鋁硅酸鹽玻璃的強(qiáng)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁硅酸鹽玻璃的強(qiáng)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備不斷普及，而且呈現(xiàn)出薄型化和輕量化的發(fā)展 趨勢(shì)。薄型化會(huì)帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，玻璃的強(qiáng)度會(huì)隨著厚度的減小而下降。為了能夠滿(mǎn)足 使用的要求，必須使顯示用的玻璃在小的厚度下仍具有高的強(qiáng)度。為了達(dá)到這一目的，需要 對(duì)玻璃進(jìn)行強(qiáng)化。
[0003]目前，在所用鋁硅酸鹽玻璃的組成中，為了保證離子交換能力并考慮到玻璃的熔 融性、成形性、耐失透性等因素，堿金屬氧化物的含量較高。對(duì)鋁硅酸鹽玻璃進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，由 于玻璃較薄，采用物理鋼化的效果不顯著，故一般選擇化學(xué)鋼化法?；瘜W(xué)鋼化法可分為高溫 型化學(xué)鋼化和低溫型化學(xué)鋼化。
[0004] 低溫型離子交換方法是，將玻璃浸入熔融的鹽中（通常為KNO3與NaNO3的混合熔 鹽，以KNO3為主)，在一定溫度下(通常為350?550°C)進(jìn)行一段時(shí)間(通常為5-20h)的離 子交換。
[0005] 低溫型化學(xué)鋼化法的原理是：在低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)的溫度下，將玻璃浸漬 在堿金屬離子半徑較大的熔鹽中，讓熔鹽中半徑較大的離子交換玻璃表面半徑較小的離 子，產(chǎn)生"擠壓"效應(yīng)，從而達(dá)到強(qiáng)化的目的。最典型的例子是用鉀鹽中的K+置換玻璃中的 Na+，然后經(jīng)過(guò)冷卻、清洗得到化學(xué)鋼化玻璃。低溫型離子交換過(guò)程是在熔融的鉀鹽中進(jìn)行 的，是一個(gè)非常緩慢的擴(kuò)散過(guò)程，K+離子濃度分布是從表面向內(nèi)逐步減少。采用鉀鹽浴的方 式進(jìn)行離子交換的化學(xué)強(qiáng)化方法耗時(shí)較長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)性差。如US3773489A 公開(kāi)了將玻璃浸入包括KNO3和K2Cr2O7ACl的鉀鹽浴中利用交換離子對(duì)玻璃制品進(jìn)行處 理，其中鹽浴的溫度范圍是525°C至625 °C，并且玻璃的浸入時(shí)間的范圍是8小時(shí)至7天。 CN102137822A公開(kāi)了用于化學(xué)強(qiáng)化玻璃的雙階段離子交換法，包括使玻璃在第一浴中進(jìn)行 離子交換，之后將其浸沒(méi)在第二浴中，其中溫度范圍從約380°C到最高約450°C，鹽浴時(shí)間 約12小時(shí)。
[0006] 傳統(tǒng)的低溫型離子交換法耗時(shí)長(zhǎng)，而且需要注意定期更換新熔鹽，效率低，在大規(guī) 模生產(chǎn)制造裝置中是不實(shí)用的，因?yàn)樗麄冃枰獙⒅破贩峙L(zhǎng)時(shí)間浸沒(méi)到熔融鹽浴中，難以 實(shí)現(xiàn)成規(guī)模、低成本制備，限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0007] 還有一種利用"擠壓"效應(yīng)的方法是采用噴涂工藝來(lái)代替鹽浴處理，主要包括以下 兩個(gè)階段：
[0008] (1)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)用含鉀鹽的噴涂液噴涂于玻璃表面，形成具有一定 厚度的固相涂層。
[0009] (2)對(duì)帶有試劑涂層的玻璃進(jìn)行熱處理，進(jìn)行離子交換。
[0010] 這種方法是在退火過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行，離子交換過(guò)程的時(shí)間比熔鹽法短得多，至少 需要30min，一般耗時(shí)2h以上。
[0011] 高溫型離子交換原理為：在玻璃的應(yīng)變點(diǎn)溫度以上，熔鹽中小半徑的堿金屬離子 交換玻璃中大半徑堿金屬離子，在玻璃表面形成低膨脹層而發(fā)生結(jié)構(gòu)松弛，當(dāng)溫度降低后， 由于玻璃表面和內(nèi)部膨脹系數(shù)不同就會(huì)在表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，玻璃強(qiáng)度得到提高。上世紀(jì)80 年代，程繼健等人對(duì)高溫離子交換進(jìn)行了相關(guān)研究：用Li+交換鈉鈣硅玻璃中的Na+，將玻璃 加熱到應(yīng)變點(diǎn)以上，放入650?800°C的鹽浴中，鹽浴時(shí)間為1. 5-90分鐘，從而達(dá)到對(duì)玻璃 增強(qiáng)的目的。
[0012] 但目前高溫型離子交換法應(yīng)用較少，高溫型離子交換法存在在強(qiáng)化處理中玻璃表 面被熔融鹽浸蝕而容易受損的問(wèn)題，難以得到適合用作便攜式設(shè)備用覆蓋玻璃的玻璃基 板，容易使薄玻璃產(chǎn)生變形，變形率超過(guò)20%，交換層太深不能達(dá)到設(shè)計(jì)的抗彎強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 基于此，有必要提供一種能提高強(qiáng)化后強(qiáng)度且耗時(shí)較短的鋁硅酸鹽玻璃的強(qiáng)化方 法。
[0014] 一種鋁硅酸鹽玻璃的強(qiáng)化方法，包括以下步驟：
[0015] 對(duì)鋁硅酸鹽玻璃進(jìn)行預(yù)熱，使所述鋁硅酸鹽玻璃的溫度為500°C?600°C，所述鋁 硅酸鹽玻璃中含有二氧化硅、三氧化二鋁及堿金屬氧化物，所述堿金屬氧化物選自氧化鈉 及氧化鉀中的至少一種；
[0016] 在所述鋁硅酸鹽玻璃表面涂敷強(qiáng)化處理劑，所述強(qiáng)化處理劑含有熔鹽，所述熔鹽 按照質(zhì)量百分含量計(jì)包括70%?100%的鋰鹽及0%?30%的鈉鹽，所述鋰鹽為硝酸鋰及硫 酸鋰中的至少一種與氯化鋰的混合物或氯化鋰，鈉鹽選自氯化鈉、硝酸鈉及硫酸鈉中的至 少一種；及
[0017] 使所述強(qiáng)化處理劑與所述鋁硅酸鹽玻璃在650°C?825°C的溫度下進(jìn)行離子交換 3分鐘?15分鐘以在所述鋁硅酸鹽玻璃表面形成晶化層。
[0018] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，在對(duì)鋁硅酸鹽玻璃進(jìn)行預(yù)熱之前還包括步驟：除去所述鋁硅 酸鹽玻璃表面的污垢。
[0019] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，在對(duì)鋁硅酸鹽玻璃進(jìn)行預(yù)熱之前還包括步驟：對(duì)所述鋁硅酸 鹽玻璃進(jìn)行拋光處理及清洗所述鋁硅酸鹽玻璃。
[0020] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熔鹽中，以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述氯化鈉及所述氯化鋰的 總含量為90%?100%，所述硝酸鈉及所述硝酸鋰的總含量為0%?5%，所述硫酸鈉及所述硫 酸鋰的總含量為〇%?5%。
[0021] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，使用高壓空氣噴槍在所述鋁硅酸鹽玻璃表面涂敷所述強(qiáng)化處 理劑，涂敷在所述鋁硅酸鹽玻璃表面的所述強(qiáng)化處理劑的溫度為670°C?845°C。
[0022] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述強(qiáng)化處理劑中還含有增粘劑，所述強(qiáng)化處理劑中所述增 粘劑的質(zhì)量百分含量為5%?10%，所述增粘劑為明膠、骨膠或甲基纖維素中的至少一種。
[0023] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述強(qiáng)化處理劑的粘度為0.5Pa?s?3Pa?s。
[0024] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述強(qiáng)化處理劑中還含有表面活性劑，所述強(qiáng)化處理劑中所 述表面活性劑的質(zhì)量百分含量為〇. 5%?1%，所述表面活性劑為（RN+(CH3)3Cl,其中R為烷 基。
[0025] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述強(qiáng)化處理劑的表面張力為200X10_3N/m?300X10_3N/m。
[0026] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括步驟：除去所述晶化層表面的強(qiáng)化處理劑，得到強(qiáng)化玻 3?〇
[0027] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括步驟：對(duì)除去強(qiáng)化處理劑得到的強(qiáng)化玻璃表面的晶化 層進(jìn)行拋光處理。
[0028] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述鋁硅酸鹽玻璃按照摩爾百分比含量包括如下組分：
[0029] 60%?75%的二氧化硅，5%?10%三氧化二鋁，5%?8%的氧化鈉，0%?3%的氧化 鉀，1%?5%的氧化I丐，1%?5%的氧化鎂,2%?5%的三氧化二硼及0%?4%的二氧化锫,所 述鋁硅酸鹽玻璃的游離氧系數(shù)0. 9彡A彡1. 3,其中A= (Na20+K20+0. 7Ca0+0. 3Mg0-Al203) /B2O3，式中每種組分均代表該組分的摩爾百分含量。
[0030] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述鋁硅酸鹽玻璃中所述二氧化硅與所述三氧化二鋁的總摩 爾百分含量大于等于65%且小于等于85%。
[0031] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述鋁硅酸鹽玻璃中所述氧化鈉與所述氧化鉀的總摩爾百分 含量大于等