專利名稱：一種適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃組份的制作方法
技術領域：
本發明屬于特種玻璃生產制造技術領域，主要涉及ー種適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃組份，該玻璃組份可以用浮法玻璃生產エ藝生產，適于通過化學鋼化增強。該玻璃化學鋼化后適用于ATM取款機、エ控設備、手機、數碼相機及平板電視等觸摸屏的蓋板玻
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背景技術：
ATM取款機、エ控設備、手機、數碼相機及平板電視等觸摸屏類電子設備得到廣泛的使用，而作為觸摸屏顯示器保護構件的蓋板玻璃重要性不斷提高。作為保護構件的觸摸屏蓋板玻璃，要求其具有抗劃傷、抗沖擊、高韌性、低密度、高透過率等特性，因此由高強度玻璃材料制造而成的觸摸屏蓋板成為首選。但一般情況下原板玻璃的強度還是不夠，要通過鋼化處理，用于觸摸屏的玻璃厚度很薄，物理鋼化會變形，只能用化學鋼化的方法來增強。化學鋼化是目前企業普遍采用的エ藝，通過改變玻璃表面的化學組成來提高玻璃的強度，一般是應用離子交換法。在某一溫度(玻璃軟化點以下的溫度，如400°C)的堿鹽熔液中，使玻璃表層中半徑較小的離子與熔液中半徑較大的離子交換，比如玻璃中的鋰離子與熔液中的鉀或鈉離子交換，玻璃中的鈉離子與熔液中的鉀離子交換，利用堿離子體積上的差別在玻璃表層形成嵌擠壓應力。大離子擠嵌進玻璃表層的數量與表層壓應力成正比， 所以離子交換的數量與交換的表層深度是增強效果的關鍵指標。玻璃主要由玻璃網絡形成體、網絡外體氧化物和中間體氧化物等結構組成。各種玻璃組份不僅直接影響到玻璃體的高溫粘度、玻璃的應變點、作業溫度、反應產物的擴散以及隨后的澄清、均化過程等，同時不同的成份組成，形成玻璃的網絡結構不同，對化學鋼化的影響也不同。比如氧化鈣、氧化鍶、氧化鋇等ー些離子半徑較大的ニ價離子雖然對提高玻璃的應變點很有幫助，但在化學鋼化離子交換后，會造成玻璃表面應カ松弛，不利于玻璃的化學鋼化。本發明基于以上原理，根據玻璃組份對玻璃性能的影響和對化學鋼化的影響，進行玻璃組份設計，調配各種原料比例以獲得性能合適、適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃， 并且適合浮法エ藝生產。

發明內容
本發明提供一種適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃組份，主要采用在離子交換中起加速作用的Al2O3，取代部分SiO2,因為Al2O3取代SiO2后，體積増大，有利于吸收大體積的 K+離子，促進離子交換。同時Al2O3可以增加玻璃的化學穩定性和提高玻璃的機械強度。以鋁硅酸鹽為基體的的高強度玻璃，通過調整玻璃中的其它組份比例，獲得具有抗劃傷、抗沖擊、韌性高、密度低、透過率高等特性的適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃。本發明采用的技術方案如下所述的玻璃組份的組分組成及重量百分比為=SiO2 60-67%, Na2O 12-14%,K2O 2. 0-5%, CaO 0-0. 5%,MgO 3-5%,Al2O3 14-17%，CeO2 0-0. 3%, SnO20. 1-1%, ZrO2 0. 5-2%, TiO2 0. 2-0. 8%, ZnO 0. 2-2% 一般浮法玻璃生產的鈉鈣硅玻璃組份組成為71. 8-72. 8%，Na2O13. 5-14. 5%, K2O 0-0. 5 %，CaO 8. 3-10. 0 %，MgO 3. 5-4. 0%, Al2O3 0. 2-1. 8%, Fe2O3
0. 08-0. 2%ο與一般的浮法玻璃生產的玻璃組份相比，在保證網絡形成體足夠的條件下適當的減少了 SiO2的含量，SiA的含量過多時，玻璃的熔融、成型困難，熱膨脹系數過小，周邊材料和熱膨脹系數匹配困難。另一方面，Sio2W含量過少時，玻璃化困難，玻璃的熱膨脹系數變大，玻璃的耐熱沖擊性降低，玻璃的化學穩定性差。因此本發明中SiO2含量定為60% 67%。本發明提高了 Al2O3的含量，采用Al2O3取代部分SiO2后，體積增大，有利于吸收大體積的K+離子，促進離子交換。同時Al2O3在玻璃中能提高玻璃的化學穩定性，增加機械強度，并能降低玻璃的析晶傾向。Al2O3還能降低玻璃的熱膨脹系數，提高玻璃的熱穩定性。Al2O3含量小于14%時，玻璃的以上性能不顯著，含量大于17%時，生產玻璃時原料難熔、玻璃粘度大而成型困難。因此Al2O3含量定為14-17%。Na2O具有降低玻璃的高溫粘度，提高熔融性及成型性，降低裂紋發生率的功能，同時改善玻璃的耐失透性。另一方面，Na2O含量過多時，則玻璃的熱膨脹系數變大，玻璃的耐熱沖擊性降低，周邊材料和熱膨脹系數匹配困難。Na2O是離子交換的主要成份，Na2O的含量對離子交換有很大影響。Na2O含量在10 %以下時，交換效果不好。Na2O含量增加，交換層厚度相應增加，但Na2O含量達到15%以上時，化學穩定性下降。在考慮玻璃組份平衡的綜合考慮下，Na2O組份區間設置為12-14%。組份設計中提高了 K2O的含量有助于SiO2的熔化，增加玻璃的光澤度，提高玻璃的化學穩定性。但1(20的含量過多時，玻璃的熱膨脹系數變大，玻璃的耐熱沖擊性降低，周邊材料和熱膨脹系數匹配困難。因此K2O組份區間設置為2. 0-5%。適當的MgO能提高玻璃的化學穩定性和機械強度，并降低玻璃的結晶傾向，MgO比Ca0、Sr0、Ba0對玻璃的化學鋼化影響要小很多。但MgO的含量高時，玻璃的應變點較低。因此MgO的組份含量設定常量為3-5%。ZnO能幫助玻璃熔化，提高玻璃的透光性能。玻璃中加入SiO以后，化學鋼化增強效果好，而且可防止玻璃失透。ZnO含量適合范圍0. 2-洲。CaO能使玻璃的高溫粘度降低、應變點提高。但是CaO的存在，使玻璃在化學強化處理時，會產生應力松弛，影響強化效果，因此CaO的含量控制在0. 5%以下。ZrO2可以提高玻璃的應變點及玻璃的強度，ZrO2與Al2O3并用，對玻璃的化學強化效果比較好。但含量大于10%以上時，玻璃熔化困難，成型溫度高，一般宜在10%以下。本發明控制在0. 51%之間。TiO2可以提高玻璃的應變點，加入TiO2對玻璃離子交換后的強度明顯增加，因此本發明引入TiO2，但TiO2含量高時，引起玻璃著色，本發明控制在0. 2^0. 8%。組份設計中可以添加少量Sn4+、Ce4+離子處于網絡空間，對周圍硅氧四面體起積聚作用，提高網絡結構的連接程度和堆積密度，增加結構的緊密性，降低膨脹系數。SnA和CeO2對玻璃的澄清也起到一定作用。同時少量的Sn4+、Ce4+離子有利于玻璃的化學增強。因此本發明采用 CeO2 0-0. 3%, SnO2 0. 1_1%。本發明通過提高Al2O3的含量，提高玻璃基板的化學穩定性和機械強度，采用ZrO2和Al2O3并用，化學鋼化增強效果好；通過添加Si2+、Ti2+、Ce4+等離子處于網絡空間，對周圍硅氧四面體起積聚作用，增加結構的緊密性，降低膨脹系數，提高玻璃的應變點，同時大大改善玻璃化學鋼化增強強度。本發明不添加氧化鋇、氧化鍶以及控制較低的氧化鈣這些不利于化學鋼化的元素，以使所發明玻璃在化學鋼化后達到較高的表面應力。本發明的玻璃經過化學鋼化后具有較高的抗壓強度大于700MPa，滿足高檔電子設備觸摸屏玻璃高機械性能的要求。
具體實施例方式下面通過實施例說明本發明，但不構成對本發明的任何限制；按表中設計成分計算配料料方，所采用的原料有低鐵石英砂、純堿、低鐵鉀長石、碳酸鉀、鎂砂、氫氧化鋁、氧化鋁粉、氧化鈰、氧化錫、鋯英砂、氧化鋅、氧化鈦等。按計算比例稱取各種原料，經過混合，在1550°C高溫爐中熔制2. 5小時，得到玻璃進行性能測試，及化學鋼化后強度測試，結果如表中所示。實施列權利要求
1. 一種適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃組份，其特征是所述玻璃組份的組分組成及重量百分比為=SiO2 60-67%, Na2O 12-14%，K2O 2. 0-5%, CaO 0-0. 5%, MgO 3-5%, Al2O3 14-17%, CeO2 0-0. 3%, SnO2 0. 1-1%, ZrOo 0. 5-2%, TiOo 0. 2-0. 8%, ZnO 0. 2-2%
全文摘要
本發明屬于特種玻璃生產制造技術領域，主要涉及一種適于化學鋼化的高強度觸摸屏玻璃組份；所述玻璃組份及質量百分比為SiO260-67%，Na2O12-14%，K2O2.0-5%，CaO0-0.5%，MgO3-5%，Al2O314-17%，CeO20-0.3%，SnO20.1-1%，ZrO20.5-2%，TiO20.2-0.8%，ZnO0.2-2%。本發明通過提高Al2O3的含量，提高玻璃基板的化學穩定性和機械強度，采用ZrO2和Al2O3并用，化學鋼化增強效果好；通過添加Zn2+、Ti2+、Ce4+等離子處于網絡空間，對周圍硅氧四面體起積聚作用，增加結構的緊密性，降低膨脹系數，提高玻璃的應變點，同時大大改善玻璃化學鋼化增強強度。
文檔編號C03C3/095GK102557432SQ20111044131
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者呂皓, 吳建玉, 姜宏, 張春遠, 王洪鵑, 豆慶河, 趙會峰, 趙曉敏 申請人:海南中航特玻材料有限公司