钇铝硅玻璃及其制备方法和应用与流程

本技术涉及玻璃领域，具体涉及一种钇铝硅玻璃及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着通讯和电子技术的发展，移动终端和穿戴设备的显示屏幕大尺寸化、薄型轻量化、可折叠等方向已成发展主流趋势。当前，终端设备使用的防护玻璃仍以高铝玻璃或锂铝硅微晶玻璃为主，其弹性模量仅为70-90gpa、表面硬度仅为620-650hv，跌落高度仅1-1.6m，而为获得高质量的玻璃盖板，要求玻璃盖板的弹性模量需达到120gpa以上，跌落高度在1.8m以上，由此可见，现有体系的玻璃已无法适应移动终端技术发展的要求。

技术实现思路

1、本技术提供了一种钇铝硅玻璃及其制备方法和应用，以获得一种兼顾高弹性模量、高硬度以及高抗摔性能的玻璃。

2、第一方面，本技术提供一种钇铝硅玻璃，所述钇铝硅玻璃包括以下重量百分比的组分：

3、y2o3：30％～45％，

4、al2o3：15％～28％，

5、sio2：25％～45％，

6、zro2：0.5％～8％，

7、p2o5：0.1％～2％，

8、一价金属氧化物：0.5～10w％，所述一价金属氧化物包括li2o，

9、tio2：0％～2％，

10、sb2o3：0％～0.5％，

11、ceo2：0％～0.5％，

12、二价金属氧化物：0.1％～16％。

13、本技术的钇铝硅玻璃，sio2形成网络骨架，通过si-o四面体结构构建三维无序网络，提供结构稳定性。al3+可替代si4+进入网络结构，形成si-o和al-o四面体。y3+可补偿si-o和al-o四面体的负电荷，减少结构缺陷，提高结构致密性，增强热稳定性和化学稳定性。另外，y3+的高电子密度可显著增加玻璃的折射率，以提高玻璃的光学性能。zro2主要起到晶核剂和促进晶体析出的作用，p2o5可改善玻璃的熔制过程，在后期的钢化处理中有助于开放网络结构进行离子交换。通过添加可选的tio2可有助于改善玻璃的相变，提高玻璃中的晶相，从而改善玻璃的力学性能。通过添加可选的sb2o3和ceo2，可减少玻璃内的气泡，进而可有助于提高玻璃的光学性能和力学性能。li2o、na2o和k2o的加入，可有助于提高玻璃的化学钢化强度，以改善玻璃的力学性能。二价金属氧化物的加入，可协同作用控制玻璃内的析晶倾向，以有助于提高玻璃的力学性能和光学性能。本技术的钇铝硅玻璃，通过添加上述特定含量的组分，其弹性模量可达到90gpa以上。具有本技术配比的钇铝硅玻璃，可实现晶化处理，以得到微晶玻璃。经晶化后，其弹性模量可达到120gpa以上，进一步可达到130gp以上。并且，本技术的钇铝硅玻璃还可经离子交换进行化学强化。离子交换完后的微晶玻璃，可具有超过1.5×104mpa/mm的张应力线密度，从而使微晶玻璃跌落性能可以提升至1.8m。在显示设备领域和穿戴领域展现出巨大应用潜力。

14、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃中，所述y2o3的质量占比为32％～45％。通过提高y2o3的含量，可进一步提高钇铝硅玻璃的弹性模量和抗跌性能。

15、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃中，所述al2o3的质量占比为15％～25％。通过控制氧化铝的含铝，可与高含量的氧化钇相互配合，提高钇铝硅玻璃的成玻性。

16、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃中，所述sio2的质量占比为25％～40％。通过控制sio2的含量，与氧化钇和氧化铝相互配合，提高玻璃骨架结构的稳定性，改善玻璃的力学性能。

17、在一种实现方式中，所述二价金属氧化物包括mgo、cao、zno、bao中的至少一种。

18、mgo、cao、zno、bao可有助提高之间可协同作用能对玻璃料性起到很好的调节，控制玻璃的析晶倾向，避免在成形过程中析晶，给生产造成困难。

19、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃包括以下重量百分比的组分：

20、y2o3：30％～45％，

21、al2o3：15％～25％，

22、sio2：25％～40％，

23、zro2：0.5％～8％，

24、p2o5：0.1％～2％，

25、一价金属氧化物：1.0～10％，所述一价金属氧化物包括li2o和na2o，所述li2o的质量占比为0.5～6％，所述na2o的质量占比为0.5～6％，

26、tio2：0％～2％，

27、sb2o3：0％～0.5％，

28、ceo2：0.1％～0.5％，

29、二价金属氧化物：0.5％～16％，所述二价金属氧化物包括zno，所述zno的质量占比为0.5％～16％。

30、在一种实现方式中，一价金属氧化物含有li2o和na2o，li2o的质量占比为3-12％，na2o的质量占比为1.5-9％。

31、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃的弹性模量大于90gpa。

32、该弹性模量为氧化钇玻璃在未经晶化和化学强化处理前的弹性模量，也为基础玻璃的弹性模量，其弯曲强度可达到600mpa及以上，可有助于获得弹性模量更高的钇铝硅玻璃。

33、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃为微晶玻璃，所述钇铝硅玻璃中含有晶相，所述晶相包括zrxyyo2x+1.5y、zro2、znal2o4、mgal2o4、y2si2o7、y4zr3o12、ba0.808al1.71si2.99o8、锂辉石以及石英固溶体中的至少一种；x的取值范围为0.72～0.95，y的取值范围0.06～0.28。所述晶相在所述钇铝硅玻璃中的体积占比为30～80％。

34、其中，本技术的钇铝硅玻璃可经晶化处理成为微晶玻璃。该微晶玻璃中含有至少一种或多种晶相，利用析出的晶相改善钇铝硅玻璃的力学性能和光学性能。其中，晶相的总体积在钇铝硅玻璃中的体积占比可为30％-80％。通过控制晶相的体积占比，可获得一系列透明度的玻璃，进而可拓宽钇铝硅玻璃的应用场景，如可用于终端设备的前置面板或后盖等。当用于前置面板时，可将晶体占比控制在低占比范围内，以获得高透光率的玻璃。当用于后盖时，可将晶体控制在高占比范围内，以获得高力学性能的玻璃。

35、在一种实现方式中，所述晶相为纳米晶，所述晶相的晶粒尺寸为10～200nm。纳米晶的尺寸过大，会影响玻璃的透光率，纳米晶的尺寸过小，对玻璃的力学影响改善作用较小，纳米晶的尺寸控制在10-200nm范围内时，可起到有效提高玻璃力学性能以及改善透光率的效果。

36、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃为化学钢化玻璃，所述钇铝硅玻璃包括以下重量百分比的组分：

37、y2o3：30％～45％，

38、al2o3：25％～28％，

39、sio2：25％～45％，

40、zro2：0.5％～8％，

41、p2o5：0.1％～2％，

42、一价金属氧化物：1.5～10％，所述一价金属氧化物包括li2o、na2o和k2o，所述li2o的质量占比为0.5～6％，所述na2o的质量占比为0.5～6％，所述k2o的质量占比为0.5～6％，

43、tio2：0％～2％，

44、sb2o3：0％～0.5％，

45、ceo2：0.1％～0.5％，

46、二价金属氧化物：0.5％～16％，所述二价金属氧化物包括zno，所述zno的质量占比为0.5％～16％。

47、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃的应力层深度大于等于120μm。本技术的钇铝硅玻璃经钢化后，其应力层可达到120微米以上，从而可有效提高玻璃的抗摔性能。

48、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃的弹性模量大于等于140gpa，50μm处的压应力cs50大于200mpa，张应力区拉应力平均值ct.av大于100mpa，张应力线密度大于1.5×104mpa/mm，落球冲击能量大于0.2j，透过率大于88％，80目砂纸下的跌落失效高度大于1.8m。

49、第二方面，本技术提供一种钇铝硅玻璃，所述钇铝硅玻璃为微晶玻璃，所述微晶玻璃中含有晶相，所述晶相包括yyzrxo1.5y+2x、zrxyyo2x+1.5y、zro2、znal2o4、mgal2o4、y2si2o7、y4zr3o12、ba0.808al1.71si2.99o8、锂辉石以及石英固溶体中的至少一种；所述晶相在所述钇铝硅玻璃中的体积占比为30～80％；所述晶相为纳米晶，所述晶相的晶粒尺寸为10～200nm。

50、本技术的钇铝硅玻璃，为微晶玻璃，其内部形成微晶，晶相结构可包括yyzrxo1.5y+2x、zrxyyo2x+1.5y、zro2、znal2o4、mgal2o4、y2si2o7、y4zr3o12、ba0.808al1.71si2.99o8、锂辉石以及石英固溶体中的至少一种，通过在玻璃内部形成以上晶相并将晶相的晶粒尺寸控制在10-200nm范围内，可提高玻璃的硬度以及力学性能，从而可提高玻璃的抗跌性能。

51、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃包括以下重量百分比的组分：

52、y2o3：30％～45％，

53、al2o3：15％～28％，

54、sio2：25％～45％，

55、zro2：0.5％～8％，

56、p2o5：0.1％～2％，

57、一价金属氧化物：0.5～10w％，所述一价金属氧化物包括li2o，

58、tio2：0％～2％，

59、sb2o3：0％～0.5％，

60、ceo2：0％～0.5％，

61、二价金属氧化物：0.1％～16％。

62、其中，sio2形成网络骨架，通过si-o四面体结构构建三维无序网络，提供结构稳定性。al3+可替代si4+进入网络结构，形成si-o和al-o四面体。y3+可补偿si-o和al-o四面体的负电荷，减少结构缺陷，提高结构致密性，增强热稳定性和化学稳定性。另外，y3+的高电子密度可显著增加玻璃的折射率，以提高玻璃的光学性能。zro2主要起到晶核剂和促进晶体析出的作用，p2o5可改善玻璃的熔制过程，在后期的钢化处理中有助于开放网络结构进行离子交换。通过添加可选的tio2可有助于改善玻璃的相变，提高玻璃中的晶相，从而改善玻璃的力学性能。通过添加可选的sb2o3和ceo2，可减少玻璃内的气泡，进而可有助于提高玻璃的光学性能和力学性能。li2o、na2o和k2o的加入，可有助于提高玻璃的化学钢化强度，以改善玻璃的力学性能。二价金属氧化物的加入，可协同作用控制玻璃内的析晶倾向，以有助于提高玻璃的力学性能和光学性能。本技术的钇铝硅玻璃，通过添加上述特定含量的组分，其弹性模量可达到90gpa以上。具有本技术配比的钇铝硅玻璃，可实现晶化处理，以得到微晶玻璃。并且，本技术的钇铝硅玻璃还可经离子交换进行化学强化。经晶化和化学强化后，其弹性模量可达到120gpa以上。离子交换完后的微晶玻璃，可具有超过1.5×104mpa/mm的张应力线密度，从而使微晶玻璃跌落性能可以提升至1.8m。在显示设备领域和穿戴领域展现出巨大应用潜力。

63、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃为化学钢化玻璃，所述钇铝硅玻璃包括以下重量百分比的组分：

64、y2o3：30％～45％，

65、al2o3：15％～28％，

66、sio2：25％～45％，

67、zro2：0.5％～8％，

68、p2o5：0.1％～2％，

69、一价金属氧化物：1.5～10％，所述一价金属氧化物包括li2o、na2o和k2o，所述li2o的质量占比为0.5～6％，所述na2o的质量占比为0.5～6％，所述k2o的质量占比为0.5～6％，

70、tio2：0％～2％，

71、sb2o3：0％～0.5％，

72、ceo2：0.1％～0.5％，

73、二价金属氧化物：0.5％～16％，所述二价金属氧化物包括zno，所述zno的质量占比为0.5％～16％。

74、通过强化，利用k离子置换玻璃中的li和na，以在玻璃表面形成压应力层，进而进一步提高玻璃的强度。

75、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃中，所述y2o3的质量占比为32％～45％。通过提高y2o3的含量，可进一步提高钇铝硅玻璃的弹性模量和抗跌性能。

76、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃中，所述al2o3的质量占比为15％～25％。通过控制氧化铝的含铝，可与高含量的氧化钇相互配合，提高钇铝硅玻璃的成玻性。

77、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃中，所述sio2的质量占比为25％～40％。通过控制sio2的含量，与氧化钇和氧化铝相互配合，提高玻璃骨架结构的稳定性，改善玻璃的力学性能。

78、在一种实现方式中，所述二价金属氧化物包括mgo、cao、zno、bao中的至少一种。

79、在一种实现方式中，所述钇铝硅玻璃的弹性模量大于等于140gpa，50μm处的压应力cs50大于200mpa，张应力区拉应力平均值ct.av大于100mpa，张应力线密度大于1.5×104mpa/mm，落球冲击高度大于0.2j，透过率大于88％，80目砂纸下的跌落失效高度大于1.8m。

80、第三方面，本技术提供一种钇铝硅玻璃的制备方法，该制备方法包括：

81、制备玻璃原片，所述玻璃原片包括如下质量占比的组分：y2o3：30％～45％，al2o3：15％～28％，sio2：25％～45％，zro2：0.5％～8％，p2o5：0.1％～2％，一价金属氧化物：0.5～10w％，所述一价金属氧化物包括li2o，tio2：0％～2％，sb2o3：0％～0.5％，ceo2：0％～0.5％，二价金属氧化物：0.1％～16％；

82、所述玻璃原片经过第一次热处理和第二次热处理后获得微晶玻璃，所述第一次热处理的温度为600-800℃，热处理时间为0.5-60h；所述第二次热处理的温度为750-900℃，热处理时间为0.5-4h。

83、利用本技术的制备方法获得的钇铝硅酸盐玻璃为微晶玻璃。通过各组分之间的相互配合，可使制备高质量占比氧化钇的玻璃成为可能，并且通过优化热处理工艺，可获得晶粒可控的微晶玻璃。其中，在第一热处理阶段，玻璃原片进行核化，可使玻璃原片进行充分成核，进而析出大量的晶核。在第二热处理阶段，将玻璃继续加热至750-900℃，保温0.5-4h，进行晶化。该过程得益于成核阶段充分的热处理，微晶玻璃中析出了大量均匀的晶核，使晶化阶段可以快速析出大量分布均匀的纳米晶体，进而缩短晶化时间，节约能耗。通过控制热处理工艺，可使微晶玻璃中晶粒尺寸可控制在10～200nm范围内，以提高玻璃的力学性能和光学性能。由此，本技术的制备方法中的热处理可使玻璃能进行充分的核化和快速的晶化，并获得均匀分布的纳米晶晶体，以使微晶玻璃的透过率超过88％，且使微晶玻璃的弹性模量可超过140gpa。

84、在一种实现方式中，所述制备方法还包括：经第二次热处理后的微晶玻璃再依次经第一次离子交换处理和第二次离子交换处理的步骤；

85、所述第一次离子交换处理包括：将微晶玻璃置于第一熔盐内，在450～550℃下交换1～20h；所述第一熔盐包括如下重量百分比的组分：50～70wt％的硝酸钠、20～40wt％的硝酸钾、0～5wt％的硝酸锂、0.5～2wt％的氧化铝、0.5～2wt％的硅藻土、以及0.5～2wt％的三氧化二锑；

86、所述第二次离子交换处理包括：将微晶玻璃至于第二熔盐内，在480～600℃下交换0.5～20h；所述第二熔盐包括如下重量百分比的组分：50～70wt％的硝酸钾、20～40wt％的硝酸钠、0～5wt％的硝酸铯、0.5～2wt％的氧化铝、0.5～2wt％的硅藻土、0.5～2wt％的三氧化二锑、以及0.5～2wt％的氢氧化钾。

87、本技术的制备方法中，通过离子交换进行化学强化，可进一步提高玻璃的力学性能。经离子交换后的微晶玻璃，其应力层深度超过120μm、cs50大于200mpa，ct.av大于100mpa，张应力线密度大于1.5×104mpa/mm，落球冲击高度大于0.2j，整机跌落高度超过1.8m。

88、第四方面，本技术提供一种显示屏，该显示屏包括本技术的钇铝硅玻璃，或，利用本技术的制备方法获得的钇铝硅玻璃。

89、第五方面，本技术提供一种结构件，该结构件包括本技术的钇铝硅玻璃，或，利用本技术的制备方法获得的钇铝硅玻璃。本技术的结构件除可包括本技术的钇铝硅玻璃外，还可包括封装框体、封装壳体等用于固定钇铝硅玻璃的元件。

90、第六方面，本技术提供一种电子设备，该电子设备包括本技术的显示屏或本技术的结构件。

91、上述第四方面至第六方面可以达到的技术效果，可以参照上述第一方面中的相应效果描述，这里不再重复赘述。

92、其中，本技术上述各可能实现方式中的数据，例如各组分的质量占比、晶粒尺寸、弹性模量、压应力、张应力等数据，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本技术所限定的范围内。