化学离子交换玻璃制造技术

本发明专利技术涉及一种化学离子交换玻璃。本发明专利技术描述一种化学强化过程，如玻璃材料的双离子交换过程。玻璃组合物包含SiO2、Al2O3、B2O3、Li2O、Na2O、ZrO2、ZnO、P2O5和一或多种精炼剂。本发明专利技术通过考虑曲线的面积和由曲线的切线形成的角度来描述压缩应力

【技术实现步骤摘要】
化学离子交换玻璃
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2020年7月30日提交的印度临时申请序号202021032695的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本专利技术涉及一种化学离子交换玻璃。更具体地，本专利技术聚焦于通过考虑压缩应力(CS)
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层深度(DOL)分布来推导化学离子交换玻璃的强化表达式。甚至更具体地，本专利技术描述了通过考虑CS
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DOL分布的曲线下面积和由曲线的切线形成的角度来定义双离子交换过程的反应参数的方法。

技术介绍

[0004]近年来，玻璃衬底已广泛用作如移动电话、娱乐装置、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、可穿戴装置等电子装置的盖板玻璃。盖板玻璃用于增强对电子装置的显示屏的保护。电子装置背面使用的盖板玻璃除了为电子装置提供强度外，还需要提供增强的电磁无线电信号传输。随着强化玻璃的应用越来越广泛，盖板玻璃经过化学或热处理，在承受高拉伸强度时具有抗断裂性。通常，玻璃组合物经受高表面压缩应力以增加玻璃的强度。在化学强化过程的情况下，双离子交换过程是生产具有高强度和耐久性的玻璃衬底的已知过程，特别是对于其中物理强化非常困难甚至不可能的薄玻璃。
[0005]双离子交换玻璃的化学强化一般由压缩应力(CS)
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层深度(DOL)分布定义。CS
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DOL分布包含两条斜率不同的曲线。CS
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DOL分布的曲线被视为估计双离子交换玻璃的性能的测量参数。通过使用CS
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DOL分布来确定玻璃的化学强化过程，已经推导出了各种方法和模型。需要使用最佳计算参数以满足客户对化学强化玻璃材料的要求。
[0006]鉴于前述，本专利技术通过使用CS
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DOL分布来定义玻璃材料的化学强化过程来导出不等式。
[0007]本专利技术的目标
[0008]本文中描述本公开的一些目标。本公开的一个目标是提供经历双离子交换过程的玻璃组合物。本公开的另一个目标是将碱金属铝硅酸盐玻璃材料用于盖板玻璃。
[0009]本公开的另一目标是通过化学强化双离子交换过程来增加盖板玻璃的强度。
[0010]本公开的另一个目标是提供用于化学强化玻璃的压缩应力
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层深度(CS
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DOL)分布。本公开的另一个目标是通过考虑曲线下面积和由曲线的切线形成的角度来评估CS
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DOL分布以定义双离子交换过程的反应参数。
[0011]本公开的另一目标是利用获自CS
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DOL分布的不等式来定义双离子交换玻璃材料的过程参数。本公开的另一个目标是根据CS
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DOL分布确定双离子交换玻璃材料的应力面积、处理时间和温度。
[0012]本公开的另一目标是提供具有更高性能强度、更好使用寿命、更高抗裂性和更高尖锐冲击强度的盖板玻璃。
[0013]本公开的其它目标和优点将从以下描述更显而易见，所述描述并不意图限制本专利技术的范围。

技术实现思路

[0014]在一个实施例中，本公开描述一种玻璃组合物。玻璃组合物包含一或多种化学组分，如SiO2、Al2O3、Li2O、B2O3和Na2O。其还可包含其它化学组分，如ZrO2、MgO、CaO、P2O5、ZnO、K2O、TiO2等。此外，其还可包含精炼剂，如SnO2、Fe2O3、CeO2、氯化物、硫酸盐等。
[0015]在一个实施例中，本专利技术描述玻璃组合物的各种组分的最佳摩尔％。玻璃组合物包含约50摩尔％至约75摩尔％的SiO2、约5摩尔％至约25摩尔％的Al2O3、约0摩尔％至约10摩尔％的B2O3、约0摩尔％至约15摩尔％的Na2O、约5摩尔％至约17摩尔％的Li2O、约0摩尔％至约2摩尔％的K2O、约0摩尔％至约7摩尔％的MgO、约0摩尔％至约3摩尔％的CaO、约0摩尔％至约7摩尔％的P2O5、约0摩尔％至约7摩尔％的ZnO和约0摩尔％至约7摩尔％的ZrO2。玻璃组合物还包括一或多种精炼剂，例如，约0摩尔％至约2.5摩尔％的SnO2、约0摩尔％至约2.5摩尔％的Fe2O3、约0摩尔％至约2摩尔％的CeO2，以及其它精炼剂，如氯化物和硫酸盐。此外，玻璃组合物进一步包括约0摩尔％至约2摩尔％的TiO2。
[0016]在一个实施例中，盖板玻璃可通过经由多个离子交换的化学强化处理而具备高强度。本公开定义通过双离子交换过程强化的盖板玻璃。
[0017]在一个实施例中，双离子交换过程包含在玻璃材料的外表面区域上的第一离子交换步骤，随后是第二离子交换步骤。在一个实施例中，离子交换过程是基于离子的大小。当玻璃材料中的较大离子交换为较小离子时，较大离子会填充先前由较小离子占据的表面积，从而在玻璃材料的内表面上产生压缩应力，其对应于玻璃材料强度的增加。
[0018]在一个实施例中，盐浴在第一离子交换过程期间包含5
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95重量％的NaNO3和5
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95重量％的KNO3。盐浴在第二离子交换过程期间包含0
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50重量％的NaNO3和50
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100重量％的KNO3。盐浴中所用的NaNO3和KNO3的量仅出于示范性目的而呈现，且不应被理解为对本公开的范围的限制。
[0019]在一个实施例中，可在大于300℃的温度下持续至少0.25小时的持续时间进行第一离子交换过程。在一个实施例中，可在大于300℃的温度下持续0.1小时
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6.5小时的持续时间进行第二离子交换过程。
[0020]在一个实施例中，由于第一离子交换过程，玻璃处于60MPa至650MPa范围内的压缩应力(CS)和45μm至210μm范围内的层深度下。此外，由于第二离子交换过程，玻璃处于130MPa至1400MPa范围内的压缩应力和小于60μm的层深度下。
[0021]在一个实施例中，双离子交换过程的压缩应力
‑
层深度(CS
‑
DOL)分布包含两条曲线。本专利技术计算曲线下面积和由曲线的切线形成的角度。CS
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DOL分布描述应力面积和各种反应参数，如双离子交换过程的时间和温度。CS
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DOL分布有助于理解和调整玻璃材料的化学强化过程参数。
[0022]在一个实施例中，双离子交换玻璃产生增强的使用耐久性、高抗裂性、高损伤后保留强度和高尖锐冲击强度。
[0023]在一个实施例中，双离子交换玻璃用作盖板玻璃。盖板玻璃可用作触摸面板显示器的衬底和这些显示器的后盖，例如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子显示器
(PD)、电致发光显示器(ELD)、有机发光二极管(OLED)显示器、微型LED等。双离子交换玻璃还可用作太阳能电池盖板玻璃的衬底、磁盘衬底和窗玻璃。另外，盖板玻璃可用于保护显示屏，如移动电话、智能手机、平板电脑、可穿戴装置、数码相机等电子装置的触摸显示器。盖板玻璃可用于电子装置的背面，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学强化玻璃，其包含：经历双离子交换过程的碱金属铝硅酸盐玻璃；以及所述碱金属铝硅酸盐玻璃的所述双离子交换过程的压缩应力
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层深度CS
‑
DOL分布，所述CS
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DOL分布包含：第一曲线a1，其定义所述碱金属铝硅酸盐玻璃的第一步离子交换；第二曲线a2，其定义所述碱金属铝硅酸盐玻璃的第二步离子交换，其中所述第一曲线a1和所述第二曲线a2在所述CS
‑
DOL分布中的拐点(DOL_TP,CS_TP)处相交，其中所述第一曲线a1从压缩深度点(DOL_ZERO,0)延伸至所述拐点，其中所述第二曲线a2从最大压缩应力点(0,CS)延伸至所述拐点，且其中所述第一曲线a1外推至第一直线a
11
且所述第二曲线a2外推至第二直线a
22
；所述第一直线a
11
下的第一区域，其定义所述碱金属铝硅酸盐玻璃的所述第一步离子交换的第一压缩应力面积A，其中所述第一压缩应力面积A为如由以下表达式定义的第一梯形面积：A＝(CS_TP x DOL_ZERO x 0.5)+(CS_TP x DOL_TP)，其中DOL_ZERO和DOL_TP以微米(μm)表示，CS_TP以MPa表示，且DOL_ZERO>DOL_TP；以及所述第二直线a
22
下的第二区域，其定义所述碱金属铝硅酸盐玻璃的所述第二步离子交换的第二压缩应力面积B，其中所述第二压缩应力面积B为如由以下表达式定义的第二梯形面积：B＝(CS x DOL_TP x 0.5)+(CS_TP x DOL_TP)，其中CS和CS_TP以MPa表示，DOL_TP以微米(μm)表示，且CS>CS_TP，其中所述第一和第二压缩应力面积A和B的比率在如由以下表达式定义的范围内：0.1≦|(A/B)|^0.5≦5.2。2.根据权利要求1所述的化学强化玻璃，所述CS
‑
DOL分布包含：在从所述压缩深度点延伸至所述最大压缩应力点的直线a
33
与所述第一直线a
11
和所述第二直线a
22
之间的第三区域，其定义第三压缩应力面积C，其中所述第三压缩应力面积C由以下表达式定义：C＝(CS x DOL_ZERO x 0.5)
‑
(CS_TP x DOL_ZERO x 0.5+CS_TP x DOL_TP+CS x DOL_TP x 0.5)，其中CS和CS_TP以MPa表示且DOL_ZERO和DOL_TP以微米(μm)表示；以及在所述第一直线a
11
和所述第二直线a
22
下的第四区域，其定义第四压缩应力面积D，其中所述第四压缩应力面积D由以下表达式定义：D＝(CS_TP x DOL_ZERO x 0.5+CS_TP x DOL_TP+CS x DOL_TP x 0.5)，其中CS和CS_TP以MPa表示且DOL_ZERO和DOL_TP以微米(μm)表示，其中所述第三和第四压缩应力面积C和D的比率在如由以下表达式定义的范围内：0.2≦|(C/D)|^0.5≦6，且其中所述第三和第四压缩应力面积C和D的比率与所述碱金属铝硅酸盐玻璃的所述第一步离子交换和所述第二步离子交换的反应温度和持续时间成反比。3.根据权利要求1所述的化学强化玻璃，其中在所述碱金属铝硅酸盐玻璃的所述第一步离子交换中，所述化学强化玻璃的所述压缩应力在6...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉藤德拉，
申请(专利权)人：安瀚视特控股株式会社，
类型：发明
国别省市：