CN111333348A - 化学强化方法、化学强化装置和化学强化玻璃 - Google Patents

化学强化方法、化学强化装置和化学强化玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种化学强化方法、化学强化装置及化学强化玻璃，其中，化学强化方法包括：对玻璃原片进行预热；对预热后的玻璃原片进行化学强化；对化学强化后的玻璃原片进行退火，并在退火过程中施加外电场，所述外电场的方向垂直于所述玻璃原片，所述外电场的方向沿所述空气面至所述锡液面。本发明的化学强化方法可以有效抑制强化后玻璃的翘曲。

Description

化学强化方法、化学强化装置和化学强化玻璃
技术领域
本发明涉及玻璃生产领域，特别涉及一种化学强化方法、化学强化装置和化学强化玻璃。
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K+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化学强化方法，旨在抑制化学强化后玻璃的翘曲。
为实现上述目的，本发明提出一种化学强化方法，用于对玻璃原片进行化学强化，所述玻璃原片包括空气面及与所述空气面相对的锡液面，所述化学强化方法包括：
对玻璃原片进行预热；
对预热后的玻璃原片进行化学强化；
对化学强化后的玻璃原片进行退火，并在退火过程中施加外电场，所述外电场的方向垂直于所述玻璃原片，所述外电场的方向沿所述空气面至所述锡液面。
可选地，所述外电场的电场强度大于50v/cm。
可选地，所述外电场的电场强度为100～300v/cm。
可选地，所述外电场作用在玻璃原片上时，玻璃原片所处温度高于280℃。
可选地，所述外电场作用在玻璃原片上的时间长于25min。
可选地，所述对预热后的玻璃原片进行化学强化的步骤包括：
在400～440℃的温度下，盐浴4.5～5.5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐10到15min；所述盐浴所用的盐料包括钠盐、钾盐、铷盐、铯盐的其中一种或几种。
可选地，所述对玻璃原片进行预热的步骤包括：
在1h内从室温均匀升温到350～400℃范围内的某一温度值，并保温10～20min。
可选地，所述对化学强化后的玻璃原片进行退火的步骤包括：
在1.5h内从350～400℃范围内的某一温度值均匀降温到150℃。
本发明还提出一种化学强化玻璃，所述化学强化玻璃由玻璃原片通过如上所述的化学强化方法强化后制得。
本发明还提出一种化学强化装置，包括：
预热炉，用于对玻璃原片进行预热；
强化炉，用于对预热后的玻璃原片进行化学强化；以及，
退火炉，用于对化学强化后的玻璃原片进行退火，所述退火炉设置有相对且平行的两电极板，所述电极板形成的外电场的方向垂直于所述玻璃原片，且沿所述玻璃原片的空气面至所述玻璃原片的锡液面。
本发明通过在退火过程中，施加一定的外电场，由于所述外电场的方向E垂直于所述玻璃原片，所述外电场的方向E沿所述空气面至所述锡液面，从而促进空气面的阳离子(如K+)向玻璃内扩散，抑制锡液面的阳离子(如K+)向玻璃内扩散。空气面的阳离子向玻璃内扩散的多，空气面应力强度减小的程度大，锡液面的阳离子向玻璃内扩散的少，锡液面应力强度减小的程度小。由于化学强化后玻璃原片空气面的应力强度大于锡液面的应力强度，在经过本发明的退火过程后，空气面和锡液面的应力强度趋于一致，玻璃原片在退火后翘曲度很小，从而有效抑制化学强化后玻璃的翘曲。
附图说明
图1为玻璃原片和外电场的电场方向的配合示意图；
图2为本发明化学强化方法一实施例的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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。
为了增加玻璃的机械性能，往往需要对玻璃原片进行强化。本发明的一方面提出一种化学强化方法，用于对玻璃原片进行化学强化，以增加玻璃的机械性能，同时较好的抑制玻璃强化后的翘曲。
所述玻璃原片由浮法工艺生产而成，在浮法工艺的成型过程中，玻璃熔液进入锡槽，漂浮在锡液上并摊平，与锡液接触的一面为锡液面，与空气接触的一面为空气面，所述空气面与所述锡液面相对，如图1所示。
如图1及图2所示，本发明提出的化学强化方法包括：
S01、对玻璃原片进行预热；
S02、对预热后的玻璃原片进行化学强化；
S03、对化学强化后的玻璃原片进行退火，并在退火过程中施加外电场，所述外电场的方向E垂直于所述玻璃原片，所述外电场的方向E沿所述空气面至所述锡液面。
在对玻璃原片进行化学强化前，需要对玻璃进行预热，保证后续的强化效果。在强化完成后，需要对玻璃原片进行退火，以减少玻璃的翘曲。但是传统的退火过程(即降温)对玻璃翘曲的抑制效果有限。
本发明通过在退火过程中，施加一定的外电场，由于所述外电场的方向E垂直于所述玻璃原片，所述外电场的方向E沿所述空气面至所述锡液面，从而促进空气面的阳离子(如K+)向玻璃内扩散，抑制锡液面的阳离子(如K+)向玻璃内扩散。空气面的阳离子向玻璃内扩散的多，空气面应力强度减小的程度大，锡液面的阳离子向玻璃内扩散的少，锡液面应力强度减小的程度小。由于化学强化后玻璃原片空气面的应力强度大于锡液面的应力强度，在经过本发明的退火过程后，空气面和锡液面的应力强度趋于一致，玻璃原片在退火后翘曲度很小，从而有效抑制化学强化后玻璃的翘曲。
所述外电场的电场强度大于50v/cm。优选地，所述外电场的电场强度为100～300v/cm。所述外电场的电场强度太小，起不到促进空气面的阳离子向玻璃内扩散和抑制锡液面的阳离子向玻璃内扩散的效果。所述外电场的电场强度过大，极大促进空气面的阳离子向玻璃内扩散，导致空气面的应力强度过小，玻璃的机械性能不好，抗摔性和耐磨性差。
所述外电场作用在玻璃原片上时，玻璃原片所处温度高于280℃。所述外电场作用在玻璃原片上的时间长于25min。玻璃原片所处温度过低，或者作用时间过短，起不到促进空气面的阳离子向玻璃内扩散和抑制锡液面的阳离子向玻璃内扩散的效果。所述玻璃原片所处温度可以为360℃、350℃、340℃、330℃、320℃、310℃、300℃、290℃等，所述外电场作用在玻璃原片上的时间可以为26min、28min、30min、32min、34min、36min等。
所述对预热后的玻璃原片进行化学强化的步骤包括：在400～440℃的温度下，盐浴4.5～5.5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐10到15min。盐浴温度过低或盐浴时间过短，都不能让玻璃原片充分进行离子交换。盐浴温度过高或盐浴时间过长，容易使玻璃原片的表面应力强度过大，产生微裂纹。
所述盐浴所用的盐料包括钠盐、钾盐、铷盐、铯盐的其中一种或几种。如钠盐可以包括NaNO3、NaOH、NaCl等，钾盐可以包括KNO3、KOH、KCl等，其他盐类不再一一举出。这些盐料可以根据需要单独使用或混合使用。
所述对玻璃原片进行预热的步骤包括：在1h内从室温均匀升温到350～400℃范围内的某一温度值，如360℃、370℃、380℃、390℃等，并保温10～20min。
所述对化学强化后的玻璃原片进行退火的步骤包括：在1.5h内从350～400℃范围内的某一温度值，如360℃、370℃、380℃、390℃等，均匀降温到150℃。
本发明的另一方面，还提出一种化学强化玻璃，所述化学强化玻璃由玻璃原片通过如上所述的化学强化方法强化后制得。所述化学强化玻璃的翘曲度小，平整度好，在使用时与其他元件的贴合效果好。
本发明的又一方面，还提出一种化学强化装置，包括：
预热炉，用于对玻璃原片进行预热；
强化炉，用于对预热后的玻璃原片进行化学强化；以及，
退火炉，用于对化学强化后的玻璃原片进行退火，所述退火炉设置有相对且平行的两电极板，所述电极板形成的外电场的方向垂直于所述玻璃原片，且沿所述玻璃原片的空气面至所述玻璃原片的锡液面。
下面将结合具体实例对本发明做进一步的详细描述，采取市场常见的0.7mm厚度的高铝硅酸盐玻璃(铝含量约13％)为对象进行分析，其中玻璃原片尺寸为5.5寸。
实施例1
强化工艺：
(1)1h预热到360℃，保温15min；
(2)420℃进行盐浴，盐浴时间5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐12min；
(3)在1.5h内从360℃退火冷却到150℃，退火过程中不施加电场。
检测结果：
空气面：CS 850MPa DOL 43.5μm
锡液面：CS 852MPa DOL 42.7μm
翘曲度：0.22mm。
实施例2
强化工艺：
(1)1h预热到360℃，保温15min；
(2)420℃进行盐浴，盐浴时间5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐12min；
(3)在1.5h内从360℃退火冷却到150℃，退火过程中施加电场；电场大小为200V/cm，作用温度360℃，作用时间30min。
检测结果：
空气面：CS 820MPa DOL 43.8μm
锡液面：CS 861MPa DOL 42.1μm
翘曲度：0.05mm。
实施例3
强化工艺：
(1)1h预热到360℃，保温15min；
(2)420℃进行盐浴，盐浴时间5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐12min；
(3)在1.5h内从360℃退火冷却到150℃，退火过程中施加电场，电场大小为200V/cm，作用温度320℃，作用时间30min。
检测结果：
空气面：CS 838MPa DOL 43.7μm
锡液面：CS 857MPa DOL 42.4μm
翘曲度：0.14mm。
实施例4
强化工艺：
(1)1h预热到360℃，保温15min；
(2)420℃进行盐浴，盐浴时间5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐12min；
(3)在1.5h内从360℃退火冷却到150℃，退火过程中施加电场，电场大小为200V/cm，作用温度280℃，作用时间30min。
检测结果：
空气面：CS 841MPa DOL 43.6μm
锡液面：CS 854MPa DOL 42.6μm
翘曲度：0.21mm。
实施例5
强化工艺：
(1)1h预热到360℃，保温15min；
(2)420℃进行盐浴，盐浴时间5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐12min；
(3)在1.5h内从360℃退火冷却到150℃，退火过程中施加电场，电场大小为100V/cm，作用温度360℃，作用时间30min。
检测结果：
空气面：CS 841MPa DOL 43.7μm
锡液面：CS 853MPa DOL 42.5μm
翘曲度：0.15mm。
实施例6
强化工艺：
(1)1h预热到360℃，保温15min；
(2)420℃进行盐浴，盐浴时间5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐12min；
(3)在1.5h内从360℃退火冷却到150℃，退火过程中施加电场，电场大小为50V/cm，作用温度360℃，作用时间30min。
检测结果：
空气面：CS 848MPa DOL 43.5μm
锡液面：CS 853MPa DOL 42.6μm
翘曲度：0.20mm。
对于实施例1，由于没有施加外电场，故翘曲度较大，为0.22mm。对于实施例4，虽然施加了外电场，但是所述外电场作用在玻璃原片上时，玻璃原片所处温度为280℃，玻璃原片所处温度过低，故翘曲度较大，为0.21mm。对于实施例6，虽然施加了外电场，但是外电场的电场强度过低，故翘曲度较大，为0.20mm。而对于其他实施例，外电场的电场强度、玻璃原片所处温度都比较合适，故翘曲度比较小，有限的抑制了玻璃强化后的翘曲。
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及附图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)

1.一种化学强化方法，用于对玻璃原片进行化学强化，所述玻璃原片包括空气面及与所述空气面相对的锡液面，其特征在于，包括：
对玻璃原片进行预热；
对预热后的玻璃原片进行化学强化；
对化学强化后的玻璃原片进行退火，并在退火过程中施加外电场，所述外电场的方向垂直于所述玻璃原片，所述外电场的方向沿所述空气面至所述锡液面。
2.如权利要求1所述的化学强化方法，其特征在于，所述外电场的电场强度大于50v/cm。
3.如权利要求2所述的化学强化方法，其特征在于，所述外电场的电场强度为100～300v/cm。
4.如权利要求2或3所述的化学强化方法，其特征在于，所述外电场作用在玻璃原片上时，玻璃原片所处温度高于280℃。
5.如权利要求2或3所述的化学强化方法，其特征在于，所述外电场作用在玻璃原片上的时间长于25min。
6.如权利要求1所述的化学强化方法，其特征在于，所述对预热后的玻璃原片进行化学强化的步骤包括：
在400～440℃的温度下，盐浴4.5～5.5h；盐浴结束后，提起玻璃原片滴盐10到15min；所述盐浴所用的盐料包括钠盐、钾盐、铷盐、铯盐的其中一种或几种。
7.如权利要求1所述的化学强化方法，其特征在于，所述对玻璃原片进行预热的步骤包括：
在1h内从室温均匀升温到350～400℃范围内的某一温度值，并保温10～20min。
8.如权利要求1所述的化学强化方法，其特征在于，所述对化学强化后的玻璃原片进行退火的步骤包括：
在1.5h内从350～400℃范围内的某一温度值均匀降温到150℃。
9.一种化学强化玻璃，其特征在于，所述化学强化玻璃由玻璃原片通过如权利要求1-8任一项所述的化学强化方法强化后制得。
10.一种化学强化装置，其特征在于，包括：
预热炉，用于对玻璃原片进行预热；
强化炉，用于对预热后的玻璃原片进行化学强化；以及，
退火炉，用于对化学强化后的玻璃原片进行退火，所述退火炉设置有相对且平行的两电极板，所述电极板形成的外电场的方向垂直于所述玻璃原片，且沿所述玻璃原片的空气面至所述玻璃原片的锡液面。
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