CN113501670A - 一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺 - Google Patents

一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺，(1)清洗：将玻璃基片放入清洗剂浸泡，清洗剂包括四丁基氟化铵、草酸、葡萄糖酸钠和聚丙烯酸，浸泡后玻璃基片超声洗涤，超声后放入烘箱干燥；(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中升温预热；(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中，所述熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硅酸钠、氟化钾、碳酸钾和硅藻土制成；(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，所述保护膜涂料包括聚二甲基硅氧烷、氧化硅、氧化锆和聚氯乙烯。本发明制备工艺提高超薄高铝玻璃表面应力、应力层深度、硬度和抗弯强度。

Description

一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺
技术领域
本发明涉及高铝玻璃强化工艺领域，特别涉及一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺。
背景技术
高铝硅酸盐玻璃轻质且高强，具有优良的机械性能、电学性能、光学性能、离子交换性能，在电子显示领域有极大的优势，但玻璃的脆性大、抗弯强度低，限制了玻璃的应用范围和实际使用性能。近年来，随着电子产品的更新换代及电子行业的超大规模化应用，对电子显示玻璃实际使用轻薄化和高强度要求不断提高，如何在保持玻璃强度的同时实现轻薄化、功能化是当前亟待解决的问题。例如：CN201810834795.4一种铝硅酸盐玻璃的强化工艺，采用二乙醇胺硼酸酯、硝酸亚铈、氨基酸型表活性剂三者配合作为预处理液，在喷涂强化熔盐前先用预处理液进行浸泽预处理，加快了离子交换速度，增大了强化熔盐渗透力，提高了铝硅酸盐玻璃的表面强化效果，本发明制备的是超薄高铝玻璃，该工艺不适合本发明；CN201910021185.7高铝玻璃的新型强化工艺该发明通过对高铝玻璃的进行先酸洗后强化处理，提高了高铝玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力，高铝玻璃的弯曲强度增强，本发明制备的是超薄高铝玻璃，该工艺不适合本发明。因此，需要一种工艺来制备超薄高铝玻璃。
发明内容
鉴以此，本发明提出一种本发明提出一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺，将化学强化处理与表面覆膜处理相结合，在保持高铝玻璃优异性能的同时，实现玻璃的超薄化和功能化。
本发明的技术方案是这样实现的：
超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺，包括以下步骤：
(1)清洗：将玻璃基片放入清洗剂浸泡20～40min，所述清洗剂包括四丁基氟化铵、草酸、葡萄糖酸钠和聚丙烯酸，浸泡后玻璃基片超声洗涤，超声后放入烘箱干燥；本发明使用四丁基氟化铵、草酸、葡萄糖酸钠和聚丙烯酸相互作用不仅能够有效去除玻璃基片的污渍，而且能够去除玻璃因长期放置所产生的硅氧风化层使浸泡后的玻璃表面光滑透明。
(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中缓慢升温至对应的钢化温度200～250℃，升温速率为3～5℃/min，保温30～50min，二次升温钢化温度为300～350℃，升温速率为10～15℃/min保温10～20min；本发明中通过分段对超薄玻璃升温预热，不仅防止在化学强化中出现炸裂的情况，同时也提高化学强化中离子交换的速度。
(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中，所述熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硅酸钠、氟化钾、碳酸钾和硅藻土制得，强化温度为300～350℃，强化时间为1～3h；由于高铝硅玻璃结构具有较大的离子交换通道，离子迁移阻力小，有利于离子交换，本发明制备的是超薄高铝玻璃，为了避免化学强化后玻璃中心张应力过高导致玻璃自爆，因此以硝酸钾、硝酸钠、硅酸钠、氟化钾、碳酸钾和硅藻土为熔盐原料，本发明中熔盐原料、强化温度和强化时间相互联系，不仅能加快化学强化的速度，而且能提高高铝玻璃的机械性能。通过本发明的化学强化制得的超薄高铝玻璃具有最大的表面应力和合适的应力层深度，才能最大程度的增强玻璃性能。
(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，所述保护膜涂料包括聚二甲基硅氧烷、氧化硅、氧化锆和聚氯乙烯，涂抹完成的玻璃基片在50-70℃下固化0.5-1小时，升温至80～100℃固化0.5-1小时，制得成品。本发明通过旋涂法在玻璃基片表面制备有机薄膜，在提高玻璃的抗划伤性能和可弯折性能的同时，对玻璃基片表面进行覆膜保护。除此之外，聚二甲基硅氧烷是一种弹性硅橡胶，其主要成分为(C2H6OSi)n，能与玻璃表面形成-Si-O-Si-化学键，聚二甲基硅氧烷在氧化硅、氧化锆和聚氯乙烯的配合下能与玻璃间依靠化学作用紧密结合。
进一步的，步骤(1)中，所述超声洗涤时间为10～20min，超声频率为20～30kHz，输出功率为250～300W。
进一步的，步骤(1)中，所述干燥时间为2～3h，干燥温度为60～80℃。
进一步的，步骤(1)中，按质量百分比计，所述清洗剂由1～5％的四丁基氟化铵、6～10％的草酸、30～40％的葡萄糖酸钠、20～25％的聚丙烯酸和余量的水。
进一步的，步骤(1)中，按质量百分比计，所述超声液由2～3％的洗洁精、20～45％的乙醇溶液和余量的水制得。
进一步的，步骤(1)中，所述乙醇溶液的质量分数为60～70％。
进一步的，步骤(3)中，所述熔盐由以下重量份原料5～8份硝酸钾、10～13份硝酸钠、3～6份硅酸钠、5～6份氟化钾、10～15份碳酸钾、30～50份硅藻土和20～40份水制成。
进一步的，步骤(3)中，所述熔盐的制备方法为：将上述原料加入熔盐槽中，缓慢加热至400℃以上，使原料融化成液态，制得熔盐。
进一步的，步骤(4)中，所述保护膜涂料由以下重量份原料10～18份聚二甲基硅氧烷、5～7份氧化硅、7～9份氧化锆和13～17份聚氯乙烯制得。
进一步的，步骤(4)中，所述玻璃基片旋涂保护膜涂料时间为10～15s。
进一步的，步骤(1)中，所述玻璃基片厚度为0.01～0.1mm。
进一步的，所述超声液、清洗液、熔盐和保护膜涂料使用量为浸没过玻璃基片即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用化学强化和覆膜强化制得超薄高铝玻璃，不仅提高了高铝玻璃的表面应力、应力层深度、硬度和抗弯强度等性能，而且实现了玻璃的超薄化。玻璃属于非静态材料，长时间的高温处理会影响玻璃性能。本发明通过在预热中使用两段式预热，避免了超薄玻璃在接触高温熔盐时出现炸裂，本发明中熔盐温度下进行离子交换，不仅提高高铝玻璃的表面应力，而且提高高铝玻璃硬度。本发明玻璃基片表面旋涂保护膜涂料制备有机薄膜，在提高玻璃的抗划伤性能和可弯折性能的同时，对玻璃基片表面进行覆膜保护，制得的超薄高铝玻璃硬度均大于800Kg/mm2，抗弯强度均高达900MPa。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺
(1)清洗：将厚度为0.07mm的玻璃基片放入清洗剂浸泡20min，所述清洗剂由1％的四丁基氟化铵、6％的草酸、30％的葡萄糖酸钠、20％的聚丙烯酸和余量的水制得，浸泡后玻璃基片放入超声液中超声洗涤10min，超声频率为20kHz，输出功率为250W，所述超声液由2％的洗洁精、20％的质量分数为60％的乙醇溶液和余量的水制得，超声后放入烘箱干燥，干燥时间为2h，干燥温度为60℃；
(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中缓慢升温至对应的钢化温度200℃，升温速率为3℃/min，保温30min，二次升温钢化温度为300℃，升温速率为10℃/min保温10min；
(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中进行化学强化，所述熔盐熔盐由以下重量份原料5份硝酸钾、10份硝酸钠、3份硅酸钠、5份氟化钾、10份碳酸钾、30份硅藻土和20份水制成，将原料加入熔盐槽中，升温至400℃以上，使原料融化成液态，混合均匀，强化温度为300℃，强化时间为1h；
(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，旋涂15s，所述保护膜涂料由以下重量份原料10份聚二甲基硅氧烷、5份氧化硅、7份氧化锆和13份聚氯乙烯制得，涂抹完成的玻璃基片在50℃下固化0.5小时，升温至80℃固化0.5小时，制得成品。
实施例2超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺
(1)清洗：将厚度为0.07mm的玻璃基片放入清洗剂浸泡40min，所述清洗剂由5％的四丁基氟化铵、10％的草酸、40％的葡萄糖酸钠、40％的聚丙烯酸和余量的水制得，浸泡后玻璃基片放入超声液中超声洗涤20min，超声频率为25kHz，输出功率为250W，所述超声液由3％的洗洁精、45％的质量分数为60％的乙醇溶液和余量的水制得，超声后放入烘箱干燥，干燥时间为2h，干燥温度为70℃；
(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中缓慢升温至对应的钢化温度250℃，升温速率为5℃/min，保温50min，二次升温钢化温度为350℃，升温速率为15℃/min，保温20min；
(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中进行化学强化，所述熔盐由以下重量份原料8份硝酸钾、13份硝酸钠、6份硅酸钠、6份氟化钾、15份碳酸钾、50份硅藻土和,40份水制成，将原料加入熔盐槽中，升温至400℃以上，使原料融化成液态，混合均匀，强化温度为350℃，强化时间为3h；
(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，旋涂15s，所述保护膜涂料由以下重量份原料18份聚二甲基硅氧烷、7份氧化硅、9份氧化锆和17份聚氯乙烯制得，涂抹完成的玻璃基片在70℃下固化1小时，升温至100℃固化1小时，制得成品。
实施例3超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺
(1)清洗：将厚度为0.07mm的玻璃基片放入清洗剂浸泡30min，所述清洗剂由3％的四丁基氟化铵、8％的草酸、35％的葡萄糖酸钠、23％的聚丙烯酸和余量的水制得，浸泡后玻璃基片放入超声液中超声洗涤15min，超声频率为30kHz，输出功率为250W，所述超声液由2.5％的洗洁精、30％的质量分数为60％的乙醇溶液和余量的水制得，超声后放入烘箱干燥，干燥时间为3h，干燥温度为60℃；
(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中缓慢升温至对应的钢化温度225℃，升温速率为4℃/min，保温40min，二次升温钢化温度330℃，升温速率为12℃/min保温15min；
(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中进行化学强化，所述熔盐由以下重量份原料7份硝酸钾、12份硝酸钠、5份硅酸钠、5.5份氟化钾、13份碳酸钾、40份硅藻土和30份水制成，将原料加入熔盐槽中，升温至400℃以上，使原料融化成液态，混合均匀，强化温度为330℃，强化时间为2h；
(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，旋涂15s，所述保护膜涂料由以下重量份原料14份聚二甲基硅氧烷、6份氧化硅、8份氧化锆和15份聚氯乙烯制得，涂抹完成的玻璃基片在60℃下固化50min，升温至90℃固化50min，制得成品。
实施例4超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺
(1)清洗：将厚度为0.07mm的玻璃基片放入清洗剂浸泡25min，所述清洗剂由3％的四丁基氟化铵、7％的草酸、39％的葡萄糖酸钠、25％的聚丙烯酸和余量的水制得，浸泡后玻璃基片放入超声液中超声洗涤20min，超声频率为30kHz，输出功率为300W，所述超声液由2％的洗洁精、25％的质量分数为60％的乙醇溶液和余量的水制得，超声后放入烘箱干燥，干燥时间为2h，干燥温度为60℃；
(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中缓慢升温至对应的钢化温度230℃，升温速率为3℃/min，保温30min，二次升温钢化温度为340℃，升温速率为11℃/min保温17min；
(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中进行化学强化，所述熔盐由以下重量份原料7份硝酸钾、11份硝酸钠、6份硅酸钠、5份氟化钾、14份碳酸钾、45份硅藻土和35份水制成，将原料加入熔盐槽中，升温至400℃以上，使原料融化成液态，混合均匀，强化温度为340℃，强化时间为1.5h；
(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，旋涂15s，所述保护膜涂料由以下重量份原料13份聚二甲基硅氧烷、6份氧化硅、7份氧化锆和17份聚氯乙烯制得，涂抹完成的玻璃基片在70℃下固化0.5小时，升温至85℃固化0.5小时，制得成品。
对比例1
在实施例4的基础上，区别在于调整化学强化的强化温度，具体为，反应温度为400℃。
对比例2
在实施例4的基础上，区别在于调整化学强化的强化时间，具体为，反应时间为4h。
对比例3
在实施例4的基础上，区别在于调整保护膜涂料原料，具体为，保护膜涂料由以下重量份原料13份聚二甲基硅氧烷、6份氧化硅和17份聚氯乙烯制得。
对比例4
在实施例4的基础上，区别在于调整熔盐原料，具体为，熔盐由以下重量份原料7份硝酸钾、11份硝酸钠、6份硅酸钠、5份氟化钾和14份碳酸钾制成。
对比例5
在实施例4的基础上，区别在于使用不同厚度的玻璃基片，具体为，使用厚度为0.20mm的玻璃基片进行制备。
试验例
将实施例1～4和对比1～3制得的超薄玻璃进行性能检测，分别检测超薄玻璃的表面应力、应力层深度、硬度和抗弯强度。
本实验采用日本折原公司生产的FSM-6000LE型全自动表面应力仪测量应力层玻璃表面应力(CS)和应力层深度(DOL)采用上海泰明公司的HDX-1000T显微维氏硬度计对样品进行硬度测试；采用美国TA仪器公司生产的RSA-G2型固体分析仪进行玻璃样品的抗折强度测试。
Figure BDA0003170210070000061
Figure BDA0003170210070000071
实验结果表明本发明通过化学强化和覆膜强化提高了超薄玻璃的表面应力、应力层深度、硬度和抗弯强度。对比例1、2分别改变了本发明化学强化中强化时间和强化温度，温度过高或者时间过长使玻璃在化学强化中出现了结构松弛，影响超薄高铝玻璃性能；对比例3调整保护膜涂料原料，造成超薄高铝玻璃的硬度、抗弯强度和表面应力等性能相较实施例4有所下降；对比例4表明，减少硅藻土的使用造成超薄高铝玻璃的硬度、抗弯强度和表面应力等性能相较实施例4有所下降；对比例5表明，使用厚度为0.20mm的玻璃基片本发明制备工艺也可以起到很好强化效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超薄高铝玻璃化学强化及覆膜强化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗：将玻璃基片放入清洗剂浸泡，所述清洗剂包括四丁基氟化铵、草酸、葡萄糖酸钠和聚丙烯酸，浸泡时间为20～40min，浸泡后玻璃基片超声洗涤，将超声洗涤后的玻璃基片放入烘箱干燥；
(2)预热：将清洗后的玻璃基片放入马弗炉中升温至对应的钢化温度200～250℃，升温速率为3～5℃/min，保温30～50min；再进行二次升温，钢化温度为300～350℃，升温速率为10～15℃/min，保温10～20min；
(3)化学强化：将预热后的玻璃基片放置于熔盐中进行强化，所述熔盐由硝酸钾、硝酸钠、硅酸钠、氟化钾、碳酸钾、硅藻土和水制得，强化温度为300～350℃，强化时间为1～3h；
(4)覆膜强化：将化学强化后的玻璃基片表面旋涂保护膜涂料，所述保护膜涂料包括聚二甲基硅氧烷、氧化硅、氧化锆和聚氯乙烯，旋涂完成的玻璃基片在50-70℃下固化0.5-1小时，升温至80～100℃固化0.5-1小时，制得成品。
2.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，步骤(1)中，所述超声洗涤时间为10～20min，超声频率为20～30kHz，输出功率为250～300W。
3.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，步骤(1)中，干燥时间为2～3h，干燥温度为60～80℃。
4.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，步骤(1)中，按质量百分比计，所述清洗剂由1～5％的四丁基氟化铵、6～10％的草酸、30～40％的葡萄糖酸钠、20～25％的聚丙烯酸和余量的水制得。
5.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，步骤(1)中，按质量百分比计，超声洗涤采用的超声液由2～3％的洗洁精、20～45％的乙醇溶液和余量的水制得。
6.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，步骤(3)中，按重量份计，所述熔盐由5～8份硝酸钾、10～13份硝酸钠、3～6份硅酸钠、5～6份氟化钾、10～15份碳酸钾、30～50份硅藻土和20～40份水制成。
7.如权利要求6所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，所述熔盐的制备方法为：将上述原料加入熔盐槽中，加热至400℃以上，使原料融化成液态，制得熔盐。
8.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，步骤(4)中，所述保护膜涂料由以下重量份原料10～18份聚二甲基硅氧烷、5～7份氧化硅、7～9份氧化锆和13～17份聚氯乙烯制得。
9.如权利要求1所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，所述玻璃基片厚度为0.01～0.1mm。
10.如权利要求5所述的超薄高铝玻璃，其特征在于，所述乙醇溶液的质量分数为60～70％。
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