一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微晶玻璃技术领域，提出了一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，包括：主晶相，质量含量为30～60％，为硅碱钙石，次晶相，质量含量为5～10％，为硬硅钙石、氟化钙中的一种或两种，其余为玻璃相；以质量百分含量计，包括以下组分：50～63％SiO

【技术实现步骤摘要】
一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃及其制备方法
本专利技术涉及微晶玻璃
，具体的，涉及一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃及其制备方法。
技术介绍
随着5G时代的到来，作为重要的通讯工具智能手机已成为必不可少的部分，而玻璃/玻璃陶瓷材料是这些电子器件中不可或缺的部件之一。众所周知，目前通用的铝硅酸盐高强玻璃在智能手机盖板材料上占有非常重要的地位，而手机背板同样作为重要构件对手机起到防护。近年来，5G通讯和无线充电技术的需求，为降低以往金属材料背板产生的电磁屏蔽效应，高强度玻璃/微晶玻璃材料被视为手机后盖材料的有力竞争。由于背板对光学性能没有要求，重点关注的是力学性能和电学性能。氧化锆陶瓷可做手机背板，但其硬度高，加工极其困难，大大降低了其作为手机背板时的生产效率和良品率。相比之下，玻璃/微晶玻璃在制备方法和工艺上容易实现，且高断裂韧性微晶玻璃硬度较低，容易加工成型，因此更适合用作手机背板。但是玻璃材料的结构特点使其具有较大的脆性，断裂韧性一般为0.7MPa·m1/2左右，不强化4PB强度一般为80～110MPa左右，强化后可以达到700MPa左右，但是仍然比较脆，耐摔性能不够，手机跌落时破裂的可能性比较大。因此，如何提高玻璃断裂韧性成为研究重点。目前提高玻璃材料的强度的主要途径就是采用化学强化的方法使玻璃表面形成比较大的压应力层和大的应力层深度，从而增加玻璃的抗弯强度和冲击强度。现在几大玻璃公司在设计玻璃组成时往往要结合化学强化，即组成要适合一步或二步或多步法化学强化法。例如玻璃组成同时引入Na和Li，在强化时用KNO3和NaNO3的混合熔盐，Na离子和Li离子快速交换，且交换深度很大，K离子与Na离子交换，可以大大的增大表面压缩应力，这样结合可以得到深的DOL和大的CS，能有效的控制玻璃表面裂纹的扩展，从而使玻璃强化和冲击及跌落性能明显改善。但是，由于化学强化后的压应力层深度往往只有75-150μm左右，一旦玻璃表面的微裂纹突破这一压应力层深度，裂纹就会迅速在玻璃内扩展，造成玻璃碎裂。研究和实践均表明，造成裂纹迅速扩展的根本原因是玻璃的断裂韧性太低，现有手机面板玻璃的断裂韧性仅为0.69MPa·m1/2左右，这也是一个常规玻璃的断裂韧性数值，这种断裂韧性不能有效阻止裂纹在玻璃内的扩展。因此，如果有一种材料及可以有效的化学强化同时具有足够大的断裂韧性值，那么就可以十分有效阻碍裂纹在玻璃内部的开展，进而大大降低了破碎的风险。氧化锆陶瓷可做手机背板，但其硬度高，加工极其困难，大大降低了其作为手机背板时的生产效率和良品率。目前公开的专利和学术论文大多数都着重于研究化学强化法对玻璃表面压应力大小以及表面压应力层深度的影响，而忽略了玻璃的断裂韧性，仅有少数公开专利提及作为手机背板的玻璃的断裂韧性或玻璃材料断裂韧性高而不适合化学强化的问题。如果玻璃材料适合化学强化而断裂韧性低或玻璃材料断裂韧性高而不适合化学强化均难满足耐摔的要求性能。CN110357438A提到一种多晶相微晶玻璃，主晶相为硅碱钙石，但该类微晶玻璃，虽有较高的断裂韧性，但是不适于化学强化，主要用于建筑装饰材料。CN104176938A涉及一种断裂韧性较高的微晶玻璃材料，主晶相为氟硅钙钠石为主晶相(NaCa2<Si2O5>2F)，主要用于建筑装饰，组成不适于化学强化。
技术实现思路
本专利技术提出一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃及其制备方法，解决了现有技术中微晶玻璃不能同时具备断裂韧性和化学强化性的问题。本专利技术的技术方案如下：一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，包括：主晶相，质量含量为30～60％，为硅碱钙石；次晶相，质量含量为5～10％，为硬硅钙石、氟化钙中的一种或两种；其余为玻璃相。作为进一步的技术方案，所述的一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，以质量百分含量计，包括以下组分：50～63％SiO2、1～5％Al2O3、15～20％CaO、6～12％Na2O、2～6％K2O、3～5％Li2O、3～6％CaF2、0～2％TiO2、1～3％ZrO2、0～3％Y2O3、3～7％B2O3、0～3％P2O5、0.1～0.5％Sb2O3。作为进一步的技术方案，所述的手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，基础玻璃组成含有3-5％的Li2O，且Li2O/(Na2O+K2O)的质量比为1/4～1/2。作为进一步的技术方案，所述的手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，F以CaF2的形式引入，作为主要晶核剂，TiO2+ZrO2作为次要晶核剂，且TiO2+ZrO2含量总和小于CaF2含量。作为进一步的技术方案，所述的手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，以质量百分含量计，包括以下组分：52～63％SiO2、1.5～4.5％Al2O3、15～19％CaO、11～18％Na2O+K2O+Li2O、3～6％CaF2、1～5％TiO2+ZrO2、0～5％B2O3+P2O5、0.5～3％Y2O3、0.1～0.5％Sb2O3。作为进一步的技术方案，所述的手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，以质量百分含量计，包括以下组分：SiO258.9％、Al2O32.8％、CaO16.5％、Na2O+K2O+Li2O11.5％、CaF24％、TiO2+ZrO21.2％、B2O3+P2O53.8％、Y2O30.8％、0.5％Sb2O3。本专利技术还提出一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：S1、制备基础玻璃：称料，1350～1450℃保温6～12小时熔化；S2、成形、退火、冷加工；S3、低温核化、高温晶化；S4、化学强化。作为进一步的技术方案，所述步骤S3中，低温核化温度为500℃～650℃，保温时间为0.5～12h，高温晶化温度为730℃～950℃，保温时间为0.5～12h。作为进一步的技术方案，所述步骤S4化学强化通过一步或二步离子交换，利用含有钾、钠或铯的盐，所述盐包括硝酸钾、硝酸钠、硝酸铯三者中的一种或多种，微晶玻璃在350～480℃的复合熔化盐浸泡0.5～24小时。作为进一步的技术方案，通过低温核化和高温晶化的热处理过程，微晶玻璃的晶体总含量在40-70％之间，微晶玻璃断裂韧性为1.8～3.0M·Pam1/2。本专利技术各组分的作用分析如下：SiO2：控制在50wt％～63wt％之间。SiO2作为玻璃主要网络形成物，可提高玻璃强度、弹性模数、硬度及化学稳定性，同时增加脆性、粘度和软化点。如含量低于50wt％，制备的玻璃容易分相，化学稳定性差；如果SiO2含量过高，超过70wt％，则会导致熔化温度过高，熔化困难，对后期成形工艺产生影响。Al2O3：Al2O3是非常重要的网络中间体，有利于改善玻璃结构，提高微晶玻璃强度、弹性模量、硬度和耐久性。用[AlO4]代替SiO2以后，分子体积增加，结构网络空隙提高，促进离子交换。但在本玻璃体系中，过多的氧化铝对晶体的析出不利，抑制或在析晶过程中有晶相转变的存在，得不到所需要的晶体，达不到设计的目的，同时会影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，其特征在于，包括：/n主晶相，质量含量为30～60％，为硅碱钙石；/n次晶相，质量含量为5～10％，为硬硅钙石、氟化钙中的一种或两种；/n其余为玻璃相。/n

【技术特征摘要】
1.一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，其特征在于，包括：
主晶相，质量含量为30～60％，为硅碱钙石；
次晶相，质量含量为5～10％，为硬硅钙石、氟化钙中的一种或两种；
其余为玻璃相。


2.根据权利要求1所述的一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，包括以下组分：50～63％SiO2、1～5％Al2O3、15～20％CaO、6～12％Na2O、2～6％K2O、3～5％Li2O、3～6％CaF2、0～2％TiO2、1～3％ZrO2、0～3％Y2O3、3～7％B2O3、0～3％P2O5、0.1～0.5％Sb2O3。


3.根据权利要求2所述的一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，其特征在于，基础玻璃组成含有3-5％的Li2O，且Li2O/(Na2O+K2O)的质量比为1/4～1/2，所述的微晶玻璃是由所述的基础玻璃制备而成。


4.根据权利要求2所述的一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，其特征在于，F以CaF2的形式引入，作为主要晶核剂，TiO2+ZrO2作为次要晶核剂，且TiO2+ZrO2质量含量总和小于CaF2含量。


5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种手机背板用高断裂韧性微晶玻璃，其特征在于，以质量百分含量计，包括以下组分：52～63％SiO2、1.5～4.5％Al2O3、15～19％CaO、11～18％Na2O+K2O+Li2O、3～6％CaF2、1～5％TiO2+ZrO2、0～5％B2O3+P2O5、0.5～3％Y2O3、0....

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志钢，袁坚，郑伟宏，杜晓欧，张茂森，刘皓，薛瑞峰，史连莹，陈晖，
申请(专利权)人：河北省沙河玻璃技术研究院，武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13