TW202031618A - 化學強化玻璃板及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種化學强化玻璃板，其具有：表面壓縮應力層及基礎層；壓縮應力層包含外層和內層，內層位於外層與基礎層之間；外層滿足：以外層氧化物爲基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~16.5%，Na2 O：2.5~7%，K2 O：7.8~16.1%，MgO：5.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%；內層滿足：以內層中氧化物總重量爲基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：2.5~14.7%，K2 O：3.8~16.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%；基礎層滿足：以基礎層中氧化物爲基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：12.5~14.7%，K2 O：3.8~6.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%。

Description

化學強化玻璃板及其製備方法
本發明涉及玻璃板領域，尤其涉及一種化學強化玻璃板。
目前列車車窗玻璃廣泛使用的是採用物理強化製成的物理強化玻璃。物理強化玻璃又稱為淬火玻璃，它是將玻璃均勻加熱到玻璃轉化點溫度（Glass Transition temperature，Tg）溫度以上的強化溫度範圍，在該溫度區內保溫一段時間，然後淬冷，使玻璃表面形成壓應力，內部形成張應力，即可製得強化玻璃。
化學強化玻璃由於其出色的各項性能，目前廣泛運用於電子産品。化學強化主要是採用離子交換增強的方法，離子交換增強是將玻璃放在高溫的熔鹽中，玻璃表面的離子和熔鹽中的離子進行交換，由於交換後的體積變化，使玻璃表面産生壓應力，中心産生張引力，而達到強化的效果。根據離子交換時的溫度及交換離子的種類，離子交換增強法可分為低溫型離子交換和高溫型離子交換。高溫型離子交換通常指交換溫度在玻璃Tg以上，以體積小的離子來交換大離子；低溫型離子交換通常指交換溫度在玻璃Tg以下，以體積大的離子來交換小離子，本發明中的採用的強化方法是低溫型離子交換。
由於兩種強化方式的原理及工藝存在差異，使用物理強化後的玻璃會産生更多的劃傷和變形，且物理強化要求玻璃厚度多為2毫米（mm）以上。而化學強化則對玻璃的厚度沒有限制，並且，使用化學強化的方法能够獲得更強的表面壓縮應力。在製造業高速發展的今天，人們對玻璃的要求也會更高，將會有更多性能優越的化學強化玻璃板用作高鐵、火車、地鐵、輕軌等列車車窗用玻璃，或其它對玻璃強化性能有類似要求的産品。
為了滿足人們對玻璃強化性能越來越高的要求，本發明的目的在於提供一種適用於列車車窗的高鋁化學強化玻璃替代目前廣泛使用的物理強化鈉鈣玻璃或其它化學強化玻璃，進而提升現有列車車窗玻璃的抗衝擊性能。由於化學強化玻璃的抗衝擊性能主要由玻璃的化學組成以及化學強化工藝條件兩方面影響，本發明先透過優化玻璃料方，生産出適合進行化學強化的玻璃原板。再結合列車窗戶玻璃的實際要求摸索出適合的化學強化工藝，得到適用於列車窗戶的化學強化玻璃板。本發明的技術方案如下：
本發明提供一種化學強化玻璃板，其特徵在於：
所述化學強化玻璃板具有：表面壓縮應力層以及基礎層；
其中，所述表面壓縮應力層由外層和內層組成，所述內層位於所述外層與基礎層之間；
所述外層滿足：以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~16.5%，Na2 O：2.5~7%，K2 O：7.8~16.1%，MgO：5.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%；
所述內層滿足：以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：2.5~14.7%，K2 O：3.8~16.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%；
所述基礎層滿足：以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：12.5~14.7%，K2 O：3.8~6.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，所述外層滿足：以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：59~61.5%，Al2 O3 ：14~15.8%，Na2 O：3~6%，K2 O：10~16%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0~0.9% ，Fe2 O3 ：0.005~0.01%，CaO：0%。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，所述基礎層滿足：以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：59~61%，Al2 O3 ：14.5~16.5%，Na2 O：13.5~14.5%，K2 O：3.8~4.6%，MgO：5.2~7.1%，ZrO2 ：0~0.9% ，Fe2 O3 ：0.005~0.01%，CaO：0%。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層含有ZrO2 ：0.5~0.9%；以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層含有ZrO2 ：0.6~0.9%。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，所述表面壓縮應力層厚度為：80μm~200μm，優選130μm~190μm。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，所述外層厚度為：1μm~5μm，優選2μm~3μm。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，所述化學強化玻璃板厚度為1~7mm，優選2~5mm。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板，其中，其表面壓縮應力CS為：300MPa~600MPa，優選400MPa~500MPa。
本發明還提供了一種化學強化玻璃板的製備方法，其特徵在於：
按照如下各組分比例進行配比混合：
按照氧化物總重量為基準的重量百分數表示，SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：12.5~14.7%，K2 O：3.8~6.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%；
將配好的原料在高溫下加熱熔化，將熔融的玻璃液成型並退火冷却，自然降溫，形成原始玻璃板；
將所述原始玻璃板經過含有KNO3 的強化液進行化學強化處理而製成化學強化玻璃板。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板的製備方法，其中，化學強化處理的處理時間為：8~200小時（h）。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板的製備方法，其中，化學強化處理的處理溫度為：400~450℃。
根據本發明的一個實施方案，本發明的化學強化玻璃板的製備方法，其中，所述含有KNO3 的強化液中Na+ 離子濃度為：20000ppm~50000ppm，優選20000ppm~30000ppm。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有SiO2 ：59.0~62.0%；較優選地，含有SiO2 ：60.0~62.0%；更優選地，含有SiO2 ：61.0~62.0%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有Al2 O3 ：13.5~16%；較優選地，含有Al2 O3 ：13.8~15.2%；更優選地，含有Al2 O3 ：13.8~14.2%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有Na2 O：2.5~7.0%；較優選地，其含有Na2 O：2.5~5.5%；更優選地，含有Na2 O：2.5~3.6%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有K2 O：10.0~16.0%；較優選地，含有K2 O：13.0~15.2%；更優選地，含有K2 O：13.8~14.6%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有MgO：5.5~6.5%；更優選地，含有MgO：5.7~7.2%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有ZrO2 ：0.5~0.9%；較優選地，含有ZrO2 ：0.55~0.87%；更優選地，含有ZrO2 ：0.7~0.78%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有Fe2 O3 ：0.005~0.014%；更優選地，含有Fe2 O3 ：0.01~0.014%。
優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有SiO2 ：59.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~15.2%，Na2 O：2.5~7.0%，K2 O：10.0~16.0%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0.5~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%。
更優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有SiO2 ：60.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~15.2%，Na2 O：2.5~5.5%，K2 O：13.0~15.2%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0.55~0.87%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%。
進一步優選地，以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述外層內含有SiO2 ：61.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~14.2%，Na2 O：2.5~3.6%，K2 O：13.8~14.6%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0.7~0.78%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%。
優選地，以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述內層內含有Na2 O：7.0~14.7%；較優選地，其含有Na2 O：7.0~12.5%。
優選地，以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述內層內含有K2 O：3.8~7.8%；較優選地，含有K2 O：6.1~7.8%。
優選地，以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述內層內含有MgO：5.5~7.1%。
優選地，以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述內層內含有Na2 O：7.0~14.7%，K2 O：3.8~7.8%，MgO：5.5~7.1%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有SiO2 ：58.5~61.5%；較優選地，含有SiO2 ：59.0~61.0%；更優選地，含有SiO2 ：60.4~61.0%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有Al2 O3 ：13.0~16.5%；較優選地，含有Al2 O3 ：13.0~15.3%；更優選地，含有Al2 O3 ：13.0~13.4%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有Na2 O：12.6~14.0%；較優選地，其含有Na2 O：12.7~13.6%；更優選地，含有Na2 O：12.7~13.0%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有K2 O：4.6~6.0%；較優選地，含有K2 O：4.9~5.9%；更優選地，含有K2 O：5.5~5.9%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有MgO：5.2~7.1%；較優選地，含有MgO：5.5~7.0%；更優選地，含有MgO：6.0~6.8%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有ZrO2 ：0.2~0.9%；較優選地，含有ZrO2 ：0.5~0.85%；更優選地，含有ZrO2 ：0.75~0.8%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有Fe2 O3 ：0.005~0.014%；更優選地，含有Fe2 O3 ：0.01~0.014%。
優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有SiO2 ：58.5~61.5%，Al2 O3 ：13.0~16.5%，Na2 O：12.6~14.0%，K2 O：4.6~6.0%，MgO：5.2~7.1%，ZrO2 ：0.2~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%。
更優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有SiO2 ：59.0~61.0%，Al2 O3 ：13.0~15.3%，Na2 O：12.7~13.6%，K2 O：4.9~5.9%，MgO：5.5~7.0%，ZrO2 ：0.5~0.85%，Fe2 O3 ：0.01~0.014%。
進一步優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有SiO2 ：60.4~61.0%，Al2 O3 ：13.0~15.3%，Na2 O：12.7~13.0%，K2 O：5.5~5.9%，MgO：5.5~7.0%，ZrO2 ：0.5~0.85%，Fe2 O3 ：0.01~0.014%。
進一步優選地，以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，所述基礎層內含有SiO2 ：60.4~61.0%，Al2 O3 ：13.0~13.4%，Na2 O：12.7~13.0%，K2 O：5.5~5.9%，MgO：6.0~6.8%，ZrO2 ：0.75~0.8%，Fe2 O3 ：0.01~0.014%。
優選地，化學強化處理前的玻璃的邊部在經過切割後的崩邊尺寸小於30μm，進一步優選小於25μm，較優選小於23μm，更優選小於21μm，最優選小於20μm。
優選地，表面壓縮應力層深度（DOL）150μm≤DOL≤190μm。
優選地，表面壓縮應力450MPa≤CS≤500MPa。
由於Ca2+ 不參與網絡，屬於網絡外體，Ca2+ 有減弱矽氧鍵的作用，CaO析晶性能強，硬化速度快，玻璃中添加CaO會增大玻璃的脆性。本發明的玻璃組分中不含CaO，加寬了作業溫度範圍，有利於玻璃成型，同時獲得脆性小的玻璃。
採用本發明的原料配比，得到的化學強化玻璃板的穩定性好、硬度大、脆性小，耐候性高，耐熱衝擊性能高，均質，化學強化性能高，抗衝擊性能好，玻璃的透明度和光澤度高，裂紋産生率低；玻璃液的黏性小，熔融性好，且玻璃化學強化過程中離子交換速度得到提高。
本發明的化學強化玻璃板，其在化學強化處理前的玻璃邊部在經過切割後的崩邊尺寸小，大大降低了化學強化過程中的加熱爐內炸片、風栅炸片以及化學強化玻璃板的自爆機率。
化學強化溫度限制在本發明的範圍內，得到的強化玻璃板具有更大的表面壓縮應力和應力層深度，使得玻璃具有更好的強化性能，進而具有更優異的抗衝擊應力特性。
對於本發明中厚度為1mm~7mm的化學強化玻璃板，其可應用在火車、地鐵、輕軌等列車車窗用玻璃，或其它對玻璃強化性能有類似要求的産品。本發明中的化學強化玻璃板具有極高的安全性能，可以使列車車窗具有較高的機械強度和抗衝擊強度。
在一些實施例中，一種化學強化玻璃板，其具有表面壓縮應力層和基礎層，其中，所述表面壓縮應力層包含外層和內層，所述內層位於所述外層與基礎層之間；以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，其外層內含有SiO2 ：60.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~15.2%，Na2 O：2.5~5.5%，K2 O：13.0~15.2%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0.55~0.87%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%，CaO：0%；以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，其內層內含有SiO2 ：60.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~15.2%，Na2 O：2.5~13.0%，K2 O：3.8~15.2%，MgO：5.5~7.0%，ZrO2 ：0.55~0.87%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%，CaO：0%；以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，其基礎層內含有SiO2 ：60.4~61.0%，Al2 O3 ：13.0~15.3%，Na2 O：12.7~13.0%，K2 O：5.5~5.9%，MgO：5.5~7.0%，ZrO2 ：0.5~0.85%，Fe2 O3 ：0.01~0.014%，CaO：0%。所述強化玻璃板由化學強化用玻璃經過含有KNO3 的強化液化學強化處理而製成，化學強化時間為：8~200h，化學強化溫度為：400~450℃，表面壓縮應力層深度（DOL）為：80μm≤DOL≤200μm，表面壓縮應力（CS）為：300MPa≤CS≤600MPa。
在一些實施例中，該化學強化玻璃板，厚度為1~7mm，其具有表面壓縮應力層和基礎層，其中，所述表面壓縮應力層包含外層和內層，所述內層位於所述外層與基礎層之間；以所述外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，其外層內含有SiO2 ：61.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~14.2%，Na2 O：2.5~3.6%，K2 O：13.8~14.6%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0～0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%，CaO：0%；以所述內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，其內層內含有SiO2 ：61.0~62.0%，Al2 O3 ：13.8~14.2%，Na2 O：2.5~13.0%，K2 O：5.5~14.6%，MgO：5.5~7.0%，ZrO2 ：0.7~0.78%，Fe2 O3 ：0.005~0.014%，CaO：0%；以所述基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，其基礎層內含有SiO2 ：60.4~61.0%，Al2 O3 ：13.0~15.3%，Na2 O：12.7~13.0%，K2 O：5.5~5.9%，MgO：5.5~7.0%，ZrO2 ：0.5~0.85%，Fe2 O3 ：0.01~0.014%，CaO：0%。其是由化學強化用玻璃經過含有KNO3 的強化液化學強化處理而製成，使用的KNO3 強化液中Na+ 離子濃度（C）為：20000ppm≤C≤50000ppm，其經化學強化處理前的玻璃的邊部在經過切割後的崩邊尺寸小於25μm。
在一些實施例中，化學強化玻璃板表面壓縮應力層深度為：130μm≤DOL≤190μm，表面壓縮應力為：400MPa≤CS≤500MPa。
在一些實施例中，化學強化玻璃板，是按照配比調和各種原料製備得到的原始玻璃再進行化學強化而得的化學強化玻璃板。
在一些實施例中，原始玻璃板可由如下方法製備而成：首先按照料方中各組分比例進行配比，混合後，將配好的原料在高溫下加熱熔化，熔化溫度為1450℃到1620℃，最終形成玻璃液。將熔融的玻璃液澆注在預熱至500℃到700℃的金屬模具中，將玻璃連同金屬模具一起放入退火爐內退火冷却，退火溫度為500℃到700℃，在此溫度下保溫時間為30~60分鐘，再自然降溫至50℃到100℃，得到本發明的原始玻璃板。
作為玻璃的成型方法，並沒有特殊限制，除上述澆鑄成型方式之外，還可採用浮法成型、溢流法成型、離心成型等其它成型方式。
作為化學強化的方法，只要是可以將玻璃板表層的鈉離子和熔融鹽中的鉀離子進行離子交換的方法即可，沒有特別限定，例如將玻璃板浸漬於經加熱的硝酸鉀(KNO3 )熔融鹽中的方法。
未經化學強化的玻璃成分、離子交換溫度和時間是影響離子交換強度的主要因素，玻璃成分及各成分的含量對離子交換有著不同的影響。下面，首先對本發明的化學強化前的原始玻璃板的組成進行說明，使用以氧化物為基準的重量百分數表示各組分含量。
SiO2 是構成玻璃骨架的成分，是必需的。當SiO2 含量不足58%時，玻璃穩定性及硬度低，或耐候性低，較好是在58.5%以上，更好是在59%以上，最好是在60.4%以上。SiO2 含量超過62%時，玻璃的黏性增大，熔融性下降，較好是在61.5%以下，更好是在61%以下。
Al2 O3 是使離子交換速度提高的成分，是必需的。不足13%時，離子交換速度低。Al2 O3 超過17.5%時，玻璃的黏性升高，均質的熔融變得困難。較好是在16.5%以下，最好是在15.3%以下，更好是在13.4%以下。
Na2 O是藉由離子交換形成表面壓縮應力層，並使玻璃的熔融性提高的成分，是必需的。不足12.5%時，難以透過離子交換形成所需的表面壓縮應力層。較好是在12.6%以上，更好是在12.7%以上。Na2 O超過14.7%時，應變點隨Tg（玻璃化轉變溫度）而降低，或者耐候性低。較好是在14%以下，更好是在13.6%以下，最好是在13.0%以下。
K2 O是可以增加玻璃的透明度和光澤，提高玻璃的熔融性的成分，而且是用於提高化學強化中的離子交換速度來獲得所需的CS和DOL的成分，是必需的。不足3.8%時，熔融性低或者離子交換速度低。較好是在4.6%以上，更好是在4.9%以上，最好是在5.5%以上。K2 O超過6.1%時，耐候性低。較好是在6.0%以下，典型的是在5.9%以下。
MgO是使離子交換速度下降的效果較弱的成分，必須至少含有2%以上的MgO。MgO不足4.5%時，熔融性下降。較好是在5.2%以上，更好是在5.5%以上，最好是在6.0%以上。MgO超過7.1%時，離子交換速度低。較好是在7.0%以下，更好是在6.8%以下。
ZrO2 是在賦予玻璃優異的DUV耐性（抗紫外線耐性）的同時，使化學耐久性提高、使化學強化處理後的CS增大、並且使化學強化處理後的維氏硬度提高的成分，因此，可以含有ZrO2 。ZrO2 含量較好是在0.2%以上，更好是在0.5%以上，典型是在0.75%以上。另一方面，從抑制玻璃製造時的失透、防止化學強化處理時的DOL降低的觀點考慮，ZrO2 的含量較好在0.9%以下，更好是在0.85%以下，最好是在0.8%以下。
Fe2 O3 在自然界和生產線中無處不在，因此是極難使其含量為零的成分。處於氧化狀態的Fe2 O3 導致玻璃黃色的著色，Fe2 O3 含量較好是在0.015%以下，更好是在0.014%以下。另一方面，由於Fe2 O3 可以吸收紫外線和部分可見光，其含量較好是在0.005%以上，更好是在0.01%以上。
在一實施例中，如表1中組合2的組份配比，SiO2 ：60.4~61.0%，Al2 O3 ：13.0~13.4%，Na2 O：12.7~13.0%，K2 O：5.5~5.9%，MgO：6.0~6.8%，ZrO2 ：0.75~0.8%，Fe2 O3 ：0.01~0.014%，CaO：0%。其中，各個組分的含量都最為優選。在該最優的範圍內，SiO2 提高了玻璃穩定性、硬度及耐候性，使得玻璃黏性小，熔融性好；Al2 O3 提高了離子交換速度，且該含量範圍內玻璃黏性適中，有利於均質的熔融；Na2 O足以形成表面壓縮應力層，且提高了玻璃的熔融性和耐候性；K2 O提高了玻璃的熔融性和離子交換速度；MgO減弱了離子交換速度下降的效果；ZrO2 使得化學強化處理後的強化玻璃板的CS增大、維氏硬度提高。根據該實施方式的組分配比製成原始玻璃板，再放入430℃的KNO3 強化液中進行80小時的化學強化，所製成的化學強化玻璃板CS為512MPa，DOL為151μm，CS和DOL均較大，玻璃鋼化性能好，玻璃抗衝擊強度大。
實施例
下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
下表1爲以下具體實施例中所涉及的玻璃組分配比組合。
表1
編號 SiO2 Al2 O3 Na2 O K2 O MgO CaO ZrO2 Fe2 O3
組合1 60.30 15.50 14.25 4.60 5.34 0.00 0.00 0.0088
組合2 60.41 13.39 12.98 5.63 6.68 0.00 0.80 0.0112
組合3 58.00 17.50 12.50 6.10 4.97 0.00 0.90 0.0107
組合4 62.00 13.50 14.70 4.67 4.50 0.00 0.60 0.0144
組合5 59.92 15.57 12.66 3.80 7.10 0.00 0.90 0.0111
組合6 60.93 13.02 12.71 5.86 6.66 0.00 0.76 0.0140
組合7 58.80 14.50 14.10 5.50 6.30 0.00 0.74 0.0113
組合8 60.67 16.01 13.7 3.91 5.5 0 0.2 0.0065
組合9 59.51 14.8 14.03 4.3 6.74 0 0.6 0.01
組合2-1 58.12 13.55 17.33 5.42 5.49 0.00 0.00 0.09
組合2-2 68.25 5.97 14.33 5.46 5.98 0.00 0.00 0.01
組合2-3 61.15 13.68 12.78 4.04 8.33 0.00 0.00 0.0147
組合2-4 58.48 14.40 12.58 8.30 4.55 0.00 1.68 0.01
組合2-5 58.44 13.66 12.60 3.80 4.56 6.17 0.75 0.0093
分別按照表1中組合1至9和組合2-1至2-5的組分比例進行配比，首先製得原始玻璃板。具體製備過程如下：分別按照上述表1組合1至9和組合2-1至2-5的組分比例進行配比。同時，將混合原料裝入密封袋，在密封袋內進行混勻，而後倒入鉑金坩堝中熔化，熔融，將熔融玻璃液澆注在金屬模具中，將玻璃連同金屬模一起放入退火爐內進行精密退火冷却，退火溫度爲642℃，在此溫度下保溫時間爲35分鐘，再自然降溫至70℃，製成厚度爲3mm的原始玻璃板。再藉由CNC（計算機數控技術）將原始玻璃板通過切割、研磨後製成145mm×73mm×3mm的小樣。再用顯微鏡對其邊部進行檢查，保證邊部崩邊尺寸不大於30μm。
第一組：對比例1至9
分別取組合1至9製得的通過邊部檢查的原始玻璃板小樣各20片，並使用512g鋼球對樣品進行抗落球衝擊測試，分別對應形成對比例1至9，如下表2所示，其中每組對比例的單點落球高度爲20片樣品的單點落球高度的平均值（取整數）。
表2
原始玻璃板組成 對比 例1 對比 例2 對比 例3 對比 例4 對比例5 對比例6 對比 例7 對比 例8 對比 例9
成分 （%） SiO2 60.30 60.41 58.00 62.00 59.92 60.93 58.80 60.67 59.51
Al2 O3 15.50 13.39 17.50 13.50 15.57 13.02 14.50 16.01 14.80
Na2 O 14.25 12.98 12.50 14.70 12.66 12.71 14.10 13.70 14.03
K2 O 4.60 5.63 6.10 4.67 3.80 5.86 5.50 3.91 4.30
MgO 5.34 6.68 4.97 4.50 7.10 6.66 6.30 5.50 6.74
CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
ZrO2 0.00 0.80 0.90 0.60 0.90 0.76 0.74 0.20 0.60
Fe2 O3 0.0088 0.0112 0.0107 0.0144 0.0111 0.0140 0.0113 0.0065 0.01
單點落球高度（cm） 29 26 28 19 23 18 20 27 28
（鋼球：512g，基高15cm，3次/中心點未碎提高5cm重複測試）
第二組：實施例1至9
分別取組合1至9製得的通過邊部檢查的原始玻璃板小樣各20片放入430℃的KNO3 強化液中進行80小時化學強化分別形成實施例1至9，其中，KNO3 強化液爲熔融的硝酸鉀，硝酸鉀選自日本大冢硝酸鉀。化學強化結束後，使用型號爲FSM-6000L的表面壓應力測試儀對樣品進行表面壓縮應力CS和應力層深度DOL的測試，並使用X射線熒光光譜儀測試樣品的成分。最後，使用512g鋼球對樣品進行抗落球衝擊測試。結果如下表3，其中每組實施例的單點落球高度爲20片樣品的單點落球高度的平均值（取整數）。
表3
化學強化玻璃板組成 實施 例1 實施 例2 實施 例3 實施例4 實施 例5 實施 例6 實施 例7 實施 例8 實施 例9
玻璃板表面250μm深度平面至1.5mm深度平面之間部分的成分組成（%） SiO2 60.30 60.41 58.00 62.00 59.92 60.93 58.80 60.67 59.51
Al2 O3 15.50 13.39 17.50 13.50 15.57 13.02 14.50 16.01 14.80
Na2 O 14.25 12.98 12.50 14.70 12.66 12.71 14.10 13.70 14.03
K2 O 4.60 5.63 6.10 4.67 3.80 5.86 5.50 3.91 4.30
MgO 5.34 6.68 4.97 4.50 7.10 6.66 6.30 5.50 6.74
CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
ZrO2 0.00 0.80 0.90 0.60 0.90 0.76 0.74 0.20 0.60
Fe2 O3 0.0088 0.0112 0.0107 0.0144 0.0111 0.0140 0.0113 0.0065 0.01
玻璃板表面至2μm深度平面之間部分的成分組成（%） SiO2 61.05 61.16 58.00 61.50 60.67 62.00 61.55 61.42 60.30
Al2 O3 14.87 13.86 16.50 13.50 14.02 14.17 15.77 15.23 14.3
Na2 O 3.47 2.50 2.89 4.22 4.08 3.53 7.00 5.2 3.4
K2 O 14.24 14.57 16.10 14.47 14.84 13.80 7.80 12.05 14.2
MgO 6.36 7.10 5.59 5.68 5.50 5.77 7.10 5.89 7.19
CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0
ZrO2 0.00 0.78 0.90 0.59 0.87 0.71 0.73 0.2 0.59
Fe2 O3 0.0088 0.0112 0.0107 0.0144 0.0111 0.0140 0.0113 0.0065 0.01
鋼化性能 CS （MPa） 495 512 455 395 480 525 488 494 488
DOL （μm） 144 151 177 161 188 143 155 146 150
單點落球高度（cm） 83 85 78 77 80 88 81 84 86
（鋼球：512g，基高50cm，3次/中心點未碎提高5cm重複測試）
透過表3可以看出，本發明中實施例1~9的化學強化玻璃板，其在抗512g鋼球衝擊能力明顯強於對比例1~9，即本發明的化學強化玻璃板，其單點落球高度明顯高於其化學強化處理前的原始玻璃板，其在抗512g鋼球衝擊能力明顯強於其化學強化處理前的原始玻璃板。
第三組：對比例10至14
分別取組合2-1至2-5製得的原始玻璃板小樣進行邊部檢查，將通過邊部檢查後的樣品放入430℃的KNO3 強化液中進行80小時化學強化，分別形成對比例10至14。化學強化結束後，使用型號爲FSM-6000L的表面壓應力測試儀對樣品進行表面壓縮應力和應力層深度的測試，並使用X射線螢光光譜儀測試樣品的成分。最後，使用512g鋼球對樣品進行抗落球衝擊測試。結果如下表4所示，其中每組對比例的單點落球高度爲20片樣品的單點落球高度的平均值（取整數）。
表4
化學強化玻璃板組成 對比例10 對比例11 對比例12 對比例13 對比例14
玻璃板表面250μm深度平面至1.5mm深度平面之間部分的成分組成（%） SiO2 58.12 68.25 61.15 58.48 58.44
Al2 O3 13.55 5.97 13.68 14.40 13.66
Na2 O 17.33 14.33 12.78 12.58 12.60
K2 O 5.42 5.46 4.04 8.30 3.80
MgO 5.49 5.98 8.33 4.55 4.56
CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 6.17
ZrO2 0.00 0.00 0.00 1.68 0.75
Fe2 O3 0.09 0.01 0.0147 0.01 0.0093
玻璃板表面至2μm深度平面之間部分的成分組成（%） SiO2 57.85 68.25 61.10 58.28 58.40
Al2 O3 13.50 5.97 13.60 14.30 13.56
Na2 O 10.33 6.33 5.09 2.90 4.85
K2 O 12.62 13.23 12.12 18.30 11.80
MgO 5.60 6.21 8.03 4.55 4.50
CaO 0.00 0.00 0.00 0.00 6.13
ZrO2 0.00 0.00 0.00 1.66 0.74
Fe2 O3 0.095 0.01 0.015 0.01 0.009
鋼化性能 CS（MPa） 225 264 198 214 156
DOL（μm） 208 46 61 46 18.8
單點落球高度（cm） 25 35 28 34 30
（鋼球：512g，基高15cm，3次/中心點未碎提高5cm重複測試）
透過表4可以看出，本發明中實施例1至9的化學強化玻璃板，其表面壓縮應力CS明顯高於對比例10~14，其單點落球高度明顯高於對比例10~14，其在抗512g鋼球衝擊能力明顯強於對比例10~14。
儘管以上對本發明的實施例進行了描述，但本發明並不局限於上述的具體實施例和應用領域，上述的具體實施例僅僅是示意性的、指導性的，而不是限制性的。所屬領域的通常知識者在本說明書的啓示下和在不脫離本發明申請專利範圍所保護的範圍的情况下，還可以做出很多種的形式，這些均屬於本發明保護之列。

Claims (17)

  1. 一種化學強化玻璃板，其中： 該化學強化玻璃板具有：一表面壓縮應力層以及一基礎層； 其中，該表面壓縮應力層由一外層和一內層組成，該內層位於該外層與該基礎層之間； 該外層滿足：以該外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~16.5%，Na2 O：2.5~7%，K2 O：7.8~16.1%，MgO：5.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%； 該內層滿足：以該內層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：2.5~14.7%，K2 O：3.8~16.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%；以及 該基礎層滿足：以該基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：12.5~14.7%，K2 O：3.8~6.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%。
  2. 如請求項1所述的化學強化玻璃板，其中，該外層滿足：以該外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：59~61.5%，Al2 O3 ：14~15.8%，Na2 O：3~6%，K2 O：10~16%，MgO：5.5~6.5%，ZrO2 ：0~0.9% ，Fe2 O3 ：0.005~0.01%，CaO：0%。
  3. 如請求項1所述的化學強化玻璃板，其中，該基礎層滿足：以該基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，包含SiO2 ：59~61%，Al2 O3 ：14.5~16.5%，Na2 O：13.5~14.5%，K2 O：3.8~4.6%，MgO：5.2~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.01%，CaO：0%。
  4. 如請求項1所述的化學強化玻璃板，其中，以該外層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，該外層含有ZrO2 ：0.5~0.9%；以該基礎層中氧化物總重量為基準的重量百分數表示，該基礎層含有ZrO2 ：0.6~0.9%。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，該表面壓縮應力層厚度為：80μm~200μm。
  6. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，該表面壓縮應力層厚度為：130μm~190μm。
  7. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，該外層厚度為：1μm~5μm。
  8. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，該外層厚度為：2μm~3μm。
  9. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，該化學強化玻璃板厚度為1~7mm。
  10. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，該化學強化玻璃板厚度為2~5mm。
  11. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，其表面壓縮應力CS為：300MPa~600MPa。
  12. 如請求項1至4中任一項所述的化學強化玻璃板，其中，其表面壓縮應力CS為：400MPa~500MPa。
  13. 一種如請求項1至12任一項所述之化學強化玻璃板的製備方法，包括： 按照如下各組分比例進行配比混合： 按照氧化物總重量為基準的重量百分數表示，SiO2 ：58~62%，Al2 O3 ：13~17.5%，Na2 O：12.5~14.7%，K2 O：3.8~6.1%，MgO：4.5~7.1%，ZrO2 ：0~0.9%，Fe2 O3 ：0.005~0.015%，CaO：0%； 將配好的原料在高溫下加熱熔化，將熔融的玻璃液成型並退火冷却，自然降溫，形成一原始玻璃板；以及 將該原始玻璃板經過一含有KNO3 的強化液進行一化學強化處理而製成一化學強化玻璃板。
  14. 如請求項13所述的製備方法，其中，該化學強化處理的處理時間為：8~200小時（h）。
  15. 如請求項13或14所述的製備方法，其中，該化學強化處理的處理溫度為：400~450℃。
  16. 如請求項13或14所述的製備方法，其中，該含有KNO3 的強化液中Na+ 離子濃度為：20000ppm~50000ppm。
  17. 如請求項13或14所述的製備方法，其中，該含有KNO3 的強化液中Na+ 離子濃度為：20000ppm~30000ppm。
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