[发明专利]一种高硬度高杨氏模量氧化物高熵玻璃及其制备方法和用途

说明书

本发明属于氧化物玻璃材料技术领域，具体公开了一种高硬度高杨氏模量氧化物高熵玻璃及其制备方法和用途，所述氧化物高熵玻璃包括TiO₂、ZrO₂、Y₂O₃、Al₂O₃和其他第五种氧化物。所述高硬度高杨氏模量氧化物高熵玻璃不仅具有优异的硬度和杨氏模量，硬度≥8GPa，最高可达12.58GPa，杨氏模量≥100GPa，最高可达177.9GPa，能够有效提高抗摔性和耐磨性，还具有优异的光学性能，在400nm～800nm可见光的最大透过率＞80％，在智能设备、触摸式面板及精密仪表中具有巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于氧化物玻璃材料技术领域，涉及一种氧化物玻璃及其制备方法和用途，具体涉及一种高硬度高杨氏模量氧化物高熵玻璃及其制备方法和用途。

背景技术

玻璃作为一种传统的无机非金属材料，由于其具有良好的透过性，在建筑、汽车、电子及仪表等领域具有广泛的应用。然而，随着科技的发展特别是智能设备的普及，对玻璃的力学性能提出了更高的要求。提高玻璃的硬度和杨氏模量，能够有效提高智能设备屏幕的抗摔性和耐磨性、减小屏幕厚度、减小设备体积、提高透过率改善视觉效果，在智能设备、触摸式面板及精密仪表中具有巨大的应用价值。

研究表明，玻璃的硬度和杨氏模量与组分的解离能及原子堆积密度有关。由于Al₂O₃具有高的解离能(G＝131kJ/cm³)，因此，高硬度高杨氏模量玻璃一般含有大量的Al₂O₃。然而，Al₂O₃通常被认为是一种中间氧化物，其含量的增加使得玻璃的非晶形成能力减弱，使得采用传统的方法制备高硬度高杨氏模量玻璃存在困难。此外，研究表明添加一定量的SiO₂可以显著提高玻璃的形成能力，但SiO₂的添加会降低玻璃的力学性能及离子掺杂浓度，进而影响高硬度高杨氏模量玻璃的整体性能。因此，探索其他可替代的高硬度高杨氏模量玻璃组分以及合适的制备方法具有重大的意义。

例如CN107892472A公开了一种玻璃用组合物，以该玻璃用组合物的总重量为基准，含有45-66重量％的SiO₂、10-23重量％的Al₂O₃、0.01-10重量％的B₂O₃、0.01-12重量％的P₂O₅、10-19重量％的Na₂O、0.01-5重量％的K₂O、0.01-5重量％的Li₂O、0.01-5重量％的CaO和0.01-3重量％的TiO₂。所述玻璃组合物中各组分协同作用，使得制备得到的玻璃应力松弛有效改善，具有压缩应力增强，强化深度深，抗冲击强度高等优点，适合应用于保护显示器件，尤其适用于显示器件保护盖板，如触摸屏盖板。

CN110546115A公开了一种化学强化玻璃以及化学强化用玻璃，以氧化物基准的摩尔百分率表示，所述化学强化用玻璃含有：38％～75％的SiO₂、1％～30％的Al₂O₃、3％～20％的MgO、大于0％且小于等于20％的Li₂O、大于0％且小于等于20％的Y₂O₃、0％～5％的B₂O₃、0％～6％的P₂O₅、0％～8％的Na₂O、0％～10％的K₂O、0％～20％的CaO、0％～20％的SrO、0％～15％的BaO、0％～10％的ZnO、0％～1％的TiO₂和0％～8％的ZrO₂，并且，所述化学强化用玻璃的杨氏模量为90GPa以上、维氏硬度为650kgf/mm²以上。