CN109956678A - 一种日用玻璃器皿的钢化方法及钢化玻璃器皿 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种日用玻璃器皿的钢化方法及钢化玻璃器皿，包括以下步骤：1)高温熔制：将玻璃原料A和玻璃原料B分别放入1450‑1700℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B；其中，所述玻璃原料B选自高锂玻璃、高钾玻璃和高锂钾玻璃中的一种或多种。2)表层喷涂：将液态玻璃A降低至1000‑1200℃，剪切成料坯，将液态玻璃B喷涂在料坯表面，冷风降温处理；3)成型加工；4)退火处理。本发明采用高锂、钾组分玻璃的表面喷涂和表面预冷技术，使得玻璃料坯在成型前表面形成表面预收缩的高钾、高锂或者高锂钾表层，成型后玻璃器皿表面形成高锂、高钾填充层，并配合物理冷却钢化，实现了二次钢化过程，使得玻璃器皿钢化效果更好。

Description

一种日用玻璃器皿的钢化方法及钢化玻璃器皿
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，具体公开了一种日用玻璃器皿的钢化方法及钢化玻璃器皿。
背景技术
为提高玻璃制品的强度，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。玻璃钢化工艺常见的有物理钢化和化学钢化两种方法。钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的抗弯和抗冲击强度得以提高，其强度约是普通退火玻璃的四倍以上。
物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃，其原理是把玻璃加热到适宜温度，通过自身的形变消除内部应力。然后将玻璃移出加热炉迅速冷却，使玻璃表面急剧收缩，产生压应力，而玻璃中层冷却较慢，还来不及收缩，故形成张应力，使玻璃获得较高的强度，即可实现钢化过程。一般来说冷却强度越高，则玻璃强度越大。
化学钢化玻璃是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进行钢化。其方法是在一定的温度下把玻璃制品浸入到高温熔盐中，玻璃中的碱金属离子与熔盐中的碱金属离子因扩散而发生相互交换，产生“挤塞”现象，使玻璃表面产生压缩应力，从而提高玻璃的强度。如将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃，浸入到熔融状态的锂盐(Li+)中，使玻璃表层的Na+或K+离子与Li+离子发生交换，表面形成Li+离子交换层。由于Li+的膨胀系数小于Na+、K+离子，从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大，当冷却到常温后，玻璃便同样处于内层受拉，外层受压的状态，其效果类似于物理钢化玻璃。
上述两种方法均使得玻璃表面快速冷却收缩或者置换填充形成表面高密度层，从而获得更好的性能。但是，上述两种方法均为二次处理过程，处理时间长，耗能高，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的缺陷，提供一种日用玻璃器皿的钢化方法及钢化玻璃器皿，本发明采用高锂、钾组分玻璃的表面喷涂和表面预冷技术，使得玻璃料坯在成型前表面形成表面预收缩的高钾、高锂或者高锂钾表层，成型后玻璃器皿表面形成高锂、高钾填充层，并配合物理冷却钢化，实现了二次钢化过程，使得玻璃器皿钢化效果更好。
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种日用玻璃器皿的钢化方法，包括以下步骤：
1)高温熔制：将玻璃原料A和玻璃原料B分别放入1450-1700℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B；其中，所述玻璃原料B选自高锂玻璃、高钾玻璃和高锂钾玻璃中的一种或多种。
优选地，在步骤1)中，所述玻璃原料A为钠钙玻璃或硼硅玻璃。
优选地，在步骤1)中，所述高锂玻璃中锂含量为1％-5％。
优选地，在步骤1)中，所述高钾玻璃中钾含量为10％-30％。
优选地，在步骤1)中，所述高锂钾玻璃的锂、钾含量为任意比例均可。
更优选地，在步骤1)中，所述高锂钾玻璃的锂含量为3-7％，所述高锂钾玻璃的钾含量为15-25％。
2)表层喷涂：将液态玻璃A降低至1000-1200℃，剪切成料坯，将液态玻璃B喷涂在料坯表面，冷风降温处理，形成表面预收缩的A+B复合玻璃料坯；
优选地，在步骤2)中，所述冷风降温处理采用多头喷嘴将高压冷空气将料坯表面迅速吹冷，使其表面温度降低100-150℃。
优选地，在步骤2)中，所述高压冷空气的流速为0.1-0.5m3/h。
优选地，在步骤2)中，所述料坯为圆柱形。
3)成型加工：将A+B复合玻璃料坯送入成型机，制成玻璃器皿，降温、硬化；
优选地，在步骤3)中，降温至350-450℃。
更优选地，在步骤3)中，降温至380-420℃。
4)将硬化后的所述玻璃器皿送入退火炉进行退火处理，然后置于空气中自然冷却至常温，即制得钢化玻璃器皿。
优选地，在步骤4)中，所述退火处理的温度为400-450℃，所述退火处理的时间为1-3h。
更优选地，在步骤4)中，所述退火处理的温度为410-430℃，所述退火处理的时间为1.5-2h。
第二方面，本发明提供一种由如上述所述的的钢化方法获得的玻璃器皿。
综上所述，本发明提供一种日用玻璃器皿的钢化方法，本发明的有益效果：
本发明不改变传统玻璃制品的生产加工工艺，仅需要在切料装置后增加玻璃液喷涂和冷却设备，工艺改造简单，设备投入费用低，且易于实现工业化和自动化。
进一步，本发明采用高锂、钾组分玻璃的表面喷涂和表面预冷技术，使得玻璃料坯在成型前表面形成表面预收缩的高钾、高锂或者高锂钾表层，成型后玻璃器皿表面形成高锂、高钾填充层，并配合物理冷却钢化，实现了二次钢化过程，使得玻璃器皿钢化效果更好。玻璃器皿机械强度大大提高，玻璃器皿表面光滑性和清晰性好，耐磨耐腐蚀，耐侯性和抗刮性好。
进一步，本发明利用喷涂方法实现了表面高浓度锂(Li+)、钾(K+)的填充，以物理方法达到了化学钢化的效果，能耗更低，操作和工艺更加简单。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1
将钠钙玻璃A和锂含量为5％的高锂玻璃B分别放入1500℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B。将液态玻璃A降低至1100℃，剪切成圆柱形料坯，并在下料过程中将液态玻璃B喷涂在圆柱形料坯表面，并用多头喷嘴将高压冷空气将料坯表面迅速吹冷，使其表面温度降低120℃，形成表面预收缩的A+B复合玻璃料坯。再将A+B复合玻璃料坯送入成型机，制成大小不同规格的玻璃器皿，自然降温至400℃，硬化后用输送机送入退火炉进行退火处理，退火处理的温度为420℃，退火处理的时间为2h。退火完毕后，玻璃器皿于空气中自然冷却至常温，即制得表面高锂钢化玻璃器皿1。将玻璃器皿1进行抗弯曲强度测试，该玻璃器皿的抗弯曲强度为89MPa。
实施例2
将钠钙玻璃A和钾含量为30％的高钾玻璃B分别放入1700℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B。将液态玻璃A降低至1200℃，剪切成圆柱形料坯，并在下料过程中将液态玻璃B喷涂在圆柱形料坯表面，并用多头喷嘴将高压冷空气将料坯表面迅速吹冷，使其表面温度降低100℃，形成表面预收缩的A+B复合玻璃料坯。再将A+B复合玻璃料坯送入成型机，制成大小不同规格的玻璃器皿，自然降温至440℃，硬化后用输送机送入退火炉进行退火处理，退火处理的温度为420℃，退火处理的时间为2h。退火完毕后，玻璃器皿于空气中自然冷却至常温，即制得表面高钾钢化玻璃器皿2。将玻璃器皿2进行抗弯曲强度测试，该玻璃器皿的抗弯曲强度为85MPa。
实施例3
将钠钙玻璃A和高锂钾玻璃B(高锂钾玻璃的锂含量为5％，高锂钾玻璃的钾含量为20％)分别放入1600℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B。将液态玻璃A降低至1200℃，剪切成圆柱形料坯，并在下料过程中将液态玻璃B喷涂在圆柱形料坯表面，并用多头喷嘴将高压冷空气将料坯表面迅速吹冷，使其表面温度降低150℃，形成表面预收缩的A+B复合玻璃料坯。再将A+B复合玻璃料坯送入成型机，制成大小不同规格的玻璃器皿，自然降温至400℃，硬化后用输送机送入退火炉进行退火处理，退火处理的温度为420℃，退火处理的时间为2h。退火完毕后，玻璃器皿于空气中自然冷却至常温，即制得表面高锂钾钢化玻璃器皿3。将玻璃器皿3进行抗弯曲强度测试，该玻璃器皿的抗弯曲强度为95MPa。
实施例4
将钠钙玻璃A和高锂钾玻璃B(高锂钾玻璃的锂含量为4％，高锂钾玻璃的钾含量为23％)分别放入1500℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B。将液态玻璃A降低至1200℃，剪切成圆柱形料坯，并在下料过程中将液态玻璃B喷涂在圆柱形料坯表面，并用多头喷嘴将高压冷空气将料坯表面迅速吹冷，使其表面温度降低140℃，形成表面预收缩的A+B复合玻璃料坯。再将A+B复合玻璃料坯送入成型机，制成大小不同规格的玻璃器皿，自然降温至400℃，硬化后用输送机送入退火炉进行退火处理，退火处理的温度为420℃，退火处理的时间为2h。退火完毕后，玻璃器皿于空气中自然冷却至常温，即制得表面高锂钾钢化玻璃器皿3。将玻璃器皿3进行抗弯曲强度测试，该玻璃器皿的抗弯曲强度为99MPa。
本发明还提供了一种由如上述的的钢化方法获得的钢化玻璃器皿。
以上，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)高温熔制：将玻璃原料A和玻璃原料B分别放入1450-1700℃坩埚窑中进行融化，形成液态玻璃A和液态玻璃B；其中，所述玻璃原料B选自高锂玻璃、高钾玻璃和高锂钾玻璃中的一种或多种。
2)表层喷涂：将液态玻璃A降低至1000-1200℃，剪切成料坯，将液态玻璃B喷涂在料坯表面，冷风降温处理，形成表面预收缩的A+B复合玻璃料坯；
3)成型加工：将A+B复合玻璃料坯送入成型机，制成玻璃器皿，降温、硬化；
4)退火处理：将硬化后的所述玻璃器皿送入退火炉进行退火处理，然后置于空气中自然冷却至常温，即制得钢化玻璃器皿。
2.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤1)中，所述高锂玻璃的锂含量为1％-5％。
3.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤1)中，所述高钾玻璃的钾含量为10％-30％。
4.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤1)中，所述玻璃原料A为钠钙玻璃或硼硅玻璃。
5.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤2)中，所述冷风降温处理采用多头喷嘴将高压冷空气将料坯表面迅速吹冷，使料坯表面温度降低至100-150℃。
6.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤2)中，所述料坯为圆柱形。
7.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤3)中，降温至350-450℃。
8.如权利要求1所述的日用玻璃器皿的钢化方法，其特征在于，在步骤4)中，所述退火处理的温度为400-450℃，所述退火处理的时间为1-3h。
9.一种由如权利要求1至8任一所述的的钢化方法获得的钢化玻璃器皿。
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