[发明专利]用于3D精密模压和热弯曲的碱金属铝硅酸盐玻璃

说明书

技术领域

本发明一般涉及玻璃组合物，本发明进一步涉及具有相对低的工作点、良好的熔制性能、低的转变温度以及良好离子交换能力和高强度的碱金属铝硅酸盐玻璃。该玻璃组合物可用于3D精密模压和热弯曲并可进行激光切割。同时本发明涉及由上述玻璃组合物构成的用于模压成型的坯料及其制造方法，和相应的光学元件及其制造方法。

背景技术

盖板玻璃通常被用于电子装置、移动电子装置，例如个人数字助理、移动或蜂窝式电话、手表、膝上电脑和笔记本、数码相机、PDA，或者作为触控面板的基材玻璃。在某些应用中，盖板玻璃对使用者的触碰敏感，容易发生破坏、刮擦和变形。由于接触频繁，这种盖板玻璃必须具有高的强度且是耐刮擦的。传统的钠钙玻璃不能满足这方面的要求，例如高强度和耐刮擦性。碱金属铝硅酸盐玻璃具有高强度、高硬度、稳定的耐化学性、低的热膨胀系数、高的耐刮擦性和高的耐冲击性，适用于作为电子产品的盖板玻璃，例如个人数字助理、移动或蜂窝式电话、手表、膝上电脑和笔记本、数码相机、PDA，或者作为触控面板的基材玻璃。

近来，对于3D形状的盖板玻璃的需求日益增加，3D形状的盖板和触控面板玻璃可具有不同的形状，这可以例如是盘形、弧形、弯曲的平面和折边等，同时3D形状的盖板和触控面板玻璃具有再加工功能，可在玻璃上进行图案设计、钻孔等。

3D形状的盖板玻璃可用于装置的前侧以及后侧，尤其是在后侧可以通过丝网印刷方法用有机或无机颜料施加另外的装饰，也可在盖板玻璃的内侧或外侧施加装饰。

制备3D形状的盖板玻璃的经济的方式是3D精密模压或热弯曲等方法。

模具在3D成型中起重要作用。模具的寿命会大大影响最后成型的制品和/或材料的获利性。对于模具的长寿命而言，一个非常重要的因素是尽可能低的工作温度，但是该温度只能低至这样的点，即，在该温度下，待压制材料的粘度仍足以能用于该压制步骤。这意味着，在加工温度和该压制步骤的获利性之间，从而在玻璃的转变温度T_g和该压制步骤的获利性之间，存在着直接的因果关系。

如果有必要，需对模具以及预成型件进行涂层处理。

为了通过精密模压，在生产过程中实现以低成本大规模生产的目的，用于精密模压的模具要能够重复使用。为此目的，在精密模压过程中使用的温度应该尽可能低，以通过使用具有适当软化性质的玻璃，即具有适当玻璃化转变温度T_g的玻璃，使模具表面的氧化减少到最低。

精密模压是将由平板玻璃得到的预成型件材料加热至软化，然后在具有精密表面的制模中压制形成。该方法在成型后对于盖板玻璃可以省去研磨或抛光工艺，这是该方法的重要特征。因而，可以低成本，大规模生产盖板玻璃。

除精密模压之外，还可使用热弯曲用于玻璃的成型，也可以通过压力或真空部分地帮助热弯曲，或者使用红外技术加热进行热弯曲。通过对玻璃进行加热，玻璃会在自身重力的作用下快速变形。玻璃产生的形变直至玻璃表面的每个部分都与玻璃底部支撑物体的表面相接触时变形停止，或沿支撑物边缘弯曲直至表面与地面垂直为止。通过制造不同的形状的模具作为支撑物，可以使用热弯制造具有2D或3D造型的玻璃盖板。

对于所有的成型技术而言，重要的是在热加工过程中，玻璃表面对于表面缺陷的产生是不敏感的。

盖板玻璃通常需要进行化学钢化。化学钢化能增强玻璃强度从而抵御划伤和冲击避免破裂。化学钢化是通过离子交换形成玻璃的表面压应力。离子交换工艺的简单原理是在350-490℃左右盐液中，使玻璃表层中半径较小的离子与液体中半径较大的离子交换，比如玻璃中的钠离子与溶液中的钾离子交换，利用碱离子体积上的差别产生表层压应力。特别适合0.5-4mm厚的玻璃。化学钢化玻璃的优点是，不会引起玻璃翘曲，表面平整度与原片玻璃一样，同时强度和耐温度变化有一定提高，并可适当作切裁处理。通过合理控制DoL(表面应力层深度)和表面压应力，可以获得具有较强强度的玻璃。DoL(表面应力层深度)的大小和表面压应力的大小，与玻璃成分相关，特别与玻璃中碱金属含量相关，同时也与玻璃钢化工艺包括钢化时间，钢化温度相关。在化学钢化的过程中，玻璃表面会形成压应力层，根据离子扩散定律，压应力层的深度与钢化时间的平方根成正比。钢化时间越长，钢化层越深，表面压应力越小，中心张应力越大。当钢化时间过长时，因为中心张应力的变大和玻璃结构松弛所造成的表面压应力的降低，玻璃的强度反而会降低。因此，存在一个最佳钢化时间，达到表面压应力，钢化层深度，中心压应力的平衡，从而得到最佳强度的玻璃。最佳钢化时间随玻璃成分，盐浴成分和钢化温度而变化。