CN107673632A - 提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法 - Google Patents

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CN107673632A CN201710888725.2A CN201710888725A CN107673632A CN 107673632 A CN107673632 A CN 107673632A CN 201710888725 A CN201710888725 A CN 201710888725A CN 107673632 A CN107673632 A CN 107673632A
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Abstract

本发明是关于一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：1)对薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品进行精磨抛光处理；2)将硝酸钾与硝酸钠混合，其中硝酸钾含量变化范围为40％‑99.9％，硝酸钠含量相应的变化范围为0.1‑60％，熔化并澄清，得到熔盐A1、A2…或AN；其中，A1到AN熔盐中硝酸钠含量依次降低，N为大于等于2的正整数；3)将硝酸钾熔化并澄清，得到硝酸钾熔盐；4)将所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品依次在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理；再在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理。本发明通过调节熔盐的组分，最后采用纯钾盐进行短时间高温离子交换，从而使玻璃样品在保持较高表面应力和较深应力层的同时，内部张应力降低，使玻璃的抗冲击性能得到提高。

Description

提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃深加工领域，特别是涉及一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法。
背景技术
高碱铝硅酸盐玻璃是一种含铝和碱量高、适于化学强化的新型高强度玻璃。由于含有较高含量的Al2O3(≥10％wt)，弹性模量高，具有优良的力学性能，尤其在硬度、韧性和抗划伤等方面表现突出，在可见光波段透过率高，因此该种玻璃是具有触摸功能和手写功能的显示产品优选保护盖板材料。随着高碱铝硅酸盐玻璃生产工艺的成熟，凭借高强度抗划伤抗冲击和易于化学强化等优点，其应用领域逐渐拓展到汽车、高铁以及航空航海透明件领域。无机透明件发展的趋势是轻质、高强，传统的钠钙硅玻璃若要做到同等强度则需要采用厚玻璃，导致整个产品超重，已逐渐被淘汰。
近几年，新型飞机风挡透明件采用的无机玻璃原片越来越薄，而力学性能指标也进一步提高，这对玻璃的深加工工艺提出了苛刻的要求。玻璃是一种脆性材料，降低破碎的概率除了提高表面质量、减少微裂纹，还应保持极低的内部张应力，尤其是经过物理或化学增强处理过的玻璃产品。高碱铝玻璃非常易于化学强化，经过化学强化后表面应力高达900Mpa以上，应力层即使只有几十微米，玻璃内部张应力也会非常大，稍微施加外力撞击就会容易破碎，抗冲击性能非常差，因此，如何控制好玻璃内部张应力大小，提高玻璃的抗冲击性能也是当前薄型高碱铝硅酸盐玻璃急需解决的一个关键问题。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种新型的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，所要解决的技术问题是使其在保持较高表面应力和较深应力层的同时，内部张应力大幅度降低，使玻璃的抗冲击性能得到大幅度提高，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：
1)对薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品进行精磨抛光处理；
2)将60-99.9wt％的硝酸钾与0.1-40wt％的硝酸钠混合，熔化并澄清，得到熔盐A1、A2…或AN；其中，A1到AN熔盐中硝酸钠含量依次降低，N为大于等于2的正整数；
3)将硝酸钾熔化并澄清，得到硝酸钾熔盐；
4)将所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品依次在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理；再在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理；
其中，所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品的组分为：
SiO2：60-65wt％；
Al2O3：12-24wt％；
Na2O：5-15wt％；
K2O：5-15wt％；
MgO：5-10wt％；
ZrO2：1-5wt％。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其中所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品组分中氧化钠和氧化钾总含量为12-24wt％。
优选的，前述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其中所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品的厚度为1.0-3.0mm。
优选的，前述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其中所述的在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理，每次化学增强处理的时间为0.5-30h。
优选的，前述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其中所述的在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理的时间为5-15min。
优选的，前述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其中所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品在熔盐AN中进行化学增强处理后，表面应力层深度为30-100μm。
优选的，前述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其中所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理后，表面应力为800-950MPa，应力层厚度为30-100μm，内部张应力为6-15MPa。
借由上述技术方案，本发明提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法至少具有下列优点：
1)本发明的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法较为简单，无噪音和环境污染，适合工业批量生产；
2)本发明可以通过调节熔盐的组分、离子交换温度和时间控制玻璃样品内部张应力大小，最后采用纯钾盐进行短时间(≤15min)高温离子交换从而使玻璃样品在保持较高表面应力和较深应力层的同时，内部张应力大幅度降低，使玻璃的抗冲击性能得到大幅度提高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明的一个实施例提出的一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：
1)对薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品边缘进行精磨抛光处理，减少微裂纹缺陷；
2)将硝酸钾与硝酸钠混合，其中硝酸钾含量变化范围为40％-99.9％，硝酸钠含量相应的变化范围为0.1-60％，熔化并澄清，得到熔盐A1、A2…或AN；其中，A1到AN熔盐中硝酸钠含量依次降低，N为大于等于2的正整数；具体比例由实际产品需要来确定；
3)将硝酸钾熔化并澄清，得到硝酸钾熔盐；
4)将所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品依次在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理；再在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理；
较佳的，薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品组分中氧化钠和氧化钾总含量为12-24wt％，不含B、Li和P元素。
薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品的组分为：
SiO2：60-65wt％；
Al2O3：12-24wt％；
Na2O：5-15wt％；
K2O：5-15wt％；
MgO：5-10wt％；
ZrO2：1-5wt％。
氧化铝含量高有利于钾和钠离子之间的交换。
较佳的，薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品的厚度为1.0-3.0mm。
较佳的，在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理，即高温熔盐离子交换，交换温度为380-480℃，交换时间每次的时间为0.5-30h。
较佳的，在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理，即高温熔盐离子交换，交换温度为380-480℃，交换时间为5-15min。玻璃样品表面应力层深度只取决于交换时间最长的工序环节，低于最长时间的离子交换行为均不影响玻璃表面整体应力层深度。
较佳的，薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品在熔盐AN中进行化学增强处理后，表面应力层深度为30-100μm。
较佳的，薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理后，表面应力为800-950MPa，应力层厚度为30-100μm，内部张应力为6-15MPa。
本发明的实施例及对比例的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品为平板玻璃原片，玻璃组成为：SiO2：62wt％，Al2O3：13.6wt％，Na2O：9.3wt％，K2O：6.9wt％，MgO：5.7wt％，ZrO2：1.7wt％，厚度为2mm，采用小型数控机床进行切割并对边缘进行铣磨抛光，样品尺寸为300mm×300mm×2mm。
本发明的实施例及对比例采用落球试验(GB/T 5137.1-2002)检验化学增强后玻璃样品的抗冲击性能，从不同高度进行落球冲击直至玻璃破碎，破碎时落球的高度即为考核结果。落球重量为500g。
实施例1
本发明的一个实施例提出的一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：
1)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃平板原片切裁成300mm×300mm×2mm，采用小型数控机床对边缘进行铣磨抛光，抛光轮目数为1500目，尺寸公差为±0.01mm；
2)按照65wt％KNO3和35wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A1；按照85wt％KNO3和15wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A2；
3)采用100％KNO3熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到硝酸钾熔盐；
4)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品用夹具夹住后在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A1熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为8h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A2熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为2h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的硝酸钾熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为15min，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净，得到化学增强的薄型高碱铝硅酸盐玻璃。
对实施例1的化学增强后的玻璃样品进行测试：玻璃表面及边缘质量良好，没有发生变形；采用苏州精创光学仪器有限公司的FSM-6000LE全自动表面应力仪对化学增强后的玻璃样品进行测试，表面应力大小为880MPa，应力层深度为59μm，内部张应力大小为10MPa。采用500g钢球进行落球试验(GB/T 5137.1-2002)测试玻璃样品抗冲击性能，3.1m处落球样品破碎。
实施例2
本发明的一个实施例提出的一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：
1)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃平板原片切裁成300mm×300mm×2mm，采用小型数控机床对边缘进行铣磨抛光，抛光轮目数为1500目，尺寸公差为±0.01mm；
2)按照60wt％KNO3和40wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A1；按照80wt％KNO3和20wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A2；
3)采用100％KNO3熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到硝酸钾熔盐；
4)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品用夹具夹住后在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A1熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为8h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A2熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为2h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的硝酸钾熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为15min，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净，得到化学增强的薄型高碱铝硅酸盐玻璃。
对实施例2的化学增强后的玻璃样品进行测试：玻璃表面及边缘质量良好，没有发生变形；采用苏州精创光学仪器有限公司的FSM-6000LE全自动表面应力仪对化学增强后的玻璃样品进行测试，表面应力大小为870MPa，应力层深度为62μm，内部张应力大小为9MPa。采用500g钢球进行落球试验(GB/T 5137.1-2002)测试玻璃样品抗冲击性能，3.8m处落球样品破碎。
实施例3
本发明的一个实施例提出的一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：
1)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃平板原片切裁成300mm×300mm×2mm，采用小型数控机床对边缘进行铣磨抛光，抛光轮目数为1500目，尺寸公差为±0.01mm；
2)按照60wt％KNO3和40wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A1；按照70wt％KNO3和30wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A2；按照80wt％KNO3和20wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A3；
3)采用100％KNO3熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到硝酸钾熔盐；
4)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品用夹具夹住后在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A1熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为8h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A2熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为2h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A3熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为1h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的硝酸钾熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为15min，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净，得到化学增强的薄型高碱铝硅酸盐玻璃。
对实施例3的化学增强后的玻璃样品进行测试：玻璃表面及边缘质量良好，没有发生变形；采用苏州精创光学仪器有限公司的FSM-6000LE全自动表面应力仪对化学增强后的玻璃样品进行测试，表面应力大小为866MPa，应力层深度为65μm，内部张应力大小为8MPa。采用500g钢球进行落球试验(GB/T 5137.1-2002)测试玻璃样品抗冲击性能，4.2m处落球样品破碎。
实施例4
本发明的一个实施例提出的一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其包括：
1)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃平板原片切裁成300mm×300mm×2mm，采用小型数控机床对边缘进行铣磨抛光，抛光轮目数为1500目，尺寸公差为±0.01mm；
2)按照60wt％KNO3和40wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A1；按照70wt％KNO3和30wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A2；按照80wt％KNO3和20wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A3；按照90wt％KNO3和10wt％NaNO3比例配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到熔盐A4；
3)采用100％KNO3熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h，得到硝酸钾熔盐；
4)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品用夹具夹住后在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A1熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为8h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A2熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为2h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A3熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为1h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的A4熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为1h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净；再在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的硝酸钾熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为15min，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净，得到化学增强的薄型高碱铝硅酸盐玻璃。
对实施例4的化学增强后的玻璃样品进行测试：玻璃表面及边缘质量良好，没有发生变形；采用苏州精创光学仪器有限公司的FSM-6000LE全自动表面应力仪对化学增强后的玻璃样品进行测试，表面应力大小为870MPa，应力层深度为68μm，内部张应力大小为7MPa。采用500g钢球进行落球试验(GB/T 5137.1-2002)测试玻璃样品抗冲击性能，5m处落球样品破碎。
对比例
本发明的一个对比例提出的一种高碱铝硅酸盐玻璃的化学增强方法，其包括：
1)采用100％KNO3配置熔盐5kg，放入盐槽后在马弗炉内熔化并澄清24h；
2)将薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品用夹具夹住后在高温炉中预热15min，然后浸入熔化的熔盐槽中，进行高温熔盐离子交换，交换时间设定为8h，交换温度为420℃，交换完毕后，将夹具从熔盐中取出，降至常温，采用去离子水清洗玻璃样品并擦干净，得到化学增强的薄型高碱铝硅酸盐玻璃。
将对比例的化学增强后样品外观质量良好，无变形，表面应力大小为905MPa，应力层深度为69μm，内部张应力大小为21MPa。采用500g钢球进行落球试验(GB/T 5137.1-2002)测试玻璃样品抗冲击性能，2.2m处落球样品破碎。
实施例1-4及对比例的熔盐组分、交换条件以及薄型高碱铝硅酸盐玻璃的参数如表1所示。
表1实施例1-4及对比例的熔盐组分、交换条件以及薄型高碱铝硅酸盐玻璃的参数
由实施例及对比例可以得出，对薄型高碱铝硅酸盐玻璃进行多步化学增强可以有效降低玻璃内部张应力，提高了玻璃抗冲击性能。实施例1-2化学增强后内部张应力在9-10MPa，较对比例一步法的玻璃内部张应力21MPa大大缩小。实施例3内部张应力进一步降低至8MPa左右，抗冲击性能提高到4.2m，实施例4内应力可以降低至6MPa左右，抗冲击性能提高到5m。实际生产中可以根据产品力学性能要求、工艺以及经济成本综合考虑选择合适的多步化学增强方法来提高玻璃的抗冲击性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，其包括：
1)对薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品进行精磨抛光处理；
2)将60-99.9wt％的硝酸钾与0.1-40wt％的硝酸钠混合，熔化并澄清，得到熔盐A1、A2…或AN；其中，A1到AN熔盐中硝酸钠含量依次降低，N为大于等于2的正整数；
3)将硝酸钾熔化并澄清，得到硝酸钾熔盐；
4)将所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品依次在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理；再在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理；
其中，所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品的组分为：
SiO2：60-65wt％；
Al2O3：12-24wt％；
Na2O：5-15wt％；
K2O：5-15wt％；
MgO：5-10wt％；
ZrO2：1-5wt％。
2.根据权利要求1所述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品组分中氧化钠和氧化钾总含量为12-24wt％。
3.根据权利要求1所述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品的厚度为1.0-3.0mm。
4.根据权利要求1所述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，所述的在熔盐A1、A2…AN中进行化学增强处理，每次化学增强处理的时间为0.5-30h。
5.根据权利要求1所述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，所述的在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理的时间为5-15min。
6.根据权利要求1所述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品在熔盐AN中进行化学增强处理后，表面应力层深度为30-100μm。
7.根据权利要求1所述的提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法，其特征在于，所述的薄型高碱铝硅酸盐玻璃样品在硝酸钾熔盐中进行化学增强处理后，表面应力为800-950MPa，应力层厚度为30-100μm，内部张应力为6-15MPa。
CN201710888725.2A 2017-09-27 2017-09-27 提高薄型高碱铝硅酸盐玻璃抗冲击性能的方法 Pending CN107673632A (zh)

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