CN104909563A

CN104909563A - 一种低铝高强度化学钢化玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN104909563A
Application number: CN201510272059.0A
Authority: CN
Inventors: 刘超; 吕在国; 李晨蕊; 吕鑫; 张金奎; 赵修建; 韩建军; 王静; 许建国; 蒋葵玲
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2015-09-16

Abstract

本发明提供一种低铝高强度化学钢化玻璃及其制备方法。该钢化玻璃通过如下方法制备：1)将经切割、磨边、清洗与干燥好的低铝玻璃放入预热炉中缓慢升温至400℃～500℃，并保温20～60分钟；2)将预热后的玻璃放入400～500℃的KNO₃盐槽中，离子交换2～8小时；3)将离子交换后的玻璃提升至退火炉中缓慢降温至60℃以下；4)取出玻璃并清洗、干燥、检测、包装，即得所述低铝高强度化学钢化玻璃。本发明的低铝高强度化学钢化玻璃，其厚度在1mm以上，表面压应力在450MPa以上，表面应力层深度在12.0μm以上，弯曲强度在200MPa以上，可在建筑、交通、家居等领域应用。

Description

一种低铝高强度化学钢化玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃加工领域，特别是涉及铝含量较低的钠钙硅高强度化学钢化玻璃及其制备方法。

背景技术

化学钢化(或者离子交换)是提高玻璃表面压应力与弯曲强度的有效方法之一。低温型离子交换是在玻璃应变温度以下，通过半径较大的碱金属离子置换玻璃中半径较小的碱金属离子，在玻璃表面形成挤压效应，使表面形成压应力。一般情况下，化学钢化玻璃的表面应力、抗弯强度、抗冲击强度、抗热震性等技术指标均优于普通玻璃，在建筑、交通、家居等领域具有重要的应用价值，尤其适合对减少玻璃用量、降低玻璃自重等方面有较高要求的应用领域。

玻璃化学组成、钢化用硝酸钾盐的纯度以及钢化工艺对玻璃化学钢化效果与钢化成本影响很大。对于玻璃化学组成，玻璃中铝含量对钢化效果影响最大；较高的铝含量有利于提高化学钢化玻璃的表面应力、应力层深度以及弯曲强度等性能指标。通常情况下，普通浮法钠钙硅玻璃中铝含量较低，化学钢化难度较大，钢化效果较高铝玻璃还有待进一步提升。提高硝酸钾盐的纯度能够有效地改善玻璃化学钢化后的表面应力、应力层深度与弯曲强度等性能；但高纯度硝酸钾盐的使用增加了化学钢化的成本。此外，化学钢化工艺对玻璃化学钢化效果与化学钢化成本影响显著。对于低铝钠钙硅玻璃，为得到较好的化学钢化效果，通常需要较长的钢化时间，提高了化学钢化成本，难以制备综合性能较好的化学钢化玻璃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优异的低铝高强度化学钢化玻璃及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：

一种低铝玻璃，其化学组成按重量百分比为：SiO₂:65～75％，Al₂O₃:0.2～3.5％，Na₂O:10.0～17.0％，MgO:2.0～6.5％，K₂O:0～1.5％，CaO+BaO+SrO:3.0～15.0％，TiO₂:0～0.1％，ZrO₂:0～0.1％，SO₃:0～0.5％，P₂O₅:0～0.1％,Cl:0～0.12％，Fe₂O₃：0～0.2％。

上述方案中，所述的低铝玻璃的厚度在0.1mm以上。

上述方案中，所述的Al₂O₃的含量在0.2～3.0之间。

一种低铝高强度化学钢化玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将经切割、磨边、清洗与干燥好的低铝玻璃放入预热炉中缓慢升温至400℃～500℃，并保温20～60分钟；

2)将预热后的玻璃放入400～500℃的KNO₃盐槽中，离子交换2～8小时；

3)将离子交换后的玻璃提升至退火炉中缓慢降温至60℃以下；

4)取出玻璃并清洗、干燥、检测、包装，即得所述低铝高强度化学钢化玻璃。

上述方案中，所述步骤1)中的低铝玻璃为权利要求1至3任一项所述的低铝玻璃。

上述方案中，所述预热炉温度不高于盐槽温度，预热炉温度与KNO₃盐槽温度差异在20℃以内。

上述方案中，所述退火炉温度不高于盐槽温度，退火炉温度与KNO₃盐槽温度差异在30℃以内。

上述方案中，所述KNO₃盐槽中含有K₂CO₃、SiO₂与Al₂O₃添加剂中的一种或两种以上的混合。

上述方案中，所述K₂CO₃为KNO₃重量的0.1～3.0％，所述SiO₂为KNO₃重量的0～0.5％，所述Al₂O₃为KNO₃重量的0～0.5％。

根据上述制备方法得到的低铝高强度化学钢化玻璃，所述玻璃的表面压应力值≥450MPa，应力层深度≥12.0μm，抗弯强度值≥200MPa，抗热震温差≥120℃。

本发明相比现有技术具有如下特点：

1)玻璃化学钢化效果及成本与玻璃组成、钾盐纯度、钢化工艺等因素关系密切。目前，铝含量较高的玻璃通过化学钢化，广泛地用于电子信息产品的保护玻璃。低铝钠钙硅玻璃由于化学钢化难度较大，难以实现钢化玻璃较优的综合性能。本发明采用低铝钠钙硅玻璃，采用工业级硝酸钾盐，并配合使用添加剂，通过钢化工艺优化，实现了低铝钠钙硅玻璃的高效、低成本钢化，综合性能优良。对于工业级硝酸钾盐，在升温熔融过程中，易产生烟气且硝酸钾熔液澄清困难，澄清时间较长；根据取样分析结果，通过添加钢化添加剂，如K₂CO₃/SiO₂/Al₂O₃等，有效地促进了工业级硝酸钾熔盐中烟气的排放，加快硝酸钾熔盐的澄清。同时，本发明中所使用的钢化添加剂，能够有效地吸附化学钢化产物，生成沉淀，促进离子交换进程，提高玻璃钢化效果。

2)本发明所涉及的低铝钠钙硅玻璃化学钢化制备方法适用于铝含量较低的钠钙硅玻璃的化学钢化，采用该方法制备的低铝高强度化学钢化玻璃，其表面应力、应力层深度、弯曲强度、抗热震性能等性能满足建材行业标准要求，可在建筑、运输、家居等领域应用。并且降低了低铝钠钙硅玻璃化学钢化的成本，对于促进低铝钠钙硅化学钢化玻璃的应用具有积极的作用。

具体实施方式

以下结合实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，均采用以下工艺流程：

1)将经原片检验、切割、磨边、清洗与干燥好的低铝玻璃放入预热炉中缓慢升温至400℃～500℃，并保温20～60分钟；

3)将离子交换后的玻璃提升至退火炉中缓慢降温至60℃以下；

原片低铝玻璃的化学组成按重量百分比为：SiO₂:65～75％，Al₂O₃:0.2～3.5％，Na₂O:10.0～17.0％，MgO:2.0～6.5％，K₂O:0～1.5％，CaO+BaO+SrO:3.0～15.0％，TiO₂:0～0.1％，ZrO₂:0～0.1％，SO₃:0～0.5％，P₂O₅:0～0.1％,Cl:0～0.12％，Fe₂O₃：0～0.2％。需要说明的是，以下实施例中所使用的原片低铝玻璃中包括CaO、BaO或SrO中的一种或任意两种以上的混合。原片玻璃的重量百分比中具有零端点值的可以取零。

实施例1

原片低铝玻璃成分(重量百分比)：SiO₂:72.02％，Na₂O:13.20％，MgO:3.78％，Al₂O₃:0.91％，P₂O₅:0.03％，SO₃:0.25％，K₂O:0.52％，CaO:8.90％，TiO₂:0.07％，Fe₂O₃:0.15％，SrO:0.01％，ZrO₂:0.02％，Cl:0.08％，其它：0.06％。

(1)玻璃厚度:3.7mm

(2)工艺参数

熔盐组成：KNO₃+1.5％K₂CO₃

预热温度与时间：440℃，2小时；

离子交换温度与时间：440℃，4小时；

冷却降温：缓慢降温至60℃以下。

(3)性能指标：

表面应力：605±9.8MPa，应力层深度：13.1±0.3μm。

实施例2

玻璃成分(重量百分比)：SiO₂:72.02％，Na₂O:13.20％，MgO:3.78％，Al₂O₃:0.91％，P₂O₅:0.03％，SO₃:0.25％，K₂O:0.52％，CaO:8.90％，TiO₂:0.07％，Fe₂O₃:0.15％，SrO:0.01％，ZrO₂:0.02％，Cl:0.08％，其它：0.06％。

(1)玻璃厚度:3.7mm

(2)工艺参数

熔盐组成：KNO₃+1.5％K₂CO₃

预热温度与时间：470℃，2小时；

离子交换温度与时间：470℃，4小时；

冷却降温：缓慢降温至60℃以下。

(3)性能指标：

表面应力：456.2±4.3MPa，应力层深度：20.2±0.4μm。

实施例3

(1)玻璃厚度:3.7mm

(2)工艺参数

熔盐组成：KNO₃+1.5％K₂CO₃+0.2％SiO₂+0.2％Al₂O₃

预热温度与时间：440℃，2小时；

离子交换温度与时间：440℃，6小时；

冷却降温：缓慢降温至60℃以下。

(3)性能指标：

表面应力：606.5±7.0MPa，应力层深度：15.6±0.1μm。

实施例4

玻璃成分(重量百分比)：SiO₂:72.75％，Na₂O:11.92％，MgO:4.12％，Al₂O₃:1.68％，P₂O₅:0.04％，SO₃:0.25％，K₂O:0.78％，CaO:7.80％，Fe₂O₃:0.12％，SrO:0.02％，BaO:0.02％，ZrO₂:0.01％，Cl:0.05％，其它：0.44％。

(1)玻璃厚度:2.0mm

(2)工艺参数

熔盐组成：KNO₃+1.5％K₂CO₃+0.1％SiO₂+0.1％Al₂O₃

预热温度与时间：450℃，2小时；

离子交换温度与时间：450℃，4小时；

冷却降温：缓慢降温至60℃以下。

(3)性能指标：

表面应力：589.2±8.8MPa，应力层深度：13.9±0.3μm。

实施例5

玻璃成分(重量百分比)：SiO₂:70.51％，Na₂O:13.60％，MgO:4.5％，Al₂O₃:1.27％，SO₃:0.25％，K₂O:0.88％，CaO:8.46％，TiO₂:0.03％，Cl:0.02％，P₂O₅:0.02％，其它：0.46％。

(1)玻璃厚度:0.2mm

(2)工艺参数

熔盐组成：KNO₃+1.5％K₂CO₃+0.3％SiO₂+0.3％Al₂O₃

预热温度与时间：440℃，2小时；

离子交换温度与时间：440℃，4小时；

冷却降温：缓慢降温至60℃以下。

(3)性能指标：

表面应力：646.1±7.4MPa，应力层深度：12.4±0.1μm。

以上实施例中所制备的低铝高强度化学钢化玻璃抗热震性能均优于120℃，弯曲强度均大于200MPa。

以上实施例是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，本发明的具体实施方式并不仅局限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种低铝玻璃，其化学组成按重量百分比为：SiO₂:65～75％，Al₂O₃:0.2～3.5％，Na₂O:10.0～17.0％，MgO:2.0～6.5％，K₂O:0～1.5％，CaO+BaO+SrO:3.0～15.0％，TiO₂:0～0.1％，ZrO₂:0～0.1％，SO₃:0～0.5％，P₂O₅:0～0.1％,Cl:0～0.12％，Fe₂O₃：0～0.2％。

2.根据权利要求1所述的低铝玻璃，其特征在于，所述的低铝玻璃的厚度在0.1mm以上。

3.根据权利要求1所述的低铝玻璃，其特征在于，所述的Al₂O₃的含量在0.2～3.0之间。

4.一种低铝高强度化学钢化玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3)将离子交换后的玻璃提升至退火炉中缓慢降温至60℃以下；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的低铝玻璃为权利要求1至3任一项所述的低铝玻璃。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预热炉温度不高于盐槽温度，预热炉温度与KNO₃盐槽温度差异在20℃以内。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述退火炉温度不高于盐槽温度，退火炉温度与KNO₃盐槽温度差异在30℃以内。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述KNO₃盐槽中含有K₂CO₃、SiO₂与Al₂O₃添加剂中的一种或两种以上的混合。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述K₂CO₃为KNO₃重量的0.1～3.0％，所述SiO₂为KNO₃重量的0～0.5％，所述Al₂O₃为KNO₃重量的0～0.5％。

10.根据权利要求4～9任一项所述的制备方法得到的低铝高强度化学钢化玻璃，所述玻璃的表面压应力值≥450MPa，应力层深度≥12.0μm，抗弯强度值≥200MPa，抗热震温差≥120℃。