適於化學鋼化的玻璃及其化學鋼化玻璃的製作方法

2023-06-09 07:33:51 1

專利名稱：：適於化學鋼化的玻璃及其化學鋼化玻璃的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種適於適於化學鋼化的玻璃及其化學鋼化玻璃。
背景技術：
：玻璃在生產、加工和使用過程中，表面會產生大量微裂紋，這些微裂紋的存在使得玻璃實際強度大大低於理論強度，通常需要通過採用熱鋼化或化學鋼化的方法使玻璃表面產生壓應力，來提高玻璃強度抑制表面微裂紋的擴展。玻璃的化學鋼化是把加熱的含鹼玻璃浸於熔融的鹽浴中，通過玻璃與熔鹽之間的離子交換改變玻璃表面的化學組成，使玻璃表面形成壓應力層達到提高玻璃強度的目的。目前有兩種類型的離子交換鋼化，第一種是高溫型處理工藝，在玻璃轉變溫度以上，以熔鹽中半徑小的離子置換玻璃中半徑大的離子，在玻璃表面形成熱膨脹係數比主體玻璃小的薄層，冷卻時在玻璃表面形成壓應力，其大小取決於兩者的熱膨脹係數之差。第二種是低溫型處理工藝，主要是在玻璃的應變點之下進行處理，以熔鹽中半徑大的離子(K+)置換玻璃中半徑小的離子(Na+)，使玻璃表面因擠壓而產生壓應力層，其應力大小取決於交換離子的體積效應。第二種離子交換鋼化的工藝，是用來自外部的大離子取代玻璃中的較小離子而產生表面壓縮。典型的，採用鋰鋁矽酸鹽系統或鈉鋁矽系統的玻璃與硝酸鉀熔鹽進行離子交換。鋰鋁矽酸鹽系統的玻璃經過化學鋼化後，能獲得令人滿意的壓應力值。CN101337770A公開了一種化學鋼化用玻璃，在鋼化溫度為49(TC、鋼化時間為3-8小時的條件下，對玻璃試樣進行化學鋼化處理，鋼化後維氏硬度可達到638Mpa，但其玻璃組份中加入了大量的Al203，由於Al203的熔點高，玻璃粘度增大，氣泡難以消除，所以熔制過程中必須加入Sb203、S03、AS203和氟化物，才能夠得到充分的澄清效果，產品製造工藝難度較大。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種適於低溫型離子交換工藝、易熔制的氧化鋰-氧化鋁-氧化矽玻璃，該玻璃降低了玻璃製造難度，熔制溫度明顯降低，鋼化處理後表面壓應力可達340-700Mpa，應力層深度可達到20-60ym。本發明解決技術問題所採用的技術方案是適於化學鋼化的玻璃，其重量百分比組成為:Si02:55-61.5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、K20:3.5-8%、ZnO:0-5%、MgO:0-8%、Li20:0.5-5%、Sb203:O-l.5%。4進一步的，所述Na20:14-19%。進一步的，所述Li20:0.5-2%。進一步的，所述MgO:3.5-8%。進一步的，所述Na20:14-19%、Li20:0.5-2%、Mg0:3.5-8%。適於化學鋼化的玻璃，在鋼化溫度380-50(TC、鋼化時間4-12小時的條件下，表面壓應力達到340-700Mpa，應力層深度達到20-60ym。進一步的，其重量百分比組成為Si02:55-61.5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、K20:3.5-8%、Zn0:0-5%、Mg0:0-8%、Li20:0.5-5%、Sb203:0-1.5%。進一步的，所述Na20:14-19%。進一步的，所述Li20:0.5-2%。進一步的，所述Mg0:3.5-8%。進一步的，所述Na20:14-19%、Li20:0.5-2%、MgO:3.5-8%。化學鋼化玻璃，具有硬化層深度和拉應力區的化學鋼化玻璃，所述拉應力區內玻璃的重量百分比組成為:Si02:55-61.5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、K20:3.5-8%、ZnO:0-5%、MgO:0-8%、Li20:0.5-5%、Sb203:0-1.5%。進一步的，所述Na20:14-19%。進一步的，所述Li20:0.5-2%。進一步的，所述MgO:3.5-8%。進一步的，所述Na20:14-19%、Li20:0.5-2%、MgO:3.5-8%。本發明的有益效果是通過組分合理設定，降低了玻璃製造難度，玻璃熔制溫度明顯降低，有利於降低能耗和提高產品的成品率；所得到的玻璃在鋼化溫度380-50(TC、鋼化時間4-12小時的條件下，表面壓應力可達到340-700Mpa，應力層深度可達到20-60ym，玻璃被增強，抗衝擊性能好。具體實施例方式下面對本發明的玻璃中可含有的成分進行說明，各成分的含量以重量%表示。Si02是形成玻璃骨架的主要成份，其含量越高，越可以提高化學耐久性以及玻璃的機械強度，當含量在55%以下時，玻璃化學穩定性不好，但當含量超過61.5%，熔化溫度過高。因此，Si02的含量為55-61.5%。Al203在玻璃組成中為玻璃表面的離子交換提供性能，同時也是改善玻璃化學穩定性、降低玻璃析晶傾向以及提高玻璃硬度和機械強度的必要組分，若Al203含量在5。/。以下，交換5效果不好，而且玻璃的化學穩定性不好；當含量超過13%，玻璃粘度增加，耐失透性能惡化。因此，八1203的含量為5-13%。作為鋁矽酸鹽玻璃，玻璃當中存在大量中間體氧化物Al203，如果鹼金屬存在較多，玻璃中鋁以四面體存在，其體積較矽氧四面體更大，會產生更大空隙，使得玻璃表面離子交換更容易，而且交換的深度也更大，對於劃傷和衝擊破壞起到抑制作用，明顯提高機械強度。鹼金屬氧化物作為易熔玻璃成分，使得玻璃熔融溫度下降。Na20是玻璃表層與離子交換處理液中的K離子進行離子交換從而實現玻璃化學鋼化的必須成份，同時其還作為易熔玻璃組分，可降低玻璃熔融溫度，若其含量在13%以下，耐失透性劣化，但當含量超過20%，化學穩定性劣化，且硬度變小。因此Na20的含量限定為13-20。/。，更優選含量為14-19%。Li20可使玻璃化學鋼化強度更高，適合鉀離子置換玻璃中的Li離子，可增大玻璃表面的壓應力，因此Li20含量限定為0.5-5%，更優選含量為O.5-2%。K20通過與Na20混合鹼的效果，能夠提高玻璃熔融性，並降低玻璃的粘度，因此K20含量限定為3.5-8%。作為鹼土類玻璃成分的MgO能夠使玻璃穩定化，防止玻璃中產生結晶，還具有提高玻璃的拉伸彈性模量的效果，本發明MgO含量為0-8。/。，優選含量為3.5-8%。ZnO是具有降低玻璃的粘性、抑制結晶析出的明顯成分，其含量為0-5%。本發明使用的Sb203作為澄清劑，當Sb203含量為0-l.5%時，就可以得到充分的澄清效果本發明玻璃的生產工藝如下1)按重量比例稱量各組份的氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽等常用玻璃原料，充分混合後加入鉑金坩堝內；2)在1400—155(TC下熔化、澄清、均化後降溫；3)將熔融玻璃液澆注入預熱後的金屬模，將玻璃連同金屬模一起放入退火爐內退火冷卻後即得。將本發明所得到的玻璃組合物，加工成50X50Xlmm的規格，在溫度為380-50(TC的KN03熔鹽中進行離子交換處理，鋼化浸泡時間4-12小時，得到了化學鋼化玻璃。上述化學鋼化玻璃具有硬化層深度和拉應力區，其中硬化層深度是指從化學鋼化的玻璃表面到玻璃內部壓應力為零的位置之間的距離，這部分的玻璃被稱為"壓縮區玻璃"；拉應力區是指玻璃內部深度大於硬化層深度處的內部玻璃，也就是上述"壓縮區玻璃"以外的部分被稱為"拉應力區玻璃"。6玻璃表面壓應力及應力層深度測定在FSM—6000表明應力儀上進行。鋼化好的玻璃樣品(50X50Xlmm)經擦拭後，放在塗有折射液(折射液的折射率大於l.64)的玻璃測試臺上。FSM—6000利用鋼化樣品表面層的光波導效應測量表面壓應力和應力層深度。將鋼化好的玻璃樣品(50X50Xlmm)放在測試臺上，用壓鑽施力一定時間後取出，採用顯微鏡測量壓痕長度測試出玻璃維氏硬度。根根據GB/T7962.14—1987《無色光學玻璃測試方法耐酸》，測試玻璃耐酸性能。根據GB/T7962.15—1987《無色光學玻璃測試方法耐潮》，測試玻璃耐潮級別。表1是本發明的5個實施例。表ltableseeoriginaldocumentpage7由實施例l-5結果可知，本發明所得到的玻璃經過低溫離子交換處理，離子交換度高，表面壓應力可達到340-700Mpa，離子交換層可達到20-60ym;耐酸及耐水性能分別為l類和B級以上，玻璃耐候性很好。權利要求權利要求1適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為SiO255-61.5％、Al2O35-13％、Na2O13-20％、K2O3.5-8％、ZnO0-5％、MgO0-8％、Li2O0.5-5％、Sb2O30-1.5％。2.如權利要求l所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述Na^:14-19%。3.如權利要求1或2所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述Li2°:0.5-2%。4.如權利要求1或2所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述，3.5-8%。5.如權利要求l所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述W^3:14-19%、Li2°:0.5-2%、，3.5-8%。6.適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，在鋼化溫度380-500°C、鋼化時間4-12小時的條件下，表面壓應力達到340-700Mpa，應力層深度達到20-60ym。7.如權利要求6所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為.Si02:55_61'5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、3.5-8%、ZnO:0_5%、MgO:0-8%、Li^:0.5-5%、Sb203:0-1.5%。8.如權利要求7所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述W^3:14-19%。9.如權利要求7或8所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述Li2°:0.5-2%。10.如權利要求7或8所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述，3.5-8%。11.如權利要求7所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述Na^:14-19%、Li2°:0.5-2%、，3.5-8%。12化學鋼化玻璃，其特徵在於，具有硬化層深度和拉應力區的化學鋼化玻璃，所述拉應力區內玻璃的重量百分比組成為SiC)2:55_6LS%、A12C3:5_11、Na^0:13-20%、K20:3.5_8%、ZnO:0_5%、MgO:0_8%、Li》0.5_5%、Sb203:0-1.5%。13如權利要求12所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述N一14-19%。14如權利要求12或13所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述"2°:0.5-2%。15如權利要求12或13所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述MsO:3.5-8%。16如權利要求12所述的適於化學鋼化的玻璃，其特徵在於，所述Na^:14-19%、Li2°:0.5-2%、，3.5-8%。全文摘要本發明提供一種適於低溫型離子交換工藝、易熔制的氧化鋰-氧化鋁-氧化矽玻璃，適於化學鋼化，其重量百分比組成為SiO255-61.5％、Al2O35-13％、Na2O13-20％、K2O3.5-8％、ZnO0-5％、MgO0-8％、Li2O0.5-5％、Sb2O30-1.5％。本發明通過組分合理設定，降低了玻璃製造難度，玻璃熔制溫度明顯降低，有利於降低能耗和提高產品的成品率；所得到的玻璃在鋼化溫度380-500℃、鋼化時間4-12小時的條件下，表面壓應力可達到340-700MPa，應力層深度可達到20-60μm，玻璃被增強，抗衝擊性能好。文檔編號C03C3/085GK101508523SQ200910301260公開日2009年8月19日申請日期2009年4月1日優先權日2009年4月1日發明者偉孫,宋純才,軍肖,寧陳,陳家龍,陳筱麗申請人:成都光明光電股份有限公司