一种具有梯度钠分布的低雾度高强度玻璃及其制备方法与应用与流程

本发明属于玻璃，具体涉及一种具有梯度钠分布的低雾度高强度玻璃及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着消费电子、智能显示及车载交互等行业的快速发展，盖板玻璃作为人机交互的第一界面，被要求同时具备高可见光透过率、低雾度、优异的抗冲击性能及表面耐候性。

2、在主流的钠钙硅及铝硅酸盐盖板玻璃体系中，通常需要引入较高含量的碱金属氧化物以降低熔化温度并改善成形性能。然而，玻璃体相中过量的na离子在后续加工过程中容易发生迁移并在表面富集，与环境中二氧化碳、水反应，形成碳酸钠等碱性腐蚀产物，表现为玻璃表面的白色斑点或均匀白雾，导致雾度升高、透光率下降，严重影响显示效果。

3、为解决上述问题，现有技术通常采用降低玻璃整体na2o含量的方案，以减少可迁移离子源。但盖板玻璃的化学强化机理依赖于na离子与熔盐中k离子的离子交换，在玻璃表面形成高压应力层；na2o含量的整体降低会显著削弱离子交换驱动力，导致强化后表面压应力和应力层深度不足，抗跌落、抗冲击性能下降。因此，在现有盖板玻璃技术中，高化学稳定性与高机械强度之间存在难以兼顾的本质矛盾。

4、专利cn115572048b仅聚焦于超白光伏玻璃，在摊平抛光区通过上下表面冷却匹配抑制fe-sn电化学反应，只能被动减少fe2+红外吸收，无法触及高铝盖板玻璃的核心痛点。其调控局限于宏观冷却速率，既不能构建|k1/k2|≥3的钠离子梯度，也无锆系组分钉扎，因此完全无法解决高钠强化必起雾的矛盾。

5、针对这个矛盾，部分现有技术尝试通过表面镀疏水膜、优化清洗工艺等后道手段加以缓解，但这些方案属于被动防护，不仅增加制程复杂度与成本,且耐磨损、耐候性有限。

6、为此，亟需一种能够在不牺牲化学强化性能的前提下抑制表面白雾缺陷的盖板玻璃及其制备方法。

技术实现思路

1、本技术提供一种具有梯度钠分布的低雾度高强度玻璃及其制备方法与应用，解决了现有盖板玻璃因体相钠离子迁移导致表面白雾、雾度升高，且单纯降低钠离子含量又会削弱化学强化效果，造成表面压应力与应力层深度不足的难以兼顾低雾度与高强度的技术矛盾。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种具有梯度钠分布的低雾度高强度玻璃，其包含按质量百分比的以下氧化物,sio2：58%-63%，al2o3：13%-20%，na2o：12.0%-15.5%，mgo：3.5%-7%，zro2：0.3%-1.2%，k2o：3%-7%，y2o3：0%-0.5%，并且设zro2与y2o3的质量百分比之和为b，na2o与k2o的质量百分比之和为c，满足b=0.5%-1.2%，c=15%-22%，且zro2的质量百分比/b≥0.8，na2o的质量百分比/c≥0.6。

4、c=(na2o+k2o)=15%-22%与na2o/(na2o+k2o)≥0.6共同确立了化学强化的物质基础。将总碱量c限定在15%-22%的相对高位，确保玻璃体相储备充足的碱金属离子，这是后续离子交换过程中产生高压应力和深应力层的基础；规定na2o占比不低于60%，是为了优先保障离子半径较小、迁移速率更快的na离子作为交换主力，利用k2o调节熔体流变性能而不抢占交换位点的策略，实现了强化效率的最大化。

5、b=(zro2+y2o3)=0.5%-1.2%与zro2/(zro2+y2o3)≥0.8构成了抑制表面白雾的结构屏障。zro2和y2o3作为高场强氧化物，通过增强玻璃结构的致密性和化学惰性，物理性地阻碍体相na离子的自由迁移。b值限定在0.5%-1.2%是为了在不牺牲熔制透明度的前提下，提供足够的结构锚定点。zro2/(zro2+y2o3)≥0.8这一阈值，它强调了zro2的主导地位：相比于y2o3，zro2具有更强的极化能力和更优的填充效应，能更有效地封堵网络空隙，形成致密的扩散阻挡层，从而从源头上切断了na离子向表面富集并与环境反应生成碳酸盐白雾的路径。

6、至于sio2与al2o3，它们构成了铝硅酸盐骨架，al离子通过电荷补偿机制将na离子束缚在网络节点上，使其在常态下稳定、在强化时释放。mgo则作为助熔剂和析晶抑制剂，确保玻璃在浮法成型过程中的稳定性。

7、进一步实施例中，所述玻璃空气面表层具有钠离子梯度分布，在距离空气面0-5μm厚度范围内，钠离子浓度随深度增加呈近似线性衰减，拟合斜率为k1；在距离空气面5-10μm厚度范围内，钠离子浓度随深度增加呈近似线性衰减，拟合斜率为k2；|k1/k2|大于等于3。

8、在极表层0-5μm强制富集钠离子形成陡坡k1，而在次表层5-10μm利用硬化网络锁住离子形成缓坡k2。|k1/k2|≥3的构建了单向通道，k1确保化学强化时有充足的钠源置换钾离子，实现高强度；平缓的k2则拉长体相钠向外迁移的扩散路径，阻断白雾生成，从而在同一结构上兼顾了高cs与低雾度。

9、第二方面，本技术提供一种制备上述所述玻璃的方法，包括以下步骤：将原料混合熔制成玻璃液，送入浮法锡槽成型，所述锡槽沿玻璃带行进方向依次分为摊平抛光区、徐冷区前段、徐冷区后段、拉薄区前段、拉薄区后段和冷却区；定义a区为所述徐冷区后段与所述拉薄区前段的组合区域，控制玻璃液在所述a区的工艺参数，温度为850℃-780℃，玻璃粘度为log10(η)＝4.5-5.5pa.s，停留时间为2.5min-4.5min。

10、进一步实施例中，在拉薄区采用拉薄比为1:2至1:3的双向展薄顺八字排布工艺进行强制拉薄，以诱导玻璃带表面产生特定的剪切流场。

11、a区850℃-780℃，logη=4.5-5.5。在此状态下，玻璃液既拥有足够的流动性允许离子迁移，又具备一定的结构刚性以响应流场作用。配合1:2至1:3的双向展薄顺八字排布，在玻璃带空气面表层诱导出强剪切流场，像泵一样将体相中的na离子强行驱赶至极表层，并利用后续冷却瞬间冻结这种非平衡状态，从而形成目标钠梯度。

12、实现了梯度结构的构建，a区参数决定了梯度形成的热力学驱动力，双向拉薄提供了动力学条件。这种组合不仅避免了单纯依靠降温速率控制带来的结构应力，还确保了|k1/k2|≥3的陡峭度，为最终产品同时获得高cs（强化性能）和低雾度（抗析出性能）提供了工艺保障。

13、在一个实施例中，所述玻璃由以下氧化物按质量百分比组成,sio2：58%-63%，al2o3：13%-20%，na2o：12.0%-15.5%，mgo：3.5%-7%，zro2：0.3%-1.2%，k2o：3%-7%，y2o3：0%-0.5%，并满足b=(zro2+y2o3)=0.5%-1.2%，c=(na2o+k2o)=15%-22%，zro2/(zro2+y2o3)≥0.8，na2o/(na2o+k2o)≥0.6。

14、参数b指氧化锆与氧化钇的质量百分比之和，无硼元素相关指代，玻璃体系中不额外添加b2o3等含硼组分；参数c专指氧化钠与氧化钾的质量百分比之和，无碳元素相关指代，玻璃制备原料及成品中无额外游离碳、碳化物等含碳组分。

15、进一步实施例中，所述玻璃液在摊平抛光区的温度为1065℃至996℃，粘度为102.7至103.2pa.s，以保证玻璃液充分摊平及抛光；在拉薄区的温度为780℃至710℃，粘度为105.0至106.5pa.s，以实现稳定减薄；在冷却区的温度低于700℃，粘度大于107pa.s，以使玻璃带完全硬化并冻结微观结构。

16、进一步实施例中，所述徐冷区前段的降温速率为4-8℃/min；所述徐冷区后段的降温速率为2-4℃/min；所述a区的降温速率≤3℃/min。

17、本技术通过精准的分区温控与梯度降温策略，为钠离子梯度结构的形成提供了最佳的热力学与流变学环境。摊平抛光区1065℃-996℃，logη=2.7-3.2利用高温低粘特性，确保玻璃液在锡液上充分铺展与镜面抛光，消除初始表面缺陷；拉薄区780℃-710℃，logη=5.0-6.5将粘度提升至适宜拉伸的区间，在保证板宽稳定的同时，配合双向展薄工艺施加剪切力；冷却区执行快速淬火，防止梯度松弛。

18、配套了降温速率。徐冷区前段4-8℃/min的快速降温旨在迅速跨越脆性温度区，避免析晶；徐冷区后段2-4℃/min开始减速，为进入核心调控区做准备；而a区降温速率≤3℃/min，确保了玻璃在logη=4.5-5.5的高敏感区间内停留足够时间，既允许剪切流场驱动na离子向表层定向迁移，又避免因温降过快导致粘度激增而锁死离子通道。这种高温快冷、核心慢冷、末端急冷的节奏，控制了离子迁移与结构固化的博弈过程，是实现|k1/k2|≥3陡峭梯度的工艺保障。

19、进一步实施例中，玻璃带出退火窑后依次经过切裁、磨边、清洗，得到原片玻璃，再进行离子交换处理制得化学强化制品；所述离子交换处理采用高纯kno3熔盐，处理温度为380℃-440℃，处理时间为4h-8h。

20、进一步实施例中，玻璃带自锡槽出口进入退火窑，所述退火窑沿玻璃带行进方向依次设为均热区、保温区、慢冷区和快冷区；其中所述均热区的温度比锡槽出口温度低5-15℃，玻璃带在均热区的驻留时间为1.0-1.5min；所述慢冷区的降温速率为2-3℃/min。

21、进一步实施例中，所述保温区的温度为600℃-620℃，玻璃带在保温区的驻留时间为2.0min-3.0min，以消除高温阶段产生的永久应力；所述快冷区的降温速率不低于10℃/min，且玻璃带在快冷区的出口温度低于100℃。

22、均热温度比锡槽出口低5-15℃，停留1.0-1.5分钟。避免温度骤降，而是给玻璃平缓的温度过渡，防止其内外冷热不均产生缺陷。接着进入保温区，在600-620℃停留2-3分钟，该温度范围有助于消除永久应力，相当于对玻璃进行热处理，将成型时积攒的顽固内应力释放，改善玻璃的易碎性，提升强度。

23、到了慢冷区，控制2-3℃/min的降温速率，从而安全地跨过玻璃的应变点，避免玻璃炸裂。最后快冷区以不低于10℃/min的降温速率降温至100℃以下。该过程相当于趁热定型，由于该阶段的玻璃已经成型，快速降温能牢牢锁死微观结构，避免其内部的钠离子迁移或发生结构松弛，确保|k1/k2|≥3的理想梯度能原封不动地保留至最终产品中。

24、第三方面，提供一种电子设备盖板，由上述所述的玻璃制备，或通过上述所述的方法制备的玻璃制备，并经化学强化处理。

25、本技术通过组分限定与浮法工艺的创新，实现了盖板玻璃低雾度与高强度的兼得，通过高碱含量与高锆掺杂b=0.5%-1.2%，zro2占比≥0.8的巧妙平衡，在体相储备了充足的离子交换源，又利用锆基网络钉扎效应阻断了钠离子的表面析出路径；通过精准定义a区850℃-780℃，logη=4.5-5.5的温黏窗口与双向展薄剪切流场，诱导出|k1/k2|≥3的陡峭钠梯度结构，配合分区退火与急速冷却，将高表面压应力cs≥800mpa与极低雾度≤0.26%稳定锁定。该技术在不牺牲化学强化性能的前提下，解决了传统高铝玻璃因钠离子迁移导致的表面白雾缺陷，同时提升了4pb抗折强度与维氏硬度，为消费电子及车载显示提供了一种兼具优异光学性能、力学性能及耐候性的高端盖板解决方案。