一种高铝低钙可化学强化处理的玻璃制造技术

本发明专利技术涉及玻璃及玻璃强化材料技术领域，具体涉及一种可化学强化处理的玻璃，以质量百分比计，所述玻璃及陶瓷组成包括：SiO2：50%～70%；Al2O3：12%～25%；Na2O：8%～18%；P2O5：1%～8%；B2O3：0%～5%；CaO：0.01%～5%；MgO：0%～5%；ZnO：0%～5%；Li2O：0%～5%；SnO2：0%～1%；本发明专利技术通过在玻璃中引入P2O5、CaO成分使玻璃产生分相效果，并通过Al2O3和P2O5组成改善玻璃的强化性能，从而获得具有化学钢化玻璃，使化学钢化玻璃具有高的表面维氏硬度值。

A Chemically Strengthened Glass with High Aluminum and Low Calcium Content

The invention relates to the technical field of glass and glass strengthening materials, in particular to a kind of chemically strengthened glass, in terms of mass percentage. The glass and ceramic components include: SiO 2:50%-70%; AlO 3:12%-25%; NaO:8%-18%; P2O 5:1%-8%; B2O 3:0%-5%; CaO:0.01%-5%; MgO:0%-5%; ZnO:0%-5%; LiO:0%-5%; SnO 2:0%-1%; By introducing P2O5 and CaO components into the glass, the phase separation effect of the glass is produced, and the strengthening performance of the glass is improved through the composition of Al2O3 and P2O5, thus the chemical toughened glass is obtained, so that the chemical toughened glass has a high Vickers hardness value on the surface.

【技术实现步骤摘要】
一种高铝低钙可化学强化处理的玻璃
本专利技术涉及玻璃及玻璃强化材料
，更具体地说涉及一种分相玻璃及玻璃组成，所述分相玻璃可进行化学强化处理。
技术介绍
玻璃材料属于脆性材料，当玻璃材料收到外界作用力冲击或摩擦时，无法发生塑性形变而导致破损或划伤，因此玻璃表面的机械性能需改善。玻璃化学强化主要通过将含碱金属离子的玻璃材料浸没在350℃～450℃的熔融态含钠或钾的硝酸盐溶液，在高温条件下，含碱玻璃中离子半径较小离子碱金属离子（Na+和Li+）和硝酸熔盐中离子半径较大离子（K+和Na+）发生相互置换，例如玻璃中Na+和熔盐中K+或玻璃中Li+和熔盐中Na+发生相互置换，从而在玻璃表面残留一层具有表面压缩应力（CompressiveStress，简称CS）和压缩应力层深（DepthofLayer，简称DOL）的钢化层玻璃。当玻璃进行化学钢化处理后，玻璃表面状态改变带来玻璃的机械特性均得到极大改善，例如玻璃表面维氏硬度值提高、抗划伤和抗冲击改善。通过钢化处理后的玻璃材料被广泛应用在消费类电子触控平板显示领域等高强度显示外壳保护材料中。目前越来越多移动式电子设备（例如手机或手表）对材料的表面机械特性提出更严苛要求，近年来已尝试采用蓝宝石材质、氧化锆陶瓷以及微晶玻璃等材料来逐步取代化学强化玻璃，但上述材料均存在制造难度和成本的缺点，目前还没有大面积使用。因此需要一种具有良好的表面特性的化学钢化玻璃满足市场需求。目前极少见到采用化学钢化处理高Al2O3低CaO分相玻璃和玻璃的研究和报导。专利CN104837783A提供分相玻璃的制造方法和分相玻璃，所述玻璃中Al2O3含量＜10%，可以进行化学强化，但过低Al2O3导致玻璃表面机械特性较差。CN104254501B提供化学强化玻璃的制造方法，所述玻璃且所述玻璃中Al2O3＜10wt%，MgO＞5wt%，导致表面机械特性较差。王承遇等发表于乳浊玻璃（四）《玻璃与搪瓷》.1998,第26卷（第5期）介绍磷酸乳浊玻璃，主要是在玻璃基础成分中析出磷酸盐的晶粒而乳浊，理想的磷酸晶粒应为小球状分布。但文献中所有的乳浊玻璃成分都是基于中Al2O3含量均低于12wt%而获得的乳浊玻璃，因而文献并未对乳浊玻璃离子交换效果和机械性能进行研究和说明。专利CN102249540B提供一种Na2O-CaO-SiO2乳浊玻璃，所述玻璃中Al2O3＜2wt%，因此所述玻璃离子交换性能差，因而玻璃机械性能无法得到明显改善。CN105967515A提供一种超薄乳浊玻璃及其制备方法，所述玻璃中Al2O3含量＜3wt%，此所述玻璃离子交换性能差，因而玻璃机械性能无法得到明显改善。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种可进行化学强化处理的分相玻璃。本专利技术通过在玻璃中引入P2O5、CaO、MgO、Li2O成分使玻璃产生分相效果，并通过Al2O3和P2O5组成改善玻璃的强化性能，从而获得具有化学钢化玻璃。本专利技术一方面提供一种高铝低钙分相玻璃，以质量百分比计，所述组成包括：SiO2；Na2O；CaO；P2O5；其中，Al2O3≥12%，且Al2O3/(P2O5+CaO)＞2。本专利技术另一方面提供一种高铝低钙可化学强化处理的分相玻璃，以质量百分比计，所述玻璃组合物包括：SiO2：50%～70%；Al2O3：12%～25%；Na2O：8%～18%；P2O5：1%～8%；B2O3：0%～5%；CaO：0.01%～5%；MgO：0%～5%；ZnO：0%～5%；Li2O：0%～5%；SnO2：0%～1%；Al2O3/(P2O5+CaO)＞2总质量分数之和为100%。其中，所述玻璃表面压缩应力值≥500MPa；压缩应力层≥20μm。可化学强化处理的分相玻璃及玻璃的强化后玻璃表面维氏硬度≥650MPa。SiO2：其主要玻璃成形体，属必需成分之一，主要构成了玻璃网状主结构，其赋予玻璃较佳玻璃结构稳定性、化学稳定性、机械性能和成型性能。本专利技术中SiO2浓度至少50wt%，更优选至少55wt%；但玻璃中高SiO2浓度降低玻璃的分相和析晶能力，同时使玻璃熔化温度提高，从而导致玻璃出现诸如大量小气泡的缺陷，此外，高SiO2浓度倾向于对化学钢化产生不利影响，因而SiO2小于70wt%，更优选优选小于65wt%。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，碱性离子对Al3+离子进行电荷平衡，使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，为玻璃在离子交换过程提供交换通道，提高玻璃压缩应力层深，此外，玻璃中Al2O3浓度对玻璃分相其抑制作用，确保玻璃在分相过程保持较高透射率和维持分相玻璃的结构的稳定性，因而玻璃中Al2O3浓度至少12wt%，更优选15wt%；但过属于极难熔氧化物，其能快速提高玻璃高温粘度，致使玻璃澄清均化难度加大，玻璃中的气泡缺陷浓度急剧增加，因此在玻璃中Al2O3浓度小于约25wt%，更优选23wt%。玻璃中Na2O为必需成分之一，玻璃中高浓度的Na2O，使得玻璃中含有足够多的Na+离子，与硝酸钾熔盐中K+离子进行交换，从而在玻璃表面产生高压缩应力。此外，Na2O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，因此，本专利技术中Na2O浓度不低于8wt%，更优选不低于10wt%。但Na2O浓度过高，将使玻璃化学稳定性能劣化和难以获得具有高表面强度的玻璃，因此玻璃中Na2O浓度控制小于18wt%，更优选小于16wt%。Li2O：属于网络外体组成，能快速降低玻璃熔化粘度，促使玻璃快速进行熔化与澄清；同时玻璃中含有高浓度Li+离子为玻璃能进行Na+离子和Li+离子交换提供条件，因而能快速获得高压缩应力层深度。K2O：本专利技术中玻璃中K2O属于非必要成分，K2O可以改善玻璃熔化与澄清效果；同时高K2O浓度导致化学钢化玻璃表面压缩应力降低但压缩应力层提高；但玻璃中高K2O浓度导致玻璃表面化学稳定性劣化。因此，本专利技术的玻璃中K2O浓度小于5wt%，更优选K2O浓度小于3%。B2O3：玻璃中B2O3成分属于网络形成体氧化物，能降低玻璃粘度有利于生产；此外，B2O3对本专利技术中玻璃分相具有促进和稳定作用；引入高浓度B2O3在高温熔制过程中存在氧化物挥发现象，不利于玻璃成分稳定，但高B2O3浓度不利于化学钢化玻璃获得高压缩应力和高应力层深度，因此本专利技术中将B2O3浓度小于5wt%，更优选B2O3浓度为3wt%。P2O5：属于本专利技术中玻璃必要成分之一，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，使玻璃网络结构呈疏松状态，网络空隙变大，有利于玻璃中离子扩散，对化学强化促进作用；同时P2O5对玻璃分相促进作用。但过高浓度P2O5导致熔融熔化挥发严重，且玻璃的化学稳定性变差，同时导致玻璃出现过度分相而透射率降低。因此本专利技术中将P2O5浓度限制在1wt%～8wt%，优选P2O5浓度在2wt%～6wt%。CaO：属于本专利技术中玻璃属于必要成分之一，其属于二价金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铝低钙分相玻璃，其特征在于，以质量百分比计，所述组成包括：SiO2；Na2O；CaO；P2O5；其中，Al2O3≥12%，且Al2O3/(P2O5+CaO)＞2。

【技术特征摘要】
1.一种高铝低钙分相玻璃，其特征在于，以质量百分比计，所述组成包括：SiO2；Na2O；CaO；P2O5；其中，Al2O3≥12%，且Al2O3/(P2O5+CaO)＞2。2.如权利要求1所述的一种高铝低钙分相玻璃,其特征在于，所述玻璃1mm厚度在380nm～780nm波长范围内而言，所述玻璃的平均透射率至少50%以上。3.如权利要求1所述的一种高铝低钙分相玻璃,其特征在于，所述玻璃1mm厚度在380nm～780nm波长范围内而言，所述玻璃的平均透射率至少60%以上。4.如权利要求1所述的一种高铝低钙分相玻璃,其特征在于，所述玻璃采用一步化学强化或多步化学强化处理。5.如权利要求1~4任一项所述的一种高铝低钙分相玻璃,其特征在于，强化玻璃表面维氏硬度值≥650MPa。6.如权利要求1~4任一项所述的一种高铝低钙分相玻璃,其特征在于，强化玻璃表面维氏硬度值≥...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁新辉，陈招娣，林文城，
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