一种同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃制造技术

本发明专利技术公开了一种同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃，按质量百分比计，包括：SiO2+Al2O3为77.0‑77.9％，Li2O+Na2O+K2O为14.0‑17.8％，(Li2O+Na2O+K2O):Al2O3的质量比为1.05‑1.12，MgO+ZnO为5‑9％，且MgO:ZnO的质量比为0.25‑3.5，(MgO+ZnO):(Li2O+Na2O+K2O)的质量比为0.28‑0.64。本发明专利技术的高强碱铝硅酸盐玻璃，既能满足现有玻璃熔化和澄清工业能力的前提，又能兼顾浮法成形的可行性，为大批量规模化生产创造技术条件；该玻璃可采用物理钢化和化学钢化实现力学性能增强，提升效果显著。

A high alkali aluminosilicate glass containing MgO and ZnO at the same time

The present invention discloses a high-strength alkaline aluminosilicate glass containing both MgO and ZnO. The glass consists of: SiO2+Al2O3 is 77.0_77.9%, Li2O+Na2O+K2O is 14.0_17.8%, (Li2O+Na2O+K2O): Al2O3 is 1.05_1.12, MgO+ZnO is 5_9%, and MgO:ZnO is 0.25_3.5, (MgO+ZnO):(Li2O+ZnO):(Li2O+ZnO):(Li2O+ZnO) The mass ratio of Na2O+K2O is 0.28 0.64. The high strength alkali aluminosilicate glass of the present invention can not only satisfy the premise of the existing glass melting and clarifying industrial capacity, but also take into account the feasibility of float forming, thus creating technical conditions for large-scale production; the glass can be strengthened by physical tempering and chemical tempering to achieve mechanical properties, and the improvement effect is remarkable.

【技术实现步骤摘要】
一种同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃
本专利技术涉及玻璃
，尤其涉及一种既能适应于浮法工艺，又能适应溢流法生产且满足高效物理钢化和化学钢化的同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃。
技术介绍
碱铝硅酸盐玻璃专利技术至今已有100余年，其典型玻璃成份属于Na2O-Al2O3-SiO2系统，且Al2O3质量比分含量≥5％，Na2O质量百分含含量≥11％，由于玻璃组成中大量使用Al2O3造成熔化和成形温度显著提高，相对传统钠钙玻璃提高100-200℃，甚至更高，导致很多机构和企业对此种玻璃敬而远之，最初仅在燃烧管、光源、水位计、航空领域得到小规模应用，主要采用实验室或中试车间的间歇设备加工制备，该类玻璃一直被视为规模化生产禁区。2007年美国康宁公司开发了一种超薄玻璃，成功应用于美国苹果公司的iPhone智能手机，所开发的玻璃是一种碱铝硅酸盐玻璃，其可满足化学强化增强需要，解决了手机屏幕的耐划伤、抗摔伤的保护功能，在市场上亦称盖板玻保护璃或盖板玻璃，由于其Al2O3含量≥13wt％，亦称高铝玻璃，甚至还有将其商标直译为“大猩猩”作为此类玻璃代名词，因此，再次引起研发机构和生产厂商对该类玻璃的关注。康宁公司研发生产的碱铝硅酸盐玻璃中碱金属氧化物主要以Na2O为主，碱土金属氧化物或二价金属氧化物几乎很少，在前四代产品中仅含有少量MgO，MgO≤2wt％，但氧化铝含量一直持续增长，主要目的在于不断提升其力学强度和离子交换性能，甚至将氧化铝含量提升到23wt％以上，熔化温度(Tm，亦称T2，即玻璃黏度为100dPa.s所对应的温度，其为考量玻璃熔化难易程度的关键指标)高达1650℃以上，成形初始供料温度(Tw，亦称T4，即玻璃黏度为10000dPa.s对应的温度，其适合玻璃成形供料温度)达1300℃以上，这个温度对于浮法成形而言基本成为无法跨越的技术障碍，所面临的技术难题包括锡槽加热体(硅碳棒)寿命、锡挥发污染、玻璃表面渗锡等。对于该类玻璃所提升的力学性能而言，从熔化和成形方面将付出巨大代价，几乎成为不可能规模化生产的工艺条件，由于康宁公司所独有的熔化技术、铂金通道澄清均化技术、溢流成形技术才能生产出难度如此之大的碱铝硅酸盐玻璃产品。综上所述，碱铝硅酸盐玻璃中的氧化铝含量大于13wt％时，其存在黏度明显增大、熔化温度太高、澄清异常困难、料性相对变短、超薄均匀成形难等特点，对生产而言出现极大困难，如何不以追求氧化铝持续增加方式来改善玻璃力学性能，而以关注冲击强度提升为诉求，成为行业所关注的发展方向。自从2007年之后，碱铝硅酸盐玻璃已引起全球广泛关注，包括中国、日本、德国都进行了系统研发和工业尝试，在中国已经呈现出较好的发展形势。由于该玻璃品种的高透光性、高抗冲击性、高耐划伤性、高弯折韧性、高耐久性和良好加工性，且能够承受冲击作用和反复触摸使用。以超薄盖板玻璃形式作为触控显示屏的结构保护部件，逐步渗透到笔记本电脑、平板电脑、智能手机、GPS(全球卫星导航系统)、POS(销售点终端)、数码相机、游戏机等各种平板显示终端，市场前景十分诱人。为了更好拓展碱铝硅酸盐玻璃的应用市场，未来除了在0.1～1.1mm超薄玻璃方面有极好的市场应用，而对于1.1-6mm也存在潜在的巨大市场需求，包括新能源汽车风挡及车窗、高速交通工具(高铁、大飞机)风挡与侧窗、建筑幕墙、安全玻璃、光伏和光热玻璃等诸多领域。碱铝硅酸盐玻璃原片和初始制品的力学性能(维氏硬度、抗冲击性能)其实并不是特别高，仅比钠钙玻璃提升30％左右，其力学性能提升主要依赖于强化工艺来实现的，通过强化处理后，两类玻璃抗冲击性能差距高达80％以上。对于2mm以下的制品可采用化学钢化(亦称化学强化)，而厚度2mm以上均匀的制品且形状不复杂的制品，可采用物理钢化(亦称物理强化)或化学钢化增强。不论化学强化，还是物理钢化，碱铝硅酸盐玻璃化学组成设计十分关键，既要满足玻璃理化性能要求(力学、热学、电学、光学、化学稳定性等)，又要满足工艺性能(原料与配料特性、熔化澄清特性、高温特性、侵蚀特性、成形特性、加工特性)，同时还要满足强化工艺要求。目前，碱铝硅酸盐玻璃的化学强化主要考察的关键指标包括表面压应力(Cs)和离子交换层深度(DoL)，这两个参数与抗冲击性能密切相关，一般Cs大于700MPa和DoL大于35微米，均有很好的抗冲击表现，超过该参数指标后，该类玻璃抗冲击性能增长趋势逐步变缓。化学强化工艺属于能源消耗大和成本相对较高的工艺，如何降低强化温度和缩短强化时间也是行业普遍关注的难题，因为通过提高氧化铝固然可以改善玻璃力学性能，但是熔化温度(Tm)的提高，必然导致应变点Tst相应提高，为提高化学强化的离子交换效率，理论上最佳熔盐温度＝Tst-(100-150)(Tst应变点温度，亦称T14.5，即玻璃黏度为1014.5dPa.s时对应的温度)，必然也导致熔盐强化温度大幅提升，但是离子交换硝酸钾熔盐也有自身的局限性，当硝酸钾熔盐温度超过450℃时，必将导致高温分解，降低了效率和缩短了寿命周期。为了获得Cs大于700MPa和DoL大于35微米的性能，普遍采用低温长时间方案，比如380℃-430℃，时间6-8小时，甚至更长时间，这样导致生产效率大幅降低，目前，下游用户更期望化学强化时间小于4小时为佳。浮法成形工艺自从1959年被英国皮尔金顿兄弟有限公司专利技术，中国于20世纪70年代专利技术了“洛阳浮法工艺”，成为全球第三种浮法工艺流派，极大推动了中国平板玻璃产业发展。浮法工艺的优势在于周期产能投资少、质量相对比较好、产量规模大、成本相对低、产品厚度调节灵活快捷。目前，我国小型浮法线产能基本在50-150吨/天，技术已经相对成熟，而20吨/天的溢流法工艺和装备仅掌控在少数国家和部分机构，加之溢流法投资昂贵、产能小、对于厚度2mm以上生产不具有可行性，仅是高质量和超薄玻璃生产较佳工艺，因此急需开发一种可满足浮法成形工艺要求，既满足物理钢化，又满足化学钢化的高强碱铝硅酸盐玻璃。就浮法成形工艺而言，锡槽是至关重要的装备，它对于碱铝硅酸盐玻璃化学组成开发带来一系列限制条件，包括玻璃液入槽温度，基于目前加热元件的能力和材质水平，锡槽最高温度小于1300℃才能相对延长加热元件的使用寿命，同时玻璃下表面渗锡问题也是不能回避重要问题，玻璃板下表面渗锡将导致化学强化翘曲变形和物理钢化虹彩现象，严重影响产品质量与应用特性。另外，当碱铝硅酸盐玻璃中的氧化铝含量达13wt％以上，碱金属氧化物含量达13wt％以上，且含有CaO、MgO、BaO、SrO等碱土金属氧化物达3.5wt以上时，此类玻璃经过浮法成形，其表面渗锡深度高达40-50微米，甚至更深，远远高于传统钠钙玻璃渗锡深度20-30微米，该类玻璃原片再加工和应用时有很大难度和会产生极大危害。因此，本专利技术基于碱硅酸盐玻璃体系，除了需要调控玻璃结构之外，还要基于化学强化与物理强化原理，提高玻璃离子交换速率和玻璃冷却速率的能力(有利于玻璃物理钢化，创造较大应力梯度)，既有利提高玻璃力学性能，尤其现在应用中的抗冲击性能，又有利于提高生产和加工效率；再者，实现T2、T4、T14.5温度大幅降低，以便有利于熔化澄清和浮法成形工艺的实现。本专利技术重点挖掘和发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃，其特征在于，按质量百分比计，包括：SiO2+Al2O3为77.0‑77.9％；Li2O+Na2O+K2O为14.0‑17.8％；Li2O:Na2O:K2O的质量比为(0‑0.6):(8.2‑9.2):(0.2‑1)；(Li2O+Na2O+K2O):Al2O3的质量比为1.05‑1.12；MgO+ZnO为5‑9％，且MgO:ZnO的质量比为0.25‑3.5；(MgO+ZnO):(Li2O+Na2O+K2O)的质量比为0.28‑0.64。

【技术特征摘要】
1.一种同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃，其特征在于，按质量百分比计，包括：SiO2+Al2O3为77.0-77.9％；Li2O+Na2O+K2O为14.0-17.8％；Li2O:Na2O:K2O的质量比为(0-0.6):(8.2-9.2):(0.2-1)；(Li2O+Na2O+K2O):Al2O3的质量比为1.05-1.12；MgO+ZnO为5-9％，且MgO:ZnO的质量比为0.25-3.5；(MgO+ZnO):(Li2O+Na2O+K2O)的质量比为0.28-0.64。2.如权利要求1所述的同时含有MgO和ZnO的高强碱铝硅酸盐玻璃，其特征在于，按质量百分比计，包括：SiO2为60.2-64.0％；Al2O3为13-17％；Li2O为0-0.8％；Na2O为13.5-15.5％；K2O为0.5-1.5％；MgO...

【专利技术属性】
技术研发人员：田英良，王伟来，杨宝瑛，张璐，李俊杰，张继光，孙诗兵，吕锋，李辉，相志磊，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11