氧化硅在玻璃的作用 (高铝玻璃化学强化原理)

过铝质锂铝硅酸盐玻璃组合物,其一般可以包括SiO2、Al2O3和Li2O的组合,并且在一些实施方式中,可以包括额外的碱金属氧化物Na2O和/或K2O。所述玻璃组合物适于通过离子交换来化学强化,并且液相线粘度足够地高以使得玻璃组合物可以通过熔合下拉成形工艺来形成。

玻璃组合物还可以包含P2O5、B2O3、至少一种碱土金属氧化物或它们的组合。可以添加这些组分以进一步增加液相线粘度和/或改进玻璃的机械耐久性和掉落性能。

SiO2是组合物中的最大成分,因此,是所得的玻璃网络中的主要成分。SiO2增强了玻璃的化学耐久性以及玻璃组合物在酸中的抗分解性和玻璃组合物在水中的抗分解性。如果SiO2的含量过低,则玻璃的化学耐久性和耐化学性可能降低,并且玻璃可能易受腐蚀。因此,通常期望高的SiO2浓度。但是,如果SiO2的含量过高,则可降低玻璃的成形性,因为更高的SiO2浓度增加了玻璃熔化的难度,这进而不利地影响玻璃的成形性。

Al2O3连同玻璃组合物中存在的碱金属氧化物(例如Li2O等)提高了玻璃对离子交换强化的易受性。更具体地,增加玻璃组合物中的Al2O3的量增大了玻璃中的离子交换的速度并且增加了因为离子交换而在玻璃的压缩层中产生的压缩应力。相比于未被Al2O3补偿的碱金属氧化物,用Al2O3补偿的碱金属氧化物在离子交换期间展现出更大的移动性。Al2O3还可以增加玻璃的硬度和抗损坏性。然而,玻璃的液相线粘度随着玻璃组合物中的Al2O3的浓度增加而降低。如果玻璃组合物中的Al2O3的浓度过大,则玻璃组合物的液相线粘度降低,这可造成玻璃组合物在熔合下拉工艺中的生产期间结晶。

玻璃组合物中的摩尔比(Al2O3(摩尔%))/(R2O(摩尔%))大于或等于1,以用Al2O3完全补偿碱金属氧化物并且促进上述对离子交换强化的易受性。

碱金属氧化物一般在玻璃组合物中以总浓度R2O摩尔%存在,碱金属氧化物可以在玻璃网络中产生非桥连氧,其可降低化学耐久性,降低粘度。增加碱金属氧化物的量提高了所得玻璃中的离子交换。但是如果碱金属氧化物的量过高,例如,高于14摩尔%,则玻璃组合物的液相线粘度降低。当液相线粘度降低时,降低熔融玻璃组合物的温度以增加用于熔合成形的粘度使得在成形期间玻璃组合物失透。

玻璃组合物中的Li2O与总R2O的摩尔比大于或等于0.35,可以大于或等于0.4、大于或等于0.5、大于或等于0.6、大于或等于0.7或者甚至大于或等于0.8。

P2O5的存在通过抑制玻璃组合物中的莫来石结晶而增加了玻璃组合物的液相线粘度。当Al2O3的量比玻璃组合物中的碱金属氧化物(R2O摩尔%)和碱土金属氧化物(RO摩尔%)之和大超过2摩尔%,或者甚至超过1摩尔%时,玻璃组合物的液相线温度迅速升高。当Al2O3(摩尔%)比(R2O(摩尔%)+RO(摩尔%))多超过1摩尔%时,玻璃组合物中的P2O5的存在通过降低液相线温度并因此增加玻璃组合物的液相线粘度而补偿了过量的Al2O3。这时,使用P2O5使得(Al2O3(摩尔%)-R2O(摩尔%)-RO(摩尔%)-P2O5(摩尔%))小于或等于2或者甚至小于或等于1。

增加玻璃组合物中的P2O5的量可以通过在玻璃网络中建立空间而增加玻璃的离子交换速率。P2O5还可以有助于增强由玻璃组合物制成的玻璃的抗损坏性。然而,增加玻璃组合物中的P2O5的量降低了可通过玻璃的离子交换强化获得的压缩应力的量。另外,增加过高的P2O5的量可造成铝磷酸盐(AlPO4)在高温下结晶,这可升高玻璃组合物的液相线温度。如果玻璃组合物中的P2O5的量过高,则玻璃的耐久性可能也降低。

氧化硼(B2O3)是一种熔剂,其可被加入到玻璃组合物中以降低给定温度下玻璃的粘度,从而改进玻璃的品质和可成形性。B2O3的存在也可以提高由玻璃组合物制成的玻璃的抗损坏性。然而,已经发现,B2O3的添加显著降低了玻璃组合物中的钠和钾离子的扩散率,这进而不利地影响所得玻璃的离子交换性能。

当玻璃组合物中的(Li2O(摩尔%)+Al2O3(摩尔%))之和大于两倍的B2O3(摩尔%)的量时,所得玻璃中的碱金属氧化物的扩散率不减小,由此,玻璃的离子交换性能得到了保持。所以,根据需要也可以使用一些。

碱土金属氧化物以改进玻璃批料的可熔性并增加所得玻璃的化学耐久性。具体地,少量的碱土金属氧化物的存在可以用于增加玻璃组合物的液相线粘度。但是,玻璃组合物中的过多的碱土金属氧化物造成铝硅酸盐结晶,并因此降低玻璃组合物的液相线粘度。碱土金属氧化物的存在还可影响所得玻璃的离子交换性能。

BeO和ZnO类似与碱土金属氧化物,但不如其他碱土金属氧化物那么有活性,并且对离子交换特性或液相线温度的影响不如其他碱土金属氧化物那么大。因此,当Al2O3(摩尔%)也超过(R2O(摩尔%)+RO(摩尔%))时,液相线温度可迅速升高。随着玻璃的液相线温度升高,玻璃的液相线粘度减小。这时,可以使用BeO和ZnO来调节。

ZnO、TiO2、ZrO2或它们的组合。这些金属氧化物中的每一者可以进一步提高玻璃的抗化学侵蚀性。然而,这些额外的金属氧化物在玻璃组合物中不是非常容易溶解,并且往往会结晶,从而导致在熔合成形期间失透。

*土稀**金属氧化物在玻璃组合物中的存在可以增加所得玻璃的模量、刚度或者模量和刚度。*土稀**金属氧化物还可以有助于增加玻璃组合物的液相线粘度。另外,某些*土稀**金属氧化物可以使玻璃增添色彩。

澄清剂,例如,SnO2、As2O3和/或Cl-(来自NaCl等)。在玻璃组合物中可以在成形期间最大程度地减少或消除玻璃组合物中的气泡。在玻璃组合物中一般具有低溶解度。因此,如果玻璃组合物中的澄清剂的量太大,则在熔合成形期间可发生澄清剂的失透。当玻璃组合物中存在澄清剂时,澄清剂可以存在的量小于或等于0 .35摩尔%,小于或等于0 .2摩尔%,或者甚至是小于或等于0.1摩尔%。

电子装置(例如便携式电子装置)的盖板玻璃配方。(至少液相线粘度值得参考

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