一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1075694 A(43)申请公布日 2018.12.11

(21)申请号 201810946061.5(22)申请日 2018.08.20

(71)申请人 陕西科技大学

地址 710021 陕西省西安市未央区大学园

区陕西科技大学(72)发明人 郭宏伟　赵聪聪　殷海荣　童强　

王翠翠　陈平　乔荫颇　何选盟　(74)专利代理机构 西安智大知识产权代理事务

所 61215

代理人 王晶(51)Int.Cl.

C03C 6/06(2006.01)C03B 5/235(2006.01)C03B 19/02(2006.01)C03B 25/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页

()发明名称

一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法

(57)摘要

一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法，将石英砂，硼酐，氧化钇，锌，碳酸钙和氯化锡在混料机中混合得配合料；将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中于1500～1550℃保温后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中并升温至1550～1600℃降温至1400～1420℃得玻璃液，将炉温从1400～1420℃降温至1100℃的玻璃液倒入550℃的模具中得玻璃薄片；将玻璃薄片退火即得低粘度高硼硅玻璃；本发明所述的玻璃熔制温度低，能耗低，成本低，生产效率高，节能环保，适于低成本大批量生产，产品附加值高；能够在较低成型温度下采用溢流，引下，浮法等方法进行生产，社工年产效率比现有的玻璃组分提高5％以上。

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权　利　要　求　书

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1.一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)按质量分数取40～65％的石英砂，15～25％的硼酐，15～35％的氧化钇，1～5％的锌，1～3％的碳酸钙和0.1～0.5％的氯化锡；

步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中；然后，通过15～30min升温至1500～1550℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，并通过15～30min升温至1550～1600℃，保温240～420min后，通过30min将炉温从1550～1600℃降温至1400～1420℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌1～2h，搅拌过程中温度保持在1400～1420℃；

步骤4)通过30min将炉温从1400～1420℃降温至1100℃，并保温30min；步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的模具中，成形为厚度0.5～1mm的玻璃薄片；步骤6)将成形的玻璃薄片放入550～570℃退火炉中，保温30～60min；步骤7)按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。2.根据权利要求1所述的低粘度高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)的石英砂粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm。

3.根据权利要求1所述的低粘度高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤3)采用的铂金坩埚加入原料后加盖铂金坩埚盖。

4.根据权利要求1所述的低粘度高硼硅玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤5)所述的成形模具采用不锈钢，石墨或铜制成。

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一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法

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技术领域

[0001]本发明涉及一种高应变点玻璃的制备方法，具体为一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法。

背景技术

[0002]随着如今手机、平板电脑、PDA等电子产品的迅速普及，对高性能显示材料的需求也日益增长。显示器作为信息显示的终端，在信息社会建设中起着非常重要的作用。目前出现的显示器主要有TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)，PDP(Plasma Display Panel)以及OLED等。而LTPS-TFT-LCD显示器是当下市场占有最大的。[0003]低温多晶硅技术LTPS(Low Temperature Poly-silicon)最初是日本北美的技术企业为了降低Note-PC显示屏的能耗，令Note-PC显得更薄更轻而研发的技术，大约在九十年代中期这项技术开始走向试用阶段。由LTPS衍生的新一代有机发光面板OLED也于1998年正式走上实用阶段，它的最大优势在于超薄、重量轻、低耗电，可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像，具有高分辨率、反应速度快、高亮度、高开口率等优点。而开发一种具有抗划伤性和抗冲击性能的材料来对这些平板显示产品的屏幕表面十分重要。

[0004]CN102417301A公开了一种进行化学强化的高碱高铝硅酸盐玻璃组合物，该玻璃组合物适合于用浮法、溢流下拉等成型方法生产各种平板玻璃。所述玻璃经化学强化处理后，在玻璃表面形成的压应力在300MPa以上；压应力层的厚度在40μm以上，可作为显示产品屏幕表面保护用玻璃材料。该玻璃组合物以摩尔百分比表示包含：SiO2.5～73，Al2O36.5～11.5，B2O30～2，Na2O13～19，K2O0.3～1.2，MgO3.5～7.2，ZnO0.05～2.5，TiO20.05～1，Y2O30～0.6，Ga2O30～0.4，GeO20～1.2，SnO20～0.15。但其制得的玻璃应变点较小且熔制温度达到1650～1715℃，不利于大规模生产。

[0005]CN103269988A公开了一种制造适用于LTPS-TFT用的玻璃基板的方法。能够在不损害生产率的情况下，制造出具有能够抑制像素的间距偏差程度的热收缩率小玻璃基板。该方法包括以下步骤：(1)熔解步骤，以所制造的玻璃基板中SrO及BaO的质量百分比之和小于8，且该玻璃基板具有675℃以上的应变点的方式调合原料进行熔解；(2)成型步骤，通过溢流下拉法由熔解的熔解玻璃成型出玻璃带；(3)冷却步骤，对成型得到的玻璃带进行冷却。该方法中Al2O3的加入量高于10％，玻璃熔制粘度大，澄清困难，熔制温度高，时间长。[0006]CN200410010370.X提出了一种超薄玻璃生产中碎玻璃的使用方法，该方法是对于同一批次生料使用同一批次产出的碎玻璃，碎玻璃的用量为需生产玻璃总量的20-30％。该发明可避免因玻璃质量变动、碎玻璃使用等而引起的玻璃事故的发生。但是该方法所用碎玻璃的种类和来源比较大，对整个生产来说，不能起到有效的提高产品合格率的效果。[0007]旭硝子株式会社(CN105384335A.无碱玻璃)提供了一种具有高应变点、并且显示出可控的蚀刻速率的无碱玻璃的制备方法。本发明的无碱玻璃具有可控的蚀刻速率，应变点高，热膨胀系数低，比重低。该玻璃适合在中小型的LED、OLED、特别是移动终端、数码照相机、手机等便携式显示器的领域中使用。尽管该专利中玻璃的应变点可以高达730℃，但其

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熔制温度同样升高至1800℃，高的熔制温度对于传统的耐火材料和成型设备是不能达到要求的，其规模化生产受到极大。

[0008]CN101531458A及CN200610105211.7提供了一种生产无碱铍铈锌硼硅酸盐玻璃料配方。该玻璃在500～600nm的波长中，玻璃的光透过率大于96％；抗弯强度大于110MPa；热膨胀系数为29～39×10-7/℃；液相线温度低于1250℃，密度小于2.55g/cm3。玻璃适合平板显示器玻璃基板。该专利中所用的玻璃系统为无碱玻璃，膨胀系数低。但是不能用于薄板玻璃的化学强化，玻璃的强度达不到化学钢化玻璃使用的强度和硬度要求。

[0009]CN1043266A公开了一种含有氧化锗和氧化稼的铝硅酸盐玻璃的制备方法。所述的玻璃中各化学组分的质量分数含量限定为SiO250～70％，Al2O310～25％，Na2O10～20％，K2O0～3％，B2O30～5％，GeO21～5％，GaO20.1～3％，SnO20～0.2％。利用该配方通过在高碱铝硅酸盐玻璃中加入一定量的氧化锗和氧化稼，再通过溢流下拉法生产的玻璃基板，经化学强化处理后的强化玻璃基板具有高的机械强度，且玻璃基板难以挠曲、良好的耐化学性、低密度、适宜的膨胀系数、高的杨氏模量，可作为显示产品的屏幕表面保护用玻璃材料。该方法所生产的玻璃碱金属含量高应变点低于550℃，加入的GaO2和GeO2含量较低，完全起不到改善玻璃应变点的效果。

[0010]CN201280006759.X和CN201380006811.6太阳能电池用玻璃基板及使用该玻璃基板的太阳能电池。该专利所用的玻璃组分含有如下成分：60～75％的SiO2、1～7.5％的Al2O3、0～1％的B2O3、8.5～12.5％的MgO、1～6.5％的CaO、0～3％的SrO、0～3％的BaO、0～3％的ZrO2、0～3％的TiO2、1～8％的Na2O、2～12％的K2O；MgO+CaO+SrO+BaO为10～24％、Na2O+K2O为5～15％、MgO/Al2O3为1.3以上、(2Na2O+K2O+SrO+BaO)/(Al2O3+ZrO2)为3.3以下、Na2O/K2O为0.2～2.0、Al2O3≥-0.94MgO+11、CaO≥-0.48MgO+6.5；玻璃化温度为0℃以上，50～350℃下的平均热膨胀系数为70×10-7～90×10-7/℃，粘度达到104dPa·s时的温度(T4)为1230℃以下，粘度达到102dPa·s时的温度(T2)为1650℃以下，所述T4和失透温度(TL)的关系为T4-TL≥-30℃，密度为2.7g/cm3以下。藉此，能够提供平衡性良好地满足高发电效率和高玻璃化温度、规定的平均热膨胀系数、高玻璃强度、低玻璃密度、平板玻璃生产时的熔化性、成形性、防失透特性的CIGS太阳能电池用玻璃基板及使用该玻璃基板的太阳能电池。所属专利含有大量难容的ZrO2和Al2O3，熔制温度高，玻璃的透光性能较差。发明内容

[0011]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种澄清粘度低，熔制温度低，熔化效率高，膨胀系数低，机械强度高的低粘度高硼硅玻璃的制备方法。[0012]本发明是通过以下技术方案来实现：[0013]一种低粘度高硼硅玻璃的制备方法，包括以下步骤：[0014]步骤1)按质量分数取40～65％的石英砂，15～25％的硼酐，15～35％的氧化钇，1～5％的锌，1～3％的碳酸钙和0.1～0.5％的氯化锡；[0015]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0016]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中；然后，通过15～30min升温至1500～1550℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中，并通过15～

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30min升温至1550～1600℃，保温240～420min后，通过30min将炉温从1550～1600℃降温至1400～1420℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌1～2h，搅拌过程中温度保持在1400～1420℃；

[0017]步骤4)通过30min将炉温从1400～1420℃降温至1100℃，并保温30min；[0018]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的模具中，成形为厚度0.5～1mm的玻璃薄片；[0019]步骤6)将成形的玻璃薄片放入550～570℃退火炉中，保温30～60min；[0020]步骤7)按照1～3℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。[0021]所述的步骤1)的石英砂粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm。[0022]所述步骤3)采用的铂金坩埚加入原料后加盖铂金坩埚盖。[0023]所述的步骤5)所述的成形模具采用不锈钢，石墨或铜制成。[0024]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：[0025]本发明在满足电子基板玻璃电性能要求的条件下，玻璃的熔制温度低，熔化效率高，玻璃成型时粘度低，成型温度宽泛，成型性能良好。本发明在满足玻璃透光率，电阻率，膨胀系数，机械强度等性能的条件下，玻璃熔制澄清温度比其他方法低100～200℃，熔制效率提高约10％以上。本发明所述的玻璃熔制温度低，能耗低，成本低，生产效率高，节能环保，适于低成本大批量生产，产品附加值高；能够在较低成型温度下采用溢流，引下，浮法等方法进行生产，社工年产效率比现有的玻璃组分提高5％以上。具体实施方式

[0026]下面结合具体实施方式对本发明做详细叙述。[0027]实施例1

[0028]本实施例包括以下步骤：

[0029]步骤1)按质量分数取45％的粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm石英砂，25％的硼酐，25％的氧化钇，3％的锌，1.5％的碳酸钙和0.5％的氯化锡；[0030]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0031]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖；然后，通过30min升温至1500℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖，并通过30min升温至1600℃，保温240min后，通过30min将炉温从1600℃降温至1400℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌2h，搅拌过程中温度保持在1400℃；[0032]步骤4)通过30min将炉温从1400℃降温至1100℃，并保温30min；[0033]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的不锈钢模具中，成形为厚度1mm的玻璃薄片；

[0034]步骤6)将成形的玻璃薄片放入570℃退火炉中，保温60min；[0035]步骤7)按照1℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。

[0036]按照GB/T4340.1-1999标准测试低粘度高硼硅玻璃的维氏硬度为680kg/mm2；通过ASTM C-693标准测量低粘度高硼硅玻璃的密度为2.58g/cm3。按照ASTMC-336标准使用ANS-800型仪器测得低粘度高硼硅玻璃的应变点温度为0℃；通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为50.6×10-7/℃，膨胀转变温度为658.1℃，膨胀软化温度为

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683.7℃。

[0037]实施例2

[0038]本实施例包括以下步骤：

[0039]步骤1)按质量分数取55％的粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm石英砂，15％的硼酐，25.5％的氧化钇，1％的锌，3％的碳酸钙和0.5％的氯化锡；[0040]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0041]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖；然后，通过20min升温至1550℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖，并通过30min升温至1600℃，保温360min后，通过30min将炉温从1600℃降温至1400℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌2h，搅拌过程中温度保持在1400℃；[0042]步骤4)通过30min将炉温从1400℃降温至1100℃，并保温30min；[0043]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的石墨模具中，成形为厚度1mm的玻璃薄片；[0044]步骤6)将成形的玻璃薄片放入570℃退火炉中，保温60min；[0045]步骤7)按照2℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。

[0046]按照GB/T4340.1-1999标准测试低粘度高硼硅玻璃的维氏硬度为690kg/mm2；通过ASTM C-693标准测量低粘度高硼硅玻璃的密度为2.55g/cm3。按照ASTMC-336标准使用ANS-800型仪器测得低粘度高硼硅玻璃的应变点温度为670℃；通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为49.2×10-7/℃，膨胀转变温度为668.1℃，膨胀软化温度为695.℃。

[0047]实施例3

[0048]本实施例包括以下步骤：

[0049]步骤1)按质量分数取65％的粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm石英砂，15％的硼酐，15％的氧化钇，3％的锌，1.7％的碳酸钙和0.3％的氯化锡；[0050]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0051]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖；然后，通过15min升温至1530℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖，并通过20min升温至1580℃，保温300min后，通过30min将炉温从1580℃降温至1400℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌1.5h，搅拌过程中温度保持在1400℃；[0052]步骤4)通过30min将炉温从1400℃降温至1100℃，并保温30min；[0053]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的铜模具中，成形为厚度0.6mm的玻璃薄片；[00]步骤6)将成形的玻璃薄片放入560℃退火炉中，保温40min；[0055]步骤7)按照2℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。

[0056]按照GB/T4340.1-1999标准测试低粘度高硼硅玻璃的维氏硬度为690kg/mm2；通过ASTM C-693标准测量低粘度高硼硅玻璃的密度为2.68g/cm3。按照ASTMC-336标准使用ANS-800型仪器测得低粘度高硼硅玻璃的应变点温度为690℃；通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为47×10-7/℃，膨胀转变温度为701.1℃，膨胀软化温度为755.1℃。

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实施例4

[0058]本实施例包括以下步骤：

[0059]步骤1)按质量分数取57％的粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm石英砂，20％的硼酐，18％的氧化钇，2.5％的锌，2％的碳酸钙和0.5％的氯化锡；[0060]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0061]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖；然后，通过22min升温至10℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖，并通过22min升温至1560℃，保温320min后，通过30min将炉温从1560℃降温至1410℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌1h，搅拌过程中温度保持在1410℃；[0062]步骤4)通过30min将炉温从1410℃降温至1100℃，并保温30min；[0063]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的不锈钢模具中，成形为厚度0.8mm的玻璃薄片；

[00]步骤6)将成形的玻璃薄片放入565℃退火炉中，保温50min；[0065]步骤7)按照1.5℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。

[0066]按照GB/T4340.1-1999标准测试低粘度高硼硅玻璃的维氏硬度为720kg/mm2；通过ASTM C-693标准测量低粘度高硼硅玻璃的密度为2.63g/cm3。按照ASTMC-336标准使用ANS-800型仪器测得低粘度高硼硅玻璃的应变点温度为690℃；通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为46.6×10-7/℃，膨胀转变温度为698.1℃，膨胀软化温度为733.1℃。

[0067]实施例5

[0068]本实施例包括以下步骤：

[0069]步骤1)按质量分数取59.5％的粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm石英砂，15％的硼酐，20％的氧化钇，2.5％的锌，2.5％的碳酸钙和0.5％的氯化锡；

[0070]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0071]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖；然后，通过26min升温至1550℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖，并通过15min升温至1600℃，保温420min后，通过30min将炉温从1600℃降温至1420℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌2h，搅拌过程中温度保持在1420℃；[0072]步骤4)通过30min将炉温从1420℃降温至1100℃，并保温30min；[0073]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的铜模具中，成形为厚度1mm的玻璃薄片；[0074]步骤6)将成形的玻璃薄片放入550℃退火炉中，保温30min；[0075]步骤7)按照3℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。

[0076]按照GB/T4340.1-1999标准测试低粘度高硼硅玻璃的维氏硬度为695kg/mm2；通过ASTM C-693标准测量低粘度高硼硅玻璃的密度为2.66g/cm3。按照ASTMC-336标准使用ANS-800型仪器测得低粘度高硼硅玻璃的应变点温度为680℃；通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为48.1×10-7/℃，膨胀转变温度为699℃，膨胀软化温度为745℃。

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实施例6

[0078]本实施例包括以下步骤：

[0079]步骤1)按质量分数取40％的粒度大于50目，且石英砂中三氧化二铁的含量小于50ppm石英砂，18.9％的硼酐，35％的氧化钇，5％的锌，1％的碳酸钙和0.1％的氯化锡；[0080]步骤2)将步骤1)的原料依次放入混料机中，混合至均匀度大于99％后形成配合料；

[0081]步骤3)将配合料的一半加入已经升温至1450℃的铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖；然后，通过25min升温至1520℃，并保温30min后，再将剩余配合料加入铂金坩埚中加盖铂金坩埚盖，并通过26min升温至1550℃，保温280min后，通过30min将炉温从1550℃降温至1420℃得玻璃液，采用搅拌桨对玻璃液进行搅拌2h，搅拌过程中温度保持在1420℃；[0082]步骤4)通过30min将炉温从1420℃降温至1100℃，并保温30min；[0083]步骤5)将1100℃的玻璃液倒入550℃的石墨模具中，成形为厚度0.5mm的玻璃薄片；

[0084]步骤6)将成形的玻璃薄片放入550℃退火炉中，保温60min；[0085]步骤7)按照2.5℃/min的降温速度降温至室温，即得低粘度高硼硅玻璃。

[0086]按照GB/T4340.1-1999标准测试低粘度高硼硅玻璃的维氏硬度为695kg/mm2；通过ASTM C-693标准测量低粘度高硼硅玻璃的密度为2.68g/cm3。按照ASTMC-336标准使用ANS-800型仪器测得低粘度高硼硅玻璃的应变点温度为690℃；通过NETZSCH DIL 402PC测试低粘度高硼硅玻璃的线膨胀为51.1×10-7/℃，膨胀转变温度为701℃，膨胀软化温度为745℃。[0087]本发明在满足电子基板玻璃电性能要求的条件下，玻璃的熔制温度低，熔化效率高，玻璃成型时粘度低，成型温度宽泛，成型性能良好。本发明在满足玻璃透光率，电阻率，膨胀系数，机械强度等性能的条件下，玻璃熔制澄清温度比其他方法低100～200℃，熔制效率提高约10％以上。本发明所述的玻璃熔制温度低，能耗低，成本低，生产效率高，节能环保，适于低成本大批量生产，产品附加值高；能够在较低成型温度下采用溢流，引下，浮法等方法进行生产，社工年产效率比现有的玻璃组分提高5％以上。其玻璃熔制温度低，能耗低，节能环保，生产效率高，适于大批量生产，产品附加值高。所制备的低粘度高硼硅玻璃具有高强度，高硬度，高的化学稳定性，低的线膨胀系数，高的耐冲击性，适用于移动电话，智能电话，平板电脑，笔记本电脑，电视机，MTA设备，手表，工业显示器等器件的防护玻璃，以及防护窗，汽车车窗，火车车窗，航空机械窗和硬盘基材，同时还可以用于白色家电，如冰箱和厨具上等。因此，用该方法制备的低粘度高硼硅玻璃具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

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