CN1955133A - 用于对玻璃进行强化的组合物及强化方法 - Google Patents

Abstract

用于对平板显示器用超薄白玻璃进行强化的化学增强组合物，该组合物为含有硝酸钾、氢氧化钾和三氧化二铝的熔盐，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为90－99重量％，氢氧化钾的含量为0.01－0.5重量％，三氧化二铝的含量为0.01－10重量％。采用本发明提供的组合物对玻璃进行强化后，玻璃的强度比进行处理前得到了大幅度的提高，平均静压强度达到120牛顿以上，外观光滑、平整，且能够进行正常的切割。

Description

用于对玻璃进行强化的组合物及强化方法

技术领域

本发明是关于一种对玻璃进行强化的组合物及强化方法，更具体地说是关于一种对超薄白玻璃进行强化的化学增强组合物及强化方法。

背景技术

玻璃是一种脆性材料，它的抗张强度很低。脆性材料的强度在很大程度上取决于它的表面结构，玻璃的表面看起来虽然很完整光滑，但实际上存在大量的微裂纹，这些微裂纹在张应力作用下，起初是裂纹扩大，然后就会从表面开始破裂。因此，如果能消除这些表面微裂纹的影响，玻璃的抗张强度就能显著提高。由于玻璃存在自身结构和生产工艺中的各种缺陷，使得玻璃的实际抗张强度远低于理论强度。为了提高玻璃的强度，就需要对玻璃进行二次加工，即，对玻璃进行强化。玻璃的强化方法大致可以分为两类，一类为物理方法，一类为化学方法。

物理强化方法是指把玻璃加热，当玻璃开始软化时，迅速出炉冷却，玻璃的外表面首先冷却变硬，这样就形成了钢化玻璃。但是，经过物理强化方法得到的钢化玻璃(或者半钢化玻璃)不能切割，在受到尖锐物的撞击或划伤时，会比普通玻璃更容易碎裂，破碎后形成无锐利棱角的小碎块。

化学强化方法大致可分为三种：离子交换法、氢氟酸腐蚀法和玻璃表面涂层法。在这三种方法中，以离子交换法应用最为广泛，该强化方法的条件简单，强化效果显著。离子交换法又可分为高温离子交换法和低温离子交换法两种。高温离子交换法是指离子交换的温度在玻璃的软化温度以上，高温离子交换通常有两种类型：第一种类型为由挤压效应而增强，即用大离子交换小离子，第二种类型为表面产生低膨胀结晶而增强，这是利用离子交换在玻璃表面产生的低膨胀系数微晶，由于交换后的玻璃表面的膨胀系数比玻璃内部的膨胀系数低，冷却后会产生压应力，从而达到增强的目的。但是，由于高温离子交换法是在玻璃的软化温度以上进行的，因此在高温下，玻璃容易产生变形，并因此造成光学性能的损伤，而且高温也会造成更多的能耗。低温离子交换法是指离子交换发生在玻璃的软化温度以下，将玻璃浸没于离子半径大于玻璃中所含碱金属离子的碱金属化合物的高温熔盐中，或将盐类的溶液喷涂在加热的玻璃表面，然后玻璃表面体积小的离子就被交换熔盐中体积大的离子所取代。当玻璃冷却后，玻璃网络收缩，体积大的离子需要较大的空间，从而使得玻璃表面产生挤压应力，而内部产生张应力，由此形成玻璃表面致密的压缩层，压缩层的存在减少了玻璃表面的微裂纹，从而达到增强玻璃强度的效果。

CN1162363C公开了一种化学钢化玻璃的生产工艺，该工艺是在硝酸钾熔盐中添加氢氧化钾、三氧化二铝和硅藻土添加剂，制成硝酸钾熔盐，添加剂的用量比例为：以氢氧化钾/硝酸钾重量百分比为1，三氧化二铝/硝酸钾重量百分比为10-30，硅藻土/硝酸钾的重量百分比为100-150，将配置好的硝酸钾混合熔盐加热到400-500℃保温，将预先清洗、烘干好的玻璃预热到350℃，恒温30分钟，将玻璃浸入熔盐中，恒定在400℃的温度下3-8小时后将玻璃从熔盐中缓慢取出，进入一个温度与熔盐温度非常接近的退火炉内退火到室温。尽管该生产工艺能够有效提高玻璃的强度，但是采用该工艺方法得到的强化玻璃是钢化玻璃，根本无法进行切割。

应用于平板显示器的超薄白玻璃的厚度通常在2毫米以下，一般为0.3-1.1毫米，因其强度明显不足，在搬运或使用不当时会发生破损，因此需要对该超薄白玻璃进行进一步的加工处理，但是，采用一般的化学方法进行增强后，超薄白玻璃很容易发生强度不升反降的现象。而CN1162363C所述的工艺方法仍然不适合用于对平板显示器用超薄白玻璃进行强化，因此对平板显示器用超薄白玻璃的强化提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的强化玻璃的方法不适合用于对平板显示器用超薄白玻璃进行强化的缺陷，而提供一种用于对玻璃，特别是平板显示器用超薄白玻璃进行强化的组合物及强化方法。

本发明的发明人经过研究发现，CN1162363C公开的化学钢化玻璃的生产工艺所用的熔盐配方中，以熔盐的总重量为基准，所述氢氧化钾的含量为0.5-0.9重量％，由于熔盐中的氢氧化钾含量过高，会对玻璃产生腐蚀，使强化后的玻璃表面很粗糙，且采用该工艺得到的强化后的玻璃为钢化玻璃，虽然玻璃强度高，但是却不能进行切割。而平板显示器用超薄白玻璃是用于制造平板显示器件，特别用于制造LCD(液晶显示器)显示屏，因此对玻璃的要求很高，一方面需要这种玻璃具有平整、光滑的表面和良好的光学性能，且厚度很薄，一般为0.3-1.1毫米，另一方面，对玻璃的强度要求也很严格，若强度不够，则玻璃容易破裂，若强度太高，则玻璃不能进行切割。因此，CN1162363C公开的生产工艺不适合应用于超薄玻璃，如厚度为2毫米以下，特别是厚度为0.3-1.1毫米的平板显示器用超薄白玻璃的强化。

本发明提供了一种用于对平板显示器用超薄白玻璃进行强化的化学增强组合物，该组合物为含有硝酸钾、氢氧化钾和三氧化二铝的熔盐，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为90-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.5重量％，三氧化二铝的含量为0.01-10重量％。

玻璃的强化方法包括在350-480℃下，将玻璃与熔融的化学增强组合物接触，所述玻璃为超薄白玻璃，所述化学增强组合物为含有硝酸钾、氢氧化钾和三氧化二铝的熔盐，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为90-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.5重量％，三氧化二铝的含量为0.01-10重量％。

本发明提供的化学增强组合物能够对玻璃，特别适合用于对超薄白玻璃，如平板显示器用超薄白玻璃，尤其是厚度在0.3-1.1毫米的平板显示器用超薄白玻璃进行强化，得到的强化后的玻璃具有光滑而平整的表面，强度提高到原来的2-3倍，强化后玻璃无形变，无光学性能的衰减，更重要的是强化后的玻璃能够进行正常切割，且强化后的平板显示器用超薄白玻璃的抗弯、耐压强度得到了显著的提高。此外，采用本发明提供的强化方法，能降低强化温度，并大大缩短强化时间，且降低了能耗，提高了效率。

附图说明

图1表示的是对玻璃进行强度测试的压力测试仪。

具体实施方式

按照本发明提供的用于对平板显示器用超薄白玻璃进行强化的化学增强组合物，优选情况下，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为95-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.2重量％，三氧化二铝的含量为0.01-5重量％。

所述氢氧化钾在玻璃的强化过程中起到加快离子交换速度的作用，促使钾离子能够更容易地扩散进入玻璃，而钠离子也能较轻松地从玻璃中溢出。由于氢氧化钾对玻璃具有一定腐蚀作用，为了保证强化后的超薄白玻璃具有平整的表面，优选情况下，以所述增强组合物的总重量为基准，将所述氢氧化钾的含量控制在0.01-0.5重量％，优选控制在0.01-0.2重量％的范围内。

按照本发明提供的化学增强组合物，所述组合物中还含有其它钾盐，所述其它钾盐选自磷酸钾、亚硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、硅酸钾、磷酸氢钾、重铬酸钾中的一种或几种，以该组合物的总重量为基准，所述其它钾盐的含量为0-10重量％，优选为0.01-5重量％。

所述玻璃的强化的方法包括在350-480℃下，将玻璃与熔融的化学增强组合物接触，所述玻璃为超薄白玻璃，所述化学增强组合物为含有硝酸钾、氢氧化钾和三氧化二铝的熔盐，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量优选为95-99重量％，氢氧化钾的含量优选为0.01-0.2重量％，三氧化二铝的含量优选为0.01-5重量％。

按照本发明提供的方法，所述组合物中还含有其它钾盐，所述其它钾盐选自磷酸钾、亚硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、硅酸钾、磷酸氢钾、重铬酸钾中的一种或几种，以该组合物的总重量为基准，所述其它钾盐的含量为0-10重量％，优选为0.01-5重量％。

所述熔融的化学增强组合物是将硝酸钾、氢氧化钾、三氧化二铝和选择性含有的其它钾盐中的一种或几种在420-500℃的温度下进行熔融而得到的熔盐；优选情况下，所述熔融过程是在搅拌下进行的，搅拌的速度和熔融的时间没有特别限制，只要使得所述盐完全熔融即可。

所述玻璃与熔盐的接触温度优选为360-450℃，更优选为将所述玻璃先缓慢加热至接近接触温度后再与所述熔盐接触，并浸没在熔盐中；所述接触在熔盐槽中进行。

为了使所述玻璃中的钠离子与熔盐中的钾离子的交换更充分，所述玻璃与熔盐的接触时间为5-150分钟，优选为10-80分钟。

所述强化方法还包括退火、清洗并干燥的步骤，所述退火的温度为360-500℃，优选为370-470℃。所述清洗和干燥的方法和条件可以按照本领域技术人员公知的方法进行。

所述超薄白玻璃可以商购得到，如，可以采用日本板硝子公司生产的STN基片玻璃(单面抛光)。

下面的实施例将对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例说明超薄白玻璃的强化方法

将99重量份硝酸钾、0.1重量份氢氧化钾、0.4重量份磷酸钾、0.5重量份三氧化二铝混合均匀。将此混合物放入隔热性能良好的熔盐槽中，在搅拌下，匀速升温至460℃，维持15分钟后将温度降至420℃得到熔盐。

将尺寸为470×370×0.5毫米的超薄白玻璃(日本板硝子公司生产的STN基片玻璃)缓慢加热至400℃，然后将此超薄白玻璃在上述熔盐中浸没45分钟后取出，并让其表面附着的熔融盐自然流落，然后在420℃的退火室中进行退火并清洗、干燥后得到强化超薄白玻璃B1。

实施例2

本实施例说明超薄白玻璃的强化方法

将99重量份硝酸钾、0.01重量份氢氧化钾、0.04重量份磷酸钾、0.05重量份三氧化二铝混合均匀。将此混合物放入隔热性能良好的熔盐槽中，在搅拌下，匀速升温至480℃，维持20分钟后将温度降至435℃得到熔盐。

将尺寸为470×370×0.5的超薄白玻璃(日本板硝子公司生产的STN基片玻璃)缓慢加热至430℃，然后将此超薄白玻璃上述熔融盐中浸没80分钟后取出，并让其表面附着的熔融盐自然流落，然后在430℃的退火室中进行退火并清洗、干燥得到强化超薄白玻璃B2

实施例3

本实施例说明超薄白玻璃的强化方法

将96重量份硝酸钾、0.05重量份氢氧化钾、3.95重量份三氧化二铝混合均匀。将此混合物放入隔热性能良好的熔盐槽中，在搅拌下，匀速升温至420℃，维持10分钟后将温度降至380℃得到熔盐。

将尺寸为470×370×0.5的超薄白玻璃(日本板硝子公司生产的STN基片玻璃)缓慢加热至380℃，然后将此超薄白玻璃在上述熔融盐中浸没60分钟后取出，并让其表面附着的熔融盐自然流落，然后在380℃的退火室中进行退火并清洗、干燥得到强化超薄白玻璃B3。

性能测试

对实施例1-3得到的强化玻璃及未经过处理的原片超薄玻璃进行强度测试。

采用如图1所示的压力测试仪测定经过强化处理后的超薄玻璃B1-B3及未经过处理的原片超薄玻璃B0的静压强度。

测试方法：将实施例1-3制得的强化超薄白玻璃B1-B3及未经过处理的原片超薄玻璃B0逐个进行静压强度的测试。将待测玻璃放置在承托台板上，使压力锥以0.02米/秒的速度匀速下压，当玻璃被压碎裂时，记录数显压力表上的数据，即单位面积上玻璃能够承受的最大静压力，表示为玻璃的静压强度。

结果如表1所示。

表1

实施例编号	玻璃编号	静压强度(牛顿)	外观
				实施例1	B1	122	光滑平整
实施例2	B2	125	光滑平整
				实施例3	B3	120	光滑平整
对比例	B0	45	光滑平整

从表1可以看出，通过采用本发明提供的增强组合物对平板显示器用超薄白玻璃进行强化后，得到的玻璃外观光滑、平整，且强度比进行处理前得到了大幅度的提高，平均静压强度达到120牛顿以上，更重要的是强化后的玻璃能够进行正常的切割。

Claims (8)

1、一种用于对平板显示器用超薄白玻璃进行强化的化学增强组合物，该组合物为含有硝酸钾、氢氧化钾和三氧化二铝的熔盐，其特征在于，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为90-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.5重量％，三氧化二铝的含量为0.01-10重量％。

2、根据权利要求1所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为95-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.2重量％，三氧化二铝的含量为0.01-5重量％。

3、根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物中还含有其它钾盐，所述其它钾盐选自磷酸钾、亚硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、硅酸钾、磷酸氢钾、重铬酸钾中的一种或几种，以该组合物的总重量为基准，所述其它钾盐的含量为0-10重量％。

4、根据权利要求3所述的组合物，其中，以该组合物的总重量为基准，所述其它钾盐的含量为0.01-5重量％。

5、一种玻璃的强化方法，该方法包括在350-480℃下，将玻璃与熔融的化学增强组合物接触，所述玻璃为超薄白玻璃，所述化学增强组合物为含有硝酸钾、氢氧化钾和三氧化二铝的熔盐，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为90-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.5重量％，三氧化二铝的含量为0.01-10重量％。

6、根据权利要求5所述的方法，其中，以该组合物的总重量为基准，所述硝酸钾的含量为95-99重量％，氢氧化钾的含量为0.01-0.2重量％，三氧化二铝的含量为0.01-5重量％。

7、根据权利要求5所述的方法，其中，所述组合物中还含有其它钾盐，所述其它钾盐选自磷酸钾、亚硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、硅酸钾、磷酸氢钾、重铬酸钾中的一种或几种，以该组合物的总重量为基准，所述其它钾盐的含量为0-10重量％。

8、根据权利要求7所述的方法，其中，以该组合物的总重量为基准，所述其它钾盐的含量为0.01-5重量％。