本發(fā)明涉及玻璃領域，具體地，涉及一種玻璃用組合物和玻璃及其制備方法和應用。

背景技術：

觸摸屏作為一種先進的電子輸入設備，具有簡單便捷、反應速度快、節(jié)省空間和易于人機交流等諸多優(yōu)點。觸摸屏技術起源于20世紀70年代，早期多用于工控計算機和pos機終端等工業(yè)或商用設備中。2007年美國蘋果公司推出iphone手機，成為觸控行業(yè)發(fā)展的一個里程碑。觸摸屏電子顯示設備外形輕薄時尚，使消費者可以進行直接便捷的操作，增加了人機互動的親切感，引發(fā)了消費者的熱烈追捧，同時也開啟了觸摸屏向主流操控界面邁進的征程。

隨著觸摸屏電子產品的普及，人們不僅希望觸摸屏玻璃能夠抗損傷、抗劃傷等機械強度，還需要玻璃具有良好的韌性。為了解決上述問題，在提高玻璃韌性的基礎上，需要同時考慮提高玻璃強度。然而，現(xiàn)有的玻璃組合物制成的玻璃的機械性能和力學性能等還無法很好地滿足蓋板玻璃生產的需要。因此，目前急需一種能夠顯著提高制得玻璃機械性能和力學性能等綜合性能的玻璃用組合物以及制備方法。

技術實現(xiàn)要素：

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和玻璃及其制備方法和應用。

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，其中，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物含有45-64重量％的sio2、16-26重量％的al2o3、0.1-2重量％的mgo、10-17重量％的na2o、0.5-15重量％的p2o5和選擇性含有的0-2重量％的tio2。

優(yōu)選地，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物含有45-64重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.1-2重量％的mgo、10-16重量％的na2o、1-15重量％的p2o5和選擇性含有的0.01-2重量％的tio2。

優(yōu)選地，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物含有45-64重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.1-2重量％的mgo、10-16重量％的na2o、8-15重量％的p2o5和選擇性含有的0.1-1.8重量％的tio2。

優(yōu)選地，所述玻璃組合物不含有k2o、as2o3、sb2o3、so3和f中的一種或多種。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種制備玻璃的方法，其中，該方法包括將權利要求1-4中任意一項所述的玻璃用組合物依次進行混合、熔融、均化、澆注成型和退火。

優(yōu)選地，該方法還包括：將退火的玻璃進行切片、打磨和化學鋼化。

第三方面，本發(fā)明還提供了由上述方法制備得到的玻璃。

優(yōu)選地，所述玻璃的密度在2.42g/cm³以下、應變點在629℃以上、50-350℃的熱膨脹系數(shù)在94.19×10^-7/℃以下、楊氏模量在81.6gpa以上、透光率在90.1％以上、壓縮應力在760.5mpa以上、應力層深度在53.1μm以上、斷裂韌性在6.76mn/m^3/2以上、5重量％鹽酸溶液中的侵蝕量在0.537mg/cm²以下、10重量％氫氟酸緩沖溶液中的侵蝕量在1.968mg/cm²以下且10重量％氫氟酸溶液中的侵蝕量在9.915mg/cm²以下。

優(yōu)選地，所述玻璃的密度為2.389-2.42g/cm³、應變點為629-660℃、50-350℃的熱膨脹系數(shù)為84.27-94.19×10^-7/℃、楊氏模量為81.6-83.5gpa、透光率為90.1-91.0％、壓縮應力為760.5-831.5mpa、應力層深度為53.1-65.7μm、斷裂韌性為6.76-7.23mn/m^3/2、5重量％鹽酸溶液中的侵蝕量為0.503-0.537mg/cm²、10重量％氫氟酸緩沖溶液中的侵蝕量為1.902-1.968mg/cm²且10重量％氫氟酸溶液中的侵蝕量為9.631-9.915mg/cm²。

第四方面，本發(fā)明還提供了上述玻璃用組合物或上述玻璃在制備顯示器件中的應用，優(yōu)選為在制備觸摸屏蓋板中的應用。

本發(fā)明制得的玻璃具有較高的耐化學腐蝕性、較高的應變點、在玻璃表面形成了較高的壓應力和壓應力層深度、且該玻璃具有較大的楊氏模量，從而可以獲得良好的斷裂韌性，這對降低玻璃脆性，改善玻璃耐沖擊性大有助益，另外，該蓋板玻璃不易發(fā)生失透且易于玻璃化，適合工藝生產要求，具有較好的耐熱、耐沖擊以及優(yōu)良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止顯示產品玻璃表面的沖擊和劃傷損害，較適用于作為蓋板玻璃。并且，制得的觸摸屏蓋板玻璃可以廣泛應用于手機、電腦、數(shù)碼和光學鏡頭等行業(yè)領域。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數(shù)值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數(shù)值范圍，這些數(shù)值范圍應被視為在本文中具體公開。

第一方面，本發(fā)明提供了一種玻璃用組合物，其中，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物含有45-64重量％的sio2、16-26重量％的al2o3、0.1-2重量％的mgo、10-17重量％的na2o、0.5-15重量％的p2o5和選擇性含有的0-2重量％的tio2。

在優(yōu)選的情況下，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物含有45-64重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.1-2重量％的mgo、10-16重量％的na2o、1-15重量％的p2o5和選擇性含有的0.01-2重量％的tio2。

在更優(yōu)選的情況下，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物含有45-64重量％的sio2、16-25重量％的al2o3、0.1-2重量％的mgo、10-16重量％的na2o、8-15重量％的p2o5和選擇性含有的0.1-1.8重量％的tio2。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，sio2是構成玻璃骨架的成分，sio2含量較高，耐化學性和機械強度會增加，玻璃的高溫粘度增加。然而，如果sio2過多，就難以得到料性長的玻璃；sio2含量較低則不易形成玻璃，應變點下降，膨脹系數(shù)增加，耐酸性和耐堿性均會下降。考慮到熔化溫度、析晶上限溫度、玻璃膨脹系數(shù)、機械強度、玻璃料性等性能，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物中sio2的含量45-64重量％。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，al2o3可以改善玻璃化學穩(wěn)定性并降低玻璃的析晶傾向，同時還可以提高拉伸彈性模量，能夠提高制得玻璃的應變點、強度和化學強化特性等。但是，al2o3含量過多，玻璃難以熔制、料性短，相反地，al2o3含量過低，玻璃容易析晶，機械強度較低不利于成型。因此，綜合考慮，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物中al2o3的含量為16-26重量％，優(yōu)選為16-25重量％。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，mgo有利于玻璃的熔制，提高玻璃的穩(wěn)定性，抑制玻璃析晶傾向，提高彈性模量，但是超過一定量會使玻璃發(fā)生失透。因此，綜合考慮，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物中mgo的含量為0.1-2重量％。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，na2o是離子交換的成分，適量的增加其含量可以有效地降低玻璃的高溫粘度從而提高熔融性與成形性，并可以改善失透性。然而，其含量過高會增加玻璃的熱膨脹系數(shù)并降低玻璃的化學耐久性。因此，綜合考慮，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物中na2o的含量為10-17重量％，優(yōu)選為10-16重量％。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，p2o5是提高離子交換性能的成分，尤其是增大壓縮應力層厚度，但是其含量過多，會發(fā)生分相，或者導致hcl等酸的蝕刻速率變得過高，玻璃品質下降。因此，綜合考慮，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物中p2o5的含量為0.5-15重量％，優(yōu)選為1-15重量％，更優(yōu)選為8-15重量％。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，tio2是提高離子交換性能的成分，也可以使高溫粘度降低，能夠提高耐酸性，但是其含量過多，會導致玻璃著色，或者易失透。因此，綜合考慮，以玻璃用組合物的總重量為基準，以氧化物計，該玻璃用組合物中tio2的含量為0-2重量％，優(yōu)選為0.01-2重量％，更優(yōu)選為0.1-1.8重量％。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，k2o、as2o3、sb2o3、so3和f中的一種或多種成分在所述玻璃組合物中的含量低于0.1重量％。更優(yōu)選地，所述玻璃組合物不含有k2o、as2o3、sb2o3、so3和f中的一種或多種。

在本發(fā)明中，本領域技術人員應該理解的是，本發(fā)明的玻璃用組合物中，組合物含有sio2、al2o3、mgo、na2o、p2o5和tio2是指該組合物含有含si化合物、含al化合物、含mg化合物、含na化合物、含p化合物和含ti化合物，且前述提及的各組分的含量均以各元素的氧化物計。

在本發(fā)明的玻璃用組合物中，利用其制備玻璃時，之所以能夠使得玻璃具有優(yōu)良的綜合性能，主要歸功于組合物中各組分之間的相互配合，尤其是sio2、al2o3、mgo、na2o、p2o5和tio2之間的配合作用，更尤其是前述特定含量的各組分之間的相互配合。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種制備玻璃的方法，其中，該方法包括將上述玻璃用組合物依次進行混合、熔融、均化、澆注成型和退火。

在本發(fā)明的方法中，對于玻璃用組合物的具體限定請參見前述相應內容描述，在此不再贅述。

在本發(fā)明的方法，所述熔融可以在鉑銠坩堝中進行，優(yōu)選情況下，熔融的條件包括：溫度為1550-1630℃，時間為4-10h。本領域技術人員可以根據(jù)實際情況確定具體的熔融溫度和熔融時間，此為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。

在本發(fā)明的方法，所述均化為本領域常規(guī)的均化方式，例如可以為通過攪拌使得玻璃液中的氣泡逸出且玻璃液中各組分均勻分布。

在本發(fā)明的方法，所述澆注成型為本領域常規(guī)的澆注成型方式，例如其可以在不銹鋼模具中進行，具體步驟和條件參數(shù)為本領域公知技術，在此不再贅述。

在本發(fā)明的方法，優(yōu)選情況下，退火的條件包括：溫度為600-700℃，時間為1-3h。本領域技術人員可以根據(jù)實際情況確定具體的退火溫度和退火時間，此為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。

在本發(fā)明的方法，該方法還可以包括：將退火后的玻璃降溫至室溫后進行加工處理。

在本發(fā)明的方法中，對于加工處理沒有特別的限定，可以為本領域常見的各種機械加工方式，例如，可以為將退火處理得到的產物進行切片、打磨和化學鋼化等。

第三方面，本發(fā)明還提供了由上述方法制備得到的玻璃。

根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃的密度在2.42g/cm³以下、應變點在629℃以上、50-350℃的熱膨脹系數(shù)在94.19×10^-7/℃以下、楊氏模量在81.6gpa以上、透光率在90.1％以上、壓縮應力在760.5mpa以上、應力層深度在53.1μm以上、斷裂韌性在6.76mn/m^3/2以上、5重量％鹽酸溶液中的侵蝕量在0.537mg/cm²以下、10重量％氫氟酸緩沖溶液中的侵蝕量在1.968mg/cm²以下且10重量％氫氟酸溶液中的侵蝕量在9.915mg/cm²以下。

在優(yōu)選的情況下，所述玻璃的密度為2.389-2.42g/cm³、應變點為629-660℃、50-350℃的熱膨脹系數(shù)為84.27-94.19×10^-7/℃、楊氏模量為81.6-83.5gpa、透光率為90.1-91.0％、壓縮應力為760.5-831.5mpa、應力層深度為53.1-65.7μm、斷裂韌性為6.76-7.23mn/m^3/2、5重量％鹽酸溶液中的侵蝕量為0.503-0.537mg/cm²、10重量％氫氟酸緩沖溶液中的侵蝕量為1.902-1.968mg/cm²且10重量％氫氟酸溶液中的侵蝕量為9.631-9.915mg/cm²。

第四方面，本發(fā)明還提供了上述玻璃用組合物或上述玻璃在制備顯示器件中的應用，優(yōu)選為在制備觸摸屏蓋板中的應用。

根據(jù)本發(fā)明所述的應用，玻璃在制備顯示器件(特別是在制備觸摸屏蓋板)前可以進行化學鋼化，其中化學鋼化的方法為本領域各種公知的方法，例如化學鋼化的方法可以包括：鋼化液為純kno3熔液，溫度為410-450℃，時間為3-6h?；瘜W鋼化能夠提高玻璃的機械性能。

本發(fā)明制得的特殊性能的玻璃可以作為溢流法工藝的觸摸屏蓋板。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。以下實施例和對比例中，如無特別說明，所用的各材料均可通過商購獲得，如無特別說明，所用的方法為本領域的常規(guī)方法。

以下實施例和對比例中，參照阿基米德法測定玻璃密度，單位為g/cm³。

參照astmc-336使用三點測試儀測定玻璃應變點，單位為℃。

參照astme-228使用臥式膨脹儀測定50-350℃的玻璃熱膨脹系數(shù)，單位為10^-7/℃。

參照共振方法測定楊氏模量，單位為gpa。

使用紫外-可見分光光度計測試儀測量玻璃的透光率，單位為％。

使用fsm-6000le表面應力計測定玻璃表面壓縮應力(單位為mpa)和壓縮應力層深度(單位為μm)。

參照gb4161-2007測定玻璃的斷裂韌性，單位為mn/m^3/2。

使用失重法檢測玻璃在5重量％鹽酸溶液中的侵蝕量，檢測條件包括：將無缺陷的玻璃放入95℃的濃度為5重量％鹽酸溶液中，震蕩狀態(tài)下侵蝕24h，計算侵蝕量，計算公式：侵蝕量＝(m’-m)/s，其中，m’表示樣品侵蝕前的重量，m表示樣品侵蝕后的重量，s表示樣品的表面積，單位為mg/cm²。

使用失重法檢測玻璃在10重量％氫氟酸緩沖溶液中的侵蝕量，檢測條件包括：將無缺陷的玻璃放入20℃的濃度為10重量％的氫氟酸緩沖溶液(nh4：hf的體積比6：1)中，震蕩狀態(tài)下侵蝕20min，計算侵蝕量，計算公式：侵蝕量＝(m’-m)/s，其中，m’表示樣品侵蝕前的重量，m表示樣品侵蝕后的重量，s表示樣品的表面積，單位為mg/cm²。

使用失重法檢測玻璃在10重量％氫氟酸溶液中的侵蝕量，檢測條件包括：將無缺陷的玻璃放入20℃的濃度為10重量％的氫氟酸溶液中，震蕩狀態(tài)下侵蝕20min，計算侵蝕量，計算公式為：侵蝕量＝(m’-m)/s，其中，m’表示樣品侵蝕前的重量，m表示樣品侵蝕后的重量，s表示樣品的表面積，單位為mg/cm²。

實施例1-10和對比例1-3

按照表1和2所示稱量各組分，混勻，將混合料倒入鉑銠坩堝中，然后在1550℃電阻爐中加熱7小時，并使用鉑金棒攪拌以排出氣泡。將熔制好的玻璃液澆注入不銹鋼鑄鐵磨具內，成形為規(guī)定的塊狀玻璃制品，然后將玻璃制品在退火爐中，在650℃下退火3小時，關閉電源隨爐冷卻到25℃。將玻璃制品進行切片、打磨、拋光，將拋光得到的玻璃制品的表面用制得玻璃成品(厚度為0.7mm)，在測試前去離子水清洗干凈后放入430℃熔融kno3中處理3h，然后取出并冷卻至25℃，用去離子水清洗干凈并烘干，制得玻璃成品。分別對各玻璃成品的各種性能進行測定，結果見表1和2。

表1

表2

表3

通過以上表1-3的結果可以看出，本發(fā)明制得的玻璃具有較高的耐化學腐蝕性、較高的應變點、在玻璃表面形成了較高的壓應力和壓應力層深度、且該玻璃具有較大的楊氏模量，從而可以獲得良好的斷裂韌性，這對降低玻璃脆性，改善玻璃耐沖擊性大有助益，另外，該蓋板玻璃不易發(fā)生失透且易于玻璃化，適合工藝生產要求，具有較好的耐熱、耐沖擊以及優(yōu)良的抗刮性能和耐磨性能，可有效地防止顯示產品玻璃表面的沖擊和劃傷損害，能夠滿足作為蓋板玻璃(特別是觸摸屏蓋板玻璃)的要求。

另外，通過將以上實施例1-15與對比例1-2的結果相對比可知，本發(fā)明將各組分的含量限定在特定的范圍內，可以提高制得的玻璃的化學穩(wěn)定性、斷裂韌性和抗沖擊性，并且具有較優(yōu)的耐化學腐蝕性。進一步地，通過將以上實施例1-10與實施例11-15的結果相對比可知，本發(fā)明進一步將各組分的含量限定在優(yōu)選的范圍內，可以進一步提高制得的玻璃的化學穩(wěn)定性、斷裂韌性和抗沖擊性，從而獲得綜合性能最佳的玻璃產品。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。