CN102603172B - 一种超薄强化玻璃的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超薄强化玻璃的制备方法，首先，将玻璃试样切割、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；然后，将试样迅速放入的马弗炉中，保温一定时间后，取出迅速落入微球中，停留一段时间后，取出既得强化超薄玻璃。本发明以微球作为冷却介质，防止了对薄玻璃表面的损害，不用再加入任何添加剂，制备工艺简单，应用本发明生产的强化玻璃，具有强度高，成本低，成品率高等优点。本发明不但可以用于薄玻璃的增强，尤其是可以用于超薄玻璃产品的增强，例如液晶显示器玻璃，LED玻璃等；此外，本发明对具有一定曲线形状(弧形，管形，异型)超薄玻璃制品也可以进行强化。按照本发明制备方法制得的超薄强化玻璃应力分布均匀，抗冲击强度高，强化效果良好。

Description

一种超薄强化玻璃的制备方法

技术领域

本发明涉及一种强化玻璃的制备方法，特别涉及一种超薄强化玻璃的制备方法。

背景技术

超薄玻璃是相对普通平板玻璃厚度而言的，一般厚度在3mm以下为薄玻璃，度在1.5mm以下称之为超薄玻璃。然而超薄化也带来了显而易见的弊端，那就是力学强度的降低。在降低重量、减小体积的同时，杂质、缺陷以及任何降低玻璃强度的负面因素都会被放大。比如：一个小小的裂纹或缺陷对于普通厚度的玻璃来说只是表面上一个微不足道的瑕疵，相对于超薄玻璃来说，同样大小的裂纹却可能已经深入玻璃内部，对其强度造成无法忽视的破坏。这直接造成了超薄玻璃在抗折强度、表面硬度等力学性能指标上明显落后于普通的平板玻璃，这给超薄玻璃的实际应用带来了巨大的阻碍。从上世纪60年代Kistler开始，通过不懈的研究人们发现通过化学钢化(即离子交换)的方法，超薄玻璃的力学性能可以得到质的提高。经过化学钢化后的超薄玻璃在：(1)电子信息产业平板显示器用基板玻璃；(2)钟表蒙面玻璃、仪器及汽车仪表玻璃、工业相象全息制版玻璃、照相机盖板玻璃；(3)太阳能发电用基板玻璃、太阳能电池保护罩板玻璃；(4)复印机、传真机及各类编码器用玻璃；(5)显微镜、医用玻璃；(6)工业材料配合料用鳞片玻璃等六大工业领域具有非凡的经济、科研价值。

显示器件如LCD、OLED、触摸屏等用的玻璃基板以及保护玻璃，其性能(如表面粗糙度、翘曲度、光学透过率、热稳定性和力学强度等)要求较高，它们应具有小于1.1mm的超薄厚度，因为手机、MP3、笔记本等具有中小尺寸显示器件的玻璃基板厚度一般在0.7mm以下。近年来要求这些便携性电子产品具有良好的抗冲击性，以防止人们使用不慎摔坏显示屏，这就需要对这些电子显示产品的玻璃基板作钢化增强处理。目前，玻璃的钢化主要有物理钢化和化学钢化两类。化学钢化主要为硝酸盐类的离子交换法。物理钢化主要有空气风冷、微粒钢化、雾钢化法等。但与物理钢化玻璃相比，化学钢化玻璃生产周期长(交换时间长达数十小时)，效率低而且生产成本高(熔盐不能循环利用，且纯度要求高)，碎片与普通玻璃相仿，安全性差，且其性能不稳定(化学稳定性不好)，机械强度和抗冲击强度等物理性能易于消退，强度随时间衰减很快。风冷钢化的优点是成本较低，产量较大，具有较高的机械强度、耐热冲击性，而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外，在破碎时能形成小碎片，可减轻对人体的伤害。但是对玻璃的厚度和形状有一定的要求(国产设备所钢化的玻璃最小厚度一般在3mm左右)，而且冷却速度较慢，能耗高，对于薄玻璃，钢化过程中还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。目前空气钢化的玻璃多用在汽车、舰船、建筑物上。微粒钢化新工艺与传统的风钢化工艺相比。冷却介质的冷却能大，适于钢化超薄玻璃。但微粒钢化工艺的冷却介质成本较高。适用高强度，高精度的薄玻璃和超薄玻璃。雾钢化法冷却介质易得，成本低、不污染环境，还可钢化一般气体、液体及微粒钢化所不能钢化的薄玻璃。但冷却均匀性较难控制，目前应用较少。在西北轻工业学院主编的《玻璃工艺学》中提及到了液体钢化玻璃的原理，但是没有给出具体的工艺过程及应用实例。

玻璃微粒钢化是国外七十年代末发明的一项新技术，由于它可钢化超薄玻璃、强度高、质量好，是目前制造高性能钢化玻璃的一项先进技术。中国建材研究院玻璃所通过“七五”科技攻关，在国内首先研究成功，并于1990年底通过了部级技术鉴定。微粒钢化新工艺与传统的风钢化工艺相比，冷却介质的冷却能大，适于钢化超薄玻璃，节能效果显著(节能约40％)。该科研成果不但适用航空材料，亦已用于北京吉普车侧窗玻璃及舞台灯光滤光片玻璃，具有较广阔的应用前景和良好的社会经济效益。微粒是把玻璃加热到接近软化温度后，于流化床中经固体微粒一般为粒度小于200μm的氧化铝微粒淬冷而使玻璃获得增强的一种工艺方法。从理论上看，用固体作为冷却介质可以制造出更薄、更轻、强度更高的钢化玻璃，故上个世纪年代中期至年代初期，英国、日本、比利时、德国等陆续将此技术应用于生产。微粒钢化法可钢化超薄玻璃，强度高、质量好，是目前制造高性能钢化玻璃的一项先进技术。微粒钢化新工艺与传统的风钢化工艺相比，冷却介质的冷却能大，适于钢化超薄玻璃，节能效果显著节能约。但微粒钢化工艺的冷却介质成本较高。适用范围高强度，高精度的薄玻璃和超薄玻。但是，微粒钢化玻璃在制备过程中，由于微粒对玻璃表面的接触及摩擦，造成玻璃表面受到严重的损坏，尽快肉眼看不到，但是，薄玻璃在使用过程中如果表面有损伤，作为显示器则显示效果将严重的受到影响。([1]徐美君.超薄玻璃[J].玻璃与搪瓷，2001，29(6)：48-49.[2]姜宏.超薄浮法玻璃[J].洛阳工业高等专科学校学报，2002，12(4)：28.[3]张保军，傅静，马誊容，等.化学钢化玻璃[J].材料工程，2001，376(增刊)：138-139.[4]翟守元，孟桂珍.化学钢化时的温度、时间对玻璃强度的影响[J].山东轻工业学院学报，1996，10(2)：56.[5]朱雷波.平板玻璃深加工学[M].武汉：武汉工业大学出版社，2002：100-105.[6]刘志海，胡桂萍.钢化玻璃发展现状与趋势[J].玻璃，2004，31(2)：49-51.[7]贲静，李宇.化学钢化玻璃强度影响因素控制[J].玻璃，2004，31(5)：53-54.[8]李锡善，许世忠，朱从善.5.25英寸玻璃基片化学增强工艺研究[J].硅酸盐通报，1994，(4)：42.[9]贾孝锋，李成存，庞威.薄玻璃的钢化技术[J].玻璃，2002，29(3)：37.[10]王海风，韩文爵，王依民.影响玻璃化学钢化盐浴活性因素的研究[J].玻璃与搪瓷，2004，32(1)：19-22.[11]贺蕴秋，杨俊超.多相离子交换增强钠钙硅玻璃[J].建筑材料学报，2003，6(4)：445-450.[12]石丽芬，汤李缨，程金树.KOH对离子交换增强硼硅酸盐玻璃性能的影响[J].玻璃与搪瓷，2008，36(4)：1[13]几种玻璃钢化方法的比较[J].玻璃，2008，197(2)：50.[14]离子交换法制备显示器用化学钢化玻璃基板[J].材料导报，2010，24(9)：97.)

目前，关于玻璃的强化的国内外专利较少。CN1843988涉及一种薄玻璃物理钢化的生产工艺，属于钢化玻璃加工技术领域。其主要将经预处理的薄玻璃半成品放在放片段上，然后进入加热段加热，快速进入分段式淬冷段进行瞬间高压空气淬冷，经高压急冷后再由小功率风机和风机风栅进行往复式冷却直至常温，得到钢化玻璃成品。该发明钢化的加热方式能实现均匀性，钢瓦热平衡装置在加热炉内的应用能实现炉温充分均匀；薄玻璃钢化的传动方式平稳可靠，能确保传动的平稳、柔性、可靠；能实现薄玻璃厚度为：2mm～3mm的钢化；能节能(节电)达三分之二以上；比传统纲化装置的噪音减少五分之四，工人在现场操作时不会受噪声影响，有利于环保。CN1843989涉及一种薄玻璃物理钢化淬冷装置，具体地说是用于水平辊道式钢化机组生产2～3mm薄玻璃，属于钢化玻璃加工技术领域。其主要采用高压风栅、风机风栅分别连接淬冷段，空压机连接管道，通过管道与高压风栅连接，风机连接管道，通过管道与风机风栅连接。该发明结构简单、紧凑；由于采用高压空气、高压风栅和风机风栅分段组成的分段式淬冷段，按高压风栅先对热玻璃瞬间高压淬冷再由小功率风机风栅继续淬冷直至常温，能实现薄玻璃的钢化；能节能(节电)三分之二以上；比传统纲化装置的噪音减少五分之四，工人在现场操作不会受噪声影响，有利于环保。CN1935715公开了一种生产薄钢化玻璃的方法，其是将干冰微粒和压缩空气作为冷却介质通过混合器进入风栅，然后经过喷嘴冲击到加热后的玻璃表面。该发明中所用的干冰具有温度较低、易升华、热容高、安全性好等特点，它克服了液体介质钢化法和微粒钢化法在操作上和经济方面的难点，使用简单、方便而且经济、无污染，在钢化过程中由于热交换而产生的气态CO₂可以通过负压装置排放至大气中。所用干冰微粒可以用干冰制造机来生产，不需要大量储备。以上专利仅能用于厚度为2-3mm的薄玻璃强化，对于厚度在0.5mm左右的超薄玻璃还无法进行强化。

纵观以上文献，根据超薄玻璃的使用要求，如果采用化学强化方法进行强化，对于玻璃组成中不含碱金属的广泛应用的高铝硼硅酸盐玻璃此方法是无法实现；同时，如果用化学强化方法对含碱金属的薄玻璃进行强化，由于“挤塞”到玻璃表面的大半径离子，一方面损害了玻璃表面，另一方面对玻璃的化学稳定性造成了一定影响，此方法强化的玻璃应用受到限制。如果采用常规的风冷强化的方法对超薄玻璃进行强化，根据强化理论，要在厚度小于0.7mm的玻璃表面形成压应力是不成立的，微粒钢化对玻璃表面会有严重损伤。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种厚度小于0.7mm的超薄强化玻璃的制备方法，该方法不需要加入任何添加剂，且制备工艺简单，应用本发明生产的超薄强化玻璃具有应力分布均匀，抗冲击强度高，成本低，成品率高等优点。并且设备简单，投资较少，不污染环境。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，将玻璃试样切割、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入710～730℃的马弗炉中，保温10～60秒后，取出迅速落入60～120℃的微球中，停留10～30分钟后，取出既得超薄强化玻璃。

所述的微球采用粒径40-60目标准筛的玻璃微球或表面光滑的石英砂球形颗粒。

所述的微球为空心结构。

所述步骤2)玻璃试样置于微球后，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌。

本发明以微球作为冷却介质，防止了对薄玻璃表面的损害，不用再加入任何添加剂，制备工艺简单，应用本发明生产的强化玻璃，具有强度高，成本低，成品率高等优点。并且设备简单，投资较少，不污染环境。本发明不但可以用于薄玻璃的增强，尤其是可以用于超薄玻璃产品的增强，例如液晶显示器玻璃，LED玻璃等；此外，本发明对具有一定曲线形状(弧形，管形，异型)超薄玻璃制品也可以进行强化。按照本发明制备方法制得的超薄强化玻璃应力分布均匀，抗冲击强度高，强效果良好。

具体实施方式

实施例1：首先，将0.5mm玻璃试样切割成5×5mm、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入710℃的马弗炉中，保温10秒后，取出迅速落入60℃的微球中，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌，使玻璃试样在微球中停留10分钟后，取出既得超薄强化玻璃。所述的微球采用粒径40-60目标准筛的空心结构的玻璃微球。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，钢球重量为10克，测得试样的抗冲击性能为0.6m，冲击三次不破碎。

实施例2：首先，将0.5mm玻璃试样切割成5×5mm、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入720℃的马弗炉中，保温15秒后，取出迅速落入70℃的微球中，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌，使玻璃试样在微球中停留20分钟后，取出既得超薄强化玻璃。所述的微球采用粒径40-60目标准筛的空心结构的表面光滑的石英砂球形颗粒。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，钢球重量为10克，测得试样的抗冲击性能为0.9m，冲击三次不破碎。

实施例3：首先，将0.5mm玻璃试样切割成5×5mm、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入730℃的马弗炉中，保温3秒后，取出迅速落入8℃的微球中，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌，使玻璃试样在微球中停留30分钟后，取出既得超薄强化玻璃。所述的微球采用粒径40-60目标准筛的空心结构的玻璃微球。。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，钢球重量为10克，测得试样的抗冲击性能为1m，冲击三次不破碎。

实施例4：首先，将0.7mm玻璃试样切割成10×10mm、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入715的马弗炉中，保温5秒后，取出迅速落入12的微球中，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌，使玻璃试样在微球中停留15钟后，取出既得超薄强化玻璃。所述的微球采用粒径40-60目标准筛的空心结构的表面光滑的石英砂球形颗粒。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，钢球重量为10克，测得试样的抗冲击性能为0.7m，冲击三次不破碎。

实施例5：首先，将0.7mm玻璃试样切割成10×10mm、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入725马弗炉中，保温4秒后，取出迅速落入9℃的微球中，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌，使玻璃试样在微球中停留25后，取出既得超薄强化玻璃。所述的微球采用粒径40-60目标准筛的空心结构的玻璃微球。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，钢球重量为10克，测得试样的抗冲击性能为0.8m，冲击三次不破碎。

实施例6：首先，将0.7mm玻璃试样切割成10×10mm、倒角、磨边、清洗、烘干后备用；

2)然后，将步骤1)处理后的玻璃试样迅速放入730℃的马弗炉中，保温60秒后，取出迅速落入100℃的微球中，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌，使玻璃试样在微球中停留30分钟后，取出既得超薄强化玻璃。所述的微球采用粒径40-60目标准筛的空心结构的表面光滑的石英砂球形颗粒。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，钢球重量为10克，测得试样的抗冲击性能为1.1m，冲击三次不破碎。

Claims (3)

1.一种超薄强化玻璃的制备方法，其特征在于： 

1）首先，将玻璃试样切割、倒角、磨边、清洗、烘干后备用； 

2）然后，将步骤1）处理后的玻璃试样迅速放入710～730℃的马弗炉中，保温10～60秒后，取出迅速落入60～120℃的微球中，停留10～30分钟后，取出即得超薄强化玻璃； 

所述的微球采用粒径40-60目标准筛的玻璃微球或表面光滑的石英砂球形颗粒。 

2.根据权利要求1所述的超薄强化玻璃的制备方法，其特征在于：所述的微球为空心结构。 

3.根据权利要求2所述的超薄强化玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤2）玻璃试样置于微球后，采用搅拌器对强化间隙进行搅拌。