CN106986556A - 一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐及使用其进行化学钢化增强的方法 - Google Patents

一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐及使用其进行化学钢化增强的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐，所述熔盐组成包括KNO3、KOH、KCl以及K2CO3，所述熔盐中KOH与K2CO3的质量比为0.05～0.4，KCl与K2CO3的质量比为0.075～1.0，KNO3与K2CO3的质量之比为100:1.0～4.0。本发明还提供一种使用所述的中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐进行化学钢化增强的方法。本发明的熔盐配方指出了适合中铝与高铝玻璃化学强化的配方组成范围，使用该配方可以避免玻璃表面的腐蚀，保证化学强化后的玻璃具有较高的透过率；同时，使用本发明的配方还可以极大地提高化学强化后玻璃的表面应力与应力层深度。

Description

一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐及使用其进行化 学钢化增强的方法
技术领域
本发明涉及一种用于玻璃低温离子交换的熔盐配方，具体涉及一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐及使用其进行化学钢化增强的方法。
背景技术
近年来移动电子设备的普及使显示屏得以广泛使用。显示屏的轻薄化发展对用于显示屏的中铝及高铝硅酸盐玻璃提出了厚度薄，强度高等要求。目前，国内盖板玻璃及保护玻璃市场被美国康宁，日本旭硝子、电气硝子，德国肖特等国外企业垄断。对于国产中铝与高铝玻璃，开发适合国产中铝以及高铝玻璃的化学强化熔盐，对于提升国产玻璃化学强化后的效果、实现产品的广泛应用具有重要的意义。
目前针对熔盐配方的研究有很多，CN101328026公开了一种添加剂配方，包括Al2O3、K2SO4、KCl、K2CrO4及KOH按一定比例组成可较好的兼顾玻璃的抗冲击性与、切割性、翘曲度等性能，但含有毒性大的K2CrO4。CN101921054公开了一种含Al2O3、KCl、K2CO3及KOH的熔盐配方，但该配方主要用于普通硅酸盐系统，且在该配方范围内可能对国产中铝及高铝玻璃表面产生腐蚀。CN103922576公开了一种含Na2SiO3、SiO2、Al2O3、K2CO3及Al(OH)3的添加剂配方，但所使用的添加剂种类多，用量大，钢化时间长，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种能显著缩短钢化时间，提高表面应力，还可用于显示屏用玻璃的中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐及使用其进行化学钢化增强的方法。
本发明为解决上述技术问题提供的技术方案为：
一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐，所述熔盐组成包括KNO3、KOH、KCl以及K2CO3，所述熔盐中KOH与K2CO3的质量比为0.05～0.4，KCl与K2CO3的质量比为0.075～1.0，KNO3与K2CO3的质量之比为100:1.0～4.0。
上述方案中，所述熔盐中KCl、KOH和K2CO3，质量满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4，其中m(KCl)、m(KOH)及m(K2CO3)分别代表熔盐中KCl、KOH及K2CO3的质量。
上述方案中，玻璃组成范围为：SiO2：62.0～75.0wt％；Al2O3：4.0～20.0wt％；Na2O：11.0～14.0wt％；MgO：3.0～10.0wt％；K2O：0～6.0wt％；ZrO2：0～2.0wt％；CaO：0～8.0％；SO3：0～1.0wt％，以及其它微量组成：0-1.0wt％，且上述玻璃各组分之和应为100wt％。
使用所述的中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐进行化学钢化增强的方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃加工成预定尺寸，磨边处理，然后清洗烘干；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将硝酸钾加入钢化炉中，加热熔化并澄清；
(4)将KOH、KCl及K2CO3按所述比例配制，加入熔盐中；
(5)将预热后的玻璃放入制备好的熔盐中进行化学强化；
(6)将离子交换后的玻璃在空气中冷却，然后清洗。
上述方案中，所述步骤(2)中的预热温度为360-400℃。
上述方案中，所述步骤(4)中的熔盐温度为400-450℃。
上述方案中，所述步骤(5)中的化学强化时间为4-5小时。
本发明采用KNO3为主要熔盐，KOH、KCl以及K2CO3作为辅助熔盐，化学钢化中铝及高铝硅酸盐玻璃。K2CO3的使用可除去熔盐及辅助熔盐中的二价杂质离子。KOH和KCl的配合使用，一方面通过KOH与玻璃表面硅氧键发生反应拓宽离子交换通道，另一方面通过KCl的诱导作用诱导钠离子快速从玻璃扩散出来，从而使离子交换速率提高。并且，如果KOH和KCl的含量超过本发明所规定的范围，一方面会对中铝及高铝硅酸盐玻璃表面产生腐蚀，另一方面会降低离子交换后玻璃表面产生的压应力，因此要获得良好的化学强化效果(即较高的表面压应力与较大的应力层深度)，熔盐中KOH与KCl需要满足一定的配比关系。
本发明的有益效果为：本发明的熔盐配方指出了适合中铝与高铝玻璃化学强化的配方组成范围，使用该配方可以避免玻璃表面的腐蚀，保证化学强化后的玻璃具有较高的透过率；同时，使用本发明的配方还可以极大地提高化学强化后玻璃的表面应力与应力层深度；化学钢化后，玻璃的表面应力可达850～970MPa，应力层深度为30～50μm。此外，该熔盐配方还可以降低化学强化温度，缩短化学强化时间，降低化学强化成本。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
玻璃基板为中铝及高铝硅酸盐玻璃，其组成范围为：SiO2：62.0～75.0wt％；Al2O3：4.0～20.0wt％；Na2O：11.0～14.0wt％；MgO：3.0～10.0wt％；K2O：0～6.0wt％；ZrO2：0～2.0wt％；CaO：0～8.0％；SO3：0～1.0wt％，以及其它微量组成：0-1.0wt％，且上述玻璃各组分之和应为100wt％。
实施例1
将上述玻璃原片切割磨边，清洗后放入预热炉内进行预热处理，预热温度为380℃，随炉升温并保温半小时，然后迅速转移至熔融熔盐中，熔盐温度为430℃，离子交换时间为4小时，交换完毕后取出自然冷却，并用应力测试仪测试玻璃的应力及应力层深度值。
熔盐组成为100重量份KNO3、0.4重量份KOH、0.3重量份KCl及1重量份K2CO3。其中m(KCl)/m(K2CO3)＝0.3，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.4，满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
熔盐组成为100重量份KNO3、0.4重量份KOH、0.3重量份KCl及2重量份K2CO3，熔盐温度为430℃，交换时间4h。其中m(KOH)/m(K2CO3)＝0.4，m(KCl)/m(K2CO3)＝0.15，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.4，满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：
熔盐组成为100重量份KNO3、0.4重量份KOH、0.3重量份KCl及4重量份K2CO3，熔盐温度为420℃，交换时间5h。其中m(KCl)/m(K2CO3)＝0.075，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.1，满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：
熔盐组成为100重量份KNO3、0.2重量份KOH、0.3重量份KCl及1重量份K2CO3，熔盐温度为420℃，交换时间5h。其中m(KCl)/m(K2CO3)＝0.3，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.2，满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：
熔盐组成为100重量份KNO3、0.4重量份KOH、0.7重量份KCl及2重量份K2CO3，熔盐温度为420℃，交换时间4h。其中m(KCl)/m(K2CO3)＝0.35，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.2，满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：
熔盐组成为100重量份KNO3、0.3重量份KOH、0.8重量份KCl及4重量份K2CO3，熔盐温度为420℃，交换时间4h。其中m(KCl)/m(K2CO3)＝0.075，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.2，满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4。
比较例1
与实施例1大致相同，与实施例1的不同之处在于：熔盐只含有KNO3。
比较例2
与实施例1大致相同，与实施例1的不同之处在于：
熔盐组成为100份KNO3、0.5份KOH、2份KCl及1份K2CO3，熔盐温度为420℃，交换时间4h。其中m(KCl)/m(K2CO3)＝2，m(KOH)/m(K2CO3)＝0.5。
各实施例的性能比较如附表1所示。
表1玻璃性能比较
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，本发明的具体实施方式并不仅局限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐，其特征在于，所述熔盐组成包括KNO3、KOH、KCl以及K2CO3，所述熔盐中KOH与K2CO3的质量比为0.05～0.4，KCl与K2CO3的质量比为0.075～1.0，KNO3与K2CO3的质量之比为100:1.0～4.0。
2.根据权利要求1所述的中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐，其特征在于，所述熔盐中KCl、KOH和K2CO3，质量满足0.075≤m(KCl)/m(K2CO3)≤0.35，0.075≤m(KOH)/m(K2CO3)≤0.4，其中m(KCl)、m(KOH)及m(K2CO3)分别代表熔盐中KCl、KOH及K2CO3的质量。
3.根据权利要求1或2所述的中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐，其特征在于，玻璃组成范围为：SiO2：62.0～75.0wt％；Al2O3：4.0～20.0wt％；Na2O：11.0～14.0wt％；MgO：3.0～10.0wt％；K2O：0～6.0wt％；ZrO2：0～2.0wt％；CaO：0～8.0％；SO3：0～1.0wt％，以及其它微量组成：0-1.0wt％，且上述玻璃各组分之和应为100wt％。
4.使用根据权利要求1所述的中铝及高铝硅酸盐玻璃化学强化用熔盐进行化学钢化增强的方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃加工成预定尺寸，磨边处理，然后清洗烘干；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将硝酸钾加入钢化炉中，加热熔化并澄清；
(4)将KOH、KCl及K2CO3按所述比例配制，加入熔盐中；
(5)将预热后的玻璃放入制备好的熔盐中进行化学强化；
(6)将离子交换后的玻璃在空气中冷却，然后清洗。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的预热温度为360-400℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的熔盐温度为400-450℃。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的化学强化时间为4-5小时。
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