CN103922576A - 化学钢化添加剂及使用该化学钢化添加剂进行化学钢化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化学钢化添加剂及使用该化学钢化添加剂进行化学钢化的方法，所述化学钢化添加剂包括组分及各组分重量份含量如下：硅酸钠15-25份，二氧化硅52-68份，三氧化二铝15-25份，硅酸钾23-36份，氢氧化铝62-78份。所述使用该化学钢化添加剂进行化学钢化的方法通过将化学钢化添加剂分两次添加到硝酸钾熔融液中，引入钠离子、钾离子、铝元素、硅氧键并通过氢氧根离子进一步除杂，从而提高产品表面离子交换浓度和交换深度，进而增强化学钢化效果，显著提高产品的耐冲击力性能。

Description

化学钢化添加剂及使用该化学钢化添加剂进行化学钢化的方法

技术领域

本发明涉及化学钢化产品制造领域，特别涉及一种化学钢化添加剂及使用该化学钢化添加剂进行化学钢化的方法。

背景技术

化学钢化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。

实验证明，使用硝酸钾熔融液进行化学钢化时，在其他工艺和参数相同的情况下，使用的硝酸钾纯度越高其化学钢化的增强效果越好，因此常选用纯度≥99.7％的硝酸钾，例如选用比利时海法硝酸钾，从而提供钢化产品更好的钢化效果。使用高纯度硝酸钾进行化学钢化的钢化玻璃的耐冲击力性能为130g/50cm以上，7in以下产品翘曲度在0.25以下，7in以上产品翘曲度在0.5以下。然，随着产品的更新换代，对钢化产品的耐冲击力性能要求进一步提升，有必要提供一种手段进一步改善使用高纯度硝酸钾的化学钢化效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种助剂用于高纯度硝酸钾的化学钢化过程中，进一步改善化学钢化效果，并给出使用该种助剂进行化学钢化的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种化学钢化添加剂，包括组分及各组分重量份含量如下：

硅酸钠15-25份，

二氧化硅52-68份，

三氧化二铝15-25份，

硅酸钾23-36份，

氢氧化铝62-78份。

优选的，所述化学钢化添加剂组分及各组分重量份含量如下：

硅酸钠20份，

二氧化硅60份，

三氧化二铝20份，

硅酸钾30份，

氢氧化铝70份。

本发明还提供一种使用上述的化学钢化添加剂进行化学钢化的方法，包括：

步骤1，提供纯度≥99.7％的硝酸钾及化学钢化添加剂；

步骤2，将硝酸钾加入到钢化炉中，打开加温开关，并设置温度为380℃，硝酸钾吸热融化后，使用钢钎搅拌1-2min；

步骤3，将化学钢化添加剂分两次加入到硝酸钾熔融液中，第一次加入硅酸钠、二氧化硅及三氧化二铝，第一次加入后每15min搅拌一次，半小时后进行第二次加入，第二次加入硅酸钾、氢氧化铝，第二次加入后每15min搅拌一次，持续8次后，静待硝酸钾熔融液澄清；

步骤4，提供待钢化的产品，将待钢化产品置于钢化炉中，并保证硝酸钾熔融液液面高于待钢化的产品，反应一段时间后，完成对产品的化学钢化。

优选的，所述硝酸钾与化学钢化添加剂的用量重量比例为，硝酸钾∶化学钢化添加剂＝100∶0.5-2。

优选的，所述步骤2中，在硝酸钾吸热融化过程中，需要每隔40-80min打开炉盖1-3min，排放盐蒸汽并用钢钎插拌1-2min，同时观察硝酸钾熔融液液面，液面下沉时及时补充硝酸钾，保证液面离钢化炉的内膛口约4-5cm距离。

优选的，所述化学钢化添加剂各组分重量份含量如下：硅酸钠20份，二氧化硅60份，三氧化二铝20份，硅酸钾30份，氢氧化铝70份。

优选的，所述硝酸钾与化学钢化添加剂的用量重量比例为，硝酸钾∶化学钢化添加剂＝100∶1。

优选的，所述步骤4中，硝酸钾熔融液液面低于待钢化的产品时，通过添加硝酸钾进行补充，以保证硝酸钾熔融液液面高于待钢化的产品。

优选的，所述步骤4中提供的待钢化的产品在置于钢化炉前需要进行预热，预热在预热炉中进行，预热温度为350-360℃。

本发明的有益效果：本发明针对高纯度硝酸钾特性进行设计的化学钢化添加剂，在硝酸钾熔融液中引入钠离子、钾离子、铝元素、硅氧键并通过氢氧根离子进一步除杂，从而提高产品表面离子交换浓度和交换深度，进而增强化学钢化效果，显著提高产品的耐冲击力性能。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为发明使用化学钢化添加剂进行化学钢化的方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

以下将结合附图对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种化学钢化添加剂，其包括组分及各组分重量份含量如下：

硅酸钠15-25份，

二氧化硅52-68份，

三氧化二铝15-25份，

硅酸钾23-36份，

氢氧化铝62-78份。

该化学钢化添加剂针对高纯度的硝酸钾(纯度≥99.7％)进行设计，在化学钢化过程中，其可以提供，从而提升钢化效果，使得钢化产品的耐冲击力性能有较大的提升。

在本实施例中，该化学钢化添加剂包括组分及各组分重量份含量优选如下：硅酸钠20份，二氧化硅60份，三氧化二铝20份，硅酸钾30份，氢氧化铝70份。

请参阅图1，为本发明使用所述化学钢化添加剂进行化学钢化的方法的流程图，使用上述化学钢化添加剂进行化学钢化的方法，包括：

步骤1，提供高纯度的硝酸钾及化学钢化添加剂。

硝酸钾与化学钢化添加剂的用量重量比例为，硝酸钾∶化学钢化添加剂＝100∶0.5-2。在本实施例中，化学钢化添加剂各组分重量份含量优选如下：硅酸钠20份，二氧化硅60份，三氧化二铝20份，硅酸钾30份，氢氧化铝70份，按照100kg硝酸钾对应1kg化学钢化添加剂比例使用。

由于实验证明，使用的硝酸钾纯度越高，其化学钢化的增强效果越好，因此本发明选用纯度≥99.7％的硝酸钾，例如选用比利时海法硝酸钾，从而提供钢化产品更好的钢化效果。

为了节约炉腔体积，加速融化速度，减少不必要的热量传导，一般要求硝酸钾的直径在5cm之下，若原料硝酸钾尺寸过大则可以在使用前进行破碎处理。

步骤2，将硝酸钾加入到钢化炉中，打开加温开关，并设置温度为380℃，硝酸钾吸热融化后，使用钢钎搅拌1-2min。

在硝酸钾吸热融化过程中，需要每隔一段时间打开炉盖1-3min，排放盐蒸汽并用钢钎插拌1-2min，防止炉内硝酸钾悬空，并观察硝酸钾熔融液液面，液面下沉时需要及时补充，保证液面离钢化炉的内膛口约4-5cm距离。一般每隔40-80min进行一次开炉操作，优选60min一次。

步骤3，将化学钢化添加剂分两次加入到硝酸钾熔融液中，第一次加入硅酸钠、二氧化硅及三氧化二铝，第一次加入后每15min搅拌一次，半小时后进行第二次加入，第二次加入硅酸钾、氢氧化铝，第二次加入后每15min搅拌一次，持续8次后，静待硝酸钾熔融液澄清。

通过分次加入，引入钠离子、钾离子从而增加产品表面离子交换浓度，增加铝元素、硅氧键增加产品表面间隙从而增加离子交换深度并通过氢氧根离子进一步除杂，最终提升化学钢化效果。

步骤4，提供待钢化的产品，将待钢化产品置于钢化炉中，并保证硝酸钾熔融液液面高于待钢化的产品，反应一段时间后，完成对产品的化学钢化。

若硝酸钾液面较低，则可以通过添加高纯度的硝酸钾进行补充，反应时间需要根据产品的特性(例如大小、厚度等)进行合理选择，与未加化学钢化添加剂的选取标准一致。

步骤4中提供的待钢化的产品在置于钢化炉前需要进行预热，预热可以在预热炉中进行，一般设置预热温度为350-360℃，待钢化的产品预热一段时间达到预热温度后，方可转入钢化炉，进行后续操作。转炉的操作必须要迅速，避免由于温度降低而影响钢化效果。

待钢化的产品的预热、转炉、强化操作需要借助金属载物篮进行，金属载物篮由SUS304或316材料制备。

完成化学钢化的产品，还需要进行后处理，如退火、冷却、清洗等，按常规操作即可，此处不做赘述。

具体生产过程中的加工工艺和钢化参数，可以按照行业公知标准进行合理选择，并不会因为添加了化学钢化添加剂而带来改变。

然，以同样加工工艺和钢化参数加工，使用了化学钢化添加剂进行化学钢化的产品与未使用化学钢化添加剂进行化学钢化的产品相比，各方面性能均有所提升，其中耐冲击力性能有了较大的提升。以钢化玻璃为例，按照钢化玻璃标准GB15763.2-2005的相关记载和规定进行测试，未使用化学钢化添加剂进行化学钢化的钢化玻璃的耐冲击力性能为130g/50cm以上，而使用了化学钢化添加剂进行化学钢化的钢化玻璃的耐冲击力性能达到130g/55-60cm以上，耐冲击力性能有显著的提升。

本发明化学钢化添加剂及使用该化学钢化添加剂进行化学钢化的方法，针对高纯度硝酸钾特性进行设计的化学钢化添加剂，化学钢化时在硝酸钾熔融液中引入钠离子、钾离子、铝元素、硅氧键并通过氢氧根离子进一步除杂，从而提高产品表面离子交换浓度和交换深度，进而增强化学钢化效果，显著提高产品的耐冲击力性能。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种化学钢化添加剂，其特征在于，包括组分及各组分重量份含量如下：

硅酸钠15-25份，

二氧化硅52-68份，

三氧化二铝15-25份，

硅酸钾23-36份，

氢氧化铝62-78份。

2.根据权利要求1所述的化学钢化添加剂，其特征在于，包括组分及各组分重量份含量如下：

硅酸钠20份，

二氧化硅60份，

三氧化二铝20份，

硅酸钾30份，

氢氧化铝70份。

3.一种使用如权利要求1所述的化学钢化添加剂进行化学钢化的方法，其特征在于，包括：

步骤1，提供纯度≥99.7％的硝酸钾及化学钢化添加剂；

步骤2，将硝酸钾加入到钢化炉中，打开加温开关，并设置温度为380℃，硝酸钾吸热融化后，使用钢钎搅拌1-2min；

步骤3，将化学钢化添加剂分两次加入到硝酸钾熔融液中，第一次加入硅酸钠、二氧化硅及三氧化二铝，第一次加入后每15min搅拌一次，半小时后进行第二次加入，第二次加入硅酸钾、氢氧化铝，第二次加入后每15min搅拌一次，持续8次后，静待硝酸钾熔融液澄清；

步骤4，提供待钢化的产品，将待钢化产品置于钢化炉中，并保证硝酸钾熔融液液面高于待钢化的产品，反应一段时间后，完成对产品的化学钢化。

4.根据权利要求3所述的进行化学钢化的方法，其特征在于，所述硝酸钾与化学钢化添加剂的用量重量比例为，硝酸钾∶化学钢化添加剂＝100∶0.5-2。

5.根据权利要求3所述的进行化学钢化的方法，其特征在于，所述步骤2中，在硝酸钾吸热融化过程中，需要每隔40-80min打开炉盖1-3min，排放盐蒸汽并用钢钎插拌1-2min，同时观察硝酸钾熔融液液面，液面下沉时及时补充硝酸钾，保证液面离钢化炉的内膛口约4-5cm距离。

6.根据权利要求3所述的使用化学钢化添加剂进行化学钢化的方法，其特征在于，所述化学钢化添加剂各组分重量份含量如下：硅酸钠20份，二氧化硅60份，三氧化二铝20份，硅酸钾30份，氢氧化铝70份。

7.根据权利要求4所述的进行化学钢化的方法，其特征在于，所述硝酸钾与化学钢化添加剂的用量重量比例为，硝酸钾∶化学钢化添加剂＝100∶1。

8.根据权利要求3所述的进行化学钢化的方法，其特征在于，所述步骤4中，硝酸钾熔融液液面低于待钢化的产品时，通过添加硝酸钾进行补充，以保证硝酸钾熔融液液面高于待钢化的产品。

9.根据权利要求3所述的进行化学钢化的方法，其特征在于，所述步骤4中提供的待钢化的产品在置于钢化炉前需要进行预热，预热在预热炉中进行，预热温度为350-360℃。