CN106746740B - 一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温离子交换制备微晶玻璃的方法，具体地说是一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法。包括以下步骤：(1)将用来进行高温离子交换的马弗炉升温至目标温度T1并保温；(2)配置高温离子交换熔盐与晶核剂的混合物；(3)将配置好的熔盐溶液均匀喷涂于玻璃表面；(4)将喷涂好熔盐溶液的玻璃平放于耐高温氧化铝坩埚中，并将坩埚送入马弗炉中；(5)待马弗炉温度稳定在目标温度T1后，开始保温；(6)将玻璃取出，去除表面剩余的熔盐。本发明通过在高温离子交换熔盐中混合晶核剂，通过离子交换诱导玻璃表面析晶。本发明不需要玻璃原片中含有晶核剂，与现有高温离子交换诱导表面析晶的方法相比，适用范围更广泛。

Description

一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法
技术领域
本发明涉及一种高温离子交换制备微晶玻璃的方法，具体地说是一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法。
背景技术
微晶玻璃是通过对某些特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行受控核化、晶化而制得的微晶体在玻璃相中均匀分布的材料。微晶玻璃兼具玻璃优异的成型特性和晶体优异的光学、力学性能，成为一种独特的新型材料。传统的玻璃析晶方法包括整体晶化法、烧结法和溶胶-凝胶法，但这些方法采用的玻璃都需要经过特殊组分的设计，成分的大幅变化给生产工艺带来一系列的困难，改进生产工艺受到设备限制，同时还需要改进熔制工艺，并完善退火工艺，实际应用中不少问题有待解决。表面处理不必改变原有玻璃的成分、熔制和成形工艺，方法简便，并且表面微晶化能够大幅提高玻璃的强度。据报道，采用表面微晶化与低温离子交换结合的方式能够将玻璃的弯曲强度提高至原片玻璃的22倍。(王承遇，陶瑛。玻璃表面处理技术[M]。化学工业出版社，2004)。为实现玻璃的表面晶化，科研工作者采取了一些方法。S.D.Stookey和H.M.Garfinkel等采用高温型离子交换法用锂离子取代钠铝硅酸盐玻璃表面的钠离子，分别在玻璃表面获得了β-锂辉石和β-锂霞石晶相(S.D.Stookey，J.S.Olcott.Advances in glass technology.1962,New York:PlenumPress.400)。US2779136对铝硅酸盐玻璃进行高温离子交换，在玻璃表面获得了低膨胀系数的晶相。但这些方法都要求玻璃成分中含有二氧化钛等组分起到晶核剂的作用，且这些方法均采用了将玻璃浸入熔融盐液中的浸渍法，浸渍法采用的熔盐量大，且需特殊制备的离子交换设备才能进行。
发明内容
本发明的目的是基于上述发明存在的问题，提出了一种通过离子交换诱导玻璃表面析晶的方法。
本发明的技术解决方案是，包括以下步骤：(1)将用来进行高温离子交换的马弗炉升温至目标温度T1，并保温半小时；(2)配置高温离子交换熔盐与晶核剂的混合物，其中，高温离子交换的熔盐成分为硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾的混合物，其中，硫酸锂质量分数为88％-92％，硫酸钠质量分数为5％-8％，硫酸钾质量分数为2％-3％，晶核剂为二氧化钛、氧化锆或二者的混合物，晶核剂质量分数为1％-2％，并在混合物中加入去离子水，去离子水与熔盐、晶核剂混合物的体积比为5：1-10：1，搅拌均匀形成熔盐溶液；(3)将配置好的熔盐溶液均匀喷涂于玻璃表面，重复喷涂2-3次；(4)将喷涂好熔盐溶液的玻璃平放于耐高温氧化铝坩埚中，并将坩埚送入马弗炉中；(5)待马弗炉温度稳定在目标温度T1后，开始保温，保温时间为30-90s；(6)保温阶段结束后，将玻璃取出，去除表面剩余的熔盐，再用去离子水清洗干净。
目标温度T1为800-850℃。
玻璃成分为铝硅酸盐玻璃或钠钙硅酸盐玻璃。
本发明具有的优点和有益效果，本发明通过在高温离子交换熔盐中混合晶核剂，通过离子交换诱导玻璃表面析晶。本发明不需要玻璃原片中含有晶核剂，与现有高温离子交换诱导表面析晶的方法相比，适用范围更广泛。本发明采用喷涂法进行高温离子交换析晶，代替了原有的浸渍法高温离子交换析晶，减少了熔盐的用量，并且简化了对设备的要求。本发明制备的表面析晶的玻璃透光率高，雾度小。本发明工艺简单、成本低并适合工业化生产。
附图说明
图1实施例一获得的微晶玻璃X射线衍射图。
图2实施例二获得的微晶玻璃X射线衍射图.
具体实施方式
所述的是一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法，包括以下步骤：(1)将用来进行高温离子交换的马弗炉升温至目标温度800-850℃，并保温半小时；(2)配置高温离子交换熔盐与晶核剂的混合物，其中，高温离子交换的熔盐成分为硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾的混合物，其中，硫酸锂质量分数为88％-92％，硫酸钠质量分数为5％-8％，硫酸钾质量分数为2％-3％，晶核剂为二氧化钛、氧化锆或二者的混合物，晶核剂质量分数为1％-2％，并在混合物中加入去离子水，去离子水与熔盐、晶核剂混合物的体积比为5：1-10：1，搅拌均匀形成熔盐溶液；(3)将配置好的熔盐溶液均匀喷涂于玻璃表面，重复喷涂2-3次；(4)将喷涂好熔盐溶液的玻璃平放于耐高温氧化铝坩埚中，并将坩埚送入马弗炉中；(5)待马弗炉温度稳定在目标温度800-850℃后，开始保温，保温时间为30-90s；(6)保温阶段结束后，将玻璃取出，去除表面剩余的熔盐，再用去离子水清洗干净。
实施例一
40×40×2.2mm浮法玻璃样品，成分如下：
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O
67 5 2.6 9.5 16.4 0.5
首先用去离子水清洗玻璃，然后自然干燥。将用来进行高温离子交换的马弗炉升温至800℃，并保温半小时。按照质量分数硫酸锂：硫酸钠：硫酸钾：二氧化钛＝88：8：2：2配置离子交换熔盐与晶核剂混合物，加入体积比为混合物10倍的去离子水，搅拌均匀形成熔盐溶液。将配置好的熔盐溶液均匀喷涂于玻璃表面，重复喷涂2次。将喷涂好熔盐溶液的玻璃平放于耐高温氧化铝坩埚中，用长柄坩埚钳将坩埚送入马弗炉中。待马弗炉温度稳定在800℃后，开始保温，保温时间为90s。保温阶段结束后，将玻璃取出，去除表面剩余的熔盐，再用去离子水清洗干净。
图1为采用本方法制备的表面晶化微晶玻璃的X射线衍射图谱。
下表为表面晶化前后玻璃的透光率测试结果：
玻璃 表面晶化前 表面晶化后
透光率(％) 91 90
雾度(％) 0.2 0.3
实施例二
40×40×4.0mm浮法玻璃样品，成分如下：
SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Na<sub>2</sub>O K<sub>2</sub>O
64 14 2.6 16.4 3
首先用去离子水清洗玻璃，然后自然干燥。将用来进行高温离子交换的马弗炉升温至850℃，并保温半小时。按照质量分数硫酸锂：硫酸钠：硫酸钾：氧化锆＝92：5：2：1配置离子交换熔盐与晶核剂混合物，加入体积比为混合物5倍的去离子水，搅拌均匀形成熔盐溶液。将配置好的熔盐溶液均匀喷涂于玻璃表面，重复喷涂3次。将喷涂好熔盐溶液的玻璃平放于耐高温氧化铝坩埚中，用长柄坩埚钳将坩埚送入马弗炉中。待马弗炉温度稳定在850℃后，开始保温，保温时间为30s。保温阶段结束后，将玻璃取出，稍冷却后浸入热水中，去除表面剩余的熔盐，再用去离子水清洗干净。
图2为采用本方法制备的表面晶化玻璃X射线衍射图谱。
下表为表面晶化前后玻璃的透光率测试结果：
玻璃 表面晶化前 表面晶化后
透光率(％) 90 89
雾度(％) 0.3 0.3

Claims (3)

1.一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法，其特征包括以下步骤：(1)将用来进行高温离子交换的马弗炉升温至目标温度T1，并保温半小时；(2)配置高温离子交换熔盐与晶核剂的混合物，其中，高温离子交换的熔盐成分为硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾的混合物，其中，硫酸锂质量分数为88％-92％，硫酸钠质量分数为5％-8％，硫酸钾质量分数为2％-3％，晶核剂为二氧化钛、氧化锆或二者的混合物，晶核剂质量分数为1％-2％，并在混合物中加入去离子水，去离子水与熔盐、晶核剂混合物的体积比为5：1-10：1，搅拌均匀形成熔盐溶液；(3)将配置好的熔盐溶液均匀喷涂于玻璃表面，重复喷涂2-3次；(4)将喷涂好熔盐溶液的玻璃平放于耐高温氧化铝坩埚中，并将坩埚送入马弗炉中；(5)待马弗炉温度稳定在目标温度T1后，开始保温，保温时间为30-90s；(6)保温阶段结束后，将玻璃取出，去除表面剩余的熔盐，再用去离子水清洗干净。
2.如权利要求1所述的一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法，其特征在于，目标温度T1为800-850℃。
3.如权利要求1所述的一种通过高温离子交换诱导玻璃表面析晶的方法，其特征在于，玻璃成分为铝硅酸盐玻璃或钠钙硅酸盐玻璃。
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