CN104211291B - 无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法 - Google Patents

Abstract

无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，用于将经过退火工艺后的基板玻璃进行强化，关键在于：所述的方法步骤中包括：A、将退火后的基板玻璃按照设计要求依次进行切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上，待用；B、将试样架上的基板玻璃推入已经升温至700～750℃的电炉中，保温3～30分钟；C、将基板玻璃落入温度为50～350℃的甲基硅油强化液中，待强化液温度降至50℃以下时，取出基板玻璃；D、对基板玻璃表面进行清洗、烘干即可得到强化玻璃。本发明以甲基硅油作为强化液和冷却液，不用再加入任何添加剂，制备工艺简单，应用本发明生产的钢化玻璃，具有强度高，成本低，成品率高等优点。

Description

无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃强化方法，特别涉及一种超薄基板玻璃的强化制备方法，具体地说是无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法。

背景技术

超薄玻璃是相对普通平板玻璃厚度而言的，一般厚度在3mm以下为薄玻璃，厚度在1.5 mm以下称之为超薄玻璃。然而超薄化也带来了显而易见的弊端,那就是力学强度的降低。在降低重量、减小体积的同时，杂质、缺陷以及任何降低玻璃强度的负面因素都会被放大。比如:一个小小的裂纹或缺陷对于普通厚度的玻璃来说只是表面上一个微不足道的瑕疵，相对于超薄玻璃来说，同样大小的裂纹却可能已经深入玻璃内部，对其强度造成无法忽视的破坏。这直接造成了超薄玻璃在抗折强度、表面硬度等力学性能指标上明显落后于普通的平板玻璃，这给超薄玻璃的实际应用带来了巨大的阻碍。从上世纪60年代Kistler开始，通过不懈的研究人们发现通过化学钢化(即离子交换)的方法，超薄玻璃的力学性能可以得到质的提高。经过化学钢化后的超薄玻璃在: (1)电子信息产业平板显示器用基板玻璃；(2)钟表蒙面玻璃、仪器及汽车仪表玻璃、工业相象全息制版玻璃、照相机盖板玻璃；(3)太阳能发电用基板玻璃、太阳能电池保护罩板玻璃；(4)复印机、传真机及各类编码器用玻璃； (5)显微镜、医用玻璃；(6)工业材料配合料用鳞片玻璃等六大工业领域具有非凡的经济、科研价值。

显示器件如LCD、OLED、触摸屏等用的玻璃基板以及保护玻璃，其性能（如表面粗糙度、翘曲度、光学透过率、热稳定性和力学强度等)要求较高,它们应具有小于1.1mm的超薄厚度，因为手机、MP3、笔记本等具有中小尺寸显示器件的玻璃基板厚度一般在0.7mm以下。近年来要求这些便携性电子产品具有良好的抗冲击性，以防止人们使用不慎摔坏显示屏，这就需要对这些电子显示产品的玻璃基板作钢化增强处理。目前，玻璃的钢化主要有物理钢化和化学钢化两类。化学钢化主要为硝酸盐类的离子交换法。物理钢化主要有空气风冷、微粒钢化、雾钢化法等。但与物理钢化玻璃相比，化学钢化玻璃生产周期长(交换时间长达数十小时)，效率低而且生产成本高(熔盐不能循环利用，且纯度要求高)，碎片与普通玻璃相仿，安全性差，且其性能不稳定(化学稳定性不好)，机械强度和抗冲击强度等物理性能易于消退，强度随时间衰减很快。风冷钢化的优点是成本较低，产量较大，具有较高的机械强度、耐热冲击性，而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外，在破碎时能形成小碎片，可减轻对人体的伤害。但是对玻璃的厚度和形状有一定的要求(国产设备所钢化的玻璃最小厚度一般在3 mm左右)，而且冷却速度较慢，能耗高，对于薄玻璃，钢化过程中还存在玻璃变形的问题，无法在光学质量要求较高的领域内应用。目前空气钢化的玻璃多用在汽车、舰船、建筑物上。微粒钢化新工艺与传统的风钢化工艺相比。冷却介质的冷却能大，适于钢化超薄玻璃。但微粒钢化工艺的冷却介质成本较高。适用高强度，高精度的薄玻璃和超薄玻璃。雾钢化法冷却介质易得，成本低、不污染环境，还可钢化一般气体、液体及微粒钢化所不能钢化的薄玻璃。但冷却均匀性较难控制，目前应用较少。

目前，关于玻璃的强化的国内外专利较少。CN1843988涉及一种薄玻璃物理钢化的生产工艺，属于钢化玻璃加工技术领域。其主要将经预处理的薄玻璃半成品放在放片段上，然后进入加热段加热，快速进入分段式淬冷段进行瞬间高压空气淬冷，经高压急冷后再由小功率风机和风机风栅进行往复式冷却直至常温，得到钢化玻璃成品。本发明钢化的加热方式能实现均匀性，钢瓦热平衡装置在加热炉内的应用能实现炉温充分均匀；薄玻璃钢化的传动方式平稳可靠，能确保传动的平稳、柔性、可靠；能实现薄玻璃厚度为：2mm～3mm的钢化；能节能(节电)达三分之二以上；比传统钢化装置的噪音减少五分之四，工人在现场操作时不会受噪声影响，有利于环保。CN1843989涉及一种薄玻璃物理钢化淬冷装置，具体地说是用于水平辊道式钢化机组生产2～3mm薄玻璃，属于钢化玻璃加工技术领域。其主要采用高压风栅、风机风栅分别连接淬冷段，空压机连接管道，通过管道与高压风栅连接，风机连接管道，通过管道与风机风栅连接。该发明结构简单、紧凑；由于采用高压空气、高压风栅和风机风栅分段组成的分段式淬冷段，按高压风栅先对热玻璃瞬间高压淬冷再由小功率风机风栅继续淬冷直至常温，能实现薄玻璃的钢化；能节能(节电)三分之二以上；比传统钢化装置的噪音减少五分之四，工人在现场操作不会受噪声影响，有利于环保。CN1935715公开了一种生产薄钢化玻璃的方法，其是将干冰微粒和压缩空气作为冷却介质通过混合器进入风栅，然后经过喷嘴冲击到加热后的玻璃表面。该发明中所用的干冰具有温度较低、易升华、热容高、安全性好等特点，它克服了液体介质钢化法和微粒钢化法在操作上和经济方面的难点，使用简单、方便而且经济、无污染，在钢化过程中由于热交换而产生的气态CO₂可以通过负压装置排放至大气中。所用干冰微粒可以用干冰制造机来生产，不需要大量储备。以上专利仅能用于厚度为2-3mm的薄玻璃强化，对于厚度在0.5mm左右的超薄玻璃还无法进行强化。

纵观以上文献，根据超薄玻璃的使用要求，如果采用化学强化方法进行强化，对于玻璃组成中不含碱金属的广泛应用的高铝硼硅酸盐玻璃此方法是无法实现；同时，如果用化学强化方法对含碱金属的薄玻璃进行强化，由于“挤塞”到玻璃表面的大半径离子，一方面损害了玻璃表面，另一方面对玻璃的化学稳定性造成了一定影响，此方法强化的玻璃应用受到限制。如果采用常规的风冷强化的方法对超薄玻璃进行强化，根据强化理论，要在厚度小于0.7mm的玻璃表面形成压应力是不成立的，微粒钢化对玻璃表面会有严重损伤。目前，关于对无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化的相关研究没有报道。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，设计了强化无碱铝硼硅酸盐玻璃的方法，利用本方法制得的钢化玻璃应力分布均匀，抗冲击强度高，玻璃表面状态良好，钢化效果优良。

本发明采用的技术方案是：无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，用于将经过退火工艺后的基板玻璃进行强化，关键在于：所述的方法步骤中包括：

A、将退火后的基板玻璃按照设计要求依次进行切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上，待用；

B、将试样架上的基板玻璃推入已经升温至700～750℃的电炉中，保温3～30分钟；

C、将基板玻璃落入温度为50～350℃的甲基硅油强化液中，待强化液温度降至50℃以下时，取出基板玻璃；

D、对基板玻璃表面进行清洗、烘干即可得到强化玻璃。

本发明的有益效果是：1、本发明以甲基硅油作为强化液和冷却液，不用再加入任何添加剂，制备工艺简单，应用本发明生产的钢化玻璃，具有强度高，成本低，成品率高等优点；2、本方法所设计的设备简单，投资较少，按照本发明方法制得的钢化玻璃应力分布均匀，抗冲击强度高，玻璃表面状态良好，钢化效果优良。

附图说明

图1是利用实施例1方法制备的强化基板玻璃的透光率曲线图，

图2是利用实施例2方法制备的强化基板玻璃的透光率曲线图，

附图中，横坐标为入射光波长度，纵坐标为透光率。

具体实施方式

无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，用于将经过退火工艺后的基板玻璃进行强化，重要的是：所述的方法步骤中包括：

A、制备强化液：以甲基硅油为主料，辅以石英砂按照以下重量百分比例调配，

甲基硅油 80~99%，

石英砂 1～20%，

将调配得到的强化液均匀加热至50～350℃，备用，

B、将退火后的基板玻璃按照设计要求依次进行切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上，待用；

C、将试样架上的基板玻璃推入已经升温至700～750℃的电炉中，保温3～30分钟；

D、将基板玻璃落入50～350℃的强化液中，待强化液温度降至50℃以下时，取出基板玻璃；

E、对基板玻璃表面进行清洗、烘干即可得到强化玻璃。

所述的石英砂的颗粒粒度大于300目。

所述的强化液均匀加热是在烘箱中进行的，并在加热的过程中用磁力搅拌器搅拌。

所述的甲基硅油的重量百分比为85~95%。

所述的石英砂的重量百分比为5~15%。

本发明在实施时，参见表1，表1中给出强化液的配方比例实例（以重量百分比计量）。

表1

下面给出应用本发明方法制备基板玻璃的几个实施例：

实施例1：首先，将退火后的基板玻璃按照要求，切割磨边、清洗、烘干后，放入试样架上待用；然后，将清洗烘干的基板玻璃试样架推入已经升温至700℃的电炉中，保温10分钟；然后，将基板玻璃迅速落入150℃的强化液（以表1中的实例1配方比例调配的）中，待强化液冷却至50℃以下时，取出基板玻璃；最后，彻底清洗掉基板玻璃表面的硅油等杂质，烘干即得到强化玻璃。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，落球重量为5.6克，测得试样的抗冲击性能为0.8m，冲击三次不破碎。通过分光光度计测试试样的透光率曲线如图1所示。

参见附图1，是所制备的基板玻璃强化后可见光范围内的透光率曲线，其中横坐标为入射光波长，纵坐标为透光率。由图1可以看出，所制备的基板玻璃强化后，在380-780nm波长范围内，基板玻璃透光率大于90.5%。

实施例2：首先，将退火后的基板玻璃按照要求，切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上待用；然后，将清洗烘干后的基板玻璃试样架推入已经升温至730℃的电炉中，保温15分钟；然后，将基板玻璃迅速落入160℃的强化液（以表1中的实例2配方比例调配的）中，待强化液冷却至50℃以下时，取出基板玻璃；最后，彻底清洗掉基板玻璃表面的硅油等杂质，烘干即得到强化玻璃。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，落球重量为5.6克，测得试样的抗冲击性能为0.82m，冲击三次不破碎。通过分光光度计测试基板玻璃的透光率曲线如图2所示。

参见附图2，是所制备的基板玻璃强化后可见光范围内的透光率曲线，其中横坐标为入射光波长，纵坐标为透光率。由图2可以看出，所制备的基板玻璃强化后，在380-780nm波长范围内，基板玻璃透光率大于90.3%。

实施例3，首先，将退火后的基板玻璃按照要求，切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上待用；然后，将清洗烘干的基板玻璃试样架推入已经升温至740℃的电炉中，保温30分钟；然后，将基板玻璃迅速落入350℃的强化液（以表1中的实例3配方比例调配的）中，待强化液冷却至50℃以下时，取出基板玻璃；最后，彻底清洗掉基板玻璃表面的硅油等杂质，烘干即得到强化玻璃。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，落球重量为5.6克，测得试样的抗冲击性能为0.9m，冲击三次不破碎。

实施例4，首先，将退火后的基板玻璃按照要求，切割、磨边、清洗烘干后，放入试样架上待用；然后，将清洗烘干的基板玻璃试样架推入已经升温至750℃的电炉中，保温3分钟；然后，将基板玻璃迅速落入250℃的强化液（以表1中的实例4配方比例调配的）中，待强化液冷却至50℃以下时，取出基板玻璃；最后，彻底清洗掉基板玻璃表面的硅油，烘干即得到强化玻璃。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样的抗冲击性，落球重量为5.6克，测得试样的抗冲击性能为0.95m，冲击三次不破碎。

实施例5，首先，将退火后的基板玻璃按照要求，切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上待用；然后，将清洗烘干的基板玻璃试样架推入已经升温至720℃的电炉中，保温10分钟；然后，将基板玻璃迅速落入50℃的强化液（以表1中的实例5配方比例调配的）中，待强化液冷却至50℃以下时，取出基板玻璃；最后，彻底清洗掉基板玻璃表面的硅油等杂质，烘干即得到强化玻璃。采用GB9963-88抗冲击实验测定试样基板玻璃的抗冲击性，落球重量为5.6克，测得试样的抗冲击性能为0.92m，冲击三次不破碎。

本发明以甲基硅油作为强化冷却液，不用再加入任何添加剂，且制备工艺简单，应用本发明生产的钢化玻璃，具有强度高，成本低，成品率高等优点。并且设备简单，投资较少。按照本发明方法制得的无碱铝硼硅酸盐强化玻璃应力分布均匀，抗冲击强度高，玻璃表面状态良好，钢化效果优良。因此，用该方法制备的高强度超薄无碱铝硼硅酸盐基板玻璃具有可观的经济和社会效益，应用前景十分广阔。

Claims (4)

1.无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，用于将经过退火工艺后的基板玻璃进行强化，其特征在于：所述的方法步骤中包括：

A、将退火后的基板玻璃按照设计要求依次进行切割、磨边、清洗、烘干后，放入试样架上，待用；

B、将试样架上的基板玻璃推入已经升温至700～750℃的电炉中，保温3～30分钟；

C、将基板玻璃落入温度为50～350℃的甲基硅油强化液中，待强化液温度降至50℃以下时，取出基板玻璃；

D、对基板玻璃表面进行清洗、烘干即可得到强化玻璃；

所述的强化液中还添加有石英砂，其中，甲基硅油与石英砂的重量百分比例为：

甲基硅油 80~99%，

石英砂 1～20%；

所述的石英砂的颗粒粒度大于300目。

2.根据权利要求1所述的无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，其特征在于：所述的强化液是在烘箱中进行加热的，并在加热的过程中用磁力搅拌器搅拌。

3.根据权利要求1所述的无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，其特征在于：所述的甲基硅油的重量百分比为85~95%。

4.根据权利要求1所述的无碱的铝硼硅酸盐超薄基板玻璃的强化方法，其特征在于：所述的石英砂的重量百分比为5~15%。