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CN116282910A - 一种铝硅酸盐玻璃 - Google Patents

一种铝硅酸盐玻璃 Download PDF

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CN116282910A CN202310400399.1A CN202310400399A CN116282910A CN 116282910 A CN116282910 A CN 116282910A CN 202310400399 A CN202310400399 A CN 202310400399A CN 116282910 A CN116282910 A CN 116282910A
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Abstract

本发明公开了一种铝硅酸盐玻璃，属于玻璃生产技术领域，该玻璃包括如下重量百分比原料：60‑65％的SiO2、17‑21.5％的Al2O3、0.4‑1.5％的B2O3、1‑5％的MgO、3‑6％的CaO、0.9‑2.1％的SrO、0.075‑0.21％的ZnO、6‑9.5％的BaO、0.15‑0.3％的SnO2。本发明制得的碱土铝硅酸盐玻璃，适用于大规模工业生产，适合于溢流法、浮法等多种方式生产制造，更适合制造8.5代及以上高世代玻璃基板；制得的玻璃具有弹性模量高(＞85GPa)、600℃保温10min热收缩率低(≤10ppm)、高应变点(＞695℃)等优良特性。

Description

一种铝硅酸盐玻璃
技术领域
本发明属于玻璃生产技术领域，具体涉及一种铝硅酸盐玻璃。
背景技术
玻璃基板是LCD/OLED显示器的关键性基础材料，主要用于TFT制程、CF器件的载板，在玻璃表面进行电路和制程加工。由于显示效果和屏幕刷新速率提升的需要，采用低温多晶硅(LTPS)技术制备TFT，可使LCD/OLED显示产品具有高分辨率、反应速度快、解析度高、稳定性高、亮度高、开口率增大等特点。LTPS制程工艺是通过对沉积在玻璃基板表面的非晶硅进行热处理，使其转化成多晶硅，从而使电子迁移速率提高100倍以上。但是热处理温度高达600-700℃，而玻璃基板受热处理影响将产生不可逆收缩变形，导致上下基板在合片/成盒时出现像素点位置产生相对偏移，将产生永久漏光或黑点，造成像素显示不受控，形成显示疵点，影响显示面板质量。
低温多晶硅TFT在制造过程中需要在较高温度下多次处理，基板必须在多次高温处理过程中不能发生变形，这就对基板玻璃性能提出了更高的要求，优选的应变点高于650℃，以使基板在面板制程中具有尽量小的热收缩，因此基板的应变点温度越高越好。同时玻璃基板的热膨胀系数需要与硅的热膨胀系数相近，尽可能减小应力和破坏。为了便于生产，降低生产成本，作为显示器基板用的玻璃应该具有较低的熔化温度和液相线温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝硅酸盐玻璃，以解决显示器基板用的玻璃热稳定性不足的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种铝硅酸盐玻璃，包括如下重量百分比原料：60-65％的SiO2、17-21.5％的Al2O3、0.4-1.5％的B2O3、1-5％的MgO、3-6％的CaO、0.9-2.1％的SrO、0.075-0.21％的ZnO、6-9.5％的BaO和0.15-0.3％的SnO2。
SiO2是玻璃形成体，构成玻璃骨架的成分，增加SiO2含量，会提升耐化学性、机械强度、应变点。如果SiO2过多，玻璃的高温粘度增加，造成难熔，加剧耐材侵蚀。SiO2含量较低则不易形成玻璃，应变点下降，膨胀系数增加，耐酸性和耐碱性均会下降；考虑到熔化温度、玻璃膨胀系数、机械强度、玻璃料性等性能，因此综合调整用量为60-65％的S iO2。
Al2O3是中间体氧化物，用于提高玻璃结构的强度和应变点，改善玻璃化学稳定性，降低玻璃析晶倾向，Al2O3含量过多，玻璃难以熔制、料性短，易析晶，Al2O3含量较低，玻璃容易失透，机械强度较低，不利于成型。因此综合调整用量为17-21.5％的Al2O3。
B2O3能单独生成玻璃，是一种很好的助熔剂，能降低玻璃粘度、介电损耗、振动损耗，改善玻璃脆性、韧性和光透过率。在玻璃中具有[BO4]四面体和[BO3]三角体两种结构，高温熔化条件下B2O3难于形成[BO4]，可降低高温粘度，低温时B有夺取游离氧形成[BO4]的趋势，使结构趋于紧密，提高玻璃的低温粘度，防止析晶现象的发生，但加入过多的B2O3会降低应变点温度，因此综合调整用量为0.4-1.5％的B2O3。
MgO，具有降低高温粘度、增加低温粘度的作用，能够增加玻璃杨氏模量，降低表面张力，抑制玻璃脆度增大的作用，因此用量为1-5％的MgO。
碱土金属氧化物RO(CaO、SrO、BaO)可以提高玻璃应变点、杨氏模量、降低热膨胀系数。可有效降低玻璃的高温粘度从而提高玻璃的熔融性及成形性，含量过多，会增加失透分相的发生几率。其中SrO可以提高玻璃的化学稳定性和加速玻璃熔化，但含量过高时会使澄清出现二次气泡，还会导致玻璃密度增加。因此综合调整用量为SrO含量为0.9-2.1％。
BaO用于降低玻璃的粘度并促进玻璃的熔融和防止玻璃出现析晶。因此用量为BaO优选为6-9.5％。促进硅酸盐反应进程和降低高温表面张力，在池炉料山后段引起泡层翻腾和气体分压改变，有效促进熔化及澄清过程。
ZnO可以改善玻璃的熔化质量，提高玻璃的均匀性，提高玻璃化学稳定性、热稳定性，但是过量玻璃易析晶，因此综合调整用量为0.075-0.21％的ZnO。
作为本发明的进一步方案，以重量百分比计，SiO2+Al2O3＜83％。
作为本发明的进一步方案，以重量百分比计，SiO2/(Al2O3+B2O3)为2.6-3.6。
作为本发明的进一步方案，以重量百分比计，(Al2O3+B2O3)/
(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)为1.0-1.35。
作为本发明的进一步方案，以重量百分比计，BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO)为0.38-0.53。
作为本发明的进一步方案，BaO的引入方式为BaCO3、BaSO4和Ba(NO3)2中的至少一种，优选BaCO3。
作为本发明的进一步方案，以重量百分比计，ZnO/
(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)为0.005-0.013。
作为本发明的进一步方案，铝硅酸盐玻璃中还包括复合澄清剂，所述复合澄清剂为硫酸盐、硝酸盐、氯化物和氟化物中的两种或者多种。
作为本发明的进一步方案，以重量百分比计，复合澄清剂的添加量≤1％。
作为本发明的进一步方案，应变点＞695℃，30-380℃范围内的热膨胀系数为≤39×10-7/℃，密度≤2.60g/cm3，杨氏弹性模量＞85GPa。
本发明的有益效果：
1.本发明制得的碱土铝硅酸盐玻璃，适用于大规模工业生产，适合于溢流法、浮法等多种方式生产制造，更适合制造8.5代及以上高世代玻璃基板；制得的玻璃具有弹性模量高(＞85GPa)、600℃保温10mi n热收缩率低(≤10ppm)、高应变点(＞695℃)等优良特性。
2.本发明的铝硅酸盐玻璃中各组分S iO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO之间的配合作用，使得玻璃具有优良的综合性能，该铝硅酸盐玻璃为环境友好型碱土铝硅酸盐玻璃体系，符合平板显示行业发展趋势。用溢流下拉法或者浮法工艺生产成玻璃基板，在高温制程中不变形，制备得到的玻璃具有较高的应变点、较低的熔化温度、较低的膨胀系数、较高的化学稳定性和机械性能、较高的杨氏模量，符合平板显示技术的发展趋势；特别适用于低温多晶硅LTPS技术的TFT-LCD、OLED玻璃基板；制备的玻璃适合于光电显示、照片、光伏等行业。
3.本发明制得的碱土铝硅酸盐玻璃，适合在制备显示器件和/或太阳能电池中的应用，尤其适合作为制备平板显示产品的衬底玻璃基板材料和/或柔性显示产品的衬底玻璃基板材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可通过商购获得，如无特别说明，所用的方法为本领域的常规方法
玻璃熔制是配合料经过高温加热形成均匀的、无气泡的，并符合成形要求的玻璃液的过程。在这个过程中玻璃配合料经历了硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却等过程。
以下实施例中，理化检测实验主要参考方法：
参照ASTMC-693测定玻璃密度，单位为g/cm3。
参照ASTME-228使用卧式膨胀仪测定30-380℃的玻璃热膨胀系数，单位为10-7/℃。
参照ASTMC-623使用材料力学试验机测定玻璃杨氏模量，单位为GPa。
参照ASTMC-336和ASTMC-338使用三点测试仪测定玻璃的退火点和应变点，单位为℃。
热收缩采用差值计算法。无任何缺陷的玻璃基板，初始长度标记为L0，经过一定条件热处理之后(例如本发明热处理工艺条件为：将玻璃从室温以10℃/mi n的升温速率升温至600℃并保温10mi n，然后以10℃/mi n的降温速率降至室温)，基板长度发生一定量的收缩，
再次测量其长度，标记为Lt，则热收缩Yt表示为：
Figure BDA0004179278170000051
实施例1-实施例8
采用梅特勒ME2002型精密天平、宜兴万石JGMT-8/300型硅铝棒升降炉、纯黄铜模具等设备器具，参考生产所用纯度较高的原料，包括石英砂、氧化铝、氧化硼、氧化镁、碳酸钙、碳酸锶、硝酸锶、碳酸钡、硝酸钡、氧化锌、氧化锡等多种原料，
按照表1的配方称取原料：(总重量600g)进行称量与混合后，按照熔融程序：室温经110mi n升至1000℃，再经40mi n升至1560℃，再1560℃保温2h，然后经20mi n升至l 650℃，再1650℃保温3h，后取出熔制玻璃液进行黄铜模具成型，并在750℃保温2h退火冷却，得到各实施例玻璃熔块。
表1
Figure BDA0004179278170000061
实施例9-实施例16
按照表2配方称取原料：(总重量600g)进行称量与混合后，按照熔融程序：室温经110mi n升至1000℃，再经40mi n升至1560℃，再1560℃保温2h，然后经20mi n升至l 650℃，再1650℃保温3h，后取出熔制玻璃液进行黄铜模具成型，并在750℃保温2h退火冷却，得到各实施例玻璃熔块。
表2
Figure BDA0004179278170000071
Figure BDA0004179278170000081
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，包括如下重量百分比原料：60-65％的SiO2、17-21.5％的Al2O3、0.4-1.5％的B2O3、1-5％的MgO、3-6％的CaO、0.9-2.1％的SrO、0.075-0.21％的ZnO、6-9.5％的BaO和0.15-0.3％的SnO2。
2.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以重量百分比计，SiO2+Al2O3＜83％。
3.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以重量百分比计，SiO2/(Al2O3+B2O3)为2.6-3.6。
4.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以重量百分比计，(Al2O3+B2O3)/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)为1.0-1.35。
5.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以重量百分比计，BaO/(MgO+CaO+SrO+BaO)为0.38-0.53。
6.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以重量百分比计，ZnO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)为0.005-0.013。
7.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，还包括复合澄清剂，所述复合澄清剂为硫酸盐、硝酸盐、氯化物和氟化物中的两种或者多种。
8.根据权利要求7所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，以重量百分比计，复合澄清剂的添加量≤1％。
9.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃，其特征在于，应变点＞695℃，30-380℃范围内的热膨胀系数为≤39×10-7/℃，密度≤2.60g/cm3，杨氏弹性模量＞85GPa。
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