CN111268905A - 浮法玻璃的强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了浮法玻璃的强化方法，包括以下步骤：将熔融的玻璃原料在浮抛介质上浮法成形得到玻璃；将所得的玻璃转入退火窑中，退火得到浮法玻璃；将退火后的浮法玻璃清洗干燥后，进行离子交换；其中，所述玻璃原料中至少含有SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Na2O和K2O，用Al2O3替代SiO2提高Al2O3的质量分数，用MgO替代CaO提高MgO的质量分数。本发明通过提高Al2O3和MgO的质量分数，能提高浮法玻璃的表面应力及应力层深度，有助于强化浮法玻璃；同时提高MgO的质量分数，能降低渗锡深度和渗锡强度，有利于提高浮法玻璃在强化过程中两个表面Na+的交换的平衡度，提高浮法玻璃强度、降低翘曲程度。

Description

浮法玻璃的强化方法
技术领域
本发明属于浮法玻璃技术领域，特别涉及浮法玻璃的强化方法。
背景技术
近年来，平板电脑、手机、可穿戴设备等各种平板显示与触摸类装置越来越轻薄化。因而对覆盖其上的玻璃要求也越来越薄，而玻璃薄型化会带来强度的降低，这样存在因使用或携带该类装置时由于跌落或挤压等而导致覆盖玻璃本身破裂的情况，无法实现保护显示与触摸类装置的作用。为提高对显示与触摸类设备的保护，通常需要对保护玻璃进行化学钢化，使之在玻璃层形成压应力层的方式来提高玻璃的耐划伤性。
一般化学强化玻璃的制备方法是通过将普通钠钙玻璃浸在碱离子的熔盐中，用熔盐中半径较大的钾离子(半径0.133nm)置换玻璃网络中半径较小的钠离子(半径0.098nm)以挤压玻璃表面的网络结构，改变玻璃表面成分。经离子交换后挤塞的体积效应在玻璃表面形成预压应力层，以阻止表面裂纹受力扩展，达到提高玻璃力学强度的目的。
申请号为CN201310400447.3的专利申请通过对浮法玻璃的锡面进行抛光处理，减小锡面层的厚度，减小了对离子交换的影响，故减小玻璃化学强化后两面之间的表面压应力差异，来达到强化玻璃的目的；申请号为CN201510612607.X的专利申请通过在退火同时充入气体与浮法玻璃反应，缩小浮法玻璃两面的密实度，减少化学钢化时由于离子交换程度不同产生的第一表面和第二表面离子交换不平衡的影响，防止浮法玻璃翘曲，来达到强化玻璃的目的。但这些方法都无法从根本上提升浮法玻璃的表面应力。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供浮法玻璃的强化方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
浮法玻璃的强化方法，包括以下步骤：
将熔融的玻璃原料在浮抛介质上浮法成形得到玻璃；
将所得的玻璃转入退火窑中，退火得到浮法玻璃；
将退火后的浮法玻璃清洗干燥后，进行离子交换；
其中，所述玻璃原料中至少含有SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Na2O和K2O，SiO2与Al2O3为空间体系，空间体系在玻璃原料中的质量分数为m，m中含有调整余量x，调整余量x为Al2O3替代SiO2的质量分数增加量，MgO与CaO为限制体系，限制体系在玻璃原料中的质量分数为n，n中含有调整余量y，调整余量y为MgO替代CaO的质量分数增加量。
进一步的，m中调整前Al2O3所占比例为k，且x/k的数值量不超过15％。
进一步的，n中调整前MgO所占比例为p，且y/p的数值量不超过5％。
进一步的，所述玻璃原料中，m为75％，，其中SiO2的比例为73％，Al2O3的比例k为1.8％，x为0.2％；n为12.5％，其中CaO的比例k为8.67％，MgO的比例p为3.65％，y为0.18％。
本发明的有益效果为：提高Al2O3和MgO的质量分数，能提高浮法玻璃的表面应力及应力层深度，有助于强化浮法玻璃；同时提高MgO的质量分数，能降低渗锡深度和渗锡强度，有利于提高浮法玻璃在强化过程中两个表面Na+的交换的平衡度，提高浮法玻璃强度、降低翘曲程度。
附图说明
图1是本发明实施例1～4的测试结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1
制备强化浮法玻璃的方法，包括以下步骤：
将熔融的玻璃原料在浮抛介质上浮法成形得到玻璃；
将所得的玻璃转入退火窑中，退火得到浮法玻璃，退火窑的温度为750℃；
将退火后的浮法玻璃清洗干燥后，进行离子交换，离子交换时将浮法玻璃浸在熔融的硝酸钾6小时；
其中，玻璃原料中含有73.2％的SiO273％、1.8％的Al2O3、3.65％的MgO、8.85％的CaO、10.5％的Na2O+K2O。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，对玻璃原料中各组分含量进行调整：
其中，玻璃原料中含有73％的SiO273％、2％的Al2O3、3.65％的MgO、8.85％的CaO、10.5％的Na2O+K2O。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，对玻璃原料中各组分含量进行调整：
其中，玻璃原料中含有73.2％的SiO273％、1.8％的Al2O3、3.83％的MgO、8.67％的CaO、10.5％的Na2O+K2O。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，对玻璃原料中各组分含量进行调整：
其中，玻璃原料中含有73％的SiO273％、2％的Al2O3、3.83％的MgO、8.67％的CaO、10.5％的Na2O+K2O。
取实施例1～4所得的浮法玻璃裁切成181.8×114.8×0.7mm规格进行测试，测试包括表面应力、应力层深度、渗锡深度和渗锡强度，表面应力和应力层深度测试采用FSM-600LE电脑全自动表面应力仪，渗锡深度和渗锡强度测试采用JXA-8230电子探针显微分析仪，测试结果见附图1。
结合附图1的测试结果，可以分析得出：
(1)改变玻璃原料中SiO2、Al2O3、MgO和CaO的比例结构，提高Al2O3和MgO的质量分数，能提高浮法玻璃的表面应力及应力层深度，有助于强化浮法玻璃；
(2)改变MgO和CaO的比例结构，提高MgO的质量分数，能降低渗锡深度和渗锡强度，有利于提高浮法玻璃在强化过程中两个表面Na+的交换的平衡度，提高浮法玻璃强度、降低翘曲程度。
原因分析：浮法玻璃中通常含有SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Na2O和K2O，SiO2作为网络生成体，以四配位[SiO4]结构存在；Al2O3虽然属于网络中间体氧化物，但由于玻璃中n(Na2O)/n(Al2O3)>1，Al2O3则以铝氧四面体[AlO4]的结构与[SiO4]组成连续的网络，Na2O和K2O为网络外体，Si4+的离子半径为0.04nm，Si-O键的键长为0.16nm，Al3+的离子半径为0.0535nm，Al-O键的键长为0.192nm。当以一定量的Al3+作为网络生成体替代Si4+，即适当增加Al2O3的质量分数，减少SiO2的质量分数，则会使网络结构变得疏松，从而有利于碱金属离子的扩散和迁移。
浮法玻璃中还会含有一定量的CaO。Ca2+作为网络外体离子存在于玻璃中，Ca2+的离子半径为0.099nm,与Na+的离子半径(0.095nm)非常接近，但Ca2+的电荷比Na+大1倍，所以场强要比钠大得多，它具有强化玻璃结构和限制Na+活动的作用，因此Ca2+的这种特性对于离子交换是很不利的；而Mg2+的离子半径为0.065nm，比Ca2+的离子半径小，且它对氧的极化更激烈，结合也更牢固，从而使R+-O-R2+中的R+-O键反而变弱，因此有利于玻璃本体中R+的扩散与迁移。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.浮法玻璃的强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
将熔融的玻璃原料在浮抛介质上浮法成形得到玻璃；
将所得的玻璃转入退火窑中，退火得到浮法玻璃；
将退火后的浮法玻璃清洗干燥后，进行离子交换；
其中，所述玻璃原料中至少含有SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Na2O和K2O，SiO2与Al2O3为空间体系，空间体系在玻璃原料中的质量分数为m，m中含有调整余量x，调整余量x为Al2O3替代SiO2的质量分数增加量，MgO与CaO为限制体系，限制体系在玻璃原料中的质量分数为n，n中含有调整余量y，调整余量y为MgO替代CaO的质量分数增加量。
2.根据权利要求1所述的浮法玻璃的强化方法，其特征在于，m中调整前Al2O3所占比例为k，且x/k的数值量不超过15％。
3.根据权利要求2所述的浮法玻璃的强化方法，其特征在于，n中调整前MgO所占比例为p，且y/p的数值量不超过5％。
4.根据权利要求3所述的浮法玻璃的强化方法，其特征在于，所述玻璃原料中，m为75％，，其中SiO2的比例为73％，Al2O3的比例k为1.8％，x为0.2％；n为12.5％，其中CaO的比例k为8.67％，MgO的比例p为3.65％，y为0.18％。
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