CN103265188A

CN103265188A - 一种抗划伤盖板玻璃

Info

Publication number: CN103265188A
Application number: CN2013102237375A
Authority: CN
Inventors: 张倩
Original assignee: SUZHOU BAINASI OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU BAINASI OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-08-28

Abstract

一种防刮伤透明盖板玻璃，由一层较薄的化学钢化的透明微晶玻璃与一层较厚的硼硅玻璃基板胶合而成，其中，透明微晶玻璃平片厚度为0.2～1mm，硼硅玻璃基板厚度为1～15mm。普通玻璃在表面划伤后，由于玻璃的脆性和内部网络结构被破坏，其表面划痕会向深度发展几微米到几十微米的隐裂。这种隐裂会导致沿划痕的边缘产生一系列微小的崩口和裂痕。对于微晶玻璃来说，由于玻璃相和晶相的共存，其玻璃表面的划伤会被晶相所阻隔，并不会向深度发展，不存在隐裂和划痕宽度扩大的现象。故用同样的力来划普通玻璃和微晶玻璃，微晶玻璃上的划痕要小的多。而采用化学钢化的微晶玻璃，其表面的强度和耐划伤性能将更加突出。

Description

一种抗划伤盖板玻璃

技术领域

本发明涉及仪器、仪表盖板玻璃领域，尤其涉及一种使用化学钢化透明微晶玻璃为表面抗划伤层，并以硼硅玻璃为基体材料而组成的盖板玻璃。

背景技术

一些光学窗口表面经常被用户接触到的仪器，比如固定式激光条码扫描仪、复印机等，都需要一种耐划伤的盖板玻璃。在一些其他领域比如户外公共信息触摸显示屏，也需要类似的盖板玻璃，他们共同的特征是表面抗划伤，具有一定的机械强度，具有一定的透过率要求，盖板玻璃的厚度一般为大于1mm.

通常的解决方案是选用纳钙玻璃（Soda lime glass）或硼硅玻璃作为基体材料，然后在表面镀抗划伤硬膜，比如类金刚石镀膜(DLC coating)。对于更高级别耐划伤要求的应用，则在基体玻璃上胶合一层蓝宝石玻璃，但这种方式受限于蓝宝石玻璃的尺寸，并且蓝宝石玻璃的材料成本和加工成本极其高昂。

对于在玻璃基体表面镀硬膜的方式，由于光学仪器的窗口需要一定的透光率，所以这些硬膜的厚度必须很低才具有透光性，但膜厚较低时易产生硬膜纹裂和脱落的问题。

发明内容

为了克服现有抗划伤盖板玻璃的不足，本发明提供了一种使用化学钢化的透明微晶玻璃层与硼硅玻璃层胶合而成的盖板玻璃。其中透明微晶玻璃层为盖板玻璃提供了抗划伤保护，并且整个盖板玻璃的透过率高于传统的基体玻璃胶合蓝宝石玻璃方式或基体玻璃镀硬膜方式。另一方面，这种盖板玻璃的成本相对较低。

透明微晶玻璃是通过对基础玻璃进行热处理而获得的一种既含晶相又含残余玻璃相的透明材料。普通玻璃在表面划伤后，由于玻璃的脆性和内部网络结构被破坏，其表面划痕会向深度发展几微米到几十微米的隐裂。这种隐裂会导致沿划痕的边缘产生一系列微小的崩口和裂痕，所以往往微小的高硬度物体划伤会造成显见的划痕。钢化后的玻璃表面由于挤压应力，其表面硬度会有所提高，但划痕还是无法避免，同样会有划痕下的隐裂产生。对于玻璃边缘的崩口，同样有隐裂产生，严重时会成为玻璃板的断裂点。对于微晶玻璃来说，由于玻璃相和晶相的共存，其玻璃表面的划伤会被晶相所阻隔，并不会向深度发展，不存在隐裂和划痕宽度扩大的现象。所以用同样的力来划普通玻璃和微晶玻璃，微晶玻璃上的划痕要比普通玻璃微小的多。而采用化学钢化的微晶玻璃，其表面的强度和耐划伤性能将更加突出。

本发明所提供的透明微晶玻璃由如下成分组成，各组分按照重量百分比计，SiO₂, 60~72%；Al₂O₃,15~25%； LiO₂,0~5%； TiO₂, 0~5%； ZrO₂, 0~5%； ZnO, 0~5%； BaO, 0~3； MgO, 0~3%； Na₂O + K₂O, 0~2%； As₂O₃, 0~2%。

本发明提供一种透明微晶玻璃的制造过程，首先按照上述组分配制原料，在1400~1650摄氏度熔制，并压延成型为平板玻璃并煺火冷却；平板玻璃被再加热经过450~800摄氏度核化处理0.5~4小时，然后升温至800~950摄氏度晶化处理2~8小时，冷却后即得到透明微晶玻璃平板。在晶化的过程中，通过对晶体生长速度的控制，生成大量的纳米级晶粒，由于纳米级晶粒比可见光波长小，光波可以绕过晶粒，所以在可见光波长范围透明。在常温下，由于晶体具有负的热膨胀系数，而玻璃具有正的热膨胀系数，所以在微晶玻璃中的晶相和玻璃相的热膨胀相互抵消，微晶玻璃整体的热膨胀系数接近于0。本发明所涉及的透明微晶玻璃常温下的热膨胀系数（CTE）小于10^-6/k.

以上生产方式可以得到尺寸超过500x500mm的透明微晶玻璃平板，厚度为2~4mm。将微晶玻璃平板按照所需尺寸切割，然后对切割片进行双面研磨和抛光，最终的微晶玻璃平片厚度为0.2~1mm。

本发明同时提供一种透明微晶玻璃化学钢化的方法，将上述加工过的透明微晶玻璃片放置在100%的NaNO₃盐浴中进行离子交换强化，其预热温度为360~450摄氏度，处理时间为1~10小时。

为了保证微晶玻璃片与玻璃基片有较好的贴合性能，所选用的玻璃基片材料为热膨胀系数较低的硼硅玻璃平板.这种硼硅玻璃平板采用浮法工艺生产，其厚度为1~15mm, 其常温下的热膨胀系数为3~4x10^-6/k。硼硅玻璃基板同样按照所需尺寸切割。将化学钢化后的透明微晶玻璃和硼硅玻璃基板在超声波水槽中清洗干净后，用胶水贴合。所用胶水包括，但不限于：UV胶，环氧胶。

附图说明

图1是普通玻璃和透明微晶玻璃划痕剖面示意图；

图2是普通玻璃和透明微晶玻璃划痕俯视示意图；

图3是透明微晶玻璃与硼硅玻璃基板胶合示意图。

其中附图标记

1为能在玻璃表面产生划痕的高硬度；

2为普通玻璃划痕下方隐裂；

3为普通玻璃；

4为透明微晶玻璃；

5为普通玻璃划痕；

6为透明微晶玻璃划痕；

7为钢化后的透明微晶玻璃平片；

8为硼硅玻璃基片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对发明作详细说明。附图中相同标记表示相同部件。为了更好的理解，附图中所示的部件是示意性表示，它们不是按比例绘制的，即该附图的部件不表示真实尺寸。这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说都是公知的，因此这里不做进行详细描述。

本发明所提供的透明微晶玻璃由如下成分组成，各组分按照重量百分比计，SiO₂, 60~72%； Al₂O₃,15~25%； LiO₂,0~5%； TiO₂, 0~5%； ZrO₂, 0~5%； ZnO, 0~5%； BaO, 0~3；MgO, 0~3%；Na₂O + K₂O, 0~2%； As₂O₃, 0~2%。

本发明提供一种透明微晶玻璃的制造过程，首先按照上述组分配制原料，在1400~1650摄氏度熔制，并压延成型为平板玻璃并煺火冷却；平板玻璃被再加热经过450~800摄氏度核化处理0.5~4小时，然后升温至800~950摄氏度晶化处理2~8小时，冷却后即得到透明微晶玻璃平板。在晶化的过程中，通过对晶体生长速度的控制，生成大量的纳米级晶粒，由于纳米级晶粒比可见光波长小，光波可以绕过晶粒，所以在可见光波长范围透明。在常温下，由于晶体具有负的热膨胀系数，而玻璃具有正的热膨胀系数，所以在微晶玻璃中的晶相和玻璃相的热膨胀相互抵消，微晶玻璃整体的热膨胀系数接近于0。本发明所涉及的透明微晶玻璃常温下的热膨胀系数（CTE）小于10^-6/k。

以上生产方式可以得到尺寸超过500x500mm的透明微晶玻璃平板，厚度为2~4mm.将微晶玻璃平板按照所需尺寸切割，然后对切割片进行双面研磨和抛光，最终减薄后的微晶玻璃平片厚度为0.2~1mm。

本发明同时提供一种透明微晶玻璃化学钢化的方法，将上述加工过的透明微晶玻璃片放置在100%的KNO3盐浴中进行离子交换强化，其预热温度为360~450摄氏度，处理时间为2~15小时。

下面参考图1和图2，普通玻璃和透明微晶玻璃划痕剖面示意图，以及普通玻璃和透明微晶玻璃划痕俯视示意图。普通玻璃3由坚硬物体1在表面划伤后，由于玻璃的脆性和内部网络结构被破坏，其表面划痕5会向深度发展几微米到几十微米的隐裂2。这种隐裂会导致划痕可见宽度的继续扩大，如图2所示，沿划痕的边缘会产生一系列微小的崩口和裂痕。所以往往微小的高硬度物体划伤会造成普通玻璃显见的划痕。对于透明微晶玻璃4，由于玻璃相和晶相的共存，其玻璃表面的划痕6会被晶相所阻隔，不会向深度发展，也不存在隐裂和划痕边缘崩口扩大的现象。所以用同样的力来划普通玻璃和微晶玻璃，微晶玻璃上的划痕要比普通玻璃微小的多。而采用化学钢化后的透明微晶玻璃，其表面的强度和耐划伤性能将更加显著。

下面参考图3，透明微晶玻璃与硼硅玻璃基板胶合示意图。玻璃基片材料为热膨胀系数较低的硼硅玻璃平板，其常温下的热膨胀系数为3~4x10^-6/k.这种硼硅玻璃平板采用浮法工艺生产，其厚度为1~15mm。硼硅玻璃平板同样被按照所需尺寸切割称玻璃基板。最终化学钢化后的透明微晶玻璃7和硼硅玻璃基板8在超声波水槽中清洗干净后，用胶水贴合。所用胶水包括，但不限于：UV胶，环氧胶。本发明提供一种环氧胶的胶合方法。在胶合前，首先要去除胶水内部的气泡。胶合过程在可抽真空的密闭腔体内进行。首先，将透明微晶玻璃和硼硅基体玻璃涂胶水，对准并轻轻贴合放置；接着腔体密闭，抽真空；当达到一定的气压后，由机械的柔性滚轮施加压力，从一侧压向玻璃盖板的另一侧；取出盖板玻璃，放置在高温烘箱中烘烤，温度约为70~120度，直至胶水完全固化。

上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不受所述实施例的限制，任何其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种用于光学仪器窗口或显示屏的防刮伤透明盖板玻璃，由一层较薄的化学钢化的透明微晶玻璃与一层较厚的硼硅玻璃基板胶合而成，其中，透明微晶玻璃平片厚度为0.2~1mm，硼硅玻璃基板厚度为1~15mm。

2. 根据权利要求1所述的透明微晶玻璃，其特征在于，透明微晶玻璃由如下成分组成，各组分按照重量百分比计，SiO2, 60~72%; Al2O3,15~25%; LiO2,0~5%; TiO2, 0~5%; ZrO2, 0~5%; ZnO, 0~5%; BaO, 0~3; MgO, 0~3%; Na2O + K2O, 0~2%， As2O3, 0~2%。

3. 根据权利要求1所述的透明微晶玻璃的化学钢化方法，包括提供权利要求2所述的透明微晶玻璃，在100%的NaNO₃盐浴中进行离子交换强化，其预热温度为360~450摄氏度，处理时间为1~10小时。

4. 根据权利要求1所述的硼硅玻璃基板，其特征在于，硼硅玻璃平板采用浮法工艺生，其常温下的热膨胀系数为3~4x10^-6/k，其厚度为1~15mm。