CN101215105A - 一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，包括以下步骤：1)制备混合熔盐：该混合熔盐由如下重量百分比的原料组成：硝酸钠25％～50％和硫酸钠50％～75％；2)将锂铝硅微晶玻璃进行精磨后，放入上述混合熔盐中，在450～750℃的温度下浸渍15～90分钟；取出后水冷并清洗；然后再干燥5～12小时。采用本发明的方法能显著提高锂铝硅微晶玻璃的耐冲击性能。

Description

一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法

技术领域

本发明涉及一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化。

背景技术

锂铝硅系微晶玻璃是微晶玻璃中的一个重要品种，具有超低膨胀、高强度、耐高温、耐热冲击等特性，而被广泛用于制造天文望远镜、炊具、餐具、高温电光源玻璃、电磁炉面板、微电子技术用基板、实验室用加热器具、高温热交换器、代石英玻璃、高温窗、雷达天线罩等等。锂铝硅微晶玻璃与其它微晶玻璃一样，表面状态对机械强度的影响是非常大的。渡边等研究指出：微晶玻璃经热处理而到达最大的强度，由于经过标准的研磨处理而有所减弱，研磨后的强度为未研磨得强度的80％。而目前，微晶玻璃产品都需要进行研磨、抛光；进行研磨后由于强度的降低，直接影响到锂铝硅微晶玻璃产品的使用性能。

目前，玻璃的表面强化主要采用喷涂有机盐进行直接钢化或物理钢化制备防火玻璃。这种借助于化学方法使玻璃表面形成一种膨胀系数比中间层低的表面低膨胀层，冷却时，膨胀系数较高的中间层对膨胀系数较低的表面层产生拉伸作用，这种倾向使两者收缩不一致。表面层被置于压应力之下，而中间层则产生起补偿作用的拉应力，由此使玻璃得以增强。这种方法效果较为显著，但也存在表面低膨胀层与玻璃的结合以及对玻璃表面性质的影响等缺点。所以，近年来提出采用离子交1换的方法来强化玻璃，反应式如下：A⁺(玻璃)+B⁺(熔盐)＝B⁺(玻璃)+A⁺(熔盐)。如果通过交换，玻璃中原有的较小离子被熔盐中的较大离子所置换，则在表面上产生了压应力，一般不会产生任何结构松弛，从而使玻璃的强度增加。离子交换表面强化方法的关键因素是选择适宜的交换离子，确定交换离子的半径比，考察交换的程度、热膨胀系数的变化，重点关注表面结构重组所产生的应力松弛情况以及压应力层的厚度。

目前，微晶玻璃的强化技术集中在表面涂层、第二相(ZrO₂相变、纤维、晶须)复合增强、自增韧等方面。这些方法虽然有一定效果，但对工艺要求很高；如果控制不佳，将导致微晶玻璃整体性能的降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，采用该方法能显著提高锂铝硅微晶玻璃的耐冲击性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，包括以下步骤：

1)、制备混合熔盐：

该混合熔盐由如下重量百分比的原料组成：硝酸钠25％～50％和硫酸钠50％～75％；

2)、将锂铝硅微晶玻璃进行精磨后，放入上述混合熔盐中，在450～750℃的温度下浸渍15～90分钟；取出后水冷并清洗；然后再干燥5～12小时。

本发明的锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，是一种利用离子交换来强化玻璃表面的方法，是在发明人经过仔细研究、反复实验后获得的。本发明采用的表面离子交换是Li⁺和Na⁺之间的交换，微晶玻璃表面离子交换层经历了结构重排，从而形成了比原微晶玻璃热膨胀系数小的新表面层。当微晶玻璃冷却时，由于热膨胀系数的差异，会在微晶玻璃表面产生压应力而使制品得到增强。经过本发明方法处理后的锂铝硅微晶玻璃，其强度由110～120MPa提高到350～430MPa，弹性模量由750～850MPa提高到1450～1860MPa，即该微晶玻璃的耐冲击强度显著提高。

具体实施方式

实施例1：一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，依次进行以下步骤：

1)、制备混合熔盐：

将25重量份的硝酸钠和75重量份的硫酸钠混合后，形成混合熔盐。

2)、将锂铝硅微晶玻璃按照常规工艺进行精磨后，放入上述混合熔盐中进行浸渍，在450℃的温度下浸渍90分钟；要求混合熔盐能完全埋没锂铝硅微晶玻璃。

浸渍过程结束后，将锂铝硅微晶玻璃取出进行水冷并清洗；然后再干燥8小时。

采用上述方法处理后的锂铝硅微晶玻璃，强度由110～120MPa提高到350～430MPa，弹性模量由750～850MPa提高到1450～1860MPa，即该锂铝硅微晶玻璃的耐冲击强度显著提高。

实施例2：一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，依次进行以下步骤：

1)、制备混合熔盐：

将50重量份的硝酸钠和50重量份的硫酸钠混合后，形成混合熔盐。

2)、将锂铝硅微晶玻璃按照常规工艺进行精磨后，放入上述混合熔盐中进行浸渍，在750℃的温度下浸渍15分钟；要求混合熔盐能完全埋没锂铝硅微晶玻璃。

浸渍过程结束后，将锂铝硅微晶玻璃取出进行水冷并清洗；然后再干燥5小时。

采用上述方法处理后的锂铝硅微晶玻璃，强度由110～120MPa提高到350～430MPa，弹性模量由750～850MPa提高到1450～1860MPa，即该锂铝硅微晶玻璃的耐冲击强度显著提高。

实施例3：一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，依次进行以下步骤：

1)、制备混合熔盐：

将40重量份的硝酸钠和60重量份的硫酸钠混合后，形成混合熔盐。

2)、将锂铝硅微晶玻璃按照常规工艺进行精磨后，放入上述混合熔盐中进行浸渍，在600℃的温度下浸渍60分钟；要求混合熔盐能完全埋没锂铝硅微晶玻璃。

浸渍过程结束后，将锂铝硅微晶玻璃取出进行水冷并清洗；然后再干燥12小时。

采用上述方法处理后的锂铝硅微晶玻璃，强度由110～120MPa提高到350～430MPa，弹性模量由750～850MPa提高到1450～1860MPa，即该锂铝硅微晶玻璃的耐冲击强度显著提高。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种锂铝硅微晶玻璃的表面强化方法，其特征是包括以下步骤：

1)、制备混合熔盐：

该混合熔盐由如下重量百分比的原料组成：硝酸钠25％～50％和硫酸钠50％～75％；

2)、将锂铝硅微晶玻璃进行精磨后，放入上述混合熔盐中，在450～750℃的温度下浸渍15～90分钟；取出后水冷并清洗；然后再干燥5～12小时。