一种适合3D成型且可改善离子交换性能的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，具体涉及一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃。玻璃的原料以摩尔百分比计，包含SiO2 55～70%，Al2O3 12～15%，B2O3 0.5～3.5%，P2O5 0.5～4%，ZnO 2～5%，MgO 0～7%，SnO2 0.05～0.5%，R2O 12~22%；所述R2O是单价阳离子Li、Na、K氧化物的总和。本发明专利技术通过合理调节玻璃中氧化硼、氧化磷及其他组分含量，使得其玻璃具有相对较低的软化点温度，约为900℃或更小，有利于3D成型；同时该玻璃配方具备改善离子交换性能，可通过化学强化实现玻璃表面具有双应力层，应力层深度至少50μm以上。

An aluminosilicate glass suitable for 3D molding and improving ion exchange performance

The invention belongs to the field of glass materials, in particular to an aluminosilicate glass suitable for 3D forming and capable of improving ion exchange performance. The raw materials of glass are in molar percentage, including SiO2 55-70%, Al2O3 12-15%, B2O3 0.5-3.5%, P2O 50.5-4%, ZnO 2-5%, MgO 0-7%, SnO2 0.05-0.5% and R2O 12-22%; the R2O is the sum of the monovalent cationic Li, Na and K oxides. By reasonably adjusting the contents of boron oxide, phosphorus oxide and other components in the glass, the glass has a relatively low softening point temperature of about 900 C or less, which is favorable for 3D forming; at the same time, the glass formula has improved ion exchange performance, and the glass surface has a double stress layer and stress can be realized by chemical strengthening. The depth of the layer is at least 50 m.

【技术实现步骤摘要】
一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃
本专利技术属于玻璃材料领域，具体涉及一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃。
技术介绍
3C产品设计如智能手机、智能手表、平板计算机、可穿戴式智能产品、仪表板等陆续出现3D产品，已经明确引导3D曲面玻璃发展方向。同时，为提高玻璃强度，化学强化技术已被广泛应用。离子交换技术也属大众熟知技术，即玻璃表面半径较小的离子与熔盐中半径较大的离子进行相互置换（目前玻璃较多为钠钾离子交换），进而使得玻璃表面具有一定深度的压应力层。然而随着客户对强化玻璃机械性能要求的逐渐提升，开发出力学性能更优的强化玻璃十分有必要。本专利技术意在提供一种适合3D成型且可改善离子交换性能的玻璃，更具体而言，是一种可通过离子交换获得双应力层的强化玻璃，所述强化玻璃具有应力层深度至少50μm以上。同时，本专利技术基板玻璃的具有相对较低的软化点温度，适合用于3D成型。
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，提供一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃。本专利技术通过合理调节玻璃中氧化硼、氧化磷及其他组分含量，使得其玻璃具有相对较低的软化点温度，约为900℃或更小，有利于3D成型。为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，原料以摩尔百分比计，包含SiO255～70%，Al2O312～15%，B2O30.5～3.5%，P2O50.5～4%，ZnO2～5%，MgO0～7%，SnO20.05～0.5%，R2O12~22%；所述R2O是单价阳离子Li、Na、K氧化物的总和。优选的，所述的R2O中，各氧化物的摩尔百分比为：Na2O5～10%，Li2O4.5～10%和K2O0～2%。优选的，所述的适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，原料中Li2O/R2O＜0.5。优选的，所述的适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，原料中0.8≤R2O/Al2O3≤1.3。进一步的，所述的适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，软化点温度小于900℃；维氏硬度HV0.2＞580MPa。进一步的，所述的适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，压缩应力层深至少50μm。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。玻璃中含浓度约55～70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70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55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，玻璃中缺陷浓度几率急剧增加；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。因此在本专利技术玻璃中浓度约12摩尔%～15摩尔%的Al2O3。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4.5摩尔%，如Li2O浓度过低，玻璃中Li+和Na+交换量不足，难以获得高压缩应力层深度；但Li2O浓度过高，其液相线温度随着玻璃粘度而降低，从而是玻璃变得容易失透，因此，本专利技术中Li2O浓度不高于10摩尔%，同时，Li2O/R2O＜0.5。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，大大降低玻璃的粘度，有助于玻璃熔化与澄清。同时玻璃维持较高浓度的Na2O为玻璃化学强化提供可能。因此，本专利技术中Na2O浓度不低于约5摩尔%。但Na2O浓度过高，将使得玻璃机械性能和化学稳定性能劣化，尤其在高氧化铝浓度和含磷成分的硅酸玻璃中，Na2O更容易倾向与水中的氢离子交换出而溶入水中，加速玻璃表面化学性能变化；在含锂玻璃成分中，玻璃表面的Na2O浓度可以通过含钠熔盐中Li+和Na+交换来维持，可使玻璃表面维持高浓度的Na浓度，保证玻璃在含钾熔盐中玻璃表面中K+和Na+交换所需的Na离子浓度，因此玻璃中Na2O浓度优选低于约10摩尔%。少量K2O的存在，可以改善离子扩散率，但是K2O对锆石分解温度具有不利影响，因此本专利技术将K2O保持在低水平，即小于2摩尔%。本专利技术中一价阳离子氧化物R2O浓度控制在12摩尔%以上，同时为了维持玻璃高维氏硬度值，本专利技术将R2O与Al2O3浓度比值控制在0.8～1.3之间。B2O3成分属于网络形成体氧化物，可降低玻璃熔融粘度，并且研究表明其可有效的抑制锆石的分解，因此本专利技术加入高于0.5摩尔%的B2O3。但对于玻璃离子交换性能而言，B2O3不利于玻璃获取高压缩应力和高应力层深度，因此本专利技术中将B2O3浓度控制在小于3.5摩尔%。本专利技术中P2O5属于玻璃形成体成分，其以[PO4]四面体相互连成网络，但P2O5形成的网络结构属于层状，且层间由范德华力相互连接，因此，玻璃中P2O5具有粘度小，化学稳定性差和热膨胀系数大作用。但本专利技术实验表明，P2O5浓度对玻璃强化工艺过程中离子交换起促进作用，对快速获得较高压缩应力层起重要作用。因此本专利技术中将P2O5浓度限制在0.5摩尔%～4摩尔%之间。本专利技术的玻璃中含有二价阳离子氧化物，其为玻璃网络外体成分，破坏玻璃结构的完整性，降低玻璃熔化温度，是良好的助熔剂，利于澄清，但同时提高了玻璃的线热膨胀系数值，降低玻璃的应变点温度值，同时提高玻璃弹性模量和机械性能。二价阳离子氧化物在提高玻璃表面压缩应力方面具有优势，本专利技术中实验表明，玻璃中ZnO对提高玻璃表面压缩应力与MgO处于同一水平，尤为重要的是，ZnO对玻璃强化性能中强化应力层深具有改善效果。本专利技术玻璃中MgO浓度约为0摩尔～7摩尔%。玻璃中过高ZnO浓度会导致玻璃析晶倾向明显增加，本专利技术中玻璃中ZnO浓度约为2摩尔%～5摩尔%。除上述的氧化物之外，本专利技术的玻璃中含化学澄清剂，其中SnO2浓度控制在约0.05～0.5摩尔%。本专利技术中玻璃制品通过玻璃中小半径离子与熔盐中大半径离子进行离子交换从而在玻璃表面产生压缩应力和压缩应力层，所述压缩应力层来源含钠离子与钾离子交换形成（DOL1），以及锂离子与钠离子交换形成（DOL2）。本专利技术与现有技术比较具有以下优点：本专利技术通过合理调节玻璃中氧化硼、氧化磷及其他组分含量，使得玻璃具有相对较低的软化点温度，约为900℃或更小，有利于3D成型；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，其特征在于：玻璃原料以摩尔百分比计，包含SiO2 55～70%，Al2O3 12～15%，B2O3 0.5～3.5%，P2O5 0.5～4%，ZnO 2～5%，MgO 0～7%，SnO2 0.05～0.5%，R2O 12~22%；所述R2O是单价阳离子Li、Na、K氧化物的总和。

【技术特征摘要】
1.一种适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，其特征在于：玻璃原料以摩尔百分比计，包含SiO255～70%，Al2O312～15%，B2O30.5～3.5%，P2O50.5～4%，ZnO2～5%，MgO0～7%，SnO20.05～0.5%，R2O12~22%；所述R2O是单价阳离子Li、Na、K氧化物的总和。2.根据权利要求1所述的适合3D成型且可改善离子交换性能的铝硅酸盐玻璃，其特征在于：所述的R2O中，各氧化物的摩尔百分比为：Na2O5～10%，Li2O4.5～10%和K2O0～2%。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈招娣，梁新辉，林文城，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