高強度超薄玻璃以及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種超薄玻璃制品，其厚度小于或等于0.5mm。所述玻璃具有較低的TTV和較大的閾值擴散系數。所述玻璃在25℃與300℃之間的溫度范圍內具有超過1100℃的工作點T4和超過6

【技術實現步驟摘要】
高強度超薄玻璃以及其制造方法
[0001]本申請是2016年4月29日提交的專利申請201680085052.0、專利技術名稱為“高強度超薄玻璃以及其制造方法”的分案申請。


[0002]本專利技術涉及一種具有較小的總厚度變化(TTV)和優良的化學鋼化性能的超薄玻璃制品。所述制品優選地通過直接熱成型來制成。所述玻璃具有高成型溫度和高CTE。本專利技術還涉及高強度柔性玻璃在以下各項中作為柔性通用平面的用途：柔性和印刷電子器件、觸摸式控制面板的傳感器、薄膜電池襯底、移動電子裝置、半導體內插器、可彎曲顯示器、太陽能電池，或者其中需要高化學穩定性、溫度穩定性、低透氣性、柔性以及低厚度的組合的其他應用。除了消費和工業電子器件之外，本專利技術還可以用于工業生產或度量衡學中的保護應用。

技術介紹

[0003]具有不同組合物的薄玻璃適合用于許多應用的襯底材料，在所述應用中透明度、高耐化學性和耐熱性以及確定的化學和物理性質是非常重要的。例如，無堿玻璃可以用于顯示器面板和用作晶片格式的電子封裝材料。含堿硼硅酸鹽玻璃用于過濾器涂層襯底、觸摸傳感器襯底以及指紋傳感器模塊蓋板。
[0004]現在，對產品的新功能和更廣泛領域的應用的不斷增長的需求要求具有低 TTV和極高強度的甚至更薄且更輕的玻璃襯底。通常應用超薄玻璃的領域是精細電子器件的保護蓋板。
[0005]為了實現極高強度，需要具有高氧化鋁含量的鋁硅酸鹽(AS)玻璃，所述 AS玻璃在浸入K離子含量的熔融鹽之后能夠達到高抗壓強度(CS)、層深度 (DoL)以及高最終強度。這里，通常表面壓應力(CS)在600MPa與1000MPa 之間。離子交換層的深度(DoL)通常大于30μm，優選地大于40μm。對于運輸或航空中的安全保護應用，AS玻璃將具有高于100μm的交換層。通常，高 CS結合高DoL是所有這些應用的目的，并且玻璃的厚度通常在約0.5mm到10 mm的范圍內。
[0006]另一方面，如果玻璃板厚于0.5mm，那么處理就會變得越來越難，因為玻璃邊緣處的裂縫和破片等缺陷會導致破裂。另外，整體機械強度(即，反映在彎曲或沖擊強度方面)將顯著地降低。通常，可對較厚玻璃的邊緣進行CNC(計算機數控)研磨以除去缺陷，但機械研磨難以應用于厚度小于0.3mm的超薄玻璃。在邊緣上進行蝕刻可能是超薄玻璃除去缺陷的一種解決方案，但薄玻璃板的柔性仍然受到玻璃本身的低彎曲強度的限制。因此，對于薄玻璃而言，玻璃的強化極其重要。
[0007]通常，具有低TTV的<0.5mm厚的平板超薄鋁硅酸鹽玻璃難以通過直接熱成型方法來生產。與通過化學或物理方法后處理的薄鋁硅酸鹽玻璃相比，因為表面是從高溫熔融狀態冷卻到室溫，所以直接熱成型的薄玻璃具有更好的表面均勻性、TTV以及表面粗糙度。下拉法(down
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drawn method)可以用來生產厚度小于0.3mm或甚至0.1mm的玻璃，諸如堿性硼
硅酸鹽玻璃或者無堿鋁硼硅酸鹽玻璃。然而，此類玻璃并不具有結合的高成型溫度T4和高CTE(熱膨脹系數)，所述成型溫度被定義為玻璃的粘度為104dPa*s時所處的溫度。
[0008]鋁硅酸鹽玻璃特別適合于進行化學鋼化，因為Al2O3的含量高而使得堿金屬離子能夠快速擴散。因此，如果可獲得具有較小TTV的超薄且化學可鋼化或鋼化的鋁硅酸鹽玻璃制品將是有利的。然而，生產能夠化學鋼化到高強度的熱成型平板超薄玻璃的主要挑戰在于：此類鋁硅酸鹽玻璃的高T4和高CTE的結合，所述鋁硅酸鹽玻璃含有導致高T4的高含量的Al2O3以及導致高CTE的大量Na2O 和K2O。因此，此類玻璃一方面因為高T4而需要高成型溫度，并且另一方面因為高CTE而容易形成張力和變形，直到在溫度變化時破裂。因此，對此類玻璃進行直接熱成型極其困難，并且具有較小TTV的超薄玻璃迄今為止仍未實現。
[0009]在許多專利技術中已經描述了玻璃的化學鋼化。US 20100009154描述了一種具有壓應力的外部區域的0.5mm或更厚的玻璃，所述外部區域具有至少50μm的層深度并且所述壓應力至少高于200MPa。化學鋼化和在表面區域中產生壓應力的步驟包括將玻璃的至少一部分相繼地浸在多個離子交換浴中。此類玻璃可以用于消費類應用。然而，并未實現具有較小TTV的超薄玻璃的優良的化學鋼化性能。
[0010]在一些專利技術中發現了對于具有很多限制的化學可鋼化超薄玻璃的描述。 US2015183680描述了一種對<0.4mm的玻璃的鋼化，其中所述玻璃的中心張力范圍有限并且DoL>30um。然而，DoL>30um導致了超薄鋼化玻璃中的比如易碎和自身破裂等問題。此外，該專利申請中并未說明如何制備<0.4mm厚的玻璃。此外，并未實現具有較小TTV的超薄玻璃的優良的化學鋼化性能。
[0011]US201405911描述了從液體狀態且室溫下對可鋼化超薄玻璃的熱成型，所述可鋼化超薄玻璃具有小于107*107/℃的CTE變化。然而，此類CTE并未被認定為是通過熱成型方法來生產化學可鋼化的超薄玻璃的影響因素。同樣，該申請中并未考慮超薄玻璃的生產。此外，并未實現具有較小TTV的超薄玻璃的優良的化學鋼化性能。
[0012]在專利US 20120048604中，離子交換的超薄鋁硅酸鹽或鋁硼硅酸鹽玻璃板用作電子器件的內插器面板。內插器面板包括由離子交換玻璃形成的玻璃襯底芯層。CTE可以設置為匹配半導體和金屬材料等的熱膨脹系數。在該專利中并未考慮玻璃的生產方式以及如何提高表面質量和厚度均勻性。事實上，對玻璃組合物進行調整以促進直接熱成型生產并且同時實現良好的鋼化能力是獲得具有較小TTV和低表面粗糙度的超薄玻璃的最重要方式。
[0013]本專利技術的目的是經由直接熱成型超薄玻璃來解決以上問題，所述超薄玻璃在鋼化之后可以實現高強度并且具有較小TTV。令人驚訝地發現，通過借助自身重力或額外拉力的輔助將液態玻璃向下引導，具有高成型溫度和高CTE的玻璃可以從熔融狀態熱成型。這種超薄玻璃形成能力使得含堿金屬的鋁硅酸鹽玻璃(其恰好呈現高T4和高CTE性質)的直接熱成型生產成為可能。甚至令人驚訝地發現，以密度除以楊氏模量的形式表達的逆剛度(inverse stiffness)應較低以確保此類超薄玻璃的穩定生產。本專利技術人發現，在熱成型期間尤其是在T
g
+ 100℃與T
g
?
50℃之間的溫度下的冷卻方案對于實現本專利技術的具有較小TTV的超薄玻璃的優良的化學鋼化性能而言非常重要。

技術實現思路

[0014]本專利技術提供了一種可化學鋼化的玻璃制品，其厚度小于或等于0.5mm，其中所述玻
璃具有高于1100℃的工作點T4，并且其中在25℃與300℃之間的溫度范圍內，所述玻璃具有超過6*10
?6/℃的平均線性熱膨脹系數CTE；所述玻璃制品的特征在于，所述制品具有至少1.5μm2/小時的閾值擴散率D，并且對于厚度超過200μm的制品，在0.4m*0.5m的區域內的總厚度變本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種能化學鋼化的玻璃制品，其厚度小于或等于100μm，其中所述玻璃具有高于1100℃的工作點T4，并且其中在25℃與300℃之間的溫度范圍內，所述玻璃具有超過6
×
10
?6/℃的平均線性熱膨脹系數CTE；所述玻璃制品的特征在于，所述制品具有至少14μm2/小時的閾值擴散率D，并且對于厚度超過200μm的制品，在0.4m
×
0.5m的區域內的總厚度變化TTV小于40μm；對于厚度在50μm與200μm之間的制品，在0.4m
×
0.5m的區域內的TTV小于所述制品的所述厚度的20％；并且對于厚度小于50μm的制品，在0.4m
×
0.5m的區域內的TTV為至多10μm，并且其中所述玻璃包括的Al2O3的量為至少14wt.％，Li2O的量介于0至2wt.％之間。2.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的Al2O3的量為至少16wt.％。3.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的Al2O3的量為至少20wt.％。4.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述閾值擴散率D為至少40μm2/小時。5.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述制品具有小于5nm的表面粗糙度R
a
。6.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括以重量％為單位計的指定量的以下成分：以下成分：7.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO的量介于0至12wt.％之間。8.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的MgO的量介于1至4wt.％之間。9.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的K2O的量介于0至7wt.％之間，優選介于0.1至4wt.％之間。10.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的TiO2+ZrO2的量介于0至13wt.％之間。11.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃包括的ZrO2的量介于0至2wt.％之間。12.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃不含有Li2O。
13.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述玻璃不含有CaO。14.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述制品具有低于1350℃的工作點T4。15.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中所述CTE高于7
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?6/℃。16.根據權利要求1所述的玻璃制品，其中熱成形難度系數在8060
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10
?6至...

【專利技術屬性】
技術研發人員：和峰，范慧艷，J，
申請(專利權)人：肖特玻璃科技蘇州有限公司，
類型：發明
國別省市：