一种玻璃用组合物、低脆性无碱玻璃及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及玻璃领域，公开了一种玻璃用组合物、低脆性无碱玻璃及其制备方法和应用。以各组分的总摩尔数为基准，该组合物含有45‑66mol％的SiO2、3‑19mol％的B2O3、3‑10mol％的Al2O3、3‑12mol％的MgO、0‑6mol％的CaO、0‑5mol％的SrO、3‑10mol％的BaO、0‑3mol％的ZnO和0.1‑6mol％的RE2O3。本发明专利技术的玻璃具有较高的应变点、较高的弹性模量、较高的化学稳定性、较低的熔化温度和高温表面张力、较低的液相线温度、较低的膨胀系数和较低的脆性，并同时兼具良好的强度和韧性。

Glass composition, low brittleness alkali free glass, preparation method and application thereof

The invention relates to the field of glass, and discloses a glass composition, a low brittleness alkali-free glass, a preparation method and application thereof. Based on the total molar number of each component, the composition contains 45.66 mol% SiO2, 3.19 mol% B2O3, 3.10 mol% Al2O3, 3.12 mol% MgO, 0.6 mol% CaO, 0.5 mol% SrO, 3.10 mol% BaO, 0.1 mol% ZnO and 0.1 mol% E2O3. The glass has high strain point, high elastic modulus, high chemical stability, low melting temperature and high temperature surface tension, low liquidus temperature, low expansion coefficient and low brittleness, and has good strength and toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃用组合物、低脆性无碱玻璃及其制备方法和应用
本专利技术涉及玻璃领域，具体地，涉及一种玻璃用组合物、低脆性无碱玻璃及其制备方法和应用。
技术介绍
随着智能手机与平板电脑的普及，开启了智能移动的时代。以往的手机局限在通讯功能，但目前包括智能手机与平板电脑的智能设备的性能已与笔记本接近，让人们凭借无线通信的方便性无时无刻不在执行及享受较高层次的商务及娱乐活动。在这样的趋势下，对显示器性能要求也不断提高，尤其是对移动智能设备的画面质量、在户外的可视性能要求也正在提升，同时为了减轻手持式设备的使用负担，重量变轻、厚度变薄成为不可避免的大趋势。在这种发展潮流引导下，显示面板正在向轻薄化、超高清显示的方向发展，面板制程工艺向更高处理温度发展；同时单片玻璃经过工艺处理，厚度达到0.25mm、0.2mm、0.1mm甚至更薄。使玻璃变薄的方式目前主要是化学减薄，具体的说，使用氢氟酸或氢氟酸缓冲液对玻璃基板进行腐蚀，其薄化原理如下：主要化学反应：4HF+SiO2＝SiF4+2H2O次要化学反应：RO+2H+＝R2++H2O(R代表碱土金属等)化学减薄工艺及玻璃基板减薄后的表面质量与基础玻璃组成有一定关系，现有TFT-LCD基板玻璃在化学减薄过程中频繁出现“凹坑”、“凹凸点”等不良欠点，增加了生产成本。具有高的化学稳定性的玻璃在减薄后具有更好的表面质量，因此研发高化学稳定性的TFT-LCD基板玻璃，可以减少二次抛光等生产成本，提升产品品质和良品率，对于大型工业化生产有较大益处；另一方面，随着玻璃基板厚度大幅减小，显示面板成盒后的机械强度大幅降低，抗跌落冲击性能受到严重挑战，面板制程中Bending测试失效问题时有发生。因此，提高基板玻璃材料断裂韧性降低玻璃材料脆性是料方研究过程中的重要课题之一。由于共价键的方向性和饱和性，玻璃在受到外力时，仅能产生纳米级别的塑性变形区域，冲击力是在很小的面积上分布，从而产生高应力，超过玻璃强度极限，使玻璃破裂，此即玻璃脆性所致。玻璃的断裂韧性KIC是指其抵抗裂纹扩展的能力。裂纹的扩展与玻璃表面裂纹尖端集中有关，取决于玻璃的断裂能、裂纹尺寸和外应力的大小。KIC达到某一临界值，裂纹发生失稳扩展，导致脆性断裂。线弹性断裂力学中，断裂韧性KIC可用下式表示：KIC＝Yσ(πc)1/2＝2(γE)1/2Y为常数；σ为外加应力；c为裂纹半长度；γ为断裂能；E为杨氏模量。I型指施加于裂纹界面相垂直方向的张应力。脆性值BL为维氏硬度Hv与断裂韧性KIC的比值，即：BL＝Hv/KIC不同组成的玻璃脆性值有较大差别，石英玻璃脆性值较大，BL约为8.8μm1/2，钠钙玻璃脆性值约为6.5μm1/2，硼硅酸盐玻璃脆性值在10～4μm1/2之间，根据成分不同有较大变化。石英玻璃中Si-O键合力强且长程无序，很难产生塑性切变，故硬度高且脆性大，用硼或碱金属代替一部分SiO2，硅氧网络产生断键，塑性切变较易产生，故硬度有所下降、脆性降低；用Al2O3替代SiO2之后降低了玻璃结构的开放程度，具有刚性结构，可抵抗形变，导致断裂韧性减小，脆性增加；用B2O3替代SiO2之后可降低玻璃材料的脆性，改善其机械性能，在硼硅酸盐玻璃中，[BO4]四面体可以与[SiO4]四面体形成统一的连续三维网络，而[BO3]三角体之间为可以转动的硼环连接，受力后产生滑移，造成塑性流变，具有较低的脆性和较高的断裂韧性。在柔性显示领域，柔性显示器件主要由基板、中间显示介质、封装三层组成。基板衬底材料可由玻璃、有机聚合物、金属等材料制得，目前来说各有优劣，尚无完美解决强度与韧性统一的方案。与柔性材料如聚合物与金属箔相比，厚度<0.1mm的超薄玻璃是一种配方高度优化的玻璃材料，其阻隔水汽和氧气的性能优异，具有优良的耐化性和机械性能，还具有较低的热膨胀和较高的热稳定性。它最大的优势是在于镀膜技术的成熟性和兼容性。目前主流AMLCD、AMOLED均在玻璃基板上制作TFT，相关技术、设备和产业链已非常成熟，兼容性非常理想，必将大大降低生产成本，但是作为脆性材料的超薄玻璃，降低其脆性是在料方层面需要突破的问题之一。在柔性封装盖板材料方面，低脆性超薄柔性无碱玻璃盖板在强度、气密性等方面远胜聚合物材料，但是同样存在玻璃材料无法避免的脆性问题，因此在料方层面降低脆性、提高柔韧性仍是重要课题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种玻璃用组合物、低脆性无碱玻璃及其制备方法和应用。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种玻璃用组合物，以各组分的总摩尔数为基准，该组合物含有45-66mol％的SiO2、3-19mol％的B2O3、3-10mol％的Al2O3、3-12mol％的MgO、0-6mol％的CaO、0-5mol％的SrO、3-10mol％的BaO、0-3mol％的ZnO和0.1-6mol％的RE2O3。第二方面，本专利技术提供了一种制备低脆性无碱玻璃的方法，该方法包括将本专利技术所述的玻璃用组合物依次进行熔融处理、成型处理、退火处理和机械加工处理。第三方面，本专利技术提供了上述方法制备得到的低脆性无碱玻璃。第四方面，本专利技术提供了本专利技术所述的玻璃用组合物或低脆性无碱玻璃在制备显示器件和/或太阳能电池中的应用。本专利技术的玻璃用组合物，为一种低脆性的玻璃料方，属于无碱铝硅酸盐玻璃体系，适用于浮法、溢流法、下拉法等各种常规玻璃制造方法用于生产厚度>0.1mm的平板玻璃或厚度小于0.1mm的柔性玻璃，或者适用于二次熔融拉薄的方法用于生产厚度<0.1mm的柔性玻璃。制备得到的玻璃具有较高的应变点、较高的弹性模量、较高的化学稳定性、较低的熔化温度和高温表面张力、较低的液相线温度、较低的膨胀系数和较低的脆性，并同时兼具良好的强度和韧性。根据本专利技术的一种优选实施方式，玻璃用组合物中，以摩尔百分比计，(Al2O3+B2O3)/R’O<1(R’O＝MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+RE2O3)、SiO2+Al2O3<70mol％时，玻璃用组合物中含有特定含量的SiO2、B2O3、Al2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO和RE2O3，利用此玻璃用组合物制备得到的玻璃，其物理特性可以稳定的达到：脆性值BL小于4.5μm1/2；断裂韧性KIC大于1MPa·m1/2；弹性模量高于76GPa；密度低于2.8g/cm3；10重量％HF酸(20℃/20min)腐蚀速率小于5.0mg/cm2；热膨胀系数低于45×10-7/℃(50-350℃)；应变点温度高于600℃；粘度为200泊时对应的温度(T2.3)低于1450℃；1000-1250℃的表面张力小于300mN/m；粘度为40000泊时对应的成型温度Tw与液相线温度TL之间差值大于130℃。本专利技术的玻璃用组合物或低脆性无碱玻璃可用于制备显示器件和/或太阳能电池，尤其用于制备平板显示产品的衬底玻璃基板材料和/或屏幕表面保护用玻璃膜层材料、柔性显示产品的衬底玻璃基板材料和/或表面封装玻璃材料和/或屏幕表面保护用玻璃膜层材料、柔性太阳能电池的衬底玻璃基板材料以及用于其他需要低脆性玻璃材料的应用领域，其中，制成的厚度小于0.1mm的柔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃用组合物，其特征在于，以各组分的总摩尔数为基准，该组合物含有45‑66mol％的SiO2、3‑19mol％的B2O3、3‑10mol％的Al2O3、3‑12mol％的MgO、0‑6mol％的CaO、0‑5mol％的SrO、3‑10mol％的BaO、0‑3mol％的ZnO和0.1‑6mol％的RE2O3；以摩尔百分比计，0.5

【技术特征摘要】
1.一种玻璃用组合物，其特征在于，以各组分的总摩尔数为基准，该组合物含有45-66mol％的SiO2、3-19mol％的B2O3、3-10mol％的Al2O3、3-12mol％的MgO、0-6mol％的CaO、0-5mol％的SrO、3-10mol％的BaO、0-3mol％的ZnO和0.1-6mol％的RE2O3；以摩尔百分比计，0.5<(Al2O3+B2O3)/R’O<1，其中，R’O＝MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO+RE2O3；SiO2+Al2O3<70mol％；RE2O3为稀土氧化物Y2O3、La2O3、Gd2O3、Ce2O3、Yb2O3和Lu2O3中的至少一种。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以摩尔百分比计，Y2O3+La2O3>0mol％。3.根据权利要求1所述的组合物，其中，以各组分的总摩尔数为基准，B2O3的含量为4-17mol％。4.根据权利要求1所述的组合物，其中，以各组分的总摩尔数为基准，SiO2的含量为48-64mol％。5.根据权利要求1所述的组合物，其中，以各组分的总摩尔数为基准，MgO的含量为5-10.5mol％。6.根据权利要求1所述的组合物，其中，以各组分的总摩尔数为基准，BaO的含量为3.5-7.5mol％。7.根据权利要求1所述的组合物，其中，以各组分的总摩尔数为基准，ZnO的含量为0.5-2mol％。8.根据权利要求1所述的组合物，其中，以各组分的总摩尔数为基准，RE2O3的含量为0.5-4.5mol％。9.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物还含有澄清剂。10.根据权利要求9所述的组合物，其中，所述澄清剂为硫酸盐、硝酸盐、氧化锡、氧化亚锡、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广涛，闫冬成，王丽红，胡恒广，王俊峰，徐兴军，
申请(专利权)人：芜湖东旭光电装备技术有限公司，东旭科技集团有限公司，东旭集团有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34