堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃，一種包含該玻璃或由該玻璃構成的玻 璃制品，以及該玻璃制品作為電子裝置的顯示器的蓋玻璃、安全玻璃或作為鋼化光學玻璃 的應用。
【背景技術】
[0002] 在現有技術中使用具有化學硬化表面的玻璃是已知的，例如，作為電子裝置的顯 示器的抗劃傷蓋玻璃。玻璃的典型的化學硬化是將未硬化的玻璃板浸入鹽浴中。這樣，在 玻璃板的近表面區域中通過擴散而使玻璃中較小的離子（例如Na+)與鹽浴中較大的離子 (例如K+)發生交換。擴散層中材料的強度和內應力因較大的離子增加的空間需求而增加。
[0003] 例如，在DE10 2010 009 584A1中，公開了一種鋰-鋁硅酸鹽玻璃，其表面強 化是先通過鋰離子和鈉離子的交換及第二步通過鈉離子和鉀離子的交換而進行的。在US 8, 075, 999B2中進一步地公開了含有質量百分比含量多達20%的A1203的化學硬化玻璃。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種適合于化學硬化且具有改進的性能的玻璃。
[0005] 該目的是利用權利要求1中的堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃而實現的。有利的實施例 來自從屬權利要求。本發明的玻璃包括質量百分比含量在47. 5%~55%之間的Si02和質 量百分比含量在21 %~27. 5 %之間的A1203。玻璃還包括質量百分比含量在12 %~16% 之間的氧化鈉Na20。在該玻璃中A1203對Na20的摩爾比為0. 9 :1至1. 2 :1之間。
[0006] 3102部分的質量百分比含量的優選范圍在50%~55%之間，特別地在53%~ 55%之間。A1203部分的質量百分比含量的優選范圍在21 %~25%之間，特別地在21.5%~ 23. 5 %之間。Na20部分的質量百分比含量的優選范圍在13 %~16 %之間，特別地在 13. 8%~15. 6%之間。
[0007] 在一實施例中，玻璃中A1203對Na20的摩爾比在0. 94 :1至1. 1 :1之間。
[0008] 在一實施例中，玻璃中SiOJtAl203的摩爾比在2. 5 :1至4. 8 :1之間，優選地在 3. 5 :1至4. 5 :1之間，進一步優選地在3. 9 :1至4. 2 :1之間。
[0009] 在一實施例中，本發明的玻璃包括K20,優選地包括質量百分比含量在1. 5 %~ 2. 5%之間的K20。在一實施例中，本發明的玻璃包括Li20,優選地包括質量百分比含量多達 1. 5%的Li20〇
[0010] 本發明的玻璃不同于其他化學硬化的堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃，它在未處理狀態， 即在未作化學硬化狀態，已有較大硬度。此外，本發明的玻璃在化學鋼化的過程中，其特征 在于，在擴散區域中快速的交換速度和相當大的強度的獲得。由于硬度基礎值高，且在化學 硬化時有良好性能，即使在鹽浴中駐留時間少致使的擴散層薄，但相比于具有較大擴散深 度的硬化層的已知玻璃來說，在抗劃傷方面沒有不利。該玻璃在硬化前表面硬度已在，例 如，6400MPa~6600MPa之間。
[0011] 在一實施例中，本發明的玻璃不含Ca或CaO。這點對于在化學硬化過程中的鈉離 子的交換率是尤其有利的。
[0012] 在一實施例中，本發明的玻璃包括質量百分比含量在4%~10%之間，優選地在 4%~8%之間，進一步優選地在4. 5%~6%之間的MgO。這點對于硬化表面層的強度是尤 其有利的。據推測在所述濃度范圍內，MgO在擴散區域中具有網狀（交聯）強化效應。
[0013] 在一實施例中，本發明的玻璃包括質量百分比含量多達1%，優選地在0.3%~ 0. 5%之間的Sn02。在一實施例中，本發明的玻璃包括質量百分比含量多達0. 6 %，優選地 多達0.2%的Ce02。在一實施例中，本發明的玻璃包括質量百分比含量多達1%的F。這些 成分尤其可用作玻璃生產中的澄清劑。
[0014] 在一實施例中，本發明的玻璃包括質量百分比含量在1. 8%~3. 5%之間，優選地 在2%~2. 5%之間的Zr02。在一實施例中，本發明的鋁硅酸鹽玻璃包括質量百分比含量在 0? 2%~3. 5%之間的ZnO。
[0015] 本發明進一步涉及一種包括本發明的堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃的玻璃制品或由本 發明的堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃構成的玻璃制品。例如，玻璃制品可只由本發明的玻璃制 成，或具有本發明的玻璃構成的區域，例如層。
[0016] 在一實施例中，玻璃制品的堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃在其表面至少部分被化學硬 化，且在其表面至少部分地具有擴散層。在擴散層中，Na的濃度相比于未處理的玻璃組成 低，而另一元素（例如K)的濃度相比于未處理的玻璃組成高。此擴散層可通過化學硬化 過程獲得，其中玻璃制品在特定溫度和駐留時間下被浸入鹽浴中（例如，有熔融KN03的槽 液）。
[0017] 在一實施例中，該擴散層厚度在10ym~60ym之間，優選地厚度在15ym~ 35ym之間，進一步優選地厚度在20ym~30ym之間。層厚度取決于在鹽浴中的駐留時間 或者鹽浴的溫度。擴散層與剩余的玻璃之間的邊界將被獲得，在該邊界處Na的濃度相對于 未經處理的玻璃組成具有可測量出的差異。
[0018] 在一實施例中，玻璃制品為玻璃板，其或者是單一地由本發明的玻璃制成，或者具 有至少一層本發明的玻璃。在此情形下，該玻璃板的一個或兩個相對設置的表面可被化學 硬化。本發明的玻璃板或玻璃層的厚度可在〇. 4mm~2mm之間。
[0019] 本發明進一步涉及該玻璃板作為電子裝置的元件的應用，特別地作為顯示器（可 選擇地，具有觸摸屏）的蓋玻璃。適合的電子裝置尤其包括移動電話或智能型手機及計算 機或平板電腦。
【附圖說明】
[0020] 進一步的細節和優點見于以下附圖和實施例。附圖是在1200°c~1550°C的溫度 范圍中本發明的玻璃對比現有技術的玻璃的測量粘度曲線。
【具體實施方式】
[0021] 〔實施例1〕
[0022] 將一批適當量的原料放在玻璃爐中熔化、均化、澄清并靜置以便得到具有以下成 分的玻璃：
[0023] -質量百分比含量為53.8%的Si02;
[0024] -質量百分比含量為21.9%的A1203;
[0025] -質量百分比含量為5. 7%的MgO;
[0026] -質量百分比含量為14%的Na20 ;
[0027] -質量百分比含量為1.9%的1(20 ;
[0028] -質量百分比含量為2. 2 %的Zr02;
[0029] -質量百分比含量為0? 4%的Sn02jP
[0030] -質量百分比含量為0? 1 %的Ce02。
[0031] 然后鑄成玻璃塊并作精細退火。在進一步地步驟中，本發明的玻璃板（以下稱作 玻璃1)是由該玻璃塊通過切割、研磨和拋光制成的。
[0032] 〔實施例2〕
[0033] 將一批適當量的原料放在玻璃爐中熔化、均化、澄清并靜置以便得到具有以下成 分的玻璃：
[0034]-質量百分比含量為53.8%的Si02;
[0035] -質量百分比含量為22. 9%的A1203;
[0036] -質量百分比含量為4.7%的MgO;
[0037] -質量百分比含量為14%的Na20 ;
[0038] -質量百分比含量為1.9%的1(20 ;
[0039] -質量百分比含量為2.2%的Zr02;
[0040] -質量百分比含量為0? 4%的Sn02jP
[0041]-質量百分比含量為0?1%的Ce02。
[0042] 然后鑄成玻璃塊并作精細退火。進一步地步驟中，本發明的玻璃板（以下稱作玻 璃2)是由該玻璃塊通過切割、研磨和拋光制成的。
[0043] 相對于實施例1，在玻璃組成中，A120成分由此提高了 1%的質量百分比含量，MgO 成分減少了 1%的質量百分比含量。
[0044]〔實施例3〕
[0045] 玻璃1及玻璃2通過在430°C下浸入在有熔融1^03的鹽浴中4小時被化學硬化。 在此，Na離子從玻璃擴散到鹽熔融液，而K離子由鹽熔融液擴散到玻璃中。這樣，在玻璃板 表面形成20ym厚的擴散層。
[0046] 下面的表1包括玻璃1和玻璃2的測量的性能值，以及制造商Corning的品牌玻 璃"Gorilla"（其被用作例如iPhone手機的顯示器的蓋玻璃）的對應的性能值。
[0047] 表 1
[0048]
【主權項】
1. 一種玻璃， 其特征在于， 其包括質量百分比含量在47. 5%~55%之間的Si02;質量百分比含量在21 %~ 27. 5%之間的A1203;和質量百分比含量在12%~16%之間的Na20 ;且其中A1203對Na20的 摩爾比在0. 9 :1至1. 2 :1之間。
2. 根據權利要求1所述的玻璃，其特征在于，其包括質量百分比含量在50%~55%之 間，優選地在53%~55%之間的Si0 2。
3. 根據權利要求1至2之一所述的玻璃，其特征在于，其包括質量百分比含量在 21 %~25%之間，優選地在21. 5%~23. 5%之間的A1203。
4. 根據權利要求1至3之一所述的玻璃，其特征在于，其包括質量百分比含量在 13%~16%之間，優選地在13. 8%~15. 6%之間的Na20。
5. 根據權利要求1至4之一所述的玻璃，其特征在于，SiO 2對A1 203的摩爾比在2. 5 :1 至4. 8 :1之間，優選地在3. 5 :1至4. 5 :1之間，進一步優選地在3. 9 :1至4. 2 :1之間。
6. 根據權利要求1至5之一所述的玻璃，其特征在于，A1 203對Na 20的摩爾比在0. 94 : 1至1. 1 :1之間。
7. 根據權利要求1至6之一所述的玻璃，其特征在于，該玻璃還包括質量百分比含量在 1. 5%~2. 5%之間的K20和/或質量百分比含量多達1. 5%的Li20。
8. 根據權利要求1至7之一所述的玻璃，其特征在于，該玻璃不含CaO。
9. 根據權利要求1至8之一所述的玻璃，其特征在于，其包括質量百分比含量在4%~ 10%之間，優選地在4%~8%之間，進一步優選地在4. 5%~6%之間的Mg0。
10. 根據權利要求1至9之一所述的玻璃，其特征在于，其包括質量百分比含量大于0 且小于或等于1%，優選地在〇. 3%~0. 5 %之間的Sn02jP /或其包括質量百分比含量大 于0且小于或等于0. 6%，優選地為大于0且小于或等于0. 2%的&02;和/或其包括質量 百分比含量大于〇且小于或等于1%的F。
11. 根據權利要求1至10之一所述的玻璃，其特征在于，其包括質量百分比含量在 1. 8%~3. 5%之間，優選地在2%~2. 5%之間的Zr02，和/或其包括質量百分比含量大于 0. 2%且小于或等于3. 5%的ZnO。
12. -種包含權利要求1至11之一所述玻璃的玻璃制品或由權利要求1至11之一 所述玻璃構成的玻璃制品，其中優選地在玻璃表面至少部分地具有擴散層，其中該玻璃的K 含量比基本組成高，且該玻璃的Li含量和Na含量比基本組成低。
13. 根據權利要求12所述的玻璃制品，其特征在于，該擴散層厚度在10 y m~60 y m之 間，優選地厚度在15 y m~35 y m之間，進一步優選地厚度在20 ym~30 ym之間。
14. 根據權利要求11至13之一所述的玻璃制品，其特征在于，該玻璃制品為一玻璃板。
15. 根據權利要求14所述的玻璃板作為電子裝置的顯示器的蓋玻璃的應用，特別是作 為移動電話或計算機的顯示器的蓋玻璃的應用。
【專利摘要】本發明涉及一種堿金屬-鋁-硅酸鹽玻璃，其包括質量百分比含量在47.5％～55％之間的SiO2，質量百分比含量在21％～27.5％之間的Al2O3；和質量百分比含量在12％～16％之間的Na2O。Al2O3對Na2O的摩爾比在0.9：1到1.2：1之間。該玻璃的特征在于，在其化學鋼化后的高硬度和高表面強度，從而得到的極高的抗劃傷性有利于其用作顯示器玻璃。該玻璃的進一步地優選特征是它的粘度遠低于該組玻璃的粘度。
【IPC分類】C03C3-095, C03C21-00
【公開號】CN104628254
【申請號】CN201410638271
【發明人】林嘉宏, 斯文·維茨, 拉爾斯·賓尼克, 岡特·卡爾, 漢斯·尤爾根·林茨
【申請人】臺灣玻璃工業股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年11月13日
【公告號】DE102013019003A1, US20150132570