一种玻璃材料及其制备方法和其制品与流程

专利2022-05-09  80


本发明属于微晶玻璃的技术领域,特别是涉及具有优异机械性能的微晶玻璃及其制备方法和其制品。



背景技术:

在信息互联的今天,5g通讯已经成为行业的主流。5g通讯技术将传输信号提升至更高的频率,如果采用传统的金属后盖因为产生严重的介电损耗影响信号的传输。而且,无线充电技术的发展也对移动终端盖板提出了更高的要求。目前,主要的手机盖板采用高铝玻璃材料作为后盖材料。

移动终端电子设备通常采用玻璃材料作为屏幕和后盖材料,以起到对相应电子设备的保护作用。但随着移动终端显示屏幕的大屏化,表面的玻璃变得越来越容易摔碎和被划伤。现有的高铝玻璃的力学性能已经无法满足移动终端发展的需求,使得电子产品的玻璃保护层力学性能需要进一步提升。且因为高铝玻璃铝含量高,熔制温度高,对能源消耗大,产品成本高。

自20世纪50年代美国康宁公司实现了对微晶玻璃的可控制备开始,微晶玻璃开始引起相关研究者们的重视。微晶玻璃结合了玻璃和陶瓷的特点。因为晶相的存在能够阻止表面或内部微裂纹的进一步扩展或使微裂纹折向而不易扩散,从而大大改善微晶玻璃的强度和力学性能。与原始玻璃相比,微晶玻璃具有机械强度、耐热冲击性、化学稳定性显著提高,同时热膨胀系数可调等优点。作为一种重要的结构和功能材料微晶玻璃在工业生产和日常生活中发挥着重要的作用。微晶玻璃的玻璃相和晶相共存的结构使其具有比高铝玻璃更优越的性能。

专利cn106242299a公开了一种微晶玻璃以及以该微晶玻璃为基材的基板。虽然能经过离子交换工艺得到足够的压缩应力值,但是依然不能形成较深的应力层,从而造成在摔落过程中容易破损,无法作为手机前盖或后盖使用。

专利cn107845078a提供含有二硅酸锂的微晶玻璃及基板,但其组成中al2o3、na2o含量过高,虽可以通过离子强化实现表面高强度,但使微晶化过程中无法获得均匀析出的微晶玻璃,从而使得玻璃透过率和强度降低。

专利cn107001120a提供含有透锂长石和二硅酸锂为主晶相的透明微晶玻璃,但是其组成当中的锂含量过高使得制备出的玻璃工艺窗口较窄,容易在操作过程中乳浊失透。

在现有的应用于移动终端的玻璃材料类型单一,很难满足用户个性发展的需求。在工业制备着色方法中,有通过在玻璃表面喷涂一层有机材料颜色层,但涂层会随着时间而老化甚至脱落,着色效果自然变差。随着社会经济发展,人们对个性化产品的兴趣越来越高。而基于玻璃基体着色的颜色玻璃具有着色均匀稳定、制备流程简单的优势。

综上,目前应用于移动终端玻璃材料通常存在以下几个问题:

1.性能方面:高铝玻璃力学性能较低,硬度低,不耐划伤,且熔制难度大,成本高,已经无法满足移动终端大屏化、轻量化发展的需求;现有的微晶玻璃材料也存在脆性大,难以取得较大的应力层深度,析晶不均匀,易乳浊等问题。

2.外观方面:传统的高强盖板颜色单一,不足以满足现代个性化的需求。



技术实现要素:

为了克服现有技术中的不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃材料及其制备方法以及由该玻璃材料制得的玻璃盖板。本发明解决技术问题所采用的技术方案是:

一种玻璃材料,含有锂盐晶相和磷酸盐晶相,且整体材料结晶度在40-95%,锂盐晶相占40-90wt%,磷酸盐晶相占2-15wt%,其中锂盐晶相为硅酸锂、二硅酸锂、透锂长石中的一种或一种以上,其中磷酸盐晶相为磷酸铝或/和偏磷酸铝。

更进一步的,玻璃材料所包含的晶相组合类型按质量百分比包括:硅酸锂5~15%,二硅酸锂20~50%,透锂长石20~45%,磷酸铝3-10%;磷酸铝5~15%,二硅酸锂10~40%;或硅酸锂5~15%,磷酸铝10~15%,二硅酸锂20~50%;或透锂长石30~45%,二硅酸锂25~45%,偏磷酸铝2~5%;或透锂长石20~45%,二硅酸锂20~40%,偏磷酸铝3~15%;或透锂长石25~45%,二硅酸锂20~45%;或透锂长石25~45%,偏磷酸铝2~5%。

所述玻璃材料还含有1-5wt%氧化锆;

所述玻璃材料还加入着色剂;

所述着色剂为coo,cuo,mno2,cr2o3,nio,ceo2和tio2的混合物,cds和zno的混合物。

使用coo为着色剂,用于制备蓝色微晶玻璃,其含量选择不超过3%,如果含量超过了3%,对玻璃性能会造成很大影响;如低于0.5%,薄片玻璃颜色不明显,优选coo含量为0.5-3wt%。

使用cuo为着色剂,用于制备绿色微晶玻璃,其含量选择不超过4%,如果含量超过4%,会降低玻璃性能且颜色分布不均匀;如低于0.5%,薄片玻璃颜色不明显,优选cuo含量为0.5-4wt%。

使用mno2为着色剂,用于制备棕黄色微晶玻璃,其含量选择不超过6%,如果含量超过6%,会降低玻璃性能;如低于1%,薄片玻璃的颜色不明显,优选mno2含量为1--6wt%。

使用cr2o3为着色剂,用于制备绿色微晶玻璃,其含量选择不超过3%,如果含量超过3%,会降低玻璃性能的同时且使颜色分布不均匀;如低于0.1%,薄片玻璃的颜色不明显,优选cr2o3含量为0.1--3wt%。

使用nio为着色剂,用于制备褐色或绿色微晶玻璃,其含量选择不超过4%,如果含量超过4%,会降低玻璃性能的同时且使颜色分布不均匀;如低于0.3%,薄片玻璃的颜色不明显,优选nio含量为0.1--3wt%。

使用ceo2和tio2混合着色剂,制备黄色玻璃组合物,ceo2使用量在6%以内,最低使用量大于0.8%。其混合着色剂的合计量为2-8wt%。

使用cds和zno混合着色剂,经过热处理使玻璃乳浊,cds含量不超过4%;最低使用量大于0.6%。混合着色剂的合计量为2.5-9wt%。

使用nd2o3为着色剂,制备紫红色玻璃组合物,由于稀土元素nd2o3着色较淡,使用含量超过了6%,也不能使玻璃的颜色进一步的加深很多,反而增加玻璃的成本,其含量下限为2%,如低于2%,薄片玻璃颜色淡,优选nd2o3含量为2--6wt%。

一种制备玻璃材料的方法,包括以下步骤:

步骤一:将质量占比如下的原料:sio268~74%,al2o34~10%,li2o8~12%,na2o0.1~3%,k2o0.1~1%,p2o53~9%,zro21~6%,进行混合均匀,将均匀的混合物放入铂金或氧化铝坩埚中;

步骤二:在电炉中在1250~1450℃的温度范围内,加热10~30小时,使其均匀熔化,通过铸锭切割法、压延法形成厚度为0.2-2mm的基础玻璃板;

步骤三:对于所得到的基础玻璃板,为了进行成核以及晶体生长,实施进行热处理,即可制得所述玻璃材料。

所述步骤一原料中还加入质量占比为0~2

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