一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃制造技术

本发明专利技术属于玻璃材料领域，具体涉及一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃。玻璃的组成以摩尔百分比计，包含58~68%SiO2，12~18%Al2O3，4~8%Li2O，7~11%Na2O，0.1~8%MgO，0~3%ZnO，0~2%SrO，1~4%P2O5和0~0.5%SnO2；其中，R2O/Al2O3≤1.2，2.5≤RO≤11，RO是含锂铝硅酸玻璃中二价阳离子氧化物总和，R2O是含锂铝硅酸玻璃一价阳离子氧化物总和。本发明专利技术通过将锂和磷成分同时引入至玻璃组成中，并合理控制玻璃中钠含量，可以快速实现高离子交换层的深度，从而提高玻璃耐刮擦的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃
本专利技术属于玻璃材料领域，具体涉及一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃。
技术介绍
铝硅酸盐玻璃材料经离子交换强化后，被广泛应用于电子显示产品的防护覆盖产品，因此对可强化铝硅酸盐玻璃的力学性能提出了更高的要求，使得铝硅酸盐玻璃必须具有更高的表面压缩应力（CompressiveStress，简称CS）和更深的表面压缩应力层深（DepthofLayer，简称DOL）。铝硅酸盐玻璃的强化一般是利用玻璃表面离子半径较小的离子（例如Na+和Li+）与熔盐中离子(例如K+和Na+)相互置换，其中由于Li+具有更小的离子半径，交换速度和交换深度较Na+交换更好。现有技术中披露了很多可强化的铝硅酸盐玻璃。专利CN102971267A提供一种可离子交换玻璃，其不含锂，并含有0.1-10摩尔%的P2O5以及至少5摩尔%的Al2O3。P2O5的存在使得玻璃能够比不含P2O5的同等玻璃进行更快并且达到更大深度的离子交换。但是相比于含锂的玻璃，该玻璃材料很难短时间内获得较高的压缩层深度。专利CN105683106A提供了一种含硼和磷的可离子交换玻璃，提供了含有SiO2、Al2O3、Na2O、MgO、B2O3和P2O5的可离子交换玻璃。这些经过离子交换的玻璃在45或50微米(μm)深度的压缩应力大于900兆帕斯卡(MPa)，部分玻璃展现出至少1吉帕斯卡(GPa)的压缩应力。这些玻璃的离子交换速率远快于其他碱性铝硅酸盐玻璃的情况，并且经过离子交换的玻璃耐受冲击破坏的损坏。但该玻璃含有足量的B2O3且不含有Li2O，因此玻璃压缩应力层提高有限。专利CN103648996A提供了一种具有高压缩应力层的铝硅酸盐玻璃制品。所述玻璃制品包括至少约50摩尔%SiO2和至少约11摩尔%Na2O，且具有处于至少约900MPa压缩应力下的层，以及从该玻璃制品的表面延伸进入该玻璃的层深度为至少约30微米。但该玻璃含有较高浓度的Na2O，且不含P2O5，玻璃难以在短时间内获得较高的压应力和离子交换层深度。专利CN107531563A提供了一种强化玻璃，该强化玻璃是板厚为0.6mm以下且在表面具有经化学强化而成的压缩应力层的强化玻璃。但玻璃中Li2O浓度小于2wt%，因此压缩应力层深度提高有限。专利US20170197869Al提供了一种强化玻璃，但玻璃中含有足够高的B2O3成分，将导致表面压应力降低，且对玻璃中离子交换起抑制作用，难以快速获得高离子交换层深度。本专利技术基于以上不足，提供了一种具有高压缩应力和高压缩应力层的铝硅酸盐玻璃。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃。通过将锂和磷成分同时引入至玻璃组成中，并合理控制玻璃中钠含量，可以快速实现高离子交换层的深度，从而提高玻璃耐刮擦的能力。为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，组成以摩尔百分比计，包含58~68%SiO2，12~18%Al2O3，4~8%Li2O，7~11%Na2O，0.1~8%MgO，0~3%ZnO，0~2%SrO，1~4%P2O5和0~0.5%SnO2；其中，R2O/Al2O3≤1.2，2.5≤RO≤11，R2O是含锂铝硅酸玻璃中一价阳离子氧化物总和，RO是含锂铝硅酸玻璃二价阳离子氧化物总和。优选的，所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，组成以摩尔百分比计，包含60~66%SiO2，12~18%Al2O3，4~6%Li2O，7~11%Na2O，1~6%MgO，0~3%ZnO，0~2%SrO，1~4%P2O5，0~0.5%SnO2，其中R2O/Al2O3≤1.0，4≤RO≤7，R2O是含锂铝硅酸玻璃中一价阳离子氧化物总和，RO是含锂铝硅酸玻璃二价阳离子氧化物总和。优选的，所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃中，MgO浓度不低于3摩尔%。优选的，所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃中，B2O3浓度不高于0.1摩尔%。优选的，所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃中，K2O浓度不高于0.1摩尔%。所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，应变点温度大于550℃；维氏硬度大于600MPa。所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，压缩应力层深至少50μm。所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，压缩应力区域压缩应力至少500MPa。本专利技术所提供的含锂铝硅酸盐玻璃，其不含有快速降低玻璃离子交换表面区域的压应力的硼和钾成分（含量均不高于0.1摩尔%），而通过引入适量的二价阳离子氧化物和控制低水平的一价阳离子碱金属氧化物，获得具有高维氏硬度值的玻璃；同时提高含锂铝硅酸玻璃的低温特性，可以减少玻璃离子交换过程中应力松弛量，从而获得高表面压应力；此外，适量的二价阳离子氧化物可提高玻璃抵抗外力损坏能力和高抗裂性能。本专利技术所述玻璃中SiO2主要为玻璃成形体，必需成分之一，构成了玻璃网状主结构。玻璃中含浓度58～68摩尔%的SiO2，足够多的SiO2赋予玻璃较佳化学稳定性、机械性能和成型性能。但SiO2会过高地提高熔融温度，尤其玻璃中存在高浓度的氧化铝的条件下，SiO2浓度应控制在低于约68摩尔%，优选低于约66摩尔%，更优选低于约64摩尔%；玻璃中过低的SiO2浓度会导致玻璃的耐老化性能和表面机械性能趋于劣化，增加超薄玻璃在冷加工和清洗过程中产生划伤几率。因此，SiO2浓度应控制在高于约58摩尔%，优选高于约60摩尔%，更优选高于约62摩尔%。本专利技术所述玻璃中Al2O3为必需成分之一，属于网络中间体组成，在高碱浓度玻璃成分中，多数氧化铝倾向于成为玻璃铝氧四面体，构成了玻璃网状主结构，从而提高玻璃稳定性和机械性能。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，更为玻璃在离子交换过程提供交换通道，极大提高玻璃压缩成应力和压缩成应力层深，但Al2O3属于极难熔氧化物，其能快速提高玻璃粘度，致使玻璃澄清均化难度加大，玻璃中气泡和铂铑异物缺陷数量将急剧增加；虽然氧化锂成分能快速降低玻璃熔点，但更高浓度使得玻璃液相线温度快速提高，难以成型。因此在玻璃中浓度约12摩尔%～18摩尔%的Al2O3，优选约12摩尔%～17摩尔%。本专利技术玻璃中Li2O属于离子交换成分之一，本专利技术通过大量实验证明含锂玻璃在含钠熔盐中，在合适温度下，可通过玻璃中Li+和Na+交换，快速获得高压缩应力层深度。此外，Li2O可使玻璃粘度特性快速下降，尤其是降低高温粘度明显，有利于玻璃熔化与澄清，为玻璃中高浓度的Al2O3浓度提供可能性，本专利技术中Li2O浓度不低于约4摩尔%，如低于4摩尔%浓度，玻璃中Li+和Na+交换量不足，难以获得高压缩应力层深度；但高浓度Li2O浓度玻璃，其液相线温度随着玻璃粘度而降低，从而使玻璃变得容易失透，同时如果玻璃具有过低的低温特性，例如应变点温度低于约550℃，在玻璃离子交换过程中，应力松弛现象越明显，难以获得高表面压应力，因此，本专利技术中Li2O浓度低于约8摩尔%，优选约4摩尔%～6摩尔%。玻璃中Na2O为必需成分之一，其提供大量游离氧来源，对玻璃硅氧网络结构体起破坏作用，大大降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，其特征在于：组成以摩尔百分比计，包含58~68% SiO2，12~18% Al2O3，4~8% Li2O，7~11% Na2O，0.1~8% MgO，0~3% ZnO，0~2% SrO，1~4% P2O5和0~0.5% SnO2；其中，R2O/Al2O3≤1.2，2.5≤RO≤11，R2O是含锂铝硅酸玻璃中一价阳离子氧化物总和，RO是含锂铝硅酸玻璃中二价阳离子氧化物总和。

【技术特征摘要】
1.一种可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，其特征在于：组成以摩尔百分比计，包含58~68%SiO2，12~18%Al2O3，4~8%Li2O，7~11%Na2O，0.1~8%MgO，0~3%ZnO，0~2%SrO，1~4%P2O5和0~0.5%SnO2；其中，R2O/Al2O3≤1.2，2.5≤RO≤11，R2O是含锂铝硅酸玻璃中一价阳离子氧化物总和，RO是含锂铝硅酸玻璃中二价阳离子氧化物总和。2.根据权利要求1所述的可快速进行离子交换的含锂铝硅酸盐玻璃，其特征在于：组成以摩尔百分比计，包含60~66%SiO2，12~18%Al2O3，4~6%Li2O，7~11%Na2O，1~6%MgO，0~3%ZnO，0~2%SrO，1~4%P2O5，0~0.5%SnO2，其中R2O/Al2O3≤1.0，4≤RO≤7，R2O是含锂铝硅酸玻璃中一价阳离子氧化物总和，RO是含锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁新辉，陈招娣，罗云侠，何石忠，林美灵，洪立昕，
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