CN102503101A

CN102503101A - 添加剂及玻璃的化学钢化工艺

Info

Publication number: CN102503101A
Application number: CN2011103412781A
Authority: CN
Inventors: 陈雪梅; 王作超; 于天来; 蒋世军
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明提供一种针对低温型离子交换中的KNO₃熔盐，既能加速离子交换又能净化熔盐并延长熔盐使用寿命的添加剂。添加剂，其重量百分比组成为：氢氧化钾：2-10％、碳酸钾：4-12％、硅藻土：78-94％。玻璃的化学钢化工艺，该方法包括以下步骤：(1)将添加剂按照添加剂与KNO₃熔盐的重量比例为1∶15-1∶25的比例加入KNO₃熔盐中，加热至400-440℃，恒温24-72h待用；(2)将玻璃升温至300-380℃，保温30-90min；(4)再将玻璃放入熔盐中处理4-24小时，得到化学钢化玻璃。本发明由于在KNO₃熔盐中加入了添加剂，能吸附熔盐中的杂质，净化熔盐纯度，稳定离子交换质量，同时也降低了熔盐的更换频率，延长熔盐的使用寿命，降低了生产成本。

Description

添加剂及玻璃的化学钢化工艺

技术领域

本发明涉及玻璃的化学钢化工艺，特别是涉及一种化学添加剂组合物及采用该添加剂的化学钢化工艺。

背景技术

随着IT和电子行业的迅猛发展，对厚度小于1mm的超薄玻璃的需求量迅速增大，被广泛运用于手机、DVD面板、平板显示器等，但是超薄化又带来了玻璃的力学强度的降低。

目前，在工业生产中有许多提高玻璃强度的方法，一种是物理钢化法，但是对于超薄玻璃来说，该方法在钢化过程中存在玻璃变形的问题，无法在光学质量要求较高的领域内应用；另一种是液体介质钢化法，英国的Triplex公司在上世纪80年代就采用该方法生产出了厚度为0.75-1.5mm的玻璃，结束了物理钢化不能钢化薄玻璃的历史，液体钢化法的难点是不容易建立起合理的液冷法工艺制度；还有一种是微粒钢化法，该方法可钢化超薄玻璃，强度高、质量好，是目前制造高性能钢化玻璃的先进技术，但微粒钢化工艺的冷却介质成本较高；第四种是化学钢化法，该方法通过化学方法改变玻璃表面组分，增加表面层压应力，以增加玻璃的机械强度和热稳定性。该方法由于是通过离子交换使玻璃增强，所以又称为离子交换增强法，其钢化原理是根据离子扩散的机理来改变玻璃的表面组成，即在一定温度条件下把玻璃浸入到高温熔盐中，玻璃中的碱金属离子与熔盐中的碱金属离子因扩散而发生相互交换，产生“挤塞”现象，使玻璃表面产生压缩应力，从而提高玻璃的强度。化学增强玻璃强度与物理增强玻璃强度接近，热稳定性好，处理温度低，产品不易变形，且其产品不受厚度和几何形状的限制，使用设备简单，产品容易实现。目前用于手机、相机和游戏机等设备的平板显示器基本都采用化学钢化法。

化学钢化工艺分为低温型离子交换和高温型离子交换，薄板玻璃增强基本都采用低温型离子交换。低温型离子交换又分为浸渍法、喷吹法和多步法。浸渍法是最常用的方法，其钢化后的性能与玻璃成分、交换工艺、玻璃的表面质量和熔盐的配方等因素有关。

目前针对熔盐的配方对钢化性能的影响的研究，CN1236670有相关报道，其加入的催化剂由硅酸钾、二氧化硅、高锰酸钾和二氧化锰按一定的比例组成，针对浮法玻璃可以加速离子交换，缩短工艺时间，但在实际生产中，样品架、加热器、更换加热器操作等对熔盐的污染是不可避免的，由于熔盐的污染，会阻碍离子交换的进行。CN1305965公开了一种化学钢化玻璃磁盘基板制作方法，其使用的抑制剂是Al₂O₃、K₂SiO₃和硅藻土，并按一定比例加入熔盐中，可以使熔盐寿命延长6个月以上，但该抑制剂没有加速离子交换的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对低温型离子交换中的KNO₃熔盐，既能加速离子交换又能净化熔盐并延长熔盐使用寿命的添加剂。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：添加剂，其重量百分比组成为：氢氧化钾：2-10％、碳酸钾：4-12％、硅藻土：78-94％。

进一步的，所述添加剂与采用浸渍法的玻璃钢化所需KNO₃熔盐的重量比例为1∶15-1∶25。

玻璃的化学钢化工艺，该方法包括以下步骤：(1)将玻璃加工成预定的尺寸；(2)将添加剂按照添加剂与KNO₃熔盐的重量比例为1∶15-1∶25的比例加入KNO₃熔盐中，加热至400-440℃，恒温24-72h待用，恒温的作用是充分熔化，温度平衡并释放出KNO₃分解产生的O₂，有利于提高离子交换性能；(3)将玻璃升温至300-380℃，保温30-90min，该步骤的作用是预热，减小玻璃温差，防止玻璃进入KNO₃熔盐后因温差过大产生裂纹，从而影响钢化强度；(4)再将玻璃放入按步骤(2)制备好的熔盐中处理4-24小时，进行离子交换，离子交换的温度就是步骤(2)中KNO₃熔盐的温度，即400-440℃；(5)得到化学钢化玻璃。

本发明的有益效果是：由于在KNO₃熔盐中加入了添加剂，能吸附熔盐中的杂质，净化熔盐纯度，稳定离子交换质量，同时也降低了熔盐的更换频率，延长熔盐的使用寿命，降低了生产成本；另外，由于添加剂中的OH^-与硅氧网络反应，使硅氧网络断裂，有利于Na⁺离子的扩散，OH^-的极性较大，容易被玻璃表面吸附，并与玻璃中的Na⁺亲和，加速了表面Na⁺腾出空位向外迁移，有利于熔盐中的K+向玻璃中扩散，使玻璃表面的K+浓度增大，从而得到较大的玻璃表面应力。本发明可广泛用于含Na⁺薄板玻璃，如钠铝硅酸盐、钠钙硅系统薄板玻璃。

具体实施方式

硅藻土中主要含有SiO₂成份，还含有少量的Al₂O₃、CaO、MgO、Na₂O和K₂O成份，其中，SiO₂的重量百分比含量一般有80-90％，优质的可达到95％，Al₂O₃的重量百分比含量一般有3-6％。本发明中采用硅藻土作为添加剂的组份主要起吸附作用。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，其中实施例中的硅藻土都是采用的长白山天福硅藻土有限公司生产的，其SiO₂的重量百分比含量＞85％。

实施例1：

玻璃的化学钢化工艺，该方法包括以下步骤：

(1)将钠铝硅酸盐系统玻璃加工成110mm×55mm×0.55mm的薄片；

(2)将加工好后的玻璃进行清洗、干燥；

(3)将本发明的添加剂按照1∶24的重量比例加入KNO₃熔盐中，加热至410℃，恒温50h，添加剂的重量百分比组成为：氢氧化钾：2％、碳酸钾：4％、硅藻土94％；

(4)将步骤(2)干燥后的玻璃快速升温至350℃，保温50min；

(5)再将玻璃放入制备好的熔盐中处理10小时，进行离子交换；

(6)把离子交换后的玻璃进行冷却、清洗，得到化学钢化玻璃。

通过以上离子交换后，玻璃表面形成38um左右的压应力层，表面应力可达1000MPa左右，熔盐使用寿命≥10个月。

实施例2：

(1)将钠铝硅酸盐系统玻璃加工成110mm×55mm×0.55mm的薄片；

(2)将加工后的玻璃进行清洗、干燥；

(3)将本发明的添加剂按照1∶20的重量比例加入KNO₃熔盐中，加热至440℃，恒温24h，添加剂的重量百分比组成为：氢氧化钾：4％、碳酸钾：6％、硅藻土90％；

(4)将步骤(2)干燥后的玻璃快速升温至380℃，保温30min；

(5)再将玻璃放入制备好的熔盐中处理4小时，进行离子交换；

通过以上离子交换后，玻璃表面形成38um左右的压应力层，表面应力可达950MPa左右，盐浴使用寿命≥10个月。

实施例3：

(1)将钠钙硅系统玻璃加工成110mm×55mm×0.55mm的薄片；

(2)将加工后的玻璃进行清洗、干燥；

(3)将本发明的添加剂按照1∶17的重量比例加入KNO₃熔盐中，加热至400℃，恒温70h，添加剂的重量百分比组成为：氢氧化钾：8％、碳酸钾：10％、硅藻土82％；

(4)将步骤(2)干燥后的玻璃快速升温至300℃，保温90min；

(5)再将玻璃放入制备好的熔盐中处理24小时，进行离子交换；

通过以上离子交换后玻璃表面形成55um左右的压应力层，表面应力可达900MPa左右，盐浴使用寿命≥10个月。

实施例4：

(1)将钠钙硅系统玻璃加工成110mm×55mm×0.55mm的薄片；

(2)将加工后的玻璃进行清洗、干燥；

(3)将本发明的添加剂按照1∶15的重量比例加入KNO₃熔盐中，加热至420℃，恒温40h，添加剂的重量百分比组成为：氢氧化钾：10％、碳酸钾：12％、硅藻土78％；

(4)将步骤(2)干燥后的玻璃快速升温至360℃，保温40min；

(5)再将玻璃放入制备好的熔盐中处理14小时，进行离子交换；

通过以上离子交换后玻璃表面形成46um左右的压应力层，表面应力可达970MPa左右，盐浴使用寿命≥10个月。

使用本发明添加剂与不使用添加剂的钢化效果如表1所示：

上述实施例中采用的钠铝硅酸盐系统玻璃含有SiO₂：55-60％、B₂O₃：0.1-2.5％、Al₂O₃：11-16％、Na₂O：14-17％、K₂O：1-8％、ZrO₂：0-8％、CaO：0-5％、MgO：0-5％、Sb₂O₃：0-1％。

玻璃表面的压应力是由于交换后的体积差造成的，所以如果表面压应力较大，可能会产生微裂纹，会影响玻璃的抗冲击强度，所以钢化阶段的压应力控制在1000MPa左右，经后续精抛光后，残留应力大于700MPa即能满足平面显示器的使用。

Claims

1.添加剂，其特征在于，其重量百分比组成为：氢氧化钾：2-10％、碳酸钾：4-12％、硅藻土：78-94％。

2.如权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述添加剂与采用浸渍法的玻璃钢化所需KNO₃熔盐的重量比例为1∶15-1∶25。

3.玻璃的化学钢化工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将玻璃加工成预定的尺寸；(2)将权利要求1所述的添加剂按照添加剂与KNO₃熔盐的重量比例为1∶15-1∶25的比例加入KNO₃熔盐中，加热至400-440℃，恒温24-72h；(3)将玻璃升温至300-380℃，保温30-90min；(4)再将玻璃放入制备好的熔盐中处理4-24小时，进行离子交换；(5)得到化学钢化玻璃。

4.如权利要求3所述的玻璃的化学钢化工艺，其特征在于，在所述步骤(1)后还有步骤：将加工后的玻璃进行清洗、干燥。

5.如权利要求3所述的玻璃的化学钢化工艺，其特征在于，在所述步骤(4)后还有步骤：把离子交换后的玻璃进行冷却、清洗。