CN103819079B - 一种低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其包含如下步骤：在玻璃的退火窑上增设高温喷涂装置，当铝硅酸盐玻璃进入退火窑时，所述高温喷涂装置将高温熔盐雾化并均匀的喷涂到铝硅酸盐玻璃表面，雾化熔盐与玻璃迅速发生反应形成压应力层，使铝硅酸盐玻璃退火后获得增强的效果。本发明设计的玻璃在线增强方法适用范围广，不需要对现在的玻璃生产技术做大范围修改，降低投资成本，同时，本发明工作温度较低，大大降低原材料及能源的消耗。

Description

一种低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法

技术领域

本发明涉及一种低成本的铝硅酸盐玻璃的在线增强方法，具体的说，本发明涉及一种玻璃生产过程中快速增强的工艺。

背景技术

目前，建筑玻璃、汽车及火车玻璃都采用的是钠钙硅平板玻璃。钠钙硅平板玻璃强度不高，玻璃原片强度只有70MPa左右，物理钢化处理后的玻璃强度大于200MPa，但物理钢化需要对玻璃清洗、磨边等繁琐的工艺，大大增加了生产成本。

近几年来，康宁等公司开发出了一种铝硅酸盐平板玻璃，它是采用溢流法进行生产，然后进行化学强化处理，处理后抗折强度大于500Mpa，但康宁开发的高碱铝硅酸盐玻璃熔融温度很高，达到1650℃以上，同时溢流装备价格昂贵，因此目前仅应用于高附加值的电子产品触摸屏上。

除物理钢化、化学钢化外，增强玻璃强度的方式还有酸洗、火抛等，但该方式处理后必须马上对玻璃表面进行保护，否则玻璃强度会迅速下降。同时，酸洗也会对环境造成很大的危害。

以上方法都是离线强化方法，工艺复杂。

CN102531364A公开了一种铝硅酸盐玻璃在线化学钢化方法，是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。

CN102531364A公开的方法实现了在线增强，但只能应用于浮法制备铝硅酸盐玻璃，另外该方法需要对厂房和设备进行改造，增设在线化学钢化区，大幅增加生产成本，并且，该方法钢化过程所需的温度较高。

从上述玻璃强度增强工艺来看，目前还没有一种生产成本较低、工艺简单的快速增强玻璃强度的生产工艺，应用于建筑、汽车及火车等领域。

发明内容

本发明的目的在于针对目前玻璃增强工艺的不足，提供一种生产成本低、工艺简单的可在线快速提高玻璃强度的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其包含如下步骤：在玻璃的退火窑上增设高温喷涂装置，当铝硅酸盐玻璃进入退火窑时，所述高温喷涂装置以一定的压力将高温熔盐雾化并均匀的喷涂到铝硅酸盐玻璃表面，雾化熔盐与玻璃迅速发生反应形成压应力层，使铝硅酸盐玻璃退火后获得增强的效果。

进一步地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述熔盐为KNO₃熔盐。

作为本发明的优选方案，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述熔盐中进一步添加辅助剂，所述辅助剂选自以下（1）、（2）或（3）中的一种：

（1）占熔盐总重量的1~2%的Al₂O₃；

（2）占熔盐总重量的1~2%的硅藻土；

（3）占熔盐总重量的0.5~1%的硅酸钾。

进一步地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述压应力层厚度不小于17μm。

优选地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述压应力层厚度为17μm~35μm。

需要指明的是，本发明可对玻璃双面或仅对玻璃单面进行喷涂，本发明提供的技术方案中的压应力层厚度为玻璃单侧压应力层厚度。

进一步地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述喷涂的温度范围为390~480℃。

进一步地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述铝硅酸盐玻璃为高碱铝硅酸盐玻璃。

优选地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述高碱铝硅酸盐玻璃由以下成分组成：SiO₂62~70%，Al₂O₃5~13%，CaO0.7~7.5%，MgO3~5%，Na₂O12~16%，K₂O1~2%，Sb₂O₃0.3~0.5%。

进一步优选地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述高碱铝硅酸盐玻璃由以下成分组成：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

进一步地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述高温喷涂装置是成对设置的，分别设置于玻璃的两侧。

优选地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述高温喷涂装置设置一对或多对并均匀分布。

进一步优选地，本发明提供的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法中，所述高温喷涂装置设置1~2对。

需要说明的是，本发明中，熔盐的喷涂量、熔盐成分、熔盐温度和玻璃基体温度均对强化后玻璃的压应力层厚度有影响，而本发明中，压应力层厚度与玻璃抗折强度有密切关系，因此，需要对压应力层厚度进行控制，以保证本发明能够实现相应的技术效果。

本发明可实现以下技术效果：

1、本方法是在玻璃退火过程中直接对玻璃进行表面处理，使强度在短时间内快速提高。本方法与离线物理钢化和化学钢化相比，节约了玻璃原片后期切割、清洗、磨边等工艺流程，投资成本低、可实现大规模生产。

2、本发明设计的增强方式可应用于浮法、溢流下拉法、平拉法、窄缝下拉法和压延法等生产方法。

3、本发明不需要在退火窑处增加在线增强区域，而是在退火窑上直接加装高温喷涂装置即可，也就是说本方法不需要对退火窑及厂房进行大规模改造。

4、本发明的玻璃在线增强方式不需要更改原有退火窑的温度制度。

5、本发明设计的在线增强温度区间介于390~480℃之间，远低于玻璃的退火温度，本发明设计的玻璃在线增强方法适用范围更广，不需要对现在的玻璃生产技术做大范围修改，降低投资成本，同时，本发明工作温度较低，大大降低原材料及能源的消耗。

6、CN102531364A与本发明所述低成本铝硅酸盐玻璃的在线增强方法相比存在以下不足：（1）CN102531364A方法仅限定于浮法；（2）CN102531364A在退火窑处增加在线增强区域，需要对退火窑及厂房进行大规模改造；（3）CN102531364A增设了一段恒温区，需要更改退火窑的温度制度；（4）CN102531364A的在线增强区位于玻璃的退火区之前，根据高碱铝硅酸盐玻璃制作特征，其增强温度一般在600℃以上，与本发明设计的在线增强温度区间介于390~480℃相比耗能高。

通过与CN102531364A的对比可以看出，本发明设计的玻璃在线增强方法适用范围更广，不需要对现在的玻璃生产技术做大范围修改，降低投资成本，同时，本发明工作温度较低，大大降低原材料及能源的消耗。

具体实施方式

实施例1

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区480℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有480℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为20μm，然后进行力学性能检测。

实施例2

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为28μm，然后进行力学性能检测。

实施例3

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区390℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有390℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为17μm，然后进行力学性能检测。

实施例4

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，所述熔盐中添加了质量百分含量为2%的Al₂O₃，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为33μm，然后进行力学性能检测。

实施例5

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，所述熔盐中添加了质量百分含量为2%的硅藻土，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为32μm，然后进行力学性能检测。

实施例6

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，所述熔盐中添加了质量百分含量为1%的硅酸钾，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为35μm，然后进行力学性能检测。

实施例7

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1个高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的一面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为31μm，然后进行力学性能检测。

实施例8

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装2对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为36μm，然后进行力学性能检测。

实施例9

按照如下成分比例准备原料：SiO₂62%，Al₂O₃13%，CaO7.5%，MgO3%，Na₂O12%，K₂O2%，Sb₂O₃0.5%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为28μm，然后进行力学性能检测。

实施例10

按照如下成分比例准备原料：SiO₂70%，Al₂O₃5%，CaO3.7%，MgO3%，Na₂O16%，K₂O2%，Sb₂O₃0.3%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。本实施例在缓慢冷却区435℃的区域内安装1对高温喷涂装置，高温喷涂装置内装有435℃的KNO₃熔盐，高温喷涂装置将KNO₃熔盐雾化并均匀喷涂于玻璃的两面。喷涂过程中，退火窑内温度制度不变，玻璃板传输速度不变。玻璃板退火结束后，切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为28μm，然后进行力学性能检测。

对比例1

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

玻璃原料经过混合、熔制、成型后进入退火窑，退火窑温度制度为：预退火区进口温度为660℃，退火区进口温度为610℃，缓慢冷却区进口温度为510℃，强制冷却区进口温度为360℃，自然冷却区进口温度为260℃。玻璃退火结束后直接切割、制备制样，进行力学性能检测。

对比例2

按照如下成分比例准备原料：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

按照CN102531364A公开的方法，制定如下方案：根据上述组分熔制成型的玻璃进入预退火区进行预退火，预退火区出口温度控制在600℃。在预退火区之后及退火区前端增设一段5m长的恒温区，温度控制在600℃。在该区进口处采用高温喷涂装置对玻璃一侧喷涂600℃的1:1KCl和KNO₃熔盐，保温1~3min后进入退火区，完成钢化过程。玻璃退火结束后直接切割、制备制样，测得玻璃压应力层厚度为30μm，进行力学性能检测。

实施例11

对实施例1-10和对比例1-2所得到的平板玻璃的性能进行检测，具体性能评价方法为：

1、玻璃的抗折强度采用万能材料试验机进行，参照ASTMC109进行测量；

2、玻璃的应力层深度采用电子探针进行测量。

结果见表1。

表1实施例1~10、对比例1~2的压应力层厚度及力学性能检测结果

注：对于实施例1~6、8~10的双面喷涂强化玻璃而言，本实施例所测得的玻璃压应力层厚度为玻璃单侧压应力层厚度。

结论：以上说明，与未经强化的铝硅酸盐玻璃相比，本发明对玻璃抗折强度增长117%~329%，与CN102531364A公开的方法相比，本发明在保证力学性能的前提下，减少了增设在线保温区等厂房和设备投资，同时有效降低了在线喷涂工作温度，提高抗折强度约30%，还起到了节约能源、降低成本、提高强化效果的目的。

Claims (9)

1.一种低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于包含如下步骤：在玻璃的退火窑上增设高温喷涂装置，当铝硅酸盐玻璃进入退火窑时，所述高温喷涂装置将高温熔盐雾化并均匀的喷涂到铝硅酸盐玻璃表面，雾化熔盐与玻璃迅速发生反应形成压应力层，使铝硅酸盐玻璃退火后获得增强的效果。

2.如权利要求1所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述熔盐为KNO₃熔盐。

3.如权利要求2所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：熔盐中进一步添加辅助剂，所述辅助剂选自以下（1）、（2）或（3）中的一种：

（1）占熔盐总重量的1~2%的Al₂O₃；

（2）占熔盐总重量的1~2%的硅藻土；

（3）占熔盐总重量的0.5~1%的硅酸钾。

4.如权利要求2所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述压应力层厚度不小于17μm。

5.如权利要求4所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述压应力层厚度为17μm~35μm。

6.如权利要求1~5中任一项所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述喷涂的温度范围为390~480℃。

7.如权利要求6所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述铝硅酸盐玻璃为高碱铝硅酸盐玻璃，所述高碱铝硅酸盐玻璃由以下成分组成：SiO₂62~70%，Al₂O₃5~13%，CaO0.7~7.5%，MgO3~5%，Na₂O12~16%，K₂O1~2%，Sb₂O₃0.3~0.5%。

8.如权利要求7所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述高碱铝硅酸盐玻璃由以下成分组成：SiO₂65%，Al₂O₃13%，CaO1%，MgO4%，Na₂O15%，K₂O1.6%，Sb₂O₃0.4%。

9.如权利要求8所述的低成本铝硅酸盐玻璃在线增强方法，其特征在于：所述高温喷涂装置是成对设置的，分别设置于玻璃的两侧，数量为一对或多对，并均匀分布。