化学强化碱铝硅酸盐玻璃用玻璃组合物及其具短缩离子交换时间的制造方法技术

一种用于制造化学强化碱铝硅酸盐玻璃的玻璃组合物及用于制造该化学强化碱铝硅酸盐玻璃的方法。该化学强化碱铝硅酸盐玻璃是适合用于触控显示器的高强度覆盖玻璃、太阳能电池覆盖玻璃以及层迭安全玻璃，并且可以较短的时间制得。

Glass composition for chemically strengthening alkali aluminosilicate glass and method for producing shortened ion exchange time thereof

A glass composition for the manufacture of chemically strengthened alkali aluminosilicate glasses and process for the production of chemically fortified alkali aluminosilicate glasses. The chemically strengthened alkali aluminosilicate glass is suitable for use in touch control displays of high strength covering glass, solar cells, covering glass and laminated safety glass, and can be made in a relatively short time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化学强化碱铝硅酸盐玻璃用玻璃组合物及其具短缩离子交换时间的制造方法
本专利技术是关于化学强化碱铝硅酸盐玻璃，以及用于制造与使用该化学强化碱铝硅酸盐玻璃的组合物和方法。
技术介绍
化学强化玻璃一般会比退火玻璃明显更强，这是因为用以制造该玻璃的玻璃组合物与化学强化工艺之故。这种化学强化工艺可被用以强化所有尺寸与形状的玻璃而不产生光学失真，其可生产无法进行热回火的薄型、小型及复杂形状的玻璃样品。这些特性已经使得化学强化玻璃(且更具体而言为化学强化碱铝硅酸盐玻璃)成为消耗性行动电子裝置(例如智能电话、平板电脑与记事本)的常见且广泛使用的选择。化学强化工艺一般是包括离子交换工艺。在这类离子交换工艺中，玻璃是置于含有离子的熔融盐中，所述离子具有比玻璃中存在之离子更大的离子半径，因此在玻璃中的较小离子会被來自加热溶液中的较大离子所置换。一般而言，熔融盐中的钾离子取代在玻璃中的较小的钠离子。玻璃中的较小钠离子被來自加热溶液中较大的钾离子所置换，可导致在玻璃的两侧表面上形成压缩应力层，并且于压缩应力层之间形成中央张力区。典型以百万帕斯卡(MPa)表示之中央张力区的张力应力(CT)与压缩应力层的压缩应力(CS)(其同样是以MPa表示)有关，而且压缩应力层的深度(DOL)是由下式表示：CT＝CS×DOL/(t-2DOL)其中，t为玻璃的厚度。目前之厚度为0.7mm的玻璃之规格为层深约40μm、压缩应力不低于650MPa、且中央张力区的张应力低于60MPa。的确，中央张力区的张应力应保持在大约60-70Mpa内，以确保良好的切割产率。为使用作为触控显示器之覆盖玻璃，需要增加玻璃的抗刮性及抗冲击破坏性，这可藉由增加压缩应力和压缩应力层的深度而达成。然而，为了使中央张力区的张应力保持在可接受范围内，压缩应力和压缩应力层的深度两者皆增加会导致不期望的玻璃厚度增加。同时，覆盖玻璃需要尽可能为薄。然而，由于中央张力区的张应力会因玻璃厚度減少而增加，故难以维持可接受的中央张力区张应力，同时又维持高压缩应力与高压缩应力层深度。在这些例子中，一般是希望压缩应力对层深的比例(CS/DOL)尽可能为高。化学强化工艺的历时是化学强化玻璃的制造成本中的一个关键因素。一般而言，离子交换工艺的历时必须要延长以增加压缩应力层的深度。然而，通常想要的是较短的离子交换时间。离子交换时间越短，产线与工艺就更具竞争力。离子交换时间是由反应温度和离子扩散速率所控制。降低温度可避免翘曲，但会增加离子交换时间。使玻璃片保持在较高的温度下会增加离子扩散速率，但会导致翘曲和结构松弛，继而导致压缩应力降低。因此，在较高的温度下进行离子交换工艺可缩短离子交换时间，但会有其他不想要的結果。化学强化工艺可以两种方式執行：(1)工件工艺(pieceprocess)与(2)单片玻璃方案(OGS)工艺。工件工艺涉及將一玻璃片切割为要被使用的最終尺寸，及然后钻孔、研磨、斜切与抛光个別工件。经处理的工件接著被置于熔融钾盐中进行化学强化。较小尺寸的工件提供较佳的温度与熔融盐浓度控制。此外，在工件两侧上的边缘可经化学强化。因此，可实现高强度与低翘曲率而导致高产量。相较之下，OGS工艺涉及先强化整片玻璃，于玻璃表面上加入触控感測器与印刷电路，然后对玻璃划线，最后切割该玻璃。相较于工件工艺，在OGS工艺中一般都需要较大的加热炉。处理及放置玻璃的方式会导致玻璃的翘曲或破裂。在OGS工艺中，化学强化玻璃表面上的CS增进了抗表面破坏能力，但会使切割玻璃更为困难。当CT过高时，用以切割玻璃的划线轮在其进入CT区时会使玻璃产生裂紋、破片或破裂。划线边缘与侧部在OGS工艺中无法完全化学强化，因此以OGS工艺所制得的玻璃的强度一般都低于工件工艺所制得的玻璃。尽管OGS工艺有困难性，但OGS工艺的成本效益与生产效率是优于工件工艺的。当化学强化玻璃变得更薄且更强时，则变得难以在不增加CT下维持高DOL和高CS。亟需一种薄的、具有高CS及受控制CT、且可以较短离子交换时间生产的化学强化玻璃。
技术实现思路
本文提出一种化学强化碱铝硅酸盐玻璃。根据数个例示具体实施例，用于制造化学强化碱铝硅酸盐玻璃的可离子交换玻璃具有一组合物，该组合物包括以氧化物为基础的摩尔浓度(mol％)的下述成份：约63.0％至约68.0％的二氧化硅(SiO2)；约12.0％至约16.0％的氧化铝(Al2O3)；约10.0％至约15.0％的氧化钠(Na2O)；约2.0％至约6.0％的三氧化二硼(B2O3)；约0％至约6.0％的氧化钾(K2O)；约0％至约3.0％的氧化镁(MgO)；及约0％至约1.5％的氧化钙(CaO)；其中28％<Al2O3+B2O3+Na2O<33％；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO≥1。详细说明用语「约」在用以描述一单一数值时是指包括±5％的范围。在应用至一范围时，用语「约」是表示所述范围包括数值下限的-5％及数值上限的+5％，除非下限是0。举例如而言，介于从约100℃至约200℃的范围包括介于从95℃至210℃的范围。然而，当用语「约」修饰一百分比例时，则所述用语是表示数值字或数值边界的±1％，除非下限值小于1。因此，5-10％的范围包括了4-11％，0-5％的范围包括0-6％。用语「以氧化物为基础的摩尔百分率」或「以氧化物为基础的摩尔浓度(mol％)」是指氧化物的摩尔数对玻璃中总摩尔数的百分率。可理解玻璃中的总摩尔数总是会上加至100％，并且不会超过100％。根据数个例示具体实施例，本专利技术提供了一种用于制造化学强化碱铝硅酸盐玻璃的可离子交换玻璃，该化学强化碱铝硅酸盐玻璃具有一压缩应力层，其具有高压缩应力(CS)、高层深(DOL)及受控制的中央张力区张应力(CT)。较高的CS与高DOL和受控制CT是一起经由一化学强化工艺而得，在该化学强化工艺中，玻璃表面上的钠离子会被较大的钾离子置换。较低的CT有利于玻璃完成，因为会增加划线工艺的产率。同时，具有较高CS的玻璃表面产生较强的玻璃而可抵抗增加的外部冲击力。根据数个例示具体实施例，化学强化玻璃具有高于750MPa的CS、深达约45μm的DOL、不大于70MPa的CT、及高达0.7mm的厚度。根据数个例示具体实施例，用于制造化学强化碱铝硅酸盐玻璃的可离子交换玻璃具有一组合物，该组合物该组合物包括以氧化物为基础的摩尔浓度(mol％)的以下成份：约63.0％至约68.0％的二氧化硅(SiO2)；约12.0％至约16.0％的氧化铝(Al2O3)；约10.0％至约15.0％的氧化钠(Na2O)；约2.0％至约6.0％的三氧化二硼(B2O3)；约0％至约6.0％的氧化钾(K2O)；约0％至约3.0％的氧化镁(MgO)；及约0％至约1.5％的氧化钙(CaO)；其中28％<Al2O3+B2O3+Na2O<33％；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO≥1。根据数个具体实施例，用于制造化学强化碱铝硅酸盐玻璃的可离子交换玻璃具有一组合物，该组合物包括约63.0mol％至约68.0mol％的二氧化硅(SiO2)。二氧化硅是该碱铝硅酸盐玻璃中最大的单一成份，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可离子交换玻璃，用于制造具有组合物的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，所述组合物包括以氧化物为基础的摩尔浓度(mol％)的以下成份：约63.0％至约68.0％的SiO2；约12.0％至约16.0％的Al2O3；约10.0％至约15.0％的Na2O；约2.0％至约6.0％的B2O3；约0％至约6.0％的K2O；约0％至约3.0％的MgO；及约0％至约1.5％的CaO；其中28％<Al2O3+B2O3+Na2O<33％；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO≥1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可离子交换玻璃，用于制造具有组合物的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，所述组合物包括以氧化物为基础的摩尔浓度(mol％)的以下成份：约63.0％至约68.0％的SiO2；约12.0％至约16.0％的Al2O3；约10.0％至约15.0％的Na2O；约2.0％至约6.0％的B2O3；约0％至约6.0％的K2O；约0％至约3.0％的MgO；及约0％至约1.5％的CaO；其中28％<Al2O3+B2O3+Na2O<33％；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO≥1。2.根据权利要求1所述的可离子交换玻璃，其中所述玻璃具有的液相温度为至少约950℃。3.根据权利要求2所述的可离子交换玻璃，其中所述玻璃具有的液相温度为至少约980℃。4.根据权利要求3所述的可离子交换玻璃，其中所述玻璃具有的液相温度为至少约1000℃。5.根据权利要求4所述的可离子交换玻璃，其中所述玻璃具有的液相温度为至少约1100℃。6.根据权利要求1所述的可离子交换玻璃，其中所述玻璃具有的液相温度为介于约950℃至约1100℃。7.一种化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其由具有组合物的可离子交换玻璃所制成，所述组合物包括以氧化物为基础的摩尔浓度(mol％)的以下成份：约63.0％至约68.0％的SiO2；约12.0％至约16.0％的Al2O3；约10.0％至约15.0％的Na2O；约2.0％至约6.0％的B2O3；约0％至约6.0％的K2O；约0％至约3.0％的MgO；及约0％至约1.5％的CaO；其中28％<Al2O3+B2O3+Na2O<33％；其中(B2O3+Na2O+K2O)/Al2O3>1；及其中(B2O3+CaO)/MgO≥1；其中所述玻璃是经离子交换且具有表面压缩应力层与中央张力区；其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为至少约750MPa及深度为至少约30.0μm；其中所述中央张力区具有约40MPa至约70MPa的张应力；及其中所述玻璃具有厚度为约0.1mm至约1.2mm。8.根据权利要求7所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为约750MPa至约1200MPa以及具有深度为约30μm至约45μm；其中所述中央张力区具有约60MPa至约70MPa的张应力；及其中所述玻璃具有约0.4mm至约0.7mm的厚度。9.根据权利要求7所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为至少约850MPa。10.根据权利要求8所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为至少约950MPa。11.根据权利要求9所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为至少约1050MPa。12.根据权利要求7所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为高达约1200MPa。13.根据权利要求7所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层具有压缩应力为约750MPa至约1200MPa。14.根据权利要求7所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层的所述深度为至少约35.0μm。15.根据权利要求14所述的化学强化碱铝硅酸盐玻璃，其中所述表面压缩应力层的所述深度为至少约40.0μm。16.根据权利要求7所述的化学强...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁原杰，陈奕君，
申请(专利权)人：科立视材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35