CN101397193B - 一种玻璃强化溶液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃强化溶液及其应用。所述的溶液包括硅酸钾、加强促进剂和水，所述的加强促进剂为氢氧化钾和/或磷酸钾盐类。本发明提供的玻璃强化溶液可以修复初步强化后的玻璃表面裂纹，大大改善玻璃表面的平整度，并且强化工艺简单、原料易得、价格低廉。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃的化学强化及其应用领域，尤其涉及一种可以改善初步强化后玻璃的表面平整度、提高玻璃的抗冲击强度的溶液。本发明还涉及利用上述玻璃强化溶液对初步强化后的玻璃进一步强化的方法。
背景技术
玻璃的表面存在大量微裂纹，容易引起应力集中而导致玻璃破裂，严重影响了玻璃的抗张强度。为了提高玻璃的抗张强度，人们对强化工艺进行了大量的研究。玻璃的化学强化包括高温化学强化和低温化学强化。低温化学强化由于成本低廉，在生产中得到广泛应用。它一般是指在厚度小于3mm的浮法钠钙玻璃表面喷涂或将其浸入硝酸钾等熔盐中一段时间，以增加玻璃的机械强度和热稳定性。
低温化学强化的原理是：将玻璃浸入或在其表面喷涂硝酸钾的熔盐，时间从几十分钟到几十个小时，玻璃中的Na+和熔盐中的K+离子，发生离子交换，由于K+离子的半径比Na+离子大，K+代替玻璃中的Na+离子，使表面“挤塞”膨胀，产生应力，使玻璃增强。
现有的玻璃化学强化工艺中，一般使用的强化组合物是在硝酸钾和/和亚硝酸钾的熔盐中加入0.5％的碳酸钾，或者加入0.02％的磷酸钾和0.2％的氧化铝，虽然能够提高玻璃的强度，但是强化工艺需要较长的时间，强化后的玻璃表面有微小裂纹，玻璃表面不平整，因而抗冲击能力较低。
因而需要寻求一种玻璃强化溶液，其可以修复上述强化后的玻璃表面裂纹，有效改善玻璃表面的平整度，强化工艺简单。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增加玻璃强度的玻璃强化溶液，其可以修复初步强化后的玻璃表面裂纹，有效改善玻璃表面的平整度，强化工艺简单。
本发明的另一目的是提供利用上述玻璃强化溶液的对初步强化后的玻璃进一步强化的方法。
为实现上述发明目的，本发明的发明人经过大量的研究及创造性的劳动设计出了一种成本低廉、制备方法简单且能显著增加玻璃强度的玻璃强化溶液。所述的玻璃强化溶液以重量百分比计包括下述组分：
硅酸钾10％-80％加强促进剂2％-10％余量为水。
所述加强促进剂为氢氧化钾或/和磷酸钾盐类。
所述加强促进剂优选为氢氧化钾和磷酸钾盐类的混合物，其中氢氧化钾占加强促进剂的1-20wt％，磷酸钾盐类占加强促进剂的80-99wt％。
所述磷酸钾盐类为磷酸钾、焦磷酸钾和磷酸钾的水合物中的一种或其中几种的混合物。
一种利用所述的玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
将玻璃浸入温度为40-80℃的玻璃强化溶液中30-120分钟，取出，清洗至玻璃表面无残留物，干燥即可。
所述的玻璃为按照常规工艺强化的钠钙浮法玻璃，常规工艺是指将钠钙浮法玻璃浸入硝酸钾熔盐或含有少量催化剂的硝酸钾熔盐中。
现有的玻璃强化工艺强化后的玻璃，其表面存在大量的微裂纹，不仅表面不平整，而且这些微裂纹导致玻璃的抗冲击强度降低。发明人经过反复的试验发现，硅酸钾与加强促进剂的小分子可以填充在上述强化后的玻璃微裂纹中，在一定程度上与玻璃的硅酸盐成分键合，从而减小了大部分的微裂纹，消除了玻璃表面的应力集中点，提高了玻璃的强度和表面平整度。利用本发明制备的玻璃强化溶液增加玻璃强度时只需要在40-80℃的条件下，将初步强化的玻璃在该溶液中强化30-120分钟，即可大幅度提高玻璃的强度。实验结果证明(表1)，使用强化液II强化后的玻璃抗冲击强度仅为20cm左右，使用强化液III强化后玻璃抗冲击强度为25cm左右，使用强化液IV强化后玻璃抗冲击强度为30cm左右，而经过强化液II、强化液III和强化液IV强化的玻璃再分别经过本发明提供的玻璃强化液强化后，其强度均大于50cm，有的甚至高达90cm，增幅至少达到50％，而且本发明的工艺简单、原料易得、价格低廉，与现有技术相比有显著的进步。
具体实施方式
下面通过附图和实施例来说明催化剂的制备方法及其在玻璃化学强化中的应用。
将玻璃强化液2植入到强化炉1中，然后将玻璃3分别按照实施例浸入到玻璃强化液2中进行强化处理。
实施例1-10利用强化液II、强化液III和强化液IV初步强化玻璃的方法是将钠钙浮法玻璃放入烘箱内预热至400℃并维持15min后，将其浸泡在强化液II、强化液III和强化液IV中，其中强化液的温度和浸泡时间分别如下：
强化液II：
①温度400℃、380℃、450℃、420℃、410℃、390℃、385℃、395℃、405℃、430℃
②浸泡时间：6小时、12小时、2小时、8小时、10小时、4小时、5小时、7小时、9小时、11小时；
强化液III：
①温度400℃、380℃、450℃、420℃、410℃、390℃、385℃、395℃、405℃、430℃
②浸泡时间：6小时、12小时、2小时、8小时、10小时、4小时、5小时、7小时、9小时、11小时；
强化液IV：
①温度400℃、380℃、450℃、420℃、410℃、390℃、385℃、395℃、405℃、430℃
②浸泡时间：6小时、12小时、2小时、8小时、10小时、4小时、5小时、7小时、9小时、11小时；
强化液I：实施例1-10制备的玻璃强化液；
强化液II：硝酸钾熔盐；
强化液III：硝酸钾熔盐中加入碳酸钾，碳酸钾占玻璃强化液重量的0.5％；其制备方法就是将碳酸钾加入到熔盐中加热熔解而得；
强化液IV：硝酸钾熔盐中加入磷酸钾和氧化铝代替，磷酸钾占玻璃强化液重量的0.02％，氧化铝占玻璃强化液重量的0.2％；其制备方法就是将磷酸钾和氧化铝加入到熔盐中加热熔解而得。
实施例1-10强化后的玻璃强度测试试验方法：强化后玻璃放在测试台面上，玻璃四周边缘3mm范围内由硬木质台板支撑，中间悬空，将直径为3cm、重量为135g的钢球从距离玻璃高度为10cm处自由下落，以后依次上升5cm，记录玻璃破碎时钢球自由下落的高度。测试结果见表1。
实施例1
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾47.5wt％加强促进剂5wt％水47.5wt％。
其中加强促进剂为氢氧化钾和三水合磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的3.84wt％，三水合磷酸钾为加强促进剂96.16wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为60℃的上述玻璃强化溶液中60分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例2
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾10wt％ 加强促进剂6wt％水84wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为80℃的上述玻璃强化溶液中100分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例3
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾70wt％加强促进剂2wt％水28wt％；
其中加强促进剂为三水合磷酸钾；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为55℃的上述玻璃强化溶液中80分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例4
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾80wt％加强促进剂9wt％水11wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾和三水合磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的10wt％，三水合磷酸钾为加强促进剂90wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为40℃的上述玻璃强化溶液中120分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例5
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾40wt％加强促进剂10wt％水50wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾和三水合磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的1wt％，三水合磷酸钾为加强促进剂99wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为70℃的上述玻璃强化溶液中30分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例6
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾10wt％加强促进剂4wt％水86wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾和三水合磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的20wt％，三水合磷酸钾为加强促进剂80wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为75℃的上述玻璃强化溶液中110分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例7
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾60wt％加强促进剂8wt％水32wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾和磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的16wt％，磷酸钾为加强促进剂84wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为45℃的上述玻璃强化溶液中80分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例8
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾50wt％加强促进剂5wt％水45wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾和焦磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的6wt％，焦磷酸钾为加强促进剂94wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为50℃的上述玻璃强化溶液中50分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例9
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾30wt％加强促进剂7wt％水63wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾、三水合磷酸钾和焦磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的12wt％，三水合磷酸钾和焦磷酸钾为加强促进剂88wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为65℃的上述玻璃强化溶液中90分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
实施例10
玻璃强化溶液的组分含量：硅酸钾45wt％加强促进剂3wt％水52wt％；
其中加强促进剂为氢氧化钾和三水合磷酸钾的混合物，其中氢氧化钾为加强促进剂的14wt％，三水合磷酸钾为加强促进剂86wt％；
利用上述玻璃强化溶液增加玻璃强度的方法：将强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃分别浸入温度为60℃的上述玻璃强化溶液中70分钟，然后清洗并干燥，即得。
初步强化的钠钙浮法玻璃的强度和利用本发明的玻璃强化液进一步强化后玻璃的强度见表1。
表1实施例1-10玻璃进行强度测试结果(单位：cm)
| 强化液 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | ||||
| 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | |
| 强化液II | 25 | 60 | 20 | 55 | 30 | 70 | 20 | 55 |
| 强化液III | 25 | 55 | 25 | 60 | 25 | 70 | 20 | 60 |
| 强化液IV | 30 | 62 | 35 | 65 | 30 | 60 | 25 | 60 |
| 强化液 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | ||||
| 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | |
| 强化液II | 25 | 90 | 25 | 55 | 25 | 65 | 25 | 80 |
| 强化液III | 25 | 60 | 25 | 70 | 30 | 70 | 30 | 85 |
| 强化液IV | 30 | 80 | 25 | 85 | 35 | 80 | 30 | 90 |
| 强化液 | 实施例9 | 实施例10 | ||||||
| 强度(一) | 强度(二) | 强度(一) | 强度(二) | |||||
| 强化液II | 25 | 70 | 20 | 50 | ||||
| 强化液III | 30 | 75 | 25 | 55 | ||||
| 强化液IV | 30 | 80 | 30 | 70 |
注：表1中强度(一)为经过强化液II、强化液III和强化液IV初步强化的钠钙浮法玻璃的强度；强度(二)为初步强化后的玻璃经过强化液I进一步强化后玻璃的强度。
表1表明：使用强化液II强化后的玻璃抗冲击强度仅为20cm左右，使用强化液III强化后玻璃抗冲击强度为25cm左右，使用强化液IV强化后玻璃抗冲击强度为30cm左右，而经过强化液II、强化液III和强化液IV强化的玻璃再分别经过本发明提供的玻璃强化液强化后，其强度均大于50cm，有的甚至高达90cm，增幅至少达到50％。
Claims (4)
1.一种玻璃强化溶液，其特征在于：所述的溶液以重量百分比计包括下述组分：
硅酸钾10％-80％ 加强促进剂2％-10％ 余量为水，
所述加强促进剂为氢氧化钾或/和磷酸钾盐类；
所述磷酸钾盐类为磷酸钾、焦磷酸钾和磷酸钾的水合物中的一种或其中几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的玻璃强化溶液，其特征在于：所述加强促进剂为氢氧化钾和磷酸钾盐类的混合物，其中氢氧化钾占加强促进剂的1-20wt％，磷酸钾盐类占加强促进剂的80-99wt％。
3.一种利用权利要求1所述的溶液增加玻璃强度的方法，其特征在于：包括以下步骤：将玻璃浸入硝酸钾的熔盐、硝酸钾和碳酸钾的熔盐、硝酸钾和磷酸钾和氧化铝的熔盐之一进行初步强化，
将玻璃初步强化后浸入温度为40-80℃的权利要求1所述的玻璃强化溶液中30-120分钟，取出，清洗，干燥即可。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的玻璃为钠钙浮法玻璃。
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