專利名稱：：適于化學(xué)鋼化的玻璃及其化學(xué)鋼化玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種適于適于化學(xué)鋼化的玻璃及其化學(xué)鋼化玻璃。
背景技術(shù)：
：玻璃在生產(chǎn)、加工和使用過(guò)程中，表面會(huì)產(chǎn)生大量微裂紋，這些微裂紋的存在使得玻璃實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度，通常需要通過(guò)采用熱鋼化或化學(xué)鋼化的方法使玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，來(lái)提高玻璃強(qiáng)度抑制表面微裂紋的擴(kuò)展。玻璃的化學(xué)鋼化是把加熱的含堿玻璃浸于熔融的鹽浴中，通過(guò)玻璃與熔鹽之間的離子交換改變玻璃表面的化學(xué)組成，使玻璃表面形成壓應(yīng)力層達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。目前有兩種類型的離子交換鋼化，第一種是高溫型處理工藝，在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，以熔鹽中半徑小的離子置換玻璃中半徑大的離子，在玻璃表面形成熱膨脹系數(shù)比主體玻璃小的薄層，冷卻時(shí)在玻璃表面形成壓應(yīng)力，其大小取決于兩者的熱膨脹系數(shù)之差。第二種是低溫型處理工藝，主要是在玻璃的應(yīng)變點(diǎn)之下進(jìn)行處理，以熔鹽中半徑大的離子(K+)置換玻璃中半徑小的離子(Na+)，使玻璃表面因擠壓而產(chǎn)生壓應(yīng)力層，其應(yīng)力大小取決于交換離子的體積效應(yīng)。第二種離子交換鋼化的工藝，是用來(lái)自外部的大離子取代玻璃中的較小離子而產(chǎn)生表面壓縮。典型的，采用鋰鋁硅酸鹽系統(tǒng)或鈉鋁硅系統(tǒng)的玻璃與硝酸鉀熔鹽進(jìn)行離子交換。鋰鋁硅酸鹽系統(tǒng)的玻璃經(jīng)過(guò)化學(xué)鋼化后，能獲得令人滿意的壓應(yīng)力值。CN101337770A公開(kāi)了一種化學(xué)鋼化用玻璃，在鋼化溫度為49(TC、鋼化時(shí)間為3-8小時(shí)的條件下，對(duì)玻璃試樣進(jìn)行化學(xué)鋼化處理，鋼化后維氏硬度可達(dá)到638Mpa，但其玻璃組份中加入了大量的Al203，由于Al203的熔點(diǎn)高，玻璃粘度增大，氣泡難以消除，所以熔制過(guò)程中必須加入Sb203、S03、AS203和氟化物，才能夠得到充分的澄清效果，產(chǎn)品制造工藝難度較大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適于低溫型離子交換工藝、易熔制的氧化鋰-氧化鋁-氧化硅玻璃，該玻璃降低了玻璃制造難度，熔制溫度明顯降低，鋼化處理后表面壓應(yīng)力可達(dá)340-700Mpa，應(yīng)力層深度可達(dá)到20-60ym。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是適于化學(xué)鋼化的玻璃，其重量百分比組成為:Si02:55-61.5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、K20:3.5-8%、ZnO:0-5%、MgO:0-8%、Li20:0.5-5%、Sb203:O-l.5%。4進(jìn)一步的，所述Na20:14-19%。進(jìn)一步的，所述Li20:0.5-2%。進(jìn)一步的，所述MgO:3.5-8%。進(jìn)一步的，所述Na20:14-19%、Li20:0.5-2%、Mg0:3.5-8%。適于化學(xué)鋼化的玻璃，在鋼化溫度380-50(TC、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力達(dá)到340-700Mpa，應(yīng)力層深度達(dá)到20-60ym。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為Si02:55-61.5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、K20:3.5-8%、Zn0:0-5%、Mg0:0-8%、Li20:0.5-5%、Sb203:0-1.5%。進(jìn)一步的，所述Na20:14-19%。進(jìn)一步的，所述Li20:0.5-2%。進(jìn)一步的，所述Mg0:3.5-8%。進(jìn)一步的，所述Na20:14-19%、Li20:0.5-2%、MgO:3.5-8%?；瘜W(xué)鋼化玻璃，具有硬化層深度和拉應(yīng)力區(qū)的化學(xué)鋼化玻璃，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為:Si02:55-61.5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、K20:3.5-8%、ZnO:0-5%、MgO:0-8%、Li20:0.5-5%、Sb203:0-1.5%。進(jìn)一步的，所述Na20:14-19%。進(jìn)一步的，所述Li20:0.5-2%。進(jìn)一步的，所述MgO:3.5-8%。進(jìn)一步的，所述Na20:14-19%、Li20:0.5-2%、MgO:3.5-8%。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)組分合理設(shè)定，降低了玻璃制造難度，玻璃熔制溫度明顯降低，有利于降低能耗和提高產(chǎn)品的成品率；所得到的玻璃在鋼化溫度380-50(TC、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力可達(dá)到340-700Mpa，應(yīng)力層深度可達(dá)到20-60ym，玻璃被增強(qiáng)，抗沖擊性能好。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的玻璃中可含有的成分進(jìn)行說(shuō)明，各成分的含量以重量%表示。Si02是形成玻璃骨架的主要成份，其含量越高，越可以提高化學(xué)耐久性以及玻璃的機(jī)械強(qiáng)度，當(dāng)含量在55%以下時(shí)，玻璃化學(xué)穩(wěn)定性不好，但當(dāng)含量超過(guò)61.5%，熔化溫度過(guò)高。因此，Si02的含量為55-61.5%。Al203在玻璃組成中為玻璃表面的離子交換提供性能，同時(shí)也是改善玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、降低玻璃析晶傾向以及提高玻璃硬度和機(jī)械強(qiáng)度的必要組分，若Al203含量在5。/。以下，交換5效果不好，而且玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性不好；當(dāng)含量超過(guò)13%，玻璃粘度增加，耐失透性能惡化。因此，八1203的含量為5-13%。作為鋁硅酸鹽玻璃，玻璃當(dāng)中存在大量中間體氧化物Al203，如果堿金屬存在較多，玻璃中鋁以四面體存在，其體積較硅氧四面體更大，會(huì)產(chǎn)生更大空隙，使得玻璃表面離子交換更容易，而且交換的深度也更大，對(duì)于劃傷和沖擊破壞起到抑制作用，明顯提高機(jī)械強(qiáng)度。堿金屬氧化物作為易熔玻璃成分，使得玻璃熔融溫度下降。Na20是玻璃表層與離子交換處理液中的K離子進(jìn)行離子交換從而實(shí)現(xiàn)玻璃化學(xué)鋼化的必須成份，同時(shí)其還作為易熔玻璃組分，可降低玻璃熔融溫度，若其含量在13%以下，耐失透性劣化，但當(dāng)含量超過(guò)20%，化學(xué)穩(wěn)定性劣化，且硬度變小。因此Na20的含量限定為13-20。/。，更優(yōu)選含量為14-19%。Li20可使玻璃化學(xué)鋼化強(qiáng)度更高，適合鉀離子置換玻璃中的Li離子，可增大玻璃表面的壓應(yīng)力，因此Li20含量限定為0.5-5%，更優(yōu)選含量為O.5-2%。K20通過(guò)與Na20混合堿的效果，能夠提高玻璃熔融性，并降低玻璃的粘度，因此K20含量限定為3.5-8%。作為堿土類玻璃成分的MgO能夠使玻璃穩(wěn)定化，防止玻璃中產(chǎn)生結(jié)晶，還具有提高玻璃的拉伸彈性模量的效果，本發(fā)明MgO含量為0-8。/。，優(yōu)選含量為3.5-8%。ZnO是具有降低玻璃的粘性、抑制結(jié)晶析出的明顯成分，其含量為0-5%。本發(fā)明使用的Sb203作為澄清劑，當(dāng)Sb203含量為0-l.5%時(shí)，就可以得到充分的澄清效果本發(fā)明玻璃的生產(chǎn)工藝如下1)按重量比例稱量各組份的氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽等常用玻璃原料，充分混合后加入鉑金坩堝內(nèi)；2)在1400—155(TC下熔化、澄清、均化后降溫；3)將熔融玻璃液澆注入預(yù)熱后的金屬模，將玻璃連同金屬模一起放入退火爐內(nèi)退火冷卻后即得。將本發(fā)明所得到的玻璃組合物，加工成50X50Xlmm的規(guī)格，在溫度為380-50(TC的KN03熔鹽中進(jìn)行離子交換處理，鋼化浸泡時(shí)間4-12小時(shí)，得到了化學(xué)鋼化玻璃。上述化學(xué)鋼化玻璃具有硬化層深度和拉應(yīng)力區(qū)，其中硬化層深度是指從化學(xué)鋼化的玻璃表面到玻璃內(nèi)部壓應(yīng)力為零的位置之間的距離，這部分的玻璃被稱為"壓縮區(qū)玻璃"；拉應(yīng)力區(qū)是指玻璃內(nèi)部深度大于硬化層深度處的內(nèi)部玻璃，也就是上述"壓縮區(qū)玻璃"以外的部分被稱為"拉應(yīng)力區(qū)玻璃"。6玻璃表面壓應(yīng)力及應(yīng)力層深度測(cè)定在FSM—6000表明應(yīng)力儀上進(jìn)行。鋼化好的玻璃樣品(50X50Xlmm)經(jīng)擦拭后，放在涂有折射液(折射液的折射率大于l.64)的玻璃測(cè)試臺(tái)上。FSM—6000利用鋼化樣品表面層的光波導(dǎo)效應(yīng)測(cè)量表面壓應(yīng)力和應(yīng)力層深度。將鋼化好的玻璃樣品(50X50Xlmm)放在測(cè)試臺(tái)上，用壓鉆施力一定時(shí)間后取出，采用顯微鏡測(cè)量壓痕長(zhǎng)度測(cè)試出玻璃維氏硬度。根根據(jù)GB/T7962.14—1987《無(wú)色光學(xué)玻璃測(cè)試方法耐酸》，測(cè)試玻璃耐酸性能。根據(jù)GB/T7962.15—1987《無(wú)色光學(xué)玻璃測(cè)試方法耐潮》，測(cè)試玻璃耐潮級(jí)別。表1是本發(fā)明的5個(gè)實(shí)施例。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由實(shí)施例l-5結(jié)果可知，本發(fā)明所得到的玻璃經(jīng)過(guò)低溫離子交換處理，離子交換度高，表面壓應(yīng)力可達(dá)到340-700Mpa，離子交換層可達(dá)到20-60ym;耐酸及耐水性能分別為l類和B級(jí)以上，玻璃耐候性很好。權(quán)利要求權(quán)利要求1適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為SiO255-61.5％、Al2O35-13％、Na2O13-20％、K2O3.5-8％、ZnO0-5％、MgO0-8％、Li2O0.5-5％、Sb2O30-1.5％。2.如權(quán)利要求l所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Na^:14-19%。3.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Li2°:0.5-2%。4.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述，3.5-8%。5.如權(quán)利要求l所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述W^3:14-19%、Li2°:0.5-2%、，3.5-8%。6.適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，在鋼化溫度380-500°C、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力達(dá)到340-700Mpa，應(yīng)力層深度達(dá)到20-60ym。7.如權(quán)利要求6所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為.Si02:55_61'5%、A1203:5-13%、Na20:13-20%、3.5-8%、ZnO:0_5%、MgO:0-8%、Li^:0.5-5%、Sb203:0-1.5%。8.如權(quán)利要求7所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述W^3:14-19%。9.如權(quán)利要求7或8所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Li2°:0.5-2%。10.如權(quán)利要求7或8所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述，3.5-8%。11.如權(quán)利要求7所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Na^:14-19%、Li2°:0.5-2%、，3.5-8%。12化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，具有硬化層深度和拉應(yīng)力區(qū)的化學(xué)鋼化玻璃，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為SiC)2:55_6LS%、A12C3:5_11、Na^0:13-20%、K20:3.5_8%、ZnO:0_5%、MgO:0_8%、Li》0.5_5%、Sb203:0-1.5%。13如權(quán)利要求12所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述N一14-19%。14如權(quán)利要求12或13所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述"2°:0.5-2%。15如權(quán)利要求12或13所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述MsO:3.5-8%。16如權(quán)利要求12所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Na^:14-19%、Li2°:0.5-2%、，3.5-8%。全文摘要本發(fā)明提供一種適于低溫型離子交換工藝、易熔制的氧化鋰-氧化鋁-氧化硅玻璃，適于化學(xué)鋼化，其重量百分比組成為SiO₂55-61.5％、Al₂O₃5-13％、Na₂O13-20％、K₂O3.5-8％、ZnO0-5％、MgO0-8％、Li₂O0.5-5％、Sb₂O₃0-1.5％。本發(fā)明通過(guò)組分合理設(shè)定，降低了玻璃制造難度，玻璃熔制溫度明顯降低，有利于降低能耗和提高產(chǎn)品的成品率；所得到的玻璃在鋼化溫度380-500℃、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力可達(dá)到340-700MPa，應(yīng)力層深度可達(dá)到20-60μm，玻璃被增強(qiáng)，抗沖擊性能好。文檔編號(hào)C03C3/085GK101508523SQ200910301260公開(kāi)日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年4月1日優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日發(fā)明者偉孫,宋純才,軍肖,寧陳,陳家龍,陳筱麗申請(qǐng)人:成都光明光電股份有限公司