果含量过高，玻璃较难熔化，所以优选情况下，相对于100重量份SiO2，Al2O3的含量可以为29-35重量份；Na2O是离子交换的主要物质，通过玻璃中的钠离子与熔盐中的钾离子进行交换，让半径较大的钾离子与玻璃中的钠离子相互交换位置，这样在玻璃表面就产生了挤压作用，从而达到提高玻璃强度的效果，另外Na2O还可以有效降低玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备玻璃的组合物，其特征在于，该组合物含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、ZrO2和B2O3，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为25‑40重量份，K2O的含量为1‑9重量份，Na2O的含量为15‑40重量份，ZrO2的含量为0.05‑3重量份，B2O3的含量为1‑15重量份；并且通过下式计算得到的R为6.87‑13.89：R＝0.206w(Al2O3)+0.17w(K2O)‑0.006w(Na2O)+0.13w(ZrO2)+0.37w(B2O3)其中，w(Al2O3)表示相对于100重量份SiO2的Al2O3的重量份，w(K2O)表示相对于100重量份SiO2的K2O的重量份，w(Na2O)表示相对于100重量份SiO2的Na2O的重量份，w(ZrO2)表示相对于100重量份SiO2的ZrO2的重量份，w(B2O3)表示相对于100重量份SiO2的B2O3的重量份。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备玻璃的组合物，其特征在于，该组合物含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、ZrO2和B2O3，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为25-40重量份，K2O的含量为1-9重量份，Na2O的含量为15-40重量份，ZrO2的含量为0.05-3重量份，B2O3的含量为1-15重量份；并且通过下式计算得到的R为6.87-13.89：R＝0.206w(Al2O3)+0.17w(K2O)-0.006w(Na2O)+0.13w(ZrO2)+0.37w(B2O3)其中，w(Al2O3)表示相对于100重量份SiO2的Al2O3的重量份，w(K2O)表示相对于100重量份SiO2的K2O的重量份，w(Na2O)表示相对于100重量份SiO2的Na2O的重量份，w(ZrO2)表示相对于100重量份SiO2的ZrO2的重量份，w(B2O3)表示相对于100重量份SiO2的B2O3的重量份。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，相对于100重量份的SiO2，Al2O3的含量为29-35重量份，K2O的含量为4-8重量份，Na2O的含量为22-28重量份，ZrO2的含量为0.1-2重量份，B2O3的含量为2-10重量份。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，通过下式计算得到的S为1.02-1.55：S＝[c(K2O)+c(Na2O)+c(ZrO2)+c(B2O3)]/c(Al2O3)，其中，c(Al2O3)＝w(Al2O3)/MrAl2O3，c(K2O)＝w(K2O)/MrK2O，c(Na2O)＝w(Na2O)/MrNa2O，c(ZrO2)＝w(ZrO2)/MrZrO2，c(B2O3)＝w(B2O3)/MrB2O3；MrAl2O3、MrK2O、MrNa2O、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英春，李青，李兆廷，
申请(专利权)人：东旭集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13