CN111253050A - 抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，所述高铝玻璃由浮法工艺制成，在所述高铝玻璃成型时，在锡槽的保护气体中混入含碳还原气体，所述含碳还原气体的含量应以防止爆炸为极限。本发明技术方案通过在高铝玻璃原片生产过程中，在锡槽的保护气体中加入含碳还原气体，在玻璃摊平区，羟基大量脱离时，含碳还原气体还原玻璃中的硅氧键形成硅碳键，阻碍空气面硅氧四面体网络结构的形成，从而阻碍空气面化学强化时的离子交换，最终达到空气面与锡液面的离子交换能力基本一致。此外，Si‑C的形成增加玻璃表面硬度，增加玻璃的抗划伤性能。

Description

抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法
技术领域
本发明涉及玻璃生产领域，特别涉及一种抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法。
背景技术
近年来，电子信息产品如平板电脑、智能手机、车载屏等，已基本为具有触摸面板的显示器，在显示器的最外层有一层保护玻璃，又称盖板玻璃。目前，增加盖板玻璃机械性能的方法主要为低温离子交换化学强化法，其原理为：在低于玻璃应变点的温度区域，用离子半径比玻璃表层碱离子(如Na+) 还大的一价阳离子(如K+)，与玻璃表层碱离子(如Na+)交换，使离子半径较大的一价阳离子进入玻璃表层，在玻璃表层形成一定的应力强度和应力深度。
浮法玻璃由于成型时，玻璃的一面与空气接触，为空气面，另一面与锡液接触，为锡液面，空气面和锡液面的化学成分及结构有一定差异，导致化学强化过程中，离子交换不对称，从而产生较大翘曲。锡液面由于在成型时有锡原子渗入，较空气面难以进行离子交换，所以在相同条件下，空气面更容易离子交换，锡液面较难进行离子交换。在化学强化后，空气面的应力强度大，锡液面的应力强度小，从而使玻璃产生翘曲。
目前，调节化学强化翘曲的方法较多，主要有增加工艺，例如：玻璃强化后再平磨；或者优化强化过程，主要通过调节玻璃退火过程中空气面和锡液面的冷却速率。其中，玻璃强化后再平磨，生产成本增加，且会产生较多的抛光废液，不利于环保；通过鼓风调节退火过程中的玻璃空气面和锡液面的冷却速率，由于精度不够，调节能力有限。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，旨在抑制化学强化后高铝玻璃的翘曲。
为实现上述目的，本发明提出的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，所述高铝玻璃由浮法工艺制成，在所述高铝玻璃成型时，在锡槽的保护气体中混入含碳还原气体，所述含碳还原气体的含量应以防止爆炸为极限。
可选地，所述含碳还原气体包括室温下为气态的含碳还原物质及室温下为液态且加热后为气态的含碳还原物质。
可选地，所述含碳还原气体包括烷烃、烯烃、炔烃、醇类、醛类等的其中一种或多种。
可选地，所述烯烃包括链烯烃、环烯烃、单烯烃、二烯烃等。
可选地，所述含碳还原气体的分子式中碳原子数小于或等于4。
可选地，所述含碳还原气体包括一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇、丙醇、甲醛、乙醛、丙醛等的其中一种或多种。
可选地，所述含碳还原气体的含量低于10mol％。
可选地，所述保护气体为氢气和氮气的混合物。
可选地，所述保护气体中氢气的含量为2～8mol％。
可选地，所述锡槽的工作温度高于550℃。
本发明技术方案通过在高铝玻璃原片生产过程中，在锡槽的保护气体中加入含碳还原气体，在玻璃摊平区，羟基大量脱离时，含碳还原气体还原玻璃中的硅氧键形成硅碳键，阻碍空气面硅氧四面体网络结构的形成，从而阻碍空气面化学强化时的离子交换，最终达到空气面与锡液面的离子交换能力基本一致。此外，Si-C的形成增加玻璃表面硬度，增加玻璃的抗划伤性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，来说明本发明的技术方案及达到的技术效果。各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了增加高铝玻璃的机械性能，往往需要对高铝玻璃进行化学强化。本发明提出一种抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，高铝玻璃在进行化学强化后，高铝玻璃的翘曲度小。
所述高铝玻璃由浮法工艺制成，浮法工艺是玻璃生产领域常见的工艺，在此不再赘述。浮法工艺主要有熔融、成型、退火、切割等工艺，其中成型过程是在锡槽中实现的。由于锡槽留有许多操作孔，工人在进行作业时，难免会有空气进入锡槽，同时锡槽中的锡液容易氧化，所以需要往锡槽通入保护气体，该保护气体通常是氢气和氮气的混合气体。在保护气体中，氢气的含量为2～8mol％。
本发明一种抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，在所述高铝玻璃成型时，在锡槽的保护气体中混入含碳还原气体，所述含碳还原气体的含量应以防止爆炸为极限。
由于锡槽内有空气进入，混入含碳还原气体的保护气体容易与空气发生爆炸，为了生产安全考虑，故所述含碳还原气体的含量应以防止爆炸为极限。含碳还原气体的种类不同，含量的极限不同。为了保证生产的安全，优选地，所述含碳还原气体的含量低于10mol％。
浮法生产的高铝玻璃，具有与锡液接触的锡液面，和背离锡液面的空气面。在锡槽成型时，锡液面直接与锡液接触，玻璃与熔融的金属锡液会相互渗透，锡液中的金属锡会渗透到玻璃中，在锡液面会形成一定厚度的渗锡层，渗锡层会阻碍化学强化过程中的离子交换。
空气面不与锡液接触，周围气氛中主要为H2、N2以及少量的水蒸气、锡蒸气等。对于空气面，由于不与金属锡液直接接触，基本无渗锡。空气面主要以碱挥发以及羟基脱离为主。空气面的羟基脱离，使玻璃硅氧四面体网络结构更加完整，当玻璃硅氧四面体网络结构越完整，化学强化时，玻璃的离子交换速度更快。
总而言之，化学强化时，空气面的离子交换能力明显高于锡液面。若要改善浮法高铝玻璃的化学强化翘曲问题，需阻碍空气面的离子交换能力，使之与锡液面的离子交换能力一致。
针对浮法高铝玻璃而言，在原片生产过程中，在锡槽的保护气体中加入含碳还原气体，在玻璃摊平区，羟基大量脱离时，含碳还原气体还原玻璃中的硅氧键形成硅碳键，阻碍空气面硅氧四面体网络结构的形成，从而阻碍空气面化学强化时的离子交换，最终达到空气面与锡液面的离子交换能力基本一致。此外，Si-C的形成增加玻璃表面硬度，增加玻璃的抗划伤性能。
可以理解，所述含碳还原气体包括室温下为气态的含碳还原物质，如一氧化碳、甲烷等，及室温下为液态且加热后为气态的含碳还原物质，如乙醇、丙烷等。
所述含碳还原气体包括烷烃、烯烃、炔烃、醇类、醛类等的其中一种或多种，其中所述烯烃包括链烯烃、环烯烃、单烯烃、二烯烃等。
优选地，所述含碳还原气体的分子式中碳原子数小于或等于4。一般情况下，当含碳还原气体的分子式中碳原子数小于或等于4时，该含碳还原物质在室温下为气态，或者易于加热成气态。
优选地，所述含碳还原气体包括一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇、丙醇、甲醛、乙醛、丙醛等的其中一种或多种。一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇、丙醇、甲醛、乙醛、丙醛等都是市面上容易获得的物质，便于采购。
所述锡槽的工作温度高于550℃，优选地，所述锡槽的工作温度在 600～1000℃之间。这是因为保护气体对SnO2进行还原的最低极限温度为 550℃。当锡槽的工作温度高于550℃时，保护气体才能对SnO2进行还原，从而阻止锡液氧化。
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明的具体实例选取铝含量为13wt％、厚度为0.7mm的高铝浮法玻璃作为研究对象。另外，测试化学强化翘曲的玻璃样品尺寸为5.5寸。化学强化工艺采取行业常见的化学强化工艺:离子交换温度为420℃，离子交换时间为5h，硝酸钾熔盐中钠含量约1000ppm。检测采用行业内常规仪器：FSM6000le应力测试仪，翘曲采用塞规测试。化学强化翘曲测试工艺：开料-外形加工-清洗- 化学强化-清洗-检测。在玻璃原片制备过程中，其他工艺条件不变，锡槽的保护气体组成有如下几个方案：
实施例1：N2 95％、H2 5％；
实施例2：N2 88％、CO 10％、H2 2％；
实施例3：N2 95％、H2 4％、CH4 1％；
实施例4：N2 90％、H2 6％、CO 3％、CH4 1％；
实施例5：N2 95％、H2 4.5％，无水乙醇气体0.5％；
实施例6：N2 93.9％、H2 4％，CO 2％，无水乙醇气体0.1％；
实施例7：N2 94％、H2 4％，乙烯2％；
Figure RE-GDA0002469669360000051
备注：2D工艺，为上、下面都为平面，加工过程中只磨边、打孔，不会对空气面、锡液面进行抛磨。2.5D工艺，是指手机屏幕保护玻璃的某一面的边缘采用了2.5D的弧面设计，仅是玻璃边缘采用弧面，而保护玻璃除边缘部分外其他面积都为纯平面。加工过程中会对边缘进行了2.5D弧面设计的某一面进行抛磨，以达到弧面光滑明亮的效果。“2D加工”不需要磨削空气面和锡液面，“2.5D加工空气面”需要磨削空气面，“2.5D加工锡液面”需要磨削锡液面。
当实施例1～7采用2D加工的加工方式时，可以明显看出，加入了含碳还原气体的实施例2～7要比没有加含碳还原气体的实施例1，翘曲度要小很多。这是因为采用本发明的方法，空气面和锡液面的离子交换能力趋于一致，空气面和锡液面离子交换后，翘曲度小。
当实施例1～7采用2.5D加工空气面的加工方式时，加入了含碳还原气体的实施例2～7与没有加含碳还原气体的实施例1，翘曲度变化不大。这是因为2.5D 加工空气面需要磨削掉空气面，而玻璃主体与锡液面的离子交换能力相差不大，故翘曲度都不大，翘曲度的变化也不大。
当实施例1～7采用2.5D加工锡液面的加工方式时，加入了含碳还原气体的实施例2～7要比加含碳还原气体的实施例1，翘曲度要小很多。这是因为2.5D 加工锡液面需要磨削锡液面，在实施例1中，玻璃主体与空气面的离子交换能力相差较大，离子交换后，翘曲度大；在实施例2～7中，玻璃主体与空气面的离子交换能力相差较小，离子交换后，翘曲度小。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，所述高铝玻璃由浮法工艺制成，其特征在于，在所述高铝玻璃成型时，在锡槽的保护气体中混入含碳还原气体，所述含碳还原气体的含量应以防止爆炸为极限。
2.如权利要求1所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述含碳还原气体包括室温下为气态的含碳还原物质及室温下为液态且加热后为气态的含碳还原物质。
3.如权利要求2所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述含碳还原气体包括烷烃、烯烃、炔烃、醇类、醛类等的其中一种或多种。
4.如权利要求3所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述烯烃包括链烯烃、环烯烃、单烯烃、二烯烃等。
5.如权利要求3所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述含碳还原气体的分子式中碳原子数小于或等于4。
6.如权利要求3所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述含碳还原气体包括一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇、丙醇、甲醛、乙醛、丙醛等的其中一种或多种。
7.如权利要求1所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述含碳还原气体的含量低于10mol％。
8.如权利要求1所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述保护气体为氢气和氮气的混合物。
9.如权利要求1所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述保护气体中氢气的含量为2～8mol％。
10.如权利要求1所述的抑制高铝玻璃化学强化翘曲的方法，其特征在于，所述锡槽的工作温度高于550℃。
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