一種玻璃用組合物、低脆性化學強化玻璃及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及玻璃領域，具體地，涉及一種玻璃用組合物、低脆性化學強化玻璃及其 制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 在平面顯示領域，最近幾年觸摸屏產(chǎn)品市場發(fā)展迅速，目前的主流產(chǎn)品是電容式 觸摸屏，其主要部件是表面起保護作用的玻璃基板。隨著顯示技術及觸控技術的發(fā)展，市場 對于玻璃基板的要求日益提高。由于觸摸屏應用越來越廣泛，大中小尺寸的設備幾乎都具 有觸摸屏，所以觸摸屏的最主要性能是要具備優(yōu)秀的機械性能、抗刮和抗劃傷能力，而此性 能是由玻璃的強度體現(xiàn)出來的，所以提高玻璃自身的強度是關鍵。玻璃強度除了受鋼化影 響之外，本身的料方組成起到關鍵的決定作用。市面上主流的保護蓋板玻璃采用普通鈉鈣 硅酸鹽體系或高堿高鋁硅酸鹽體系進行化學鋼化達到增強的目的，較新型的蓋板玻璃采用 無色藍寶石切片作為保護蓋板。然而上述體系均存在較大缺陷。
[0003] 普通鈉鈣玻璃進行離子交換后，無法達到足夠的應力層深度和較高的表面壓縮應 力，抵抗機械變形的能力（硬度)較弱，抗刮擦能力較差；高堿高鋁硅酸鹽玻璃引入高含量 ai2〇3之后加速了離子交換的進程和深度，抗刮擦能力得以提高，但是ai2〇 3替代Si02之后降 低了玻璃結構的開放程度，具有剛性結構，可抵抗形變，導致斷裂韌性減小、脆性增加、手機 等手持顯示裝置碎屏事件時有發(fā)生。另一方面，高含量Al 2〇3的引入快速增加了玻璃的熔化 難度，粘度為200泊時的溫度往往超過1550 °C，甚至1600 °C，甚至1650 °C以及更高，工業(yè)制造 難度較大;藍寶石是硬度僅次于鉆石的物質(zhì)，其莫氏硬度為9，抗刮擦能力優(yōu)于強化玻璃，但 是脆性過大，遇到?jīng)_擊容易破碎，目前只是在攝像頭保護玻璃等小尺寸器件表面使用，智能 手機屏幕等大尺寸保護表面存在易碎的風險，尚無推廣應用。
[0004]在柔性顯示領域，柔性顯示器件主要由基板、中間顯示介質(zhì)、封裝三層組成?；?襯底材料可由玻璃、有機聚合物、金屬等材料制得，目前來說各有優(yōu)劣，尚無完美解決強度 與韌性統(tǒng)一的方案。與柔性材料如聚合物與金屬箱相比，厚度〈0.1mm的超薄玻璃是一種配 方高度優(yōu)化的玻璃材料，其阻隔水汽和氧氣的性能優(yōu)異，具有優(yōu)良的耐化性和機械性能，還 具有較低的熱膨脹和較高的熱穩(wěn)定性。它最大的優(yōu)勢是在于鍍膜技術的成熟性和兼容性。 目前主流AMLCD、AM0LED均在玻璃基板上制作TFT，相關技術、設備和產(chǎn)業(yè)鏈已非常成熟，兼 容性非常理想，必將大大降低生產(chǎn)成本，但是作為脆性材料的超薄玻璃，降低其脆性是料方 層面需要突破的問題之一。在柔性封裝蓋板材料方面，可化學鋼化的低脆性超薄柔性蓋板 玻璃在強度、氣密性等方面遠勝聚合物材料，但是同樣存在玻璃材料無法避免的脆性問題， 因此在料方層面降低脆性、提高柔韌性仍是重要課題之一。
[0005]由于共價鍵的方向性和飽和性，玻璃在受到外力時，僅能產(chǎn)生納米級別的塑性變 形區(qū)域，沖擊力是在很小的面積上分布，從而產(chǎn)生高應力，超過玻璃強度極限，使玻璃破裂， 此即玻璃脆性所致。玻璃的斷裂韌性Κκ是指其抵抗裂紋擴展的能力。裂紋的擴展與玻璃表 面裂紋尖端集中有關，取決于玻璃的斷裂能、裂紋尺寸和外應力的大小。Κκ達到某一臨界 值，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展，導致脆性斷裂。線彈性斷裂力學中，斷裂韌性Κκ可用下式表示：
[0006] Kic = Y〇(jtc)1/2 = 2( γΕ)1/2
[0007] Υ為常數(shù);〇為外加應力；c為裂紋半長度；γ為斷裂能;Ε為楊氏模量。I型指施加于 裂紋界面相垂直方向的張應力。
[0008] 脆性值Bl為維氏硬度Hv與斷裂韌性Κκ的比值，即：
[0009] Bl = Hv/Kic
[0010] 不同組成的玻璃脆性值有較大差別，石英玻璃脆性值較大，約為8.8ym1/2,鈉鈣 玻璃脆性值約為6.5μηι 1/2,硼娃酸鹽玻璃脆性值在10~4μηι1/2之間，根據(jù)成分不同有較大變 化。石英玻璃中Si-Ο鍵合力強且長程無序，很難產(chǎn)生塑性切變，故硬度高且脆性大，用硼或 堿金屬代替一部分Si0 2,硅氧網(wǎng)絡產(chǎn)生斷鍵，塑性切變較易產(chǎn)生，故硬度有所下降、脆性降 低；用Al2〇3替代Si0 2之后降低了玻璃結構的開放程度，具有剛性結構，可抵抗形變，導致斷 裂韌性減小，脆性增加，目前高鋁高堿硅酸鹽蓋板玻璃存在強度大、脆性大的特點。
[0011] 等離子顯示器是繼CRT之后的新一代顯示器。由于該器件具有一系列優(yōu)點，如視角 廣、薄型、圖像無畸變、響應速度快、壽命長、具有較好的發(fā)光效率和亮度、有存貯功能、宜制 作大尺寸等，它曾一度是公認的實現(xiàn)高清晰度數(shù)字電視和大屏幕壁掛電視最有希望的器件 之一。然而，由于LCD技術的蓬勃發(fā)展，PDP顯示行業(yè)遇到強烈的沖擊，其市場份額正在逐步 縮小；另一方面，隨著已售出PDP顯示裝置使用壽命到期，電子廢棄物綠色處理已經(jīng)開始提 上日程。由于rop基板玻璃組成的特殊性，很難在其他品種玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)中回收利用， 在電子玻璃回收處理方面具有較多困難，如果能將其利用到某種可進行鋼化的玻璃組分 中，不僅能最大限度提升其循環(huán)利用價值，而且對廢棄物無害化處理帶來極大便利，有利于 減輕環(huán)境壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的上述缺陷，提供一種玻璃用組合物、低脆 性化學強化玻璃及其制備方法和應用。
[0013] 為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種玻璃用組合物，以該組合物的重 量為基準，該組合物含有40-60wt % 的 Si02、15-35wt % 的 B2〇3、l_7wt % 的 Ah〇3、10_17wt % 的 Na20、0_4wt% 的 K20、8-15wt% 的 Mg0、0-6wt% 的 Ca0、0.01-3wt% 的Sr0、0.01-3wt% 的 BaO 和 l_8wt% 的 ZnO。
[0014] 第二方面，本發(fā)明提供了一種制備低脆性化學強化玻璃的方法，該方法包括將本 發(fā)明所述的玻璃用組合物依次進行熔融處理、成型處理、退火處理和機械加工處理，優(yōu)選 地，該方法還包括對機械加工處理得到的產(chǎn)物進行化學強化處理。
[0015] 第三方面，本發(fā)明提供了上述方法制備得到的低脆性化學強化玻璃。
[0016] 第四方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明所述的玻璃用組合物或低脆性化學強化玻璃在制 備顯示器件和/或太陽能電池中的應用。
[0017] 本發(fā)明的玻璃用組合物，為一種具有良好化學強化效果的低脆性玻璃料方，屬于 硼硅酸鹽玻璃體系，適用于浮法、溢流法、壓延法、下拉法等各種常規(guī)玻璃制造方法用于生 產(chǎn)厚度>0.1mm的平板玻璃或厚度〈0.1mm的柔性玻璃（即一次成型法得到厚度〈0.1mm的柔性 玻璃），或者適用于二次熔融拉薄的方法用于生產(chǎn)厚度〈0.1mm的柔性玻璃。本發(fā)明制備得到 的玻璃，鋼化效果好，具有較高的應變點、較高的彈性模量、較低的熔化溫度、較高的熱膨脹 系數(shù)、較低的脆性，并同時兼具良好的強度和韌性，適合進行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，同時可兼容 PDP基板生產(chǎn)并解決TOP玻璃廢棄物回收利用問題。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，玻璃用組合物中含有特定含量的Si〇2、B2〇3、 △120 3、似20、1(20、1%0工&0、3"、8 &0和2110，利用此玻璃用組合物制備得到的玻璃，彈性模量 高于75GPa，密度低于2.5g/cm 3，50-350°C范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)介于45 X 10-T/°C-70 X 10一7/ °C，應變點溫度高于550°C，軟化點高于790°C，退火點高于580°C，粘