CN102531364A

CN102531364A - 一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法

Info

Publication number: CN102531364A
Application number: CN2012100168003A
Authority: CN
Inventors: 彭寿; 曹欣; 马立云; 王芸; 石丽芬; 崔介东
Original assignee: China Triumph International Engineering Co Ltd; Bengbu Glass Industry Design and Research Institute
Current assignee: China Triumph International Engineering Co Ltd; Bengbu Glass Industry Design and Research Institute
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，在预退火区与退火区之间加设一个与所述预退火区、退火区密封连接的在线化学钢化区，所述在线化学钢化区温度≤预退火区出口温度，熔制成型的玻璃基板经过预退火区后进入在线化学钢化区进行表面喷涂钢化溶液，使玻璃基板表面形成压应力层，然后进入退火区，完成玻璃基板退火过程中的在线化学钢化；本发明直接在玻璃生产线的退火过程中完成在线化学钢化，大幅度地提高产品的生产效率，降低制造成本，实现规模化效益；并且，本发明可以直接在现行的玻璃生产线上得到运用，不用进行大规模的技术改造，减少技术运用门槛及技术开发风险。

Description

一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法

技术领域

本发明涉及钢化玻璃制造领域，更确切地说是一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法。

背景技术

现有的化学钢化工艺均采用离线钢化，是将制备好的玻璃基板放入装有熔盐的化学钢化炉中，浸制数小时后，使玻璃表层中半径较小的离子与熔盐中半径较大的离子交换，利用碱离子体积上的差别在玻璃表层形成嵌挤压应力，从而大幅度提高玻璃的抗冲击性、耐磨性及安全性。这种化学钢化工艺制备效率低，生产成本高，难以实现成规模、低成本制备，限制了产业的发展。

发明内容

针对现有化学钢化工艺存在的不足，本发明的目的在于提供一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，本方法是直接在玻璃生产线上在线进行化学钢化，大幅度地提高产品的生产效率，降低制造成本，实现规模化效益。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的，一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，在预退火区与退火区之间加设一个与所述预退火区、退火区密封连接的在线化学钢化区，所述在线化学钢化区温度≤预退火区出口温度，熔制成型的玻璃基板经过预退火区后进入在线化学钢化区进行表面喷涂钢化溶液，使玻璃基板表面形成压应力层，然后进入退火区，完成玻璃基板退火过程中的在线化学钢化。

所述在线化学钢化区为钢质材料的箱体，所述箱体的两端分别与预退火区、退火区密封连接。

所述在线化学钢化区的长度为5～30米。

所述在线化学钢化区的温度通过电加热控制，在线化学钢化区温度与预退火区出口温度的温差为0～50℃。

所述玻璃基板表面喷涂的钢化溶液为雾化的钢化溶液。

所述玻璃基板在在线化学钢化区的入口处喷涂钢化溶液。

所述的钢化溶液为K₂SO₄，KCl，KNO₃，K₃PO₄中的一种或几种混合溶液。

所述玻璃基板表面喷涂钢化溶液后在在线化学钢化区内保温1～20分钟后进入退火区。

优选地，所述玻璃基板表面喷涂钢化溶液后在在线化学钢化区内保温3～6分钟后进入退火区。

所述铝硅酸盐玻璃的化学成分质量百分比为SiO₂55～75%、Al₂O₃8～25%、MgO0～10%、K₂O6～15%、Na₂O2～20%、Li₂O0～5%、CaO0～10%、B₂O₃0～10%。

SiO₂作为玻璃形成体引入，是玻璃骨架的主要构成物，其含量不足50%时候，玻璃基片的物理化学性能较差，其含量超过75%后，玻璃的熔制温度升高，不利于大规模制备，本配方中优选60%～68%。

Al₂O₃作为网络中间体氧化物引入，其能够大幅度的提高玻璃的化学稳定性，弹性模量及硬度等特征，但是Al₂O₃加入量较大时，会提高玻璃的熔化温度，增大玻璃黏度，本配方中优选10%～22%，此时能够保证玻璃基片：（1）具备良好的物理化学性能；（2）能够简便的使用现行制备工艺制备。

CaO作为网络外体氧化物引入，其能够降低玻璃在高温时的黏度，促进玻璃的熔化和澄清，但是含量较高时，容易使玻璃发脆，本配方中优选0～6%。

MgO作为网络外体氧化物引入，其能够提高玻璃本体的弹性模量并且以少量的MgO代替CaO能够降低玻璃的硬化速度，改善成型性能，本配方中优选0～6%。

K₂O作为网络外体氧化物引入，其能够降低玻璃的熔制温度，但是含量较高会降低玻璃本体的各种性能，本配方中优选6～10%。

Na₂O作为网络外体氧化物引入，其能够降低玻璃熔制温度和高温黏度，但引入量过多会降低玻璃本体的物理化学性能，本配方中优选2～15%，其能够实现以下目的：（1）玻璃本体较好的物理化学性质不会受到较大影响；（2）玻璃具有较好的可制备性，降低现行工艺制备产品的难度；（3）提高后续化学钢化离子交换的效果。

Li₂O作为网络外体氧化物引入，其能够在配合料的熔化过程中产生强烈的助熔作用，本配方中为了降低玻璃的制备难度，并且避免玻璃成分对后续的化学钢化过程产生影响，本配方中优选0～3%。

B₂O₃作为网络形成体氧化物加入，并且其加入可以使碱金属带入的非桥氧键变为桥氧键，从而提高玻璃的性能，并且其可以降低玻璃的高温黏度，提高工艺的适配性，本配方中优选1～8%。

所述预退火区即为退火窑A区，是指使锡槽出来的玻璃带均匀降温至玻璃退火温度的退火区域；所述退火区即为退火窑B区，是指将已处于高温退火温度的玻璃带，以一定的冷却速度进行冷却，从而使玻璃带内的永久应力控制在允许范围内的退火区域。

本发明的有益效果是：直接在玻璃生产线的退火过程中完成在线化学钢化，在玻璃表面形成压应力层，从而增强玻璃基板的耐磨性、耐冲击性、耐化学腐蚀性以及安全性，大幅度地提高产品的生产效率，降低制造成本，实现规模化效益；并且，本发明可以直接在现行的玻璃生产线上得到运用，不用进行大规模的技术改造，减少技术运用门槛及技术开发风险。

在线化学钢化区的温度≤预退火区出口温度，此温度低于铝硅酸盐玻璃的软化点，离子交换过程中不会对玻璃本体产生影响，保证了最终产品质量处于优异水平。

退火窑A区与B区之间的温度与化学钢化所需的温度区间基本吻合，本发明选择在此区间内设置钢化设备能够实现对现有设备的最小改动，并且对于退火窑温度曲线不会产生大幅度的扰动，从而保证了玻璃基板质量的稳定性。

如果直接在玻璃表面喷涂钢化溶液，溶液可能在热玻璃表面吸收大量的热量，玻璃基板表面产生较大的张应力，从而导致玻璃板炸裂；本发明通过喷涂雾化的钢化溶液能够降低溶液与热玻璃基板之间反应剧烈程度，保证产品完好性。

本发明是在铝硅酸盐玻璃退火过程中同时完成在线化学钢化工艺，不需要单独设置生产线，仅需要在现行浮法生产线中增加相应的化学钢化设备即可以完成，实现了产品的规模化生产。

退火窑A区与B区之间的温度与化学钢化所需的温度区间基本吻合，在此区间内设置钢化设备能够实现对现有设备的最小改动，并且对于退火窑温度曲线不会产生大幅度的扰动，从而保证了玻璃基板质量的稳定性。

化学钢化区采用钢质材料的箱体，箱体的两端分别与预退火区、退火区密封连接，箱体长度控制在5～30米，保证玻璃基板在箱体内运行过程有足够的离子交换时间，化学钢化区内温度通过电加热控制，保证钢化区域内温度曲线的稳定，从而确保化学钢化效果。

具体实施方式

本发明提供的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，是在预退火区（退火窑A区）与退火区（退火窑B区）之间加设一个与所述预退火区、退火区密封连接的在线化学钢化区，所述在线化学钢化区是采用钢质材料制成、长度5～30米、与退火窑形状一致的箱体，箱体内的温度通过电加热控制，所述在线化学钢化区温度≤预退火区出口温度，温差为0～50℃，熔制成型的玻璃基板经过预退火区后进入在线化学钢化区进行表面喷涂雾化的钢化溶液，使玻璃基板表面形成压应力层，然后进入退火区，完成玻璃基板退火过程中的在线化学钢化。所述的钢化溶液为K₂SO₄，KCl，KNO₃，K₃PO₄中的一种或几种混合溶液。所述铝硅酸盐玻璃的化学成分质量百分比为SiO₂55～75%、Al₂O₃8～25%、MgO0～10%、K₂O6～15%、Na₂O2～20%、Li₂O0～5%、CaO0～10%、B₂O₃0～10%。

实施例一

将化学组份质量百分比为SiO₂ 69% 、Al₂O₃12%、MgO 4%、 K₂O 3%、Na₂O 8%、 CaO 2%熔制成型后的铝硅酸盐玻璃基板通过辊道进入退火窑A区（即预退火区）进行预退火，退火窑A区出口温度控制在600℃；经过退火窑A区的玻璃基板进入化学钢化箱（即在线化学钢化区），箱体长度5m，箱体内温度通过热电偶控制在590～600℃,在箱体的入口通过喷射装置喷射雾化的质量浓度比为1：1KCl和KNO₃混合溶液，然后在钢化箱内保温1～3min后进入退火窑B区（即退火区），完成玻璃基板退火过程中在线化学钢化；在线化学钢化后玻璃基板的各种性能指标，均达到较高水平，如下表所示：

	应变点(℃)	杨氏模量（GPa）	压缩应力（MPa）	压应力层（μm）
					在线化学钢化玻璃	690	78.2	200	21

实施例二

将化学组份质量百分比为 SiO₂54.4% 、Al₂O₃ 21.3%、MgO 3.3%、 K₂O 1.5%、 Na₂O 11.7%、Li₂O 0.1%、CaO 0.3%、B₂O₃ 6.8%熔制成型后的铝硅酸盐玻璃基板通过辊道进入退火窑A区（即预退火区）进行预退火，退火窑A区出口温度控制在550℃；经过退火窑A区的玻璃基板进入化学钢化箱（即在线化学钢化区），箱体长度20m，箱体内温度通过热电偶控制在500～550℃,在箱体的入口通过喷射装置喷射雾化的质量浓度比为2：1的 K₂SO₄ 和KNO₃混合溶液，然后在钢化箱内保温4～8min后进入退火窑B区（即退火区），完成玻璃基板退火过程中在线化学钢化；在线化学钢化后玻璃基板的各种性能指标，均达到较高水平，如下表所示：

	应变点(℃)	杨氏模量（GPa）	压缩应力（MPa）	压应力层（μm）
					在线化学钢化玻璃	712	80.5	150	13

实施例三

将化学组份质量百分比为SiO₂70% 、Al₂O₃ 10%、MgO 4%、 K₂O 3%、 Na₂O 8%、CaO 3%熔制成型后的铝硅酸盐玻璃基板通过辊道进入退火窑A区（即预退火区）进行预退火，退火窑A区出口温度控制在630℃；经过退火窑A区的玻璃基板进入化学钢化箱（即在线化学钢化区），箱体长度20m，箱体内温度通过热电偶控制在600～630℃,在箱体的入口通过喷射装置喷射雾化的质量浓度比为4：1的KCl和KNO₃混合溶液，然后在钢化箱内保温6～10min后进入退火窑B区（即退火区），完成玻璃基板退火过程中在线化学钢化；在线化学钢化后玻璃基板的各种性能指标，均达到较高水平，如下表所示：

	应变点(℃)	杨氏模量（GPa）	压缩应力（MPa）	压应力层（μm）
					在线化学钢化玻璃	685	79.3	136	14

实施例四

将化学组份质量百分比为SiO₂64% 、Al₂O₃ 14%、MgO 4%、 K₂O 3%、 Na₂O 10%、Li₂O 0.1%、B₂O₃3.9%熔制成型后的铝硅酸盐玻璃基板通过辊道进入退火窑A区（即预退火区）进行预退火，退火窑A区出口温度控制在700℃；经过退火窑A区的玻璃基板进入化学钢化箱（即在线化学钢化区），箱体长度30m，箱体内温度通过热电偶控制在685～700℃,在箱体的入口通过喷射装置喷射雾化的质量百分比浓度为10%～50%的K₃PO₄溶液，然后玻璃基板在钢化箱内保温10～20min后进入退火窑B区（即退火区），完成玻璃基板退火过程中在线化学钢化；在线化学钢化后玻璃基板的各种性能指标，均达到较高水平，如下表所示：

	应变点(℃)	杨氏模量（GPa）	压缩应力（MPa）	压应力层（μm）
					在线化学钢化玻璃	680	78.6	300	25

Claims

1.一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：在预退火区与退火区之间加设一个与所述预退火区、退火区密封连接的在线化学钢化区，所述在线化学钢化区温度≤预退火区出口温度，熔制成型的玻璃基板经过预退火区后进入在线化学钢化区进行表面喷涂钢化溶液，使玻璃基板表面形成压应力层，然后进入退火区，完成玻璃基板退火过程中的在线化学钢化。

2.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述在线化学钢化区为钢质材料的箱体，所述箱体的两端分别与预退火区、退火区密封连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述在线化学钢化区的长度为5～30米。

4.根据权利要求1或2所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述在线化学钢化区的温度通过电加热控制，在线化学钢化区温度与预退火区出口温度的温差为0～50℃。

5.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述玻璃基板表面喷涂的钢化溶液为雾化的钢化溶液。

6.根据权利要求1或5所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述玻璃基板于在线化学钢化区的入口处实施钢化溶液喷涂。

7.根据权利要求1或5所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述的钢化溶液为K₂SO₄，KCl，KNO₃，K₃PO₄中的一种或几种混合溶液。

8.根据权利要求1或5所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述玻璃基板表面喷涂钢化溶液后在在线化学钢化区内保温1～20分钟后进入退火区。

9.根据权利要求8所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述玻璃基板表面喷涂钢化溶液后在在线化学钢化区内保温3～6分钟后进入退火区。

10.根据权利要求1所述的一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，其特征在于：所述铝硅酸盐玻璃的化学成分质量百分比为SiO₂55～75%、Al₂O₃8～25%、MgO0～10%、K₂O6～15%、Na₂O2～20%、Li₂O0～5%、CaO0～10%、B₂O₃0～10%。