CN101798170B - 卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，包括玻璃盖片清洗、准备化学钢化原料、将钢化原料放入交换室加温并预热、玻璃盖片浸入熔融的化学钢化原料中离子交换处理等步骤。工艺简单，节省能源，钢化玻璃盖片强度大大提高，透光率和尺寸精度保持完好，钢化玻璃盖片强度的增加，提高了其抗空间粒子轰击的能力，延长了其使用寿命。

Description

卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，该技术采用化学钢化增强技术。
背景技术
卫星用玻璃盖片覆盖在太阳能电池帆板上，是飞行器一次能源系统的重要组成部分，对太阳能电池起着重要的保护作用。它可以防止电池受到空间高能粒子的冲击和高能粒子辐射热的影响，避免电池的损伤或失效；它还能过滤掉光线中的紫外线，防止盖片与电池之间的透明胶粘结剂变色，保证太阳能电池的转换效率。但随着现代航天技术的快速发展，玻璃盖片需求趋向超大超薄方向发展，原来的盖片尺寸为20×40mm，现在需要的盖片尺寸在40×60mm-60×120mm之间，厚度为0.05-0.15mm，现有技术中超大超薄的玻璃盖片极容易在安装、飞行器运行过程中破碎，玻璃破碎会直接导致电池的损伤，严重的情况下，电池可能失效，从而影响卫星的正常运行；另外，玻璃在空间受到高能粒子的轰击，其表面光洁度、透过率都会受到影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中卫星用超大超薄玻璃盖片在应用中存在的缺陷，提供一种卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，该方法操作工艺简单，成本低，有效的增强了玻璃盖片的强度和抗空间粒子轰击的能力。
本发明的目的通过以下措施实现：一种卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，包括以下步骤：
1、将加工好的矩形超大超薄玻璃盖片用有机溶剂清洗干净，放在木质盒子里，用电容器纸隔开放置。
2、准备化学钢化原料，该原料包括成分质量份数比硝酸钾KNO3为98-100；保护剂0-2；催化剂0-0.5。
3、将含有硝酸钾的化学钢化原料放入交换室中，交换室加温，化学钢化原料在290-350℃熔融，并充分搅拌，混合均匀，将玻璃盖片装在特制的不锈钢工架上，并将装有玻璃盖片的不锈钢工架安装在预热室中，推至交换室上面，利用交换室的温度进行预热，同时将交换室升温至350-390℃。
4、将装在不锈钢工架上的玻璃盖片浸入熔融的化学钢化原料中，进行10-30分钟的玻璃盖片与熔融的化学钢化原料的离子交换处理。
5、将钢化好的玻璃盖片取出，进行常温自然退火，冷却后卸下工装，经水、有机溶剂清洗，最后由检验员逐片检验，合格后打包，即为成品。
上述的矩形超大超薄玻璃盖片的矩形每个边长为60-120mm，其厚度为0.05-0.15mm。
上述的有机溶剂为无水乙醇和乙醚混合液。
上述的化学钢化原料包括以下质量份数比的成分：硝酸钾KNO3100；
上述的化学钢化原料包括以下质量份数比的成分：硝酸钾KNO398-99；保护剂硅藻土SiO2 1-2。
上述的化学钢化原料包括以下质量份数比的成分：硝酸钾KNO398-99；保护剂硅藻土SiO2 1.6-1.8；催化剂氢氧化钾KOH 0.2-0.4。
本发明利用硝酸钾作为化学钢化原料，采用离子交换处理工艺，对卫星用超大超薄玻璃盖片进行低温离子交换，增强了玻璃盖片的强度，比原片玻璃提高400％以上，同时提高其抗离子束等空间粒子轰击的性能。有效减少了玻璃盖片在安装过程中的破损，由于玻璃盖片的预热温度和离子交换温度低于现有技术近100度，同样达到玻璃盖片强度增强的效果，并且满足卫星的需求，由此大大降低了玻璃盖片以及卫星用太阳能电池的制备成本，也对卫星能够在太空中正常运行起到了重要的作用；同时，经该工艺处理的玻璃盖片将会明显延长其电池在空间的使用寿命，并提高其长期工作可靠性，具有非常重要的实际意义。
本发明操作工艺简单，节省能源，提高工作效率；钢化玻璃盖片强度大大提高，透光率和尺寸精度保持完好，而且没有光学畸变，更好的保护了太阳能电池。钢化玻璃盖片强度的增加，提高了其抗空间粒子轰击的能力，延长了其使用寿命。
具体实施方式
实例1：
一种卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，包括以下步骤：
1、将加工好的矩形超大超薄玻璃盖片用有机溶剂清洗干净，放在木质盒子里，用电容器纸隔开放置。
2、准备化学钢化原料，该原料包括成分硝酸钾KNO3质量份数比为100。
3、将含有硝酸钾的化学钢化原料放入交换室中，交换室加温，化学钢化原料在290℃熔融，并充分搅拌，混合均匀，将玻璃盖片装在特制的不锈钢工架上，并将装有玻璃盖片的不锈钢工架安装在预热室中，推至交换室上面，利用交换室的温度进行预热，同时将交换室升温至350℃。
4、将装在不锈钢工架上的玻璃盖片浸入熔融的化学钢化原料中，进行30分钟的玻璃盖片与熔融的化学钢化原料的离子交换处理。
5、将钢化好的玻璃盖片取出，进行常温自然退火，冷却后卸下工装，经水、有机溶剂清洗，最后由检验员逐片检验，合格后打包，即为成品。
上述的矩形超大超薄玻璃盖片的矩形边长为80×120mm，其厚度为0.12mm。
利用XWW-10N微机控制单臂电子万能试验机对化学钢化玻璃盖片在常温下的弯曲强度进行测试，强度由原片玻璃的178MPa提高到600MPa，提高近337％。
利用754P型紫外-可见分光光度计测量原片玻璃、化学钢化玻璃以及分别经过1兆伏加速器离子束分析系统(Ion Beam AnalysisSystem)终端产生的离子束轰击后(累积通量1×1016e/cm2)，在500-1000nm波长范围内的透过光谱。发现化学钢化玻璃盖片的可见光透过率与原片玻璃的该参数值几乎相等。而经过离子束轰击后，化学钢化玻璃盖片的可见光透过率下降程度(约0.15％)小于原片玻璃的下降量(约0.47％)。
实例2：
制备方法同于实施例1，其中化学钢化原料包括以下质量份数比的成分为纯度为99％的硝酸钾99，保护剂硅藻土1。矩形超大超薄玻璃盖片的矩形边长为40×100mm，其厚度为0.12mm。对玻璃盖片进行离子交换处理。其中熔融温度330℃，交换温度390℃，离子交换时间为20min。得到的样品分别测试各种性能。
利用XWW-10N微机控制单臂电子万能试验机对化学钢化玻璃盖片在常温下的弯曲强度进行测试，强度由原片玻璃的178MPa提高到602MPa，提高近338％。
利用754PC型紫外-可见分光光度计测量原片玻璃、化学钢化玻璃以及分别经过1兆伏加速器离子束分析系统(Ion Beam AnalysisSystem)终端产生的离子束轰击后(累积通量1×1016e/cm2)，在500-1000nm波长范围内的透过光谱。发现化学钢化玻璃盖片的可见光透过率与原片玻璃的该参数值几乎相等。而经过离子束轰击后，化学钢化玻璃盖片的可见光透过率下降程度(约0.14％)小于原片玻璃的下降量(约0.47％)。
实例3：
制备方法同于实施例1，其中化学钢化原料包括以下质量份数比的成分为纯度为99％的硝酸钾98.6，保护剂硅藻土1.8，催化剂氢氧化钾0.2。上述的矩形超大超薄玻璃盖片的矩形边长为60×80mm，其厚度为0.10mm。对玻璃盖片进行离子交换处理。其中熔融温度350℃，交换温度370℃，离子交换时间为20min。得到的样品分别测试各种性能。
利用XWW-10N微机控制单臂电子万能试验机对化学钢化玻璃盖片在常温下的弯曲强度进行测试，强度由原片玻璃的178MPa提高到769MPa，提高近432％。
利用754PC型紫外-可见分光光度计测量原片玻璃、化学钢化玻璃以及分别经过1兆伏加速器离子束分析系统(Ion Beam AnalysisSystem)终端产生的离子束轰击后(累积通量1×1016e/cm2)，在500-1000nm波长范围内的透过光谱。发现化学钢化玻璃盖片的可见光透过率与原片玻璃的该参数值几乎相等。而经过离子束轰击后，化学钢化玻璃盖片的可见光透过率下降程度(约0.16％)小于原片玻璃的下降量(约0.47％)。

Claims (3)

1.一种卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)将加工好的矩形超大超薄玻璃盖片用有机溶剂清洗干净，放在木质盒子里，用电容器纸隔开放置；
(2)准备化学钢化原料，该原料包括成分质量份数比硝酸钾KNO398-99；保护剂硅藻土SiO2 1.6-1.8；催化剂氢氧化钾KOH 0.2-0.4；
(3)将含有硝酸钾的化学钢化原料放入交换室中，交换室加温，化学钢化原料在290-350℃熔融，并充分搅拌，混合均匀，将玻璃盖片装在特制的不锈钢工架上，并将装有玻璃盖片的不锈钢工架安装在预热室中，推至交换室上面，利用交换室的温度进行预热，同时将交换室升温至350-390℃；
(4)将装在不锈钢工架上的玻璃盖片浸入熔融的化学钢化原料中，进行10-30分钟的玻璃盖片与熔融的化学钢化原料的离子交换处理；
(5)将钢化好的玻璃盖片取出，进行常温自然退火，冷却后卸下工装，经水、有机溶剂清洗，最后由检验员逐片检验，合格后打包，即为成品。
2.根据权利要求1所述的卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，其特征是所述的矩形超大超薄玻璃盖片的矩形每个边长为60-120mm，其厚度为0.05-0.15mm。
3.根据权利要求1所述的卫星用高强度超大超薄玻璃盖片的制备方法，其特征是所述的有机溶剂为无水乙醇和乙醚混合液。
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