CN112456794A - 一种液晶显示用无碱玻璃及其制备方法 - Google Patents

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王萍萍
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韩娜
石丽芬
杨勇
柯震坤
李金威
李常青
周刚
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Abstract

本发明涉及一种液晶显示用无碱玻璃及其制备方法，其特征在于：按如下质量百分比称取原料，SiO254~66%、Al2O314~18%、GeO20.5~3%、CaO3~6%、B2O36~11%、MgO3~6%、SrO5~11%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.4~1.5%；按以下熔制制度进行熔制：由室温升至1100℃，用时2~3小时；由1100℃升至1640℃，用时3~4小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出；并保温2~3小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。有益效果：熔制温度低，黏度小，气泡易于排除；制备的无碱玻璃，应变点高于660℃，退火点高于705℃，密度小于2.6g/cm3，抗弯强度达到了92MPa以上，达到液晶显示用的基板玻璃需要的各种基本特性。

Description

一种液晶显示用无碱玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属玻璃制备领域，涉及一种无碱玻璃，具体涉及一种液晶显示用无碱玻璃及其制备方法。
背景技术
液晶显示装置等显示器用的玻璃基板要求实质上不含碱金属（无碱玻璃），但因玻璃原料中实质上不含碱金属化合物，且氧化铝含量高，导致玻璃熔制过程比常规钠钙硅酸盐玻璃难度大很多，玻璃熔制温度高，黏度大，气泡难以排除。在玻璃熔制过程中，当无碱玻璃基板残存有一定数量微气泡且均质性不好时，它会影响玻璃制品的外观、透过率、机械强度和硬度等，进而无法满足液晶显示装置等显示器用的玻璃基板要求。
一般而言，为了达到液晶显示用的基板玻璃需要的各种基本特性，如应变点高于660℃，退火点高于705℃，密度小于2.6g/cm3等；在满足上述要求的基础上进一步降低玻璃的熔制温度，玻璃液的黏度，提高玻璃的抗弯强度、弹性模量等性能就成了最大的难点。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述存在的技术难题，提供一种液晶显示用无碱玻璃及其制备方法。本发明通过控制配方来实现降低玻璃熔制温度及玻璃液的黏度，提高玻璃的抗弯强度、弹性模量、应变点等性能，制备一种气泡少，且均质性良好的液晶显示用无碱玻璃。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种液晶显示用无碱玻璃，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：SiO254~66%、Al2O314~18%、GeO20.5~3%、CaO3~6%、B2O36~11%、MgO3~6%、SrO5~11%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.4~1.5%。
进一步，一种液晶显示用无碱玻璃，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：SiO257~63%、Al2O315~18%、GeO20.5~2%、CaO3~6%、B2O37~10%、MgO3~5%、SrO6~10%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.4~1.0%。
进一步，一种液晶显示用无碱玻璃，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：SiO259~61%、Al2O316~17%、GeO21~2%、CaO3~6%、B2O38~9%、MgO3~4%、SrO7~9%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.6~1.0%。
一种液晶显示用无碱玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：按上述质量百分比称取各原料，按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2~3小时；由1100℃升至1640℃，用时3~4小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出；并保温2~3小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
GeO2有利于降低玻璃的熔制温度，因为GeO2的熔点比SiO2小很多，GeO2熔体的黏滞活化能也比SiO2小，从而使得玻璃液的高温黏度降低，有利于其气泡的排出，易于玻璃的成型控制；GeO2也是网络形成体，GeO2逐渐取代SiO2后，由于GeO2的玻璃网络结构较SiO2的松散，当GeO2取代量增多时，其原子间的距离增大，从而改变其偶极矩，进而影响拉曼强度；当GeO2量增加时，470 cm-1与1040 cm-1的拉曼光谱强度先减小再增大，这与GeO2的引入量有关；
B2O3可以带来良好的助熔效果，提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，但加入过多会使得玻璃的应变点显著降低；
稀土氧化物在提高玻璃的抗弯强度、弹性模量、应变点等性能方面有显著效果，促使玻璃脆性降低，断裂韧性大幅增加，并且能够降低玻璃的高温黏度；
碱土金属等网络外体引入玻璃组成后，过剩的氧原子使得玻璃结构中的桥氧键断裂生成非桥氧，而这些非桥氧的存在降低了玻璃的抗弯强度。
本发明的有益效果：
（1）本发明玻璃配方制备的无碱玻璃，其熔制过程中比一般的无碱玻璃熔化温度低（1650-1670℃），黏度小（成型黏度（102 Pa×s）的对应温度为1420-1440℃），气泡易于排除（熔化温度低、黏度小）；传统的无碱玻璃配方在玻璃熔制过程中，由于熔化温度高、黏度大等原因导致玻璃基板残存有一定数量微气泡且均质性不好时，它会影响玻璃制品的外观、透过率、机械强度和硬度等；
（2）本发明玻璃配方制备的无碱玻璃，其性能比较稳定，应变点高于660℃，退火点高于705℃，密度在2.5-2.6g/cm3，抗弯强度达到了90-100MPa，达到液晶显示用的基板玻璃需要的各种基本特性。
具体实施方式
一种液晶显示用无碱玻璃的制备方法，具体实施步骤如下：
实施例1
（1）按以下质量百分比称取原料：58.5%的SiO2、16.04%的Al2O3、1%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.26%的MgO、7.40%的SrO、0.4%的Y2O3、0.4%的La2O3、0.3%的Ce2O3、0.3%的Yb2O3（Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O3为1.4%）、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
实施例2
（1）按以下质量百分比称取原料：58.6%的SiO2、16.14%的Al2O3、1%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.46%的MgO、7.50%的SrO、0.3%的Y2O3、0.2%的La2O3、0.3%的Ce2O3、0.1%的Yb2O3（Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O3为0.9%）、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
实施例3
（1）按以下质量百分比称取原料：58.7%的SiO2、16.24%的Al2O3、1%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.46%的MgO、7.60%的SrO、0.2%的Y2O3、0.1%的La2O3、0.2%的Ce2O3、0.1%的Yb2O3（Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O3为0.6%）、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
实施例4
（1）按以下质量百分比称取原料：59.2%的SiO2、16.24%的Al2O3、0.5%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.46%的MgO、7.60%的SrO、0.2%的Y2O3、0.1%的La2O3、0.2%的Ce2O3、0.1%的Yb2O3（Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O3为0.6%）、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
实施例5
（1）按以下质量百分比称取原料：56.7%的SiO2、16.24%的Al2O3、3%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.46%的MgO、7.60%的SrO、0.2%的Y2O3、0.1%的La2O3、0.2%的Ce2O3、0.1%的Yb2O3（Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O3为0.6%）、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
实施例6
（1）按以下质量百分比称取原料：57.7%的SiO2、16.24%的Al2O3、2%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.46%的MgO、7.60%的SrO、0.2%的Y2O3、0.1%的La2O3、0.2%的Ce2O3、0.1%的Yb2O3（Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O3为0.6%）、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
比较例1
（1）按以下质量百分比称取原料：59%的SiO2、16.54%的Al2O3、1%的GeO2、4.25%的CaO、8.15%的B2O3、3.46%的MgO、7.60%的SrO、0.17%的SnO；
（2）将上述各原料按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2小时；由1100℃升至1640℃，用时3小时，并保温2小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
上述6个实施例与比较例1采用相同的熔制制度，不同之处在于，实施例1-6分别加了不同量的稀土金属氧化物；而比较例1未加稀土金属氧化物，且在熔化、澄清过程中未加搅拌，其性能对比如表1所示。由此可见，本发明提出的配方及制备方法可以有效降低玻璃的熔制温度及玻璃液的黏度，减少微气泡，提高玻璃的抗弯强度、弹性模量、应变点等性能，获得均质性良好的优质无碱玻璃。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 比较例1
熔化温度（℃） 1670 1664 1662 1664 1651 1657 1665
成型黏度（10<sup>2</sup> Pa×s）的对应温度（℃） 1438 1433 1429 1431 1422 1427 1432
应变点（℃） 675.2 672.8 671.9 672.1 667.2 669.5 674.2
退火点（℃） 726.3 723.4 722.8 722.9 717.3 720.1 724.5
软化点（℃） 958.6 956.4 954.7 956.3 949.8 952.7 958.1
密度（g/cm<sup>3</sup>） 2.549 2.552 2.553 2.543 2.561 2.557 2.548
抗弯强度(MPa) 98.7 96.4 94.5 95.7 92.3 94.2 93.9
弹性模量(GPa) 73.2 72.6 72.3 72.4 71.6 71.9 71.8
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种液晶显示用无碱玻璃，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：SiO254~66%、Al2O314~18%、GeO20.5~3%、CaO3~6%、B2O36~11%、MgO3~6%、SrO5~11%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.4~1.5%。
2.根据权利要求1所述一种液晶显示用无碱玻璃，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：SiO257~63%、Al2O315~18%、GeO20.5~2%、CaO3~6%、B2O37~10%、MgO3~5%、SrO6~10%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.4~1.0%。
3.根据权利要求1所述一种液晶显示用无碱玻璃，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：SiO259~61%、Al2O316~17%、GeO21~2%、CaO3~6%、B2O38~9%、MgO3~4%、SrO7~9%、SnO0.1~0.3%，Y2O30~0.5%，La2O30~0.5%，Ce2O30~0.5%，Yb2O30~0.5%，其中，Y2O3+La2O3+Ce2O3+Yb2O30.6~1.0%。
4.根据权利要求1-3任一项所述一种液晶显示用无碱玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：按上述质量百分比称取各原料，按以下熔制制度进行玻璃的熔制：由室温升至1100℃，用时2~3小时；由1100℃升至1640℃，用时3~4小时，在此期间对玻璃液进行间断性搅拌，使气泡能更好的排出；并保温2~3小时；再通过铁板浇铸成型法浇铸成型，之后经退火、切割与抛光工序即得到玻璃基板。
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