铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法、及显示设备与流程

1.本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及一种铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法、及显示设备。


背景技术：

2.铝硅酸盐玻璃是显示终端重要屏幕保护材料，在移动显示盖板玻璃领域，通常采用一步或者两步离子交换进行化学强化，使铝硅酸盐电子玻璃具有较高的表面压应力(cs-k)和压应力层深度(dol-na)，从而消除或抑制玻璃表面微裂纹的产生和扩展，来提高铝硅酸盐玻璃的抗跌落、耐划伤性能。
3.并且，随着5g通讯技术和无线充电技术的发展，越来越多的手机采用3d曲面的盖板或背板设计，玻璃需要经过3d热弯成型工艺，其中，3d热弯成型工艺用到的3d热弯用石墨磨具需要膨胀系数低的玻璃进行匹配。
4.然而，目前铝硅酸盐玻璃膨胀系数较大，且不能兼具优异的抗跌落和耐划伤性能。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明提出一种铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法、及显示设备，旨在解决目前铝硅酸盐玻璃膨胀系数较大，且不能兼具优异的抗跌落和耐划伤性能的问题。
6.为实现上述目的，本发明提出一种铝硅酸盐玻璃组合物，以质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃组合物包括：63～70wt％的sio2，16.9～20.1wt％的al2o3，3.3～4.8wt％的b2o3，2.3～4.3wt％的na2o，0.05～0.65wt％的k2o，3～4.6wt％的li2o，0～4wt％的mgo，0～4wt％的cao，0～1.5wt％的zro2，0～0.6wt％的ceo2，
7.其中，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.76＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.95；
8.和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
9.3.33＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜4.6。
10.可选地，以质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃组合物包括：0.3～3wt％的mgo，和/或，0.5～3.2wt％的cao，和/或，0.2～1.35wt％的zro2，和/或，0.1～0.55wt％的ceo2。
11.可选地，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.79＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.90；和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
12.3.48＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜3.9。
13.可选地，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.85＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.90；
14.和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
15.3.60＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜3.75。
16.为了实现上述目的，本发明还提出一种铝硅酸盐玻璃，包括上述的铝硅酸盐玻璃组合物。
17.可选地，所述铝硅酸盐玻璃在20～300℃温度范围内的膨胀系数为5.26
×
10-6
k-1
～5.83
×
10-6
k-1
。
18.可选地，当所述铝硅酸盐玻璃的厚度为0.6mm时，所述铝硅酸盐玻璃的应力强度cs-30值为169～207mpa；和/或，所述铝硅酸盐玻璃的应力深度dol-na值为139～146μm。
19.可选地，当所述铝硅酸盐玻璃厚度为0.6mm时，在80目砂纸测试条件下，整机跌落高度为0.8～1.2m。
20.可选地，当所述铝硅酸盐玻璃厚度为0.6mm时，耐划伤临界载荷为4～5n。
21.为了实现上述目的，本发明还提出一种上述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：根据上述的铝硅酸盐玻璃组合物中的各个组分计算出所需玻璃原材料，将所述玻璃原材料混合，得到玻璃配合料；将玻璃配合料熔融、澄清、成型、退火、裁切，得到铝硅酸盐玻璃的中间产物，所述熔融的温度为1590～1660℃；所述铝硅酸盐玻璃的中间产物经过化学强化，得到铝硅酸盐玻璃。
22.可选地，所述铝硅酸盐玻璃的中间产物经过化学强化前进行3d热弯，所述3d热弯采用3d热弯石墨磨具，所述热弯的温度为670～720℃。
23.可选地，所述化学强化包括第一步强化和第二步强化，其中，所述第一步强化包括在nano3中第一次保温，所述第一次保温的温度为430～470℃，时间为1～4h；所述第二步强化包括在kno3中第二次保温，所述第二次保温的温度为400～430℃，时间为0.5～3h。
24.为了实现上述目的，本发明还提出一种显示设备，包括上述的铝硅酸盐玻璃。
25.本发明的有益效果：本发明提供的铝硅酸盐玻璃组合物，通过将玻璃组成范围限制在特定的范围内，玻璃本体中的[bo4]和[bo3]两种结构数量比例处在特殊平衡中，使得铝硅酸盐玻璃的膨胀系数较低，与3d热弯工艺所用的石墨磨具有更好的匹配性，具有极高的工业推广价值；且使得玻璃具有较低的热膨胀系数的同时，在二步法化学强化过程中，钠离子的交换数量高于其他类型的二步法化学强化玻璃，从而提升了铝硅酸盐玻璃的抗跌落和耐划伤性能。
具体实施方式
[0026]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]
除非另有规定，本文使用的所有技术术语和科学术语具有要求保护主题所属领域的通常含义。
[0028]
为方便理解本发明实施例，对以下专业术语做出解释：
[0029]
cs-30，也称cs-na30，指强化玻璃样品经过强化后，其30微米深度位置的压应力值，其压应力值主要是通过强化盐中的na离子交换玻璃中的li离子。
[0030]
cs-k，指强化玻璃表面的压应力值，主要通过强化盐中的k离子置换玻璃中的na离子。
[0031]
dol-na，指na离子与li离子交换深度，也表示强化玻璃压应力深度。
[0032]
dol-k，指k与na离子交换深度。
[0033]
铝硅酸盐玻璃是显示终端重要屏幕保护材料，在移动显示盖板玻璃领域，通常采用化学强化，使铝硅酸盐电子玻璃具有较高的表面压应力(cs-k)和压应力层深度(dol-na)，从而消除或抑制玻璃表面微裂纹的产生和扩展，来提高铝硅酸盐玻璃的抗跌落、耐划伤性能。
[0034]
并且，随着5g通讯技术和无线充电技术的发展，越来越多的手机采用3d曲面的盖板或背板设计，玻璃需要经过3d热弯成型工艺，其中，3d热弯成型工艺用到的3d热弯用石墨磨具需要膨胀系数低的玻璃进行匹配(石墨模具在20～300℃的平均线膨胀系数在(5～6)
×
10-6
k-1
之间)。
[0035]
然而，目前铝硅酸盐玻璃膨胀系数较大，且不能兼具优异的抗跌落和耐划伤性能。
[0036]
为解决上述问题，本发明提出一种铝硅酸盐玻璃组合物，以质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃组合物包括：63～70wt％的sio2，16.9～20.1wt％的al2o3，3.3～4.8wt％的b2o3，2.3～4.3wt％的na2o，0.05～0.65wt％的k2o，3～4.6wt％的li2o，0～4wt％的mgo，0～4wt％的cao，0～1.5wt％的zro2，0～0.6wt％的ceo2，其中，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.76＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.95；
[0037]
和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
[0038]
3.33＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜4.6。
[0039]
在一实施例中，铝硅酸盐玻璃组合物中sio2的含量为63～70wt％，优选的含量为63～67wt％，例如可以是63wt％、64wt％、65wt％、66wt％、67wt％，在此范围内硅氧四面体[sio4]主体网络结构较好，机械性能优秀且网络结构的间隙利于铝硅酸盐玻璃强化时的离子交换，对后续二步法化学强化的效率提升具有积极作用，且在此含量范围的sio2使得铝硅酸盐玻璃的熔化温度不会过高。sio2作为构成铝硅酸盐玻璃网络的核心物质，在铝硅酸盐玻璃组合物中以硅氧四面体[sio4]的结构单元形成不规则的连续网络，成为铝硅酸盐玻璃结构中的骨架，提高铝硅酸盐玻璃的熔制温度、黏度、化学稳定性、热稳定性和机械强度，同时又降低铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数和密度。
[0040]
在一实施例中，al2o3的含量为16.9～20.1wt％，优选的含量为17～19.5wt％，例如可以是17wt％、18wt％、19wt％，在此范围内al2o3使得铝硅酸盐玻璃力学强度优秀、铝硅酸盐玻璃网络空间的空隙的大小适中故利于离子迁移，对后续二步法化学强化的效率提升具有积极作用，但又不至于大幅提升玻璃熔化温度，降低了工业生产成本。al2o3作为铝硅酸盐玻璃的中间体氧化物，提高铝硅酸盐玻璃化学稳定性、机械强度，降低铝硅酸盐玻璃的析晶倾向和膨胀系数，同时是增加玻璃离子交换能力所必需的成分。
[0041]
在一实施例中，b2o3的含量为3.3～4.8wt％，优选的含量为3.5～4.50wt％，例如可以是3.5wt％、4.1wt％、4.50wt％，在此范围内b2o3可以降低热膨胀系数、熔化温度，提高机械强度、化学稳定性。如果b2o3的含量过少，则无法得到上述效果。如果b2o3的含量过多，玻璃容易产生分相，同时会阻碍化学强化过程中的离子交换进程。
[0042]
在一实施例中，na2o的含量为2.3～3.9wt％，优选的含量为2.5～3.50wt％，例如可以是2.7wt％、2.9wt％、3.5wt％，na2o作为铝硅酸盐玻璃网络外体氧化物，同时也是铝硅酸盐玻璃进行离子交换必需的成分，在此范围内na2o使得铝硅酸盐玻璃的高温粘度下降，
线性热膨胀系数上升，并且不会影响铝硅酸盐玻璃的化学稳定性和机械强度。
[0043]
在一实施例中，k2o的含量为0.05～0.65wt％，优选的含量为0.10～0.50wt％，例如可以是0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％，在此范围内k2o可以利用铝硅酸盐玻璃的“混合碱效应”，调节铝硅酸盐玻璃的熔化时的高温粘度以及成型后铝硅酸盐玻璃的机械强度，但由于k2o不参与离子交换，并且会使得铝硅酸盐玻璃的线性热膨胀系数上升，因此必须对k2o的含量进行限制。
[0044]
在一实施例中，li2o的含量为3～4.6wt％，优选的含量为3.2～4.2wt％，例如可以是3.6wt％、3.9wt％、4.1wt％，在此范围内li2o使得铝硅酸盐玻璃的离子交换能力强，有利于进行二步法化学强化，同时不会由于li2o的含量过多，致使铝硅酸盐玻璃的化学稳定性、机械强度下降，并且范围内的li2o不会大幅增加铝硅酸盐玻璃的制造成本。
[0045]
在一实施例中，cao的含量为0～4wt％，优选的含量为0.5～3.2wt％，例如可以是1wt％、2wt％、2.8wt％、3wt％，在此范围内cao可以使得玻璃的高温粘度下降，料性变短。
[0046]
在一实施例中，mgo的含量为0～4wt％，优选的含量为0.3～3wt％，例如可以是0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％，在此范围内mgo能使玻璃的硬化速度变慢，改善玻璃的成形性能，而不降低铝硅酸盐玻璃组合物的化学稳定性。
[0047]
在一实施例中，zro2的含量为0～1.5wt％，优选的含量为0.2～1.35wt％，例如可以是0.2wt％、0.6wt％、1wt％、1.3wt％，zro2作为玻璃网络外体氧化物，用于提高玻璃的化学稳定性，增加玻璃表面硬度，控制铝硅酸盐玻璃组合物的制备成本的同时保证铝硅酸盐玻璃组合物的性能。
[0048]
在一实施例中，ceo2的含量为0～0.6wt％，例如可以是0wt％、0.2wt％、0.6wt％。ceo2是玻璃澄清剂，控制ceo2的含量在此范围内，防止铝硅酸盐玻璃组合物生产成本过高。
[0049]
并且，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.76＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.95，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
[0050]
3.33＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜4.6。
[0051]
铝硅酸盐玻璃的膨胀系数和玻璃的成分组成相关，特别与na2o、k2o、li2o、sio2、al2o3、b2o3这6种氧化物相关。当na2o、k2o、li2o、sio2、al2o3、b2o3的质量关系满足上述第一个质量关系式时，制备得到铝硅酸盐玻璃在20～300℃的条件下的膨胀系数在5.26
×
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k-1
～5.83
×
10-6
k-1
之间，与3d玻璃热弯工艺中的模具的平均膨胀系数匹配性良好，如果玻璃的热膨胀系数大而3d石墨模具的热膨胀系数小，那么在进行3d热弯工艺时，玻璃会爆裂。反之，如果玻璃的热膨胀系数小而3d石墨模具的热膨胀系数大，那么在进行热弯工艺时，铝硅酸盐玻璃不平整，将成为波浪形。
[0052]
当na2o、k2o、li2o、sio2、al2o3、b2o3的质量关系同时满足上述两个质量关系式的条件下，玻璃组成范围限制在更优的特定的范围内，玻璃本体中的[bo4]和[bo3]两种结构数量比例处在更好的平衡中，获得的铝硅酸盐玻璃质量更优，膨胀系数与3d热弯工艺所用的石墨磨具有更好的匹配性，兼具有更高的耐划伤性能和抗跌落性能。
[0053]
这是由于b2o3在铝硅酸盐玻璃体系中，有[bo4]或[bo3]两种结构存在形式。[bo4]结构和玻璃网络中的[sio4]四面体连接，参与到玻璃网络中共同形成玻璃的骨架，增加了玻璃的紧密度，降低了热膨胀系数，提高了玻璃机械强度和化学稳定性；此外[bo4]四面体将非桥接氧原子(非桥接氧原子的数量可以表征硅氧网络的断裂程度)转化为桥接氧原子，从
而通过最大限度地减少弱非桥接氧原子的数量来增加玻璃的韧性；但若[bo4]结构占比过高，玻璃结构过于紧密，会降低离子交换程度。而[bo3]是平面环状结构，不能与[sio4]四面体连接，环状[bo3]三角体连接形成层状或链状结构，空隙较大，理论上来说，有可能利于离子交换；此外，由于[bo3]三配位层状结构的特性使得含三配位硼的玻璃在受到外力冲击时，具有较强的耐破坏性；但若[bo3]结构占比过高，玻璃结构过于松散，玻璃膨胀系数增大，降低了玻璃机械强度。
[0054]
因此为使玻璃中的b2o3在玻璃体系中同时发挥降低膨胀系数、提高玻璃韧性及耐破坏性、提高玻璃离子交换能力的作用，需保证玻璃中的[bo4]和[bo3]两种结构数量比例处在特殊平衡中。玻璃中[bo4]或[bo3]两种结构存在的数量比例，和玻璃中碱金属氧化物能提供的游离氧数量息息相关，本发明在大量实验研究中发现，控制3.33＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜4.6，0.76＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.95，可以同时满足降低玻璃膨胀系数和提高玻璃离子交换能力的要求。
[0055]
本方案的铝硅酸盐玻璃，由于特定数量的[bo3]和[bo4]结构的存在，钠离子交换强度(交换数量)高于其他类型的二步法化学强化玻璃，具体体现为玻璃应力cs-30值更高(cs-30值是表征整条应力曲线强度的特征值)，在粗糙地面上(80目砂纸)的抗跌落高度和耐划伤临界载荷明显高于其他类型的二步法化学强化玻璃。再控制其他氧化物比例协调配合，使玻璃有较低的膨胀系数，可以和3d热弯用石墨磨具，有更好的匹配性。
[0056]
进一步地，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.79＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.90，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
[0057]
3.48＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜3.9，在此范围内获得的铝硅酸盐玻璃膨胀系数与3d石墨模具匹配度更佳，兼具更高的抗跌落、抗划伤性能。
[0058]
进一步地，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.85＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.90；
[0059]
na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足
[0060]
3.60＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜3.75，在此范围内获得的铝硅酸盐玻璃膨胀系数与3d石墨模具匹配度更佳，兼具更高的抗跌落、抗划伤性能。
[0061]
为解决上述问题，本发明还提出一种铝硅酸盐玻璃，包括上述的铝硅酸盐玻璃组合物。
[0062]
进一步地，铝硅酸盐玻璃在20～300℃温度范围内的膨胀系数为5.26
×
10-6
k-1
～5.83
×
10-6
k-1
。3d热弯工艺的石墨模具的平均线膨胀系数在(5-6)
×
10-6
k-1
之间，本发明的铝硅酸盐玻璃膨胀系数与石墨模具的膨胀系数一致，可避免了加热出来的曲面玻璃变形。因为石墨模具和玻璃在加热的时候会膨胀，如果玻璃的热膨胀系数大而石墨模具的热膨胀系数小，那么在进行热弯工艺时，玻璃会爆裂。反之，如果玻璃的热膨胀系数小而石墨模具的热膨胀系数大，那么在进行热弯工艺时，玻璃会成为波浪形。因此，只有两者的热膨胀系数相当，加热出来的曲面玻璃才不会变形。
[0063]
进一步地，当所述铝硅酸盐玻璃的厚度为0.6mm时，所述铝硅酸盐玻璃的应力强度cs-30值为169～207mpa；所述铝硅酸盐玻璃的应力深度dol-na值为139～146μm。目前手机盖板玻璃抗跌落测试，主要是砂纸跌落测试条件，在手机跌落至砂纸面时，砂纸上尖锐颗粒
以点破坏的形式侵入玻璃，由于接触面小，颗粒很容易突破玻璃表面压应力(cs-k)并向内部破坏，故表面压应力(cs-k)在抗跌落性能上效果比较有限；而后破坏点尖端会在冲击力的作用下向玻璃内部延伸裂纹，破坏点裂纹的进一步扩展会受到压应力层和玻璃本身网络结构两种阻力；当裂纹扩展至张应力区一定位置，在张应力作用下裂纹快速扩展，导致玻璃破裂。玻璃破裂实际上是冲击点产生的裂纹在张应力作用下延伸；具体表现为张应力在玻璃中间产生密集破坏带，由痕破坏带边缘开始进行裂纹扩展，但遇到压应力区域，裂纹扩展开始受到抑制，延展方向开始弯曲，形成裂纹压制区。故提高玻璃抗跌落性能的关键因素，是整个压应力区域的应力强度(cs-30)和应力深度(dol-na)，而不仅仅是表面应力值cs-k。本方案的铝硅酸盐玻璃由于[bo4]和[bo3]两种结构数量比例处在特殊平衡中时，玻璃具有较好的耐划伤性能的同时，在二步法化学强化过程中，钠离子的交换数量高，应力cs-30值为169～207mpa，应力深度dol-na值为139～146μm，机械强度优异，从而提升了铝硅酸盐玻璃组合物的抗跌落性能。
[0064]
进一步地，当铝硅酸盐玻璃玻璃厚度为0.6mm时，在80目砂纸测试条件下，整机跌落高度为0.8～1.2m。显示出优异的抗跌落性能。
[0065]
进一步地，当铝硅酸盐玻璃厚度为0.6mm时，耐划伤临界载荷为4～5n。显示出优异的耐划伤性能。
[0066]
为解决上述问题，本发明还提出一种上述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0067]
根据上述的铝硅酸盐玻璃组合物中的各个组分计算出所需玻璃原材料，将所述玻璃原材料混合，得到玻璃配合料；
[0068]
将玻璃配合料熔融、澄清、成型、退火、裁切，得到铝硅酸盐玻璃的中间产物，所述熔融的温度为1590～1660℃；
[0069]
在一实施例中，将玻璃配合料倒入铂铑坩埚中，保温熔融，得到玻璃液。将玻璃液浇注到不锈钢模具中成型，再保温退火，随炉冷却。玻璃熔融的各个阶段是相互联系和影响的。在实际熔融过程中，常常是同时进行或交错进行的，在玻璃熔制的过程中存在着固相、液相和气相，各相之间相互作用。在一实施例中，熔融温度可以是1590℃、1600℃、1620℃、1640℃或1660℃实施例中的熔融温度范围是本方案经过实验得到的最优方案。然后对玻璃样品进行切割、抛光、cnc加工成150
×
70
×
0.6mm的3d玻璃尺寸，得到铝硅酸盐玻璃中间产物。
[0070]
所述铝硅酸盐玻璃中间产物经过化学强化后，得到铝硅酸盐玻璃。
[0071]
进一步地，所述铝硅酸盐玻璃的中间产物经过化学强化前进行3d热弯，所述3d热弯的过程中采用3d热弯石墨磨具，所述热弯的温度为670～720℃。在一实施例中，热弯温度可以是670℃、680℃、690℃、700℃、710℃或720℃，本实施例中的热弯温度范围是本方案经过实验得到的最优方案，上述限定范围的铝硅酸盐玻璃组合物制备得到铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数与3d玻璃热弯工艺中的模具的平均膨胀系数匹配性良好，因此可以选择采用3d热弯石墨磨具进行热弯处理，获得3d铝硅酸盐玻璃。
[0072]
进一步地，所述化学强化包括第一步强化和第二步强化，其中，所述第一步强化包括在nano3中第一次保温，所述第二步强化包括在kno3中第二次保温。在一实施例中，将上述玻璃进行二步法化学强化处理，第一步强化，在100％nano3条件下，第一次保温的温度为
430～470℃，保温1～4h，第二步强化，在100％ kno3条件下，第二次保温的温度为400～420℃，保温0.5～3h。优选地，第一次保温的温度为440℃，保温2.5h，第二次保温的温度为420℃，保温1.5h，优选温度更有利于玻璃制备中的离子交换过程进行。
[0073]
上述关于制备方法详情的描述仅用于解释本发明的内容，不对本发明的保护范围作限定。
[0074]
另外，本发明还提出一种显示设备，包括上述的铝硅酸盐玻璃。显示设备的盖板玻璃采用上述铝硅酸盐玻璃后，显示设备的盖板玻璃不易摔碎、不易划伤，具有优异的抗跌落耐划伤性能。
[0075]
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0076]
实施例1-18：
[0077]
将sio2、al2o3、cao、mgo、na2o、k2o、zro2、b2o3、lio2和ceo2按照表1中的组分混合均匀后倒入铂铑坩埚中，在1620℃熔化温度下，保温熔融8小时，得到玻璃液。将玻璃液浇注到不锈钢模具中成型，再在630℃下保温退火1.5小时，随炉冷却。对玻璃样品进行切割、抛光、cnc加工成150
×
70
×
0.6mm的3d玻璃尺寸，然后放入3d热弯石墨磨具在690℃下完成3d热弯成型。将上述玻璃进行二步法化学强化处理，第一步强化，在100％nano3条件下，440℃保温2.5h；第二步强化，在100％ kno3条件下，420℃保温1.5h。
[0078]
对比例1-5：
[0079]
将sio2、al2o3、cao、mgo、na2o、k2o、zro2、b2o3、lio2和ceo2按照表3中的组分混合均匀后倒入铂铑坩埚中，在1620℃熔化温度下，保温熔融8小时，得到玻璃液。将玻璃液浇注到不锈钢模具中成型，再在630℃下保温退火1.5小时，随炉冷却。对玻璃样品进行切割、抛光、cnc加工成150
×
70
×
0.6mm的3d玻璃尺寸，然后放入3d热弯石墨磨具在690℃下完成3d热弯成型。将上述玻璃进行二步法化学强化处理，第一步强化，在100％nano3条件下，440℃保温2.5h；第二步强化，在100％ kno3条件下，420℃保温1.5h。
[0080]
进一步地，对实施例1～18及对比例1～5进行性能测试实验，测试内容包括：整机跌落高度测试、耐划伤测试、应力值测试、膨胀系数测定，进而对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0081]
铝硅酸盐玻璃组合物实施例1-18的组分如表1所示：
[0082]
表1.实施例1-18的组分
[0083][0084]
铝硅酸盐玻璃组合物实施例1-18中na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系如表2所示：
[0085]
表2.实施例1-18中na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系
[0086]
[0087][0088]
铝硅酸盐玻璃组合物对比例1-5的组分如表3所示：
[0089]
表3.对比例1-5的组分
[0090][0091]
铝硅酸盐玻璃组合物对比例1-5中na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系如表4所示：
[0092]
表4.对比例1-5中na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系
[0093]
[0094]
进一步地，膨胀系数根据astm e228-1985《用透明石英膨胀仪测定固体材料线性热膨胀的试验方法》测定得到；
[0095]
玻璃测试整机跌落高度的测试方法包括：使用深圳绿图精密仪器有限公司生产的受控式跌落试验机，型号为lt-skdl-cd2000，仿真手机模型重量180g，地面覆有80目碳化硅砂纸(模拟粗糙地面)，以自由落体速度面朝下，50cm为起点，每次增高5cm，直至玻璃破碎为止(出现裂纹即为破碎)。
[0096]
玻璃抗划伤测试按照gb/t 39815-2021《超薄玻璃抗划伤性能试验方法》，使用北京旭辉新锐科技有限公司生产的玻璃耐划伤性测试仪，型号为str-300，使用努氏压头；临界载荷定义为试样表面开始出现连续长度大于1mm的犁状划痕时所施加的法向载荷。
[0097]
玻璃应力值测试时使用fsm-6000leuv双折射应力仪和散乱光光弹性应力仪slp-2000分别对经过离子交换的各实施例的强化玻璃进行cs与dol的测试。利用双折射成像系统，特定波长的偏正光穿过具有应力梯度的玻璃，产生折射光程差，计算相关应力分布指标：cs-30、cs-k、dol-na、dol-k。
[0098]
将上述性能测试结果汇总为表5和表6。
[0099]
表5.实施例1-18的性能测试结果
[0100][0101][0102]
表6.对比例1-5的性能测试结果
[0103][0104]
通过表格作出以下分析：
[0105]
对比例1中sio2＝62.4＜63，na2o＝9.25＞3.9，zro2＝2.7＞1.5，b2o3＝0.4＜3.3，(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＝2.09＞0.95，(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＝94.84＞4.6，超出本发明要求。对比例1玻璃膨胀系数较高为8.92
×
10-6
k-1
，应力cs-30值较低为113mpa，80目砂纸测试条件下抗跌落高度较低为0.5m，耐划伤临界载荷较低为1n。
[0106]
对比例2中sio2＝62＜63，na2o＝6.8＞3.9，k2o＝0.9＞0.65，zro2＝2,25＞1.5，b2o3＝0＜3.3，li2o＝5.35＞4.6，(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＝1.76＞0.95，超出本发明要求。对比例2玻璃膨胀系数较高为8.2
×
10-6
k-1
，应力cs-30值较低为116mpa，80目砂纸测试条件下抗跌落高度较低为0.5m，耐划伤临界载荷较低为1n。
[0107]
对比例3中na2o＝2.1＜2.3，(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＝2.86＜3.33，超出本发明要求。对比例3应力cs-30值较低为157mpa，80目砂纸测试条件下抗跌落高度较低为0.7m，耐划伤临界载荷较低为2n。
[0108]
对比例4中na2o＝4.5＞3.9，b2o3＝6＞4.8，(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＝1.03＞0.95，(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＝3.25＜3.33，超出本发明要求。对比例4玻璃膨胀系数较高为6.15
×
10-6
k-1
，应力cs-30值较低为159mpa，80目砂纸测试条件下抗跌落高度较低为0.7m，耐划伤临界载荷较低为2n。
[0109]
对比例5中sio2＝57.3＜63，al2o3＝27.2＞20.1，na2o＝4.7＞3.9，b2o3＝0.7＜3.3，li2o＝5＞4.6，(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＝1.18＞0.95，(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＝31.08＞4.6，超出本发明要求。对比例5玻璃膨胀系数较高为7.92
×
10-6
k-1
，耐划伤临界载荷较低为2n。
[0110]
实施例1～18的玻璃组分都在本发明要求之内，玻璃膨胀系数为5.26
×
10-6
k-1
～5.83
×
10-6
k-1
(20～300℃)；玻璃经过二步法化学强化后，cs-30值≥169mpa，且在80目砂纸测试条件下，整机跌落高度为0.8～1.2m；耐划伤临界载荷为4～5n。
[0111]
本发明实施例的玻璃，较对比例其他类型的二步法化学强化玻璃，玻璃膨胀系数下降明显，和3d热弯用石墨磨具，有更好的匹配性。
[0112]
并且经过二步法化学强化后，实施例的玻璃的cs-30值和对比例1、2、3、4玻璃相比较高，在玻璃性能上具体体现的抗跌落性能和耐划伤性能也更优异；和对比例5相比较，实施例的玻璃的耐划伤性能明显优于对比例5。
[0113]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的
技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围。

技术特征：
1.一种铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，以质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃组合物包括：63～70wt％的sio2，16.9～20.1wt％的al2o3，3.3～4.8wt％的b2o3，2.3～4.3wt％的na2o，0.05～0.65wt％的k2o，3～4.6wt％的li2o，0～4wt％的mgo，0～4wt％的cao，0～1.5wt％的zro2，0～0.6wt％的ceo2，其中，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.76＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.95；和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足3.33＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜4.6。2.如权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，以质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃组合物包括：0.3～3wt％的mgo，和/或，0.5～3.2wt％的cao，和/或，0.2～1.35wt％的zro2，和/或，0.1～0.55wt％的ceo2。3.如权利要求1所述的铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.79＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.90；和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足3.48＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜3.9。4.如权利要求3所述的铝硅酸盐玻璃组合物，其特征在于，na2o、k2o、li2o、b2o3、al2o3和sio2的质量关系满足0.85＜(4.7na2o+1.8k2o+2.4li2o)/(0.25sio2+0.55al2o3+0.45b2o3)＜0.90；和/或，na2o、k2o、li2o和b2o3的质量关系满足3.60＜(5.8na2o+1.1k2o+1.4li2o)/(1.6b2o3)＜3.75。5.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃包括如权利要求1至4中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃组合物。6.如权利要求5所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃在20～300℃温度范围内的膨胀系数为5.26
×
10-6
k-1
～5.83
×
10-6
k-1
。7.如权利要求5所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，当所述铝硅酸盐玻璃的厚度为0.6mm时，所述铝硅酸盐玻璃的应力强度cs-30值为169～207mpa；和/或，所述铝硅酸盐玻璃的应力深度dol-na值为139～146μm。
8.如权利要求5所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，当所述铝硅酸盐玻璃厚度为0.6mm时，在80目砂纸测试条件下，整机跌落高度为0.8～1.2m。9.如权利要求5所述的铝硅酸盐玻璃，其特征在于，当所述铝硅酸盐玻璃厚度为0.6mm时，耐划伤临界载荷为4～5n。10.一种铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：根据如权利要求1-4中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃组合物中的各个组分计算出所需玻璃原材料，将所述玻璃原材料混合，得到玻璃配合料；将玻璃配合料熔融、澄清、成型、退火、裁切，得到铝硅酸盐玻璃的中间产物，所述熔融的温度为1590～1660℃；所述铝硅酸盐玻璃的中间产物经过化学强化，得到铝硅酸盐玻璃。11.如权利要求10所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃的中间产物经过化学强化前进行3d热弯，所述3d热弯采用3d热弯石墨磨具，所述热弯的温度为670～720℃。12.如权利要求10所述的铝硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述化学强化包括第一步强化和第二步强化，其中，所述第一步强化包括在nano3中第一次保温，所述第一次保温的温度为430～470℃，时间为1～4h；所述第二步强化包括在kno3中第二次保温，所述第二次保温的温度为400～430℃，时间为0.5～3h。13.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求5-9中任意一项所述的铝硅酸盐玻璃。

技术总结
本发明公开了一种铝硅酸盐玻璃组合物、铝硅酸盐玻璃及其制备方法、及显示设备，属于玻璃制造领域。以质量百分比计，所述铝硅酸盐玻璃组合物包括：63～70wt％的SiO2，16.9～20.1wt％的Al2O3，3.3～4.8wt％的B2O3，2.3～4.3wt％的Na2O，0.05～0.65wt％的K2O，3～4.6wt％的Li2O，0～4wt％的MgO，0～4wt％的CaO，0～1.5wt％的ZrO2，0～0.6wt％的CeO2，其中，Na2O、K2O、Li2O、B2O3、Al2O3和SiO2的质量关系满足0.76＜(4.7Na2O+1.8K2O+2.4Li2O)/(0.25SiO2+0.55Al2O3+0.45B2O3)＜0.95；和/或，Na2O、K2O、Li2O和B2O3的质量关系满足3.33＜(5.8Na2O+1.1K2O+1.4Li2O)/(1.6B2O3)＜4.6。本发明提供的铝硅酸盐玻璃组合物具有膨胀系数较低，同时抗跌落性能、耐划伤性能优异的特点。耐划伤性能优异的特点。


技术研发人员：郑志勇 何梅 黄秀辉 徐江洋 李攀
受保护的技术使用者：漳州旗滨玻璃有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/12