本發(fā)明屬于浮法玻璃生產技術領域，具體為一種低鐵、超白、超高鋁的玻璃及其制備方法和應用。
背景技術：
蓋板是電容式觸摸屏最外層起保護作用的一層玻璃材質，由于直接與外界接觸，除了表面光潔度、厚度等參數(shù)要求外，高硬度、抗壓、耐刮等屬性更決定了蓋板品質的高低。而玻璃蓋板相對于其它材質的蓋板如普通鈉鈣玻璃、中低鋁硅酸鹽玻璃在這些重要參數(shù)上優(yōu)勢明顯，因此，逐漸成為各觸控技術的主流保護方案。一般來說，觸控模組是由蓋板、傳感器模塊、液晶面板三部分進行貼合而成。目前電容觸摸屏解決方案仍是多種技術并存，薄膜和玻璃兩大陣營分食觸控市場，但是無論薄膜方案(GF、GF2等)還是玻璃(GG、OGS等)方案，玻璃蓋板都是重要的組成部件。蓋板玻璃的強度、耐磨、耐刮擦要求較高，既要保證蓋板的超薄度還要考慮其強度，這對于浮法技術來說是一個技術難題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的提供一種低鐵、超白、超高鋁的玻璃及其制備方法和應用，該玻璃具有較高的強度和表面硬度，耐磨耐刮劃性能，特別適合用作觸摸屏的蓋板玻璃。
為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種低鐵、超白、超高鋁的玻璃，包括按重量份計的以下成分：58-70份SiO2，15-23份Al2O3，10-14份Na2O，1-6份K2O，3-8份MgO，0.5-2份ZrO，0.006-0.015份Fe2O3，以及CeO2、Er2O3、CoO、Se各0.0005-0.03份。
優(yōu)選的方案中，所述成分還包括0.0005-0.03份Nd2O3。
優(yōu)選的方案中，包括按重量份計的以下成分：60-70份SiO2，15-22份Al2O3，11-13份Na2O，4-6份K2O，3-5份MgO，0.5-2份ZrO，0.006-0.015份Fe2O3，以及CeO2、Er2O3、CoO、Se各0.0005-0.03份。
進一步地，所述的成分中，包含60-65份SiO2，15-16份Al2O3，11-13份Na2O，3-5份K2O，3-5份MgO。
優(yōu)選的方案中，控制Na2O與Al2O3的摩爾比為0.9-1。
優(yōu)選的方案中，Na2O與K2O的之和占總成分的比例≥14wt％。
本發(fā)明還涉及制備所述的玻璃的方法，包括以下步驟：
1)按配比稱取成分，混合均勻，在1580-1680℃下保溫5-10h；進行熔化；
2)將熔制好的玻璃液降溫至1150-1350℃，進行成型，成型后進行退火處理，即可得到低鐵、超白、超高鋁的玻璃。
進一步地，在玻璃的制備過程中，設備或者工具避免使用含鐵產品。
本發(fā)明還涉及所述的玻璃在觸屏蓋板用玻璃中的應用。
本發(fā)明還涉及所述的玻璃在軍工或交通工具用玻璃中的應用。
如果玻璃中的鐵含量高，由于Fe2+和Fe3+在可見光區(qū)都能有選擇性的吸收而使玻璃著色，會影響玻璃品質。本發(fā)明提供的玻璃，由于控制了其鐵含量，制備低鐵浮法玻璃，具有高透過率，能夠達到超白的技術效果，另外，通過其他組分的合理配合，能夠確保玻璃的機械性能、化學穩(wěn)定性、表面張力和黏度等符合要求。
但是，由于降低玻璃中的鐵含量后，玻璃的透熱性能增加，吸熱性減弱，生產的單位能耗將增加，且玻璃液對流減弱，會增加其澄清的難度，因此，本發(fā)明在降低鐵含量的同事還需要解決澄清的難題，通過SiO2，Al2O3，Na2O，K2O，MgO，ZrO以及CeO2、Er2O3、CoO、Se進行配比，得到本發(fā)明的技術方案，得到真正的低鐵、超白和超高鋁的效果。
本發(fā)明的有益效果如下：
通過本發(fā)明中的配方制備出的玻璃，達到了提高熱膨脹系數(shù)的目的，同時避免了采用比重較大的含Ba、Sr的金屬來提高玻璃膨脹系數(shù)，且具低鐵、超鋁、高透過率的特點；MgO可以提高玻璃的硬度，降低高溫粘度，起助熔作用的同時還可以提高玻璃的穩(wěn)定性，降低玻璃的析晶溫度，MgO還可以提高玻璃的彈性模量，是堿土金屬的主要來源。本發(fā)明的配方中也降低了K+離子含量。經試驗測試后，強度和耐化學性能等均優(yōu)于普通玻璃，尤其化學強化時間短，強度高，提高了化學強化的效率。本發(fā)明采用硝酸鉀熔融液作為玻璃化學強化液，通過離子交換的方式在玻璃表面形成壓應力層，達到強化的目的，強化玻璃的強度比強化前提高5-10倍。
本發(fā)明提供的玻璃具有含鐵量極低、透過率較高、色調通透等特點，可制成0.2-6mm的玻璃原片，廣泛用于平板電腦、智能手機、GPS等各種平板顯示終端。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明。
一種低鐵、超白、超高鋁的玻璃，包括按重量份計的以下組分：58-70份SiO2，15-23份Al2O3，10-14份Na2O，1-6份K2O，3-8份MgO，0.5-2份ZrO，0.006-0.011份Fe2O3，以及CeO2、Er2O3、CoO、Se各0.0005-0.03份。
進一步地，所述成分還包括0.0005-0.03份Nd2O3。
本發(fā)明中的玻璃組分中引入最多的成分是SiO2,SiO2是構成玻璃骨架的必需成分，其含量越高，越能提高玻璃的耐化學性和機械強度，另一方面，由于具有提高粘度的傾向，所以SiO2含量太高，增加玻璃的高溫粘度，使玻璃難于熔化。本發(fā)明通過調整其含量得到合適的熔成溫度和液相線溫度，適合玻璃成型。
Al2O3是改善玻璃化學穩(wěn)定性的必要成分，可以抑制分相，提高化學強化特性。本發(fā)明引入15-23％的Al2O3，低于此范圍效果不明顯，高于此范圍液相線溫度顯著升高，不利于成型，需要調整合適的含量得到適合成型粘度。隨著Al2O3的含量增加將進一步提高玻璃化學強化后的壓應力值和離子交換深度，具有較高的抗跌落和抗劃傷性能，隨著鋁含量提高玻璃的粘度將增大，熔化產生產的氣泡和條紋將增多，玻璃難均化、氣泡不易排除和吸收，所要求的熔制溫度也較高，同時將調整其它原料的組合，將熔制溫度降低、粘度降低、利于玻璃的均化和氣泡的排除，優(yōu)選是15-18％。
Na2O是玻璃網絡外體氧化物，鈉離子居于玻璃結構網絡的空穴中。Na2O有提供游離氧使玻璃結構O/i比值增加，發(fā)生斷鍵，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助熔劑。在化學鋼化過程中Na2O主要是可以在玻璃表層與離子交換中的K+離子置換，使玻璃達到強化的目的。當Na2O與Al2O3的摩爾比接近1時，化學強化效率最高，強化后的玻璃強度也最高；當比值大于或小于1時，對化學強化過程不利。
氧化鉀K2O，是網絡外體氧化物，它在玻璃中的作用與Na2O相似。鉀離子的半徑比鈉離子的大，鉀玻璃的黏度比鈉玻璃大，能降低玻璃的析晶傾向，增加玻璃的透明度和光澤，氧化鉀常引入高級器皿玻璃，光學玻璃和電子玻璃中，引入氧化鉀后的能有效降低玻璃的表面張力，硬化速度較慢，操作范圍較長，有利于玻璃成型中的拉薄和積厚。引入氧化鉀的主要原料有碳酸鉀和硝酸鉀。K2O主要起助熔作用，且同時引入Na2O與K2O，通過混合堿效應，有助于降低黏度和提高玻璃的熔融性，如果引入過多的K2O,會阻礙離子交換速度，所以本發(fā)明選取1-6％的K2O，更優(yōu)選為3-5％?？刂芅a2O與K2O的總質量百分比不低于14％，通過堿金屬還可有效的調整玻璃的熱膨脹系數(shù)。
MgO堿土金屬主要是改善玻璃的高溫物理性能，能有效控制玻璃液的硬化速度和析晶性能，同時改善玻璃的熔化性能，起助熔作用。在成型工藝中控制硬化速度，以適應高速成型需求，即在較短時間內粘度加大變硬；控制析晶性能，降低玻璃的析晶溫度，防止玻璃液在冷卻過程中變成晶體而不透明或退火時炸裂。但是如果高于一定含量，可能會阻止離子交換過程中堿離子和移動。本發(fā)明優(yōu)選的范圍3-8％，可以抑制析晶。
ZrO2的相變能夠提高材料韌性的作用，實驗證明，在MgO-Al2O3-SiO2電子玻璃中添加部分穩(wěn)定超細粉氧化鋯后電子玻璃的韌性有很大的提高，基板的破損率有較大的降低。
CeO2做為變價氧化物為化學脫色劑，是借助于脫色劑的氧化作用，使玻璃被有機物沾污的黃色消除，以及使著色能力強的低價氧化物變?yōu)橹芰^弱的三價鐵氧化物(Fe2O3著色能力比FeO低10倍)，以便使用物理脫色法進一步使顏色中和，接近于無色，使玻璃的透光度增加。CeO2也可做為高溫澄清劑，高溫分解出氧，溫度越高分離出的氧越多，澄清作用越大。而氧的溶解度隨溫度升高而減小，將玻璃的小氣泡擴大，逸出液面，從而產生澄清排泡作用，在玻璃熔化過程中進行下列化學反應：2CeO3+O2—4CeO2；2CeO2—CeO3+(O)↑。
Nd2O3與Er2O3、是物理脫色劑，它在玻璃中呈現(xiàn)粉紅色及紅紫色，是黃綠色的補色，因此成為良好的物理脫色劑，其優(yōu)點是提高玻璃的透過率和折射率，使玻璃清澈明亮、超白超透。單獨使用也可以和非稀土原素組成使用。
如果采用CeO2、Nd2O3、Er2O3、CoO、Se做為脫色劑和著色劑，其含量各控制在0.0005-0.03％，配合熔窯溫度及氣氛調整。Se使玻璃著成淺玫瑰紅色與玻璃中的淺綠色互補，其會受到熔窯溫度及窯爐氣氛影響。CoO使玻璃生產藍色，與玻璃的淺黃色中和，CoO的脫色比較穩(wěn)定；
玻璃樣品主要制備步驟為：稱量-混合-熔融-攪拌澄清-均化-成型-退火-加工-性能測試。
制備所述的玻璃的方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)按配比稱取成分，混合均勻，在1580-1680℃下保溫5-10h；進行熔化；
2)將熔制好的玻璃液降溫至1150-1350℃，進行成型，成型后進行退火處理，即可得到低鐵、超白、超高鋁的玻璃。
進一步地，在玻璃的制備過程中，設備或者工具避免使用含鐵產品。
另外，混合料進行熔化時使用鉑銠坩堝，熔化過程中使用鉑金棒攪拌，幫助排出氣泡并使玻璃液澄清均化。對得到的玻璃樣品進行加工、研磨、拋光處理，最后對玻璃的基本理化性進行測試。理化性能測試包括密度、熱膨脹系數(shù)、液相線溫度、化學鋼化、光學性能等。
在制備過程中，全系統(tǒng)應降鐵、避鐵、除鐵、防鐵的措施。所有鋼倉、電子秤、混合機、溜管、轉運斗、受料倉、鏟車等全部安裝超高分子量PE板，以便將總鐵含量控制在0.0006-0.0015％。
制得的玻璃在可廣泛應用與觸屏蓋板用玻璃。如用于平板電腦、智能手機、GPS等各種平板顯示終端。也可在軍工或交通工具用玻璃中的應用。如汽車、動車、飛機、輪船的窗戶、光熱領域等。
以下提供幾組實施例，通過具體配比及性能測試結果進一步解釋說明本發(fā)明的方案，具體見表1。
表1
上述的實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術方案，而不應視為對于本發(fā)明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護范圍應以權利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案中技術特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內的等同替換改進，也在本發(fā)明的保護范圍之內。