高强度超薄玻璃以及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种超薄玻璃制品，其厚度小于或等于0.5mm。所述玻璃具有较低的TTV和较大的阈值扩散系数。所述玻璃在25℃与300℃之间的温度范围内具有超过1100℃的工作点T4和超过6×10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度超薄玻璃以及其制造方法
本专利技术涉及一种具有较小的总厚度变化(TTV)和优良的化学钢化性能的超薄玻璃制品。所述制品优选地通过直接热成型来制成。所述玻璃具有高成型温度和高CTE。本专利技术还涉及高强度柔性玻璃在以下各项中作为柔性通用平面的用途：柔性和印刷电子器件、触摸式控制面板的传感器、薄膜电池衬底、移动电子装置、半导体内插器、可弯曲显示器、太阳能电池，或者其中需要高化学稳定性、温度稳定性、低透气性、柔性以及低厚度的组合的其他应用。除了消费和工业电子器件之外，本专利技术还可以用于工业生产或度量衡学中的保护应用。
技术介绍
具有不同组合物的薄玻璃适合用于许多应用的衬底材料，在所述应用中透明度、高耐化学性和耐热性以及确定的化学和物理性质是非常重要的。例如，无碱玻璃可以用于显示器面板和用作晶片格式的电子封装材料。含碱硼硅酸盐玻璃用于过滤器涂层衬底、触摸传感器衬底以及指纹传感器模块盖板。现在，对产品的新功能和更广泛领域的应用的不断增长的需求要求具有低TTV和极高强度的甚至更薄且更轻的玻璃衬底。通常应用超薄玻璃的领域是精细电子器件的保护盖板。为了实现极高强度，需要具有高氧化铝含量的铝硅酸盐(AS)玻璃，所述AS玻璃在浸入K离子含量的熔融盐之后能够达到高抗压强度(CS)、层深度(DoL)以及高最终强度。这里，通常表面压应力(CS)在600MPa与1000MPa之间。离子交换层的深度(DoL)通常大于30μm，优选地大于40μm。对于运输或航空中的安全保护应用，AS玻璃将具有高于100μm的交换层。通常，高CS结合高DoL是所有这些应用的目的，并且玻璃的厚度通常在约0.5mm到10mm的范围内。另一方面，如果玻璃板厚于0.5mm，那么处理就会变得越来越难，因为玻璃边缘处的裂缝和破片等缺陷会导致破裂。另外，整体机械强度(即，反映在弯曲或冲击强度方面)将显著地降低。通常，可对较厚玻璃的边缘进行CNC(计算机数控)研磨以除去缺陷，但机械研磨难以应用于厚度小于0.3mm的超薄玻璃。在边缘上进行蚀刻可能是超薄玻璃除去缺陷的一种解决方案，但薄玻璃板的柔性仍然受到玻璃本身的低弯曲强度的限制。因此，对于薄玻璃而言，玻璃的强化极其重要。通常，具有低TTV的<0.5mm厚的平板超薄铝硅酸盐玻璃难以通过直接热成型方法来生产。与通过化学或物理方法后处理的薄铝硅酸盐玻璃相比，因为表面是从高温熔融状态冷却到室温，所以直接热成型的薄玻璃具有更好的表面均匀性、TTV以及表面粗糙度。下拉法(down-drawnmethod)可以用来生产厚度小于0.3mm或甚至0.1mm的玻璃，诸如碱性硼硅酸盐玻璃或者无碱铝硼硅酸盐玻璃。然而，此类玻璃并不具有结合的高成型温度T4和高CTE(热膨胀系数)，所述成型温度被定义为玻璃的粘度为104dPa*s时所处的温度。铝硅酸盐玻璃特别适合于进行化学钢化，因为Al2O3的含量高而使得碱金属离子能够快速扩散。因此，如果可获得具有较小TTV的超薄且化学可钢化或钢化的铝硅酸盐玻璃制品将是有利的。然而，生产能够化学钢化到高强度的热成型平板超薄玻璃的主要挑战在于：此类铝硅酸盐玻璃的高T4和高CTE的结合，所述铝硅酸盐玻璃含有导致高T4的高含量的Al2O3以及导致高CTE的大量Na2O和K2O。因此，此类玻璃一方面因为高T4而需要高成型温度，并且另一方面因为高CTE而容易形成张力和变形，直到在温度变化时破裂。因此，对此类玻璃进行直接热成型极其困难，并且具有较小TTV的超薄玻璃迄今为止仍未实现。在许多专利技术中已经描述了玻璃的化学钢化。US20100009154描述了一种具有压应力的外部区域的0.5mm或更厚的玻璃，所述外部区域具有至少50μm的层深度并且所述压应力至少高于200MPa。化学钢化和在表面区域中产生压应力的步骤包括将玻璃的至少一部分相继地浸在多个离子交换浴中。此类玻璃可以用于消费类应用。然而，并未实现具有较小TTV的超薄玻璃的优良的化学钢化性能。在一些专利技术中发现了对于具有很多限制的化学可钢化超薄玻璃的描述。US2015183680描述了一种对<0.4mm的玻璃的钢化，其中所述玻璃的中心张力范围有限并且DoL>30um。然而，DoL>30um导致了超薄钢化玻璃中的比如易碎和自身破裂等问题。此外，该专利申请中并未说明如何制备<0.4mm厚的玻璃。此外，并未实现具有较小TTV的超薄玻璃的优良的化学钢化性能。US201405911描述了从液体状态且室温下对可钢化超薄玻璃的热成型，所述可钢化超薄玻璃具有小于107*107/℃的CTE变化。然而，此类CTE并未被认定为是通过热成型方法来生产化学可钢化的超薄玻璃的影响因素。同样，该申请中并未考虑超薄玻璃的生产。此外，并未实现具有较小TTV的超薄玻璃的优良的化学钢化性能。在专利US20120048604中，离子交换的超薄铝硅酸盐或铝硼硅酸盐玻璃板用作电子器件的内插器面板。内插器面板包括由离子交换玻璃形成的玻璃衬底芯层。CTE可以设置为匹配半导体和金属材料等的热膨胀系数。在该专利中并未考虑玻璃的生产方式以及如何提高表面质量和厚度均匀性。事实上，对玻璃组合物进行调整以促进直接热成型生产并且同时实现良好的钢化能力是获得具有较小TTV和低表面粗糙度的超薄玻璃的最重要方式。本专利技术的目的是经由直接热成型超薄玻璃来解决以上问题，所述超薄玻璃在钢化之后可以实现高强度并且具有较小TTV。令人惊讶地发现，通过借助自身重力或额外拉力的辅助将液态玻璃向下引导，具有高成型温度和高CTE的玻璃可以从熔融状态热成型。这种超薄玻璃形成能力使得含碱金属的铝硅酸盐玻璃(其恰好呈现高T4和高CTE性质)的直接热成型生产成为可能。甚至令人惊讶地发现，以密度除以杨氏模量的形式表达的逆刚度(inversestiffness)应较低以确保此类超薄玻璃的稳定生产。本专利技术人发现，在热成型期间尤其是在Tg+100℃与Tg-50℃之间的温度下的冷却方案对于实现本专利技术的具有较小TTV的超薄玻璃的优良的化学钢化性能而言非常重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可化学钢化的玻璃制品，其厚度小于或等于0.5mm，其中所述玻璃具有高于1100℃的工作点T4，并且其中在25℃与300℃之间的温度范围内，所述玻璃具有超过6*10-6/℃的平均线性热膨胀系数CTE；所述玻璃制品的特征在于，所述制品具有至少1.5μm2/小时的阈值扩散率D，并且对于厚度超过200μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的总厚度变化(TTV)小于40μm；对于厚度在50μm与200μm之间的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV小于所述制品的所述厚度的20％；并且对于厚度小于50μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV为至多10μm。本公开的一方面提供了一种制造所述玻璃制品的方法。所述玻璃可以经由下拉法、溢流熔融法、特殊浮法或再拉伸来制造、或者由较厚玻璃抛光或通过蚀刻使较厚玻璃变薄来制造。母玻璃可以采用板或卷的形式提供。所述母玻璃优选地具有粗糙度Ra小于5nm的原始表面，随后玻璃的一个或两个表面进行离子交换和化学钢化。超薄玻璃对于应用于卷对卷加工是理想的选择。令人惊讶地发现，通过将从Ta(等于Tg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能化学钢化的玻璃制品，其厚度小于或等于0.5mm，其中所述玻璃具有高于1100℃的工作点T4，并且其中在25℃与300℃之间的温度范围内，所述玻璃具有超过6*10‑6/℃的平均线性热膨胀系数CTE；所述玻璃制品的特征在于，所述制品具有至少1.5μm2/小时的阈值扩散率D，并且对于厚度超过200μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的总厚度变化(TTV)小于40μm；对于厚度在50μm与200μm之间的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV小于所述制品的所述厚度的20％；并且对于厚度小于50μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV为至多10μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种能化学钢化的玻璃制品，其厚度小于或等于0.5mm，其中所述玻璃具有高于1100℃的工作点T4，并且其中在25℃与300℃之间的温度范围内，所述玻璃具有超过6*10-6/℃的平均线性热膨胀系数CTE；所述玻璃制品的特征在于，所述制品具有至少1.5μm2/小时的阈值扩散率D，并且对于厚度超过200μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的总厚度变化(TTV)小于40μm；对于厚度在50μm与200μm之间的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV小于所述制品的所述厚度的20％；并且对于厚度小于50μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV为至多10μm。2.根据权利要求1所述的玻璃制品，其中所述制品的厚度小于或等于400μm。3.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述制品具有低于1350℃的工作点T4。4.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述CTE高于7*10-6/℃。5.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中热成形难度系数在8060*10-6至14000*10-6的范围内。6.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中逆刚度在0.032至0.0355(s/mm)2的范围内。7.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述制品具有至少4μm2/小时的阈值扩散率D。8.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述制品的压应力敏感性CSS为至少450MPa。9.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述制品具有：对于厚度超过200μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV小于15μm；对于厚度在67μm与200μm之间的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV小于所述制品的所述厚度的7.5％；并且对于厚度小于67μm的制品，在0.4m*0.5m的区域内的TTV为至多5μm。10.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括指定量(以重量％为单位)的以下成分：成分(重量％)SiO240至75Al2O310至30B2O30至20Li2O+Na2O+K2O4至30MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO0至15TiO2+ZrO20至15P2O50至10。11.根据权利要求10所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括指定量(以重量％为单位)的以下成分：成分(重量％)SiO250至70Al2O310至27B2O30至18Li2O+Na2O+K2O5至28MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO0至13TiO2+ZrO20至13P2O50至9。12.根据权利要求1至9中至少一项所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括指定量(以重量％为单位)的以下成分：成分(重量％)SiO240至81Al2O30至10B2O30至5Li2O+Na2O+K2O5至30MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO5至30TiO2+ZrO20至7P2O50至2。13.根据权利要求12所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括指定量(以重量％为单位)的以下成分：成分(重量％)SiO250至81Al2O30至8B2O30至5Li2O+Na2O+K2O5至28MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO5至25TiO2+ZrO20至6P2O50至2。14.根据前述权利要求中至少一项所述的玻璃制品，其中所述制品具有小...

【专利技术属性】
技术研发人员：和峰，范慧艳，J·西默，
申请(专利权)人：肖特玻璃科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32