CN109574499A - 一种高韧性钢化玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性钢化玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性钢化玻璃及其制备方法，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂600～700份、萤石125～165份、钾长石90～115份、含铁复合纤维75～90份、碳化硅纤维50～65份、氧化铝纤维95～110份、氧化锌35～45份、硼化锆40～55份、钛酸铋钠40～60份。本发明通过精选高韧性钢化玻璃的组成原料，以及优化高韧性钢化玻璃组成原料的配比，各组分具有良好的相容性，起到良好的协同增强作用，使用本发明的高韧性钢化玻璃较高的抗冲击强度和抗弯曲强度，韧性好，力学性能好，不易损坏；表面压应力大，自爆率低。

Description

一种高韧性钢化玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢化玻璃材料领域，具体涉及一种高韧性钢化玻璃及其制备方法。
背景技术
钢化玻璃(Tempered glass/Reinforced glass)属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。
钢化玻璃由于具有较高的抗冲击强度、优良的耐温急变性、良好的安全性等优点，被广泛应用于汽车、建筑、工业等领域中。钢化玻璃是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，改善了玻璃抗拉强度。
但是目前所使用的钢化玻璃至少还存在以下问题：1、目前的钢化处理仅仅改变了玻璃表面成分(化学钢化)或者是不改变玻璃的成分(淬火钢化)，受限于玻璃基材，得到的钢化玻璃压应力可以满足实际需要，但是抗冲击性能差，即韧性差；2、表面压应力较大时，自爆率高，次品率高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高韧性钢化玻璃及制备方法。本发明通过精选高韧性钢化玻璃的组成原料，以及优化高韧性钢化玻璃组成原料的配比，各组分具有良好的相容性，起到良好的协同增强作用，使用本发明的高韧性钢化玻璃较高的抗冲击强度和抗弯曲强度，韧性好，力学性能好，不易损坏；表面压应力大，自爆率低。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种高韧性钢化玻璃，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂600～700份、萤石125～165份、钾长石90～115份、含铁复合纤维75～90份、碳化硅纤维50～65份、氧化铝纤维95～110份、氧化锌35～45份、硼化锆40～55份、钛酸铋钠40～60份。
本发明通过精选高韧性钢化玻璃的组成原料，以及优化高韧性钢化玻璃组成原料的配比，各组分具有良好的相容性，起到良好的协同增强作用，使用本发明的高韧性钢化玻璃较高的抗冲击强度和抗弯曲强度，韧性好，力学性能好，不易损坏；表面压应力大，自爆率低。
优选的，所述高韧性钢化玻璃包括按照重量份数计的如下原料：石英砂650份、萤石148份、钾长石104份、含铁复合纤维82份、碳化硅纤维57.5份、氧化铝纤维100份、氧化锌39份、硼化锆46份、钛酸铋钠50份。
优选的，所述高韧性钢化玻璃还包括按照重量份数计的如下原料：稀土氧化物25～40份。
优选的，所述稀土氧化物为氧化铒。
优选的，所述含铁复合纤维为铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物。
优选的，所述铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物中铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的质量之比为1：0.62～0.68。
优选的，所述氧化锌为纳米氧化锌。
优选的，所述硼化锆为纳米硼化锆。
本发明还提供一种高韧性钢化玻璃的制备方法，包括下列步骤：
1)将氧化锌和硼化锆混合均匀；
2)将石英砂、萤石和钾长石均匀混合后，球磨粉碎，过200筛，再与含铁复合纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锌和硼化锆混合物以及钛酸铋钠混合，球磨至混合均匀；
3)将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为11～15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
4)将冷却后的玻璃板再置于780～820℃的惰气氛围中加热80～100min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
5)将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
6)将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为400～420℃的退火炉中退火到常温，得到所述高韧性钢化玻璃。
优选的，步骤5)中，进行离子交换的时间为6～8h，盐槽中溶液的温度控制在320～350℃。
本发明与现有技术相比，其详细说明如下：
1、本发明通过精选高韧性钢化玻璃的组成原料，以及优化高韧性钢化玻璃组成原料的配比，各组分具有良好的相容性，起到良好的协同增强作用，使用本发明的高韧性钢化玻璃较高的抗冲击强度和抗弯曲强度，韧性好，力学性能好，不易损坏；表面压应力大，自爆率低。
2、本发明的高韧性钢化玻璃以石英砂为主要原料，配合适当比例的萤石和钾长石作为复合基体材料，三者相容性好，也可增加与碳化硅纤维、氧化铝纤维和含铁复合纤维等其他组分的相容性，从而给提高韧性提供了良好的基础。此外，钾长石的引入有助于降低加工温度，增加化学钢化效果。
3、本发明的高韧性钢化玻璃中添加了适当比例的碳化硅纤维、氧化铝纤维和含铁复合纤维，大大提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，显著增加了韧性，降低了自爆率。
4、本发明的高韧性钢化玻璃中添加了适当比例的氧化锌和硼化锆，一定程度地提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，增加了韧性，降低了自爆率。
5、本发明的高韧性钢化玻璃中添加了适当比例的钛酸铋钠，其与其他各组分相容性好，与含铁复合纤维等具有协同增强作用，进一步地提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，增加了韧性，降低了自爆率。
6、本发明的制备方法工艺比较简单，便于流水线分工作业，操作简便，生产效率高，得到的高韧性钢化玻璃具有高韧性，表面压应力大，自爆率低等特点。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1：
一种高韧性钢化玻璃，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂600～700份、萤石125～165份、钾长石90～115份、含铁复合纤维75～90份、碳化硅纤维50～65份、氧化铝纤维95～110份、氧化锌35～45份、硼化锆40～55份、钛酸铋钠40～60份。
优选的，所述高韧性钢化玻璃包括按照重量份数计的如下原料：石英砂650份、萤石148份、钾长石104份、含铁复合纤维82份、碳化硅纤维57.5份、氧化铝纤维100份、氧化锌39份、硼化锆46份、钛酸铋钠50份。
优选的，所述高韧性钢化玻璃还包括按照重量份数计的如下原料：稀土氧化物25～40份。
优选的，所述稀土氧化物为氧化铒。
优选的，所述含铁复合纤维为铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物。
优选的，所述铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物中铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的质量之比为1：0.62～0.68。
优选的，所述氧化锌为纳米氧化锌。
优选的，所述硼化锆为纳米硼化锆。
本发明还提供一种高韧性钢化玻璃的制备方法，包括下列步骤：
1)将氧化锌和硼化锆混合均匀；
2)将石英砂、萤石和钾长石均匀混合后，球磨粉碎，过200筛，再与含铁复合纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锌和硼化锆混合物以及钛酸铋钠混合，球磨至混合均匀；
3)将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为11～15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
4)将冷却后的玻璃板再置于780～820℃的惰气氛围中加热80～100min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
5)将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
6)将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为400～420℃的退火炉中退火到常温，得到所述高韧性钢化玻璃。
优选的，步骤5)中，进行离子交换的时间为6～8h，盐槽中溶液的温度控制在320～350℃。
实施例2：
一种高韧性钢化玻璃，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂600份、萤石125份、钾长石90份、含铁复合纤维75份、碳化硅纤维50份、氧化铝纤维95份、氧化锌35份、硼化锆40份、钛酸铋钠40份。
在本实施例中，所述高韧性钢化玻璃还包括按照重量份数计的如下原料：稀土氧化物25份。
在本实施例中，所述稀土氧化物为氧化铒。
在本实施例中，所述含铁复合纤维为铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物。
在本实施例中，所述铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物中铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的质量之比为1：0.62。
在本实施例中，所述氧化锌为纳米氧化锌。
在本实施例中，所述硼化锆为纳米硼化锆。
一种高韧性钢化玻璃的制备方法，包括下列步骤：
1)将氧化锌和硼化锆混合均匀；
2)将石英砂、萤石和钾长石均匀混合后，球磨粉碎，过200筛，再与含铁复合纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锌和硼化锆混合物以及钛酸铋钠混合，球磨至混合均匀；
3)将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为11mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
4)将冷却后的玻璃板再置于780℃的惰气氛围中加热100min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
5)将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
6)将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为400℃的退火炉中退火到常温，得到所述高韧性钢化玻璃。
在本实施例中，步骤5)中，进行离子交换的时间为6h，盐槽中溶液的温度控制在350℃。
实施例3：
一种高韧性钢化玻璃，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂700份、萤石165份、钾长石115份、含铁复合纤维90份、碳化硅纤维65份、氧化铝纤维110份、氧化锌45份、硼化锆55份、钛酸铋钠60份。
在本实施例中，所述高韧性钢化玻璃还包括按照重量份数计的如下原料：稀土氧化物40份。
在本实施例中，所述稀土氧化物为氧化铒。
在本实施例中，所述含铁复合纤维为铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物。
在本实施例中，所述铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物中铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的质量之比为1：0.68。
在本实施例中，所述氧化锌为纳米氧化锌。
在本实施例中，所述硼化锆为纳米硼化锆。
一种高韧性钢化玻璃的制备方法，包括下列步骤：
1)将氧化锌和硼化锆混合均匀；
2)将石英砂、萤石和钾长石均匀混合后，球磨粉碎，过200筛，再与含铁复合纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锌和硼化锆混合物以及钛酸铋钠混合，球磨至混合均匀；
3)将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
4)将冷却后的玻璃板再置于820℃的惰气氛围中加热80min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
5)将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
6)将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为420℃的退火炉中退火到常温，得到所述高韧性钢化玻璃。
在本实施例中，步骤5)中，进行离子交换的时间为8h，盐槽中溶液的温度控制在320℃。
实施例4：
一种高韧性钢化玻璃，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂650份、萤石148份、钾长石104份、含铁复合纤维82份、碳化硅纤维57.5份、氧化铝纤维100份、氧化锌39份、硼化锆46份、钛酸铋钠50份。
在本实施例中，所述高韧性钢化玻璃还包括按照重量份数计的如下原料：稀土氧化物25～40份。
在本实施例中，所述稀土氧化物为氧化铒。
在本实施例中，所述含铁复合纤维为铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物。
在本实施例中，所述铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物中铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的质量之比为1：0.65。
在本实施例中，所述氧化锌为纳米氧化锌。
在本实施例中，所述硼化锆为纳米硼化锆。
一种高韧性钢化玻璃的制备方法，包括下列步骤：
1)将氧化锌和硼化锆混合均匀；
2)将石英砂、萤石和钾长石均匀混合后，球磨粉碎，过200筛，再与含铁复合纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锌和硼化锆混合物以及钛酸铋钠混合，球磨至混合均匀；
3)将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为13mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
4)将冷却后的玻璃板再置于800℃的惰气氛围中加热90min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
5)将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
6)将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为410℃的退火炉中退火到常温，得到所述高韧性钢化玻璃。
在本实施例中，步骤5)中，进行离子交换的时间为7h，盐槽中溶液的温度控制在335℃。
对比例1：
其与实施例4的区别在于，没有萤石，其他与实施例4相同。
对比例2：
其与实施例4的区别在于，没有钾长石，其他与实施例4相同。
对比例3：
其与实施例4的区别在于，没有含铁复合纤维，其他与实施例4相同。
对比例4：
其与实施例4的区别在于，没有碳化硅纤维，其他与实施例4相同。
对比例5：
其与实施例4的区别在于，含铁复合纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维均不是纤维状的，而是粉体，其他与实施例4相同。
对比例6：
其与实施例4的区别在于，没有硼化锆，其他与实施例4相同。
对比例7：
其与实施例4的区别在于，没有钛酸铋钠，其他与实施例4相同。
将本发明实施例2至实施例4、对比例1至对比例7得到的高韧性钢化玻璃以及普通钢化玻璃进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
从上表可以看出，本发明的高韧性钢化玻璃具有以下优点：较高的抗冲击强度和抗弯曲强度，韧性好，力学性能好，不易损坏；表面压应力大，自爆率低。
对比发现，本发明的高韧性钢化玻璃以石英砂为主要原料，配合适当比例的萤石和钾长石作为复合基体材料，给提高韧性提供了良好的基础；添加了适当比例的碳化硅纤维、氧化铝纤维和含铁复合纤维，大大提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，显著增加了韧性，降低了自爆率；添加了适当比例的氧化锌和硼化锆，一定程度地提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，增加了韧性，降低了自爆率；添加了适当比例的钛酸铋钠，其与其他各组分相容性好，与含铁复合纤维等具有协同增强作用，进一步地提高了抗冲击强度和抗弯曲强度，增加了韧性，降低了自爆率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高韧性钢化玻璃，其特征在于，包括按照重量份数计的如下原料：石英砂600～700份、萤石125～165份、钾长石90～115份、含铁复合纤维75～90份、碳化硅纤维50～65份、氧化铝纤维95～110份、氧化锌35～45份、硼化锆40～55份、钛酸铋钠40～60份。
2.根据权利要求1所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述高韧性钢化玻璃包括按照重量份数计的如下原料：石英砂650份、萤石148份、钾长石104份、含铁复合纤维82份、碳化硅纤维57.5份、氧化铝纤维100份、氧化锌39份、硼化锆46份、钛酸铋钠50份。
3.根据权利要求1或2任一项所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述高韧性钢化玻璃还包括按照重量份数计的如下原料：稀土氧化物25～40份。
4.根据权利要求3所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铒。
5.根据权利要求1、2或4任一项所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述含铁复合纤维为铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物。
6.根据权利要求5所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的混合物中铁酸铋纤维和α-Fe2O3磁性纳米纤维的质量之比为1：0.62～0.68。
7.根据权利要求5所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述氧化锌为纳米氧化锌。
8.根据权利要求5所述的高韧性钢化玻璃，其特征在于，所述硼化锆为纳米硼化锆。
9.一种如权利要求1至2任一项所述的高韧性钢化玻璃的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
1）将氧化锌和硼化锆混合均匀；
2）将石英砂、萤石和钾长石均匀混合后，球磨粉碎，过200筛，再与含铁复合纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锌和硼化锆混合物以及钛酸铋钠混合，球磨至混合均匀；
3）将混合后的原料，熔制成玻璃液，注入成型机中，压制成型得到厚度为11～15mm的玻璃板，在空气中自然冷却至室温；
4）将冷却后的玻璃板再置于780～820℃的惰气氛围中加热80～100min，再将加热后的玻璃板进行风栅淬冷处理；
5）将风栅淬冷处理后的玻璃板转移至含有硝酸钾的盐槽中，进行离子交换；
6）将玻璃板从盐槽中取出，转移到初始温度为400～420℃的退火炉中退火到常温，得到所述高韧性钢化玻璃。
10.根据权利要求9所述的高韧性钢化玻璃的制备方法，其特征在于，步骤5）中，进行离子交换的时间为6～8h，盐槽中溶液的温度控制在320～350℃。
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