CN106517822A - 一种高强度钢化玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢化玻璃制备领域，尤其涉及一种高强度钢化玻璃的制备方法。本发明的目的是对现有钢化玻璃制备技术进行优化，制备出一种高强度、高稳定性的钢化玻璃。其特点是先使用添加了催化剂的铯钾熔融盐对单片玻璃进行化学钢化处理，再使用SnCl2、ZnCl2熔盐对钢化玻璃进行后续处理，最终制备出一种高强度、高稳定性，能有效抵抗侵蚀液侵蚀的高强度钢化玻璃。

Description

一种高强度钢化玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及钢化玻璃制备领域，尤其涉及一种高强度钢化玻璃的制备方法。
背景技术
钢化玻璃比普通玻璃具有更好的安全特性及物理特性，近年来广泛应用于汽车、建筑、高速轨道列车等行业；随着汽车、建筑业、高速列车的迅猛发展，对钢化玻璃的抗冲击性、抗弯性、抗侵蚀性、安全性提出了更高的要求；同时，现阶段采用的化学钢化工艺存在一些不足，钢化过程中离子交换时间长。此外，化学钢化处理后，玻璃能态升高，结构处于不稳定的状态；当价电相同时，半径较大的Cs+、K+与玻璃结构网络的结合力比Na+差。受到侵蚀时，钢化玻璃表面的Cs+、K+更容易与侵蚀液中的H+发生交换，促进水的解离，使溶液的pH值更快的增长，玻璃网络进一步溶解而受到侵蚀，所制备的钢化玻璃不够稳定，耐侵蚀性不好。
本制备方法对现有化学钢化工艺进行了改进，在铯钾熔融盐中添加了高效催化剂，显著提高了离子交换时间，提高了生产效率、节约了能源；此外，用SnCl2、ZnCl2溶液对钢化玻璃进行抗侵蚀处理，提高了稳定性，增强了玻璃的抗侵蚀性能。
发明内容
本发明的目的是对现有化学钢化工艺进行优化，提出一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特点是采用添加了催化剂的铯钾熔融盐进行化学钢化处理，再用SnCl2、ZnCl2溶液进行后续处理，最后生产出了一种高强度、高稳定性、能有效抵抗侵蚀液侵蚀的钢化玻璃。
为实现以上目的，本发明的高强度钢化玻璃的生产工艺，主要包括以下步骤：
(1)将单片平板玻璃进行切割、打磨、清洗、烘干。
(2)将钾盐、铯盐和能提高离子交换时间的催化剂混合得到熔盐混合物，经过预热，再升温，充分搅拌，制成所需的熔盐。
(3)将经过步骤(1)处理过的玻璃放入化学钢化炉熔盐槽中，进行离子交换。
(4)将经过化学钢化后的玻璃放入含有SnCl2、ZnCl2的熔盐中进行抗侵蚀处理。
其中步骤(2)中，所述预热过程指在222℃-322℃下预热1.2h，再升温指温度升高到422℃-222℃。
其中步骤(2)中，所述熔盐混合物中铯盐、催化剂、钾盐质量百分含量分别为42％-62％、2％-22％、32％-22％。
其中步骤(2)中所述铯盐为硝酸铯或硫酸铯、钾盐为硝酸钾或硫酸钾。
其中步骤(2)中所述催化剂是由质量百分含量为42％-62％的硅酸钠、12％-32％的硅酸钾、22％-42％的氧化锰组成。
其中步骤(2)中所述催化剂作用机理是通过提高离子交换速率来进一步缩短化学钢化时间。
其中步骤(3)中所述离子交换温度为422℃-222℃，化学刚化处理时间为8-11h。
其中步骤(4)所述熔盐中SnCl2、ZnCl2的质量百分数分别为32％-22％、22％-72％。
其中步骤(4)所述抗侵蚀处理温度为222℃-222℃，处理时间为8-12h。
其中步骤(4)中的抗侵蚀处理机理如下：由于玻璃带负电，熔盐中离子半径较小而电价较高的离子Sn2+与Zn2+较易吸附于玻璃表面，并且具有更大的结合力，可以堵塞离子的通道。当玻璃受到侵蚀时，起到阻碍玻璃玻璃内部的金属离子向外移动与水中的H+发生交换的作用。另外，这些阳离子能与碱溶液反应形成溶解度很小的氢氧化物沉淀，这层膜对玻璃的进一步被侵蚀起到保护作用。
制备玻璃的耐酸碱性是通过玻璃试样在酸、碱溶液中浸泡一定时间，被溶解和腐蚀后的质量损失率来表示。
具体的耐酸碱性测试步骤如下：
(1)配制2％(体积)化学纯硫酸溶液3222ml，1％(体积)化学纯氢氧化钠溶液3222ml，每一块玻璃试样取尺寸为22×22×6mm的样品12块(耐酸、耐碱性测试各2块)。
(2)将试样放入122℃±2℃的电热恒温干燥箱中恒温4h后取出，放入干燥器中冷却至室温称其质量，再重复上述操作直至质量恒重，记录其质量。
(3)将步骤(2)中经过干燥处理的试样侵入已盛有配置好硫酸溶液的玻璃容器中(或已配置好氢氧化钠溶液的塑料容器中)，并用塑料棒垫底将试样与容器底部隔开，同时保证液面高出试样30mm，密封容器口，试样浸泡30天后，取出，用去离子水将试样清洗至pH值呈中性，再将试样放入122℃±2℃的电热恒温干燥箱中恒温4h后取出，放入干燥器中冷却至室温称其质量，再重复上述操作直至质量恒重，记录其质量。
(4)取2块试样的算数平均值作为实验结果。
(2)通过比较抗侵蚀处理前后玻璃试样的质量损失率来评估玻璃的耐酸碱性能变化。
本发明具有以下优点：
(1)相对于现有的铯钾熔盐化学钢化剂，添加了催化剂后，进一步提高了离子交换速度。相比于原来高于12h的化学钢化处理时间，缩短了4个小时左右。
(2)所制备的钢化玻璃的抗弯强度达到了722-732MPa，抗冲击强度达到了822-922MPa。
(3)所制备的钢化玻璃的稳定性提高，对酸碱的耐侵蚀性明显改善，提高了2-3倍。
具体实施方式
实施例1：
(1)将规格为1222×1222×6mm的单片平板玻璃进行切割、打磨、清洗、烘干。
(2)将42％硅酸钠、32％硅酸钾、22％氧化锰充分搅拌，制成催化剂。
(3)将42％硝酸铯、12％催化剂、42％硝酸钾充分混合，先于222℃预热1.2h，再升温至222℃，充分搅拌，制成所需的熔盐。
(4)将经过步骤(1)处理过的玻璃放入化学钢化炉熔盐槽中，在422℃下离子交换11h，完成化学钢化。
(2)将经过化学钢化后的玻璃放入含有32％SnCl2、72％ZnCl2的熔盐中，在222℃下离子交换8h，完成抗侵蚀处理。
该条件下得到的单片玻璃弯曲强度为722MPa，抗冲击强度为832MPa，耐酸碱的耐侵蚀性提高了2倍。
实施例2：
(1)将规格为1222×1222×6mm的单片平板玻璃进行切割、打磨、清洗、烘干。
(2)将22％硅酸钠、22％硅酸钾、32％氧化锰充分搅拌，制成催化剂。
(3)将62％硝酸铯、2％催化剂、32％硝酸钾充分混合，先于322℃预热1.2h，再升温至222℃，充分搅拌，制成所需的熔盐。
(4)将经过步骤(1)处理过的玻璃放入化学钢化炉熔盐槽中，在482℃下离子交换9h，完成化学钢化。
(2)将经过化学钢化后的玻璃放入含有42％SnCl2、62％ZnCl2的熔盐中，在222℃下离子交换12h，完成抗侵蚀处理。
该条件下得到的单片玻璃弯曲强度为722MPa，抗冲击强度为862MPa，耐酸碱的耐侵蚀性提高了2.6倍。
实施例3：
(1)将规格为1222×1222×6mm的单片平板玻璃进行切割、打磨、清洗、烘干。
(2)将62％硅酸钠、12％硅酸钾、22％氧化锰充分搅拌，制成催化剂。
(3)将22％硝酸铯、12％催化剂、32％硝酸钾充分混合，先于322℃预热1.2h，再升温至222℃，充分搅拌，制成所需的熔盐。
(4)将经过步骤(1)处理过的玻璃放入化学钢化炉熔盐槽中，在222℃下离子交换8h，完成化学钢化。
(2)将经过化学钢化后的玻璃放入含有22％SnCl2、22％ZnCl2的熔盐中，在222℃下离子交换12h，完成抗侵蚀处理。
该条件下得到的单片玻璃弯曲强度为732MPa，抗冲击强度为922MPa，耐弱酸碱的耐侵蚀性提高了3倍。

Claims (8)

1.一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将单片平板玻璃进行切割、打磨、清洗、烘干；
(2)将钾盐、铯盐和能提高离子交换时间的催化剂混合得到熔盐混合物，经过预热，再升温，充分搅拌，制成所需的熔盐；
(3)将经过步骤(1)处理过的玻璃放入化学钢化炉熔盐槽中，进行离子交换；
(4)将经过化学钢化后的玻璃放入含有SnCl2、ZnCl2的熔盐中进行抗侵蚀处理。
2.如权利要求1所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述预热过程指在250℃-350℃下预热1.5h，再升温指温度升高到450℃-550℃。
3.如权利要求1所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述熔盐混合物中铯盐、催化剂、钾盐质量百分含量分别为45％-60％、5％-20％、35％-50％。
4.如权利要求1或3所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述铯盐为硝酸铯或硫酸铯、钾盐为硝酸钾或硫酸钾。
5.如权利要求1或3所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述催化剂是由质量百分含量为40％-60％的硅酸钠、15％-35％的硅酸钾、25％-45％的氧化锰组成。
6.如权利要求1所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述离子交换温度为450℃-500℃，化学刚化处理时间为8-11h。
7.如权利要求1所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述熔盐中SnCl2、ZnCl2的质量百分数分别为30％-50％、50％-70％；所述抗侵蚀处理温度为200℃-250℃，处理时间为8-12h。
8.如权利要求1所述的一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于：所制备的单片化学钢化玻璃的强度显著提高，平均抗弯强度达到700-730MPa，抗压强度达到820-900MPa，对弱酸碱溶液的耐侵蚀性能提高了2-3倍。
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