本發(fā)明涉及玻璃技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高鋁玻璃及其強化方法。
背景技術(shù)：
隨著手機、電腦等的逐漸普及，以及其他各種帶有觸摸屏面板的設(shè)備在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的保護(hù)蓋板以及屏幕貼片的需求極大地提高。通常，用于加工這些保護(hù)蓋板以及屏幕貼片的材料需要滿足高機械強度、高楊氏模量、高化學(xué)溫度性以及輕薄化等要求。普通鈉鈣玻璃無法滿足這些要求，即使經(jīng)過化學(xué)強化，其性能仍難以達(dá)到要求。
現(xiàn)有技術(shù)大多采用高鋁玻璃作為加工保護(hù)蓋板以及屏幕貼片的材料，其中氧化鋁al2o3的含量為13％左右、甚至更高。由于氧化鋁含量高，高鋁玻璃的強度高于普通鈉鈣玻璃，同時其離子交換能力也更強。上述高鋁玻璃在溫度為390℃～450℃的硝酸鉀熔鹽中進(jìn)行2h～5h的離子交換后，表面壓應(yīng)力(cs)一般達(dá)到650mpa以上，應(yīng)力層深度(dol)在20μm以上，可以應(yīng)對意外跌落的情況。
但是，現(xiàn)有高鋁玻璃的成分中二氧化硅與氧化鋁的質(zhì)量百分比之和大多高于80％，甚至高于85％，這使得高鋁玻璃的熔化溫度很高，極大的增加了高鋁玻璃的生產(chǎn)難度；由于所需溫度很高，所以生產(chǎn)和強化高鋁玻璃所需的能耗大幅度增加；同時，高溫會加劇高鋁玻璃液對耐火材料的腐蝕，因此對耐火材料的要求也更高；此外，高鋁玻璃的良率顯著低于普通鈉鈣玻璃，導(dǎo)致高鋁玻璃的生產(chǎn)和使用成本非常高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種高鋁玻璃及其強化方法，能夠在保持較高的氧化鋁含量的基礎(chǔ)上，降低高鋁玻璃的黏度，從而降低其生產(chǎn)難度，提高高鋁玻璃的良率；強化后的高鋁玻璃能夠達(dá)到較高的壓縮應(yīng)力和表面壓縮層深度。
為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種高鋁玻璃，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，包括：
sio2，45％～55％；
al2o3，18％～25％；
p2o5，6％～15％；
na2o，12％～20％；
k2o，2％～6％；
mgo，1％～7％；
zro2，0.1％～1.5％。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，本發(fā)明的高鋁玻璃進(jìn)一步包括：鋰的氧化物，和/或硼的氧化物。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，包括：li2o，0％～3％。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，包括：b2o3，0％～3％。
可選地，按照質(zhì)量計，0.31≤(0.8al2o3+1.2p2o5)/(sio2+al2o3+p2o5)≤0.40。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，包括：
sio2，46％～52％；和/或，
al2o3，20％～25％；和/或，
p2o5，6％～13％；和/或，
na2o，14％～20％；和/或，
k2o，2％～7％；和/或，
mgo，1.5％～4％。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，包括：
sio2，48％～51％；和/或，
al2o3，21％～24％；和/或，
p2o5，8％～13％；和/或，
na2o，14％～18％；和/或，
k2o，2％～6％；和/或，
mgo，1.5％～3％。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，高鋁玻璃包括：
sio2，47.7％；
al2o3，18.1％；
p2o5，10.4％；
li2o，0.2％；
na2o，15.5％；
k2o，2.5％；
mgo，4.8％；
b2o3，0.2％；
zro2，0.6％。
可選地，以氧化物為基準(zhǔn)，本發(fā)明的高鋁玻璃不包括：鈣的氧化物。
根據(jù)本發(fā)明實施例的第二個方面，提供了一種高鋁玻璃的強化方法，包括：
將玻璃本體置于第一離子交換液中進(jìn)行第一次離子交換；
將經(jīng)第一次離子交換的玻璃本體置于第二離子交換液中進(jìn)行第二次離子交換，得到強化后的高鋁玻璃；
其中，
所述玻璃本體為本發(fā)明第一個方面提供的任意一種高鋁玻璃；
第一離子交換液為混合熔鹽，包括：鉀鹽、以及在第一次離子交換過程中能與鉀離子進(jìn)行離子交換的至少一種稀釋鹽；
第二離子交換液中包括所述鉀鹽，且第二離子交換液中所述鉀鹽的濃度大于第一離子交換液中所述鉀鹽的濃度。
可選地，第二離子交換液為純所述鉀鹽的熔鹽；或者，
第二離子交換液中進(jìn)一步包括：抗菌劑和/或所述稀釋鹽。
可選地，所述鉀鹽為kno3；和/或，所述稀釋鹽為nano3；和/或，所述抗菌劑為agno3。
可選地，按照質(zhì)量百分比計，
第一離子交換液包括：kno3，85％～90％；nano3，10％～15％；和/或，
第二離子交換液包括：kno3，99.5％～100％；nano3，0％～0.5％；agno3，0.0025％～0.01％。
可選地，第一次離子交換的溫度為390℃～450℃、時間為240min～600min；和/或，第二次離子交換的溫度為380℃～400℃、時間為10min～30min。
根據(jù)本發(fā)明實施例的第三個方面，提供了本發(fā)明第二個方面的強化方法制得的強化高鋁玻璃。
上述發(fā)明中的一個實施例具有如下優(yōu)點或有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過在高鋁玻璃中引入五氧化二磷、并使高鋁玻璃中的各個組分保持適當(dāng)?shù)暮?，能夠在保證氧化鋁含量不降低甚至提高的基礎(chǔ)上，降低高鋁玻璃的黏度，從而降低其生產(chǎn)難度。
上述的非慣用的可選方式所具有的進(jìn)一步效果將在下文中結(jié)合具體實施方式加以說明。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的示范性實施例做出說明，其中包括本發(fā)明實施例的各種細(xì)節(jié)以助于理解，應(yīng)當(dāng)將它們認(rèn)為僅僅是示范性的。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以對這里描述的實施例做出各種改變和修改，而不會背離本發(fā)明的范圍和精神。同樣，為了清楚和簡明，以下的描述中省略了對公知功能和結(jié)構(gòu)的描述。
本發(fā)明中，高鋁玻璃的各組分以氧化物為基準(zhǔn)來標(biāo)示，各組分的含量按照氧化物的質(zhì)量百分比來表示。其中，“以氧化物為基準(zhǔn)”是，假設(shè)作為本發(fā)明的高鋁玻璃的組成成分的原料而使用的氧化物、硝酸鹽等在熔融時全部分解轉(zhuǎn)化為氧化物，表示其中含有的各組分的含量的方法；“按照氧化物的質(zhì)量百分比來表示”是，以該生成氧化物的總質(zhì)量為100％時，高鋁玻璃中含有的各組分的量。
除非另有說明，否則，列舉的數(shù)值范圍同時包括所述范圍的上限和下限，以及所述范圍之間的任意范圍。還應(yīng)理解的是，在說明書中揭示的各種特征可以任意和所有的組合方式使用。
根據(jù)本發(fā)明的高鋁玻璃，以氧化物為基準(zhǔn)，包括如下組分：sio2，al2o3，p2o5，na2o，k2o，mgo，zro2。
二氧化硅sio2是形成高鋁玻璃骨架的主要成分，能提高高鋁玻璃的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。本發(fā)明中sio2含量的最佳范圍為45％～55％，進(jìn)一步優(yōu)選地為46％～52％，更優(yōu)選地為48％～51％。如果sio2的含量不足45％，高鋁玻璃的網(wǎng)絡(luò)完整度和穩(wěn)定性會下降，耐候性低；由于sio2是較難熔化的物質(zhì)，如果sio2的含量超過55％，則會使高鋁玻璃的熔融溫度升高，熔化與澄清都變的困難。
氧化鋁al2o3是使耐候性提高的成分，使玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加完整，能降低玻璃的結(jié)晶傾向，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機械強度、硬度。al2o3能參與形成具有較大的網(wǎng)絡(luò)空間的鋁-氧網(wǎng)絡(luò)，提高高鋁玻璃的離子交換能力以及離子交換后的性能。本發(fā)明中al2o3的最佳含量為18％～25％，進(jìn)一步優(yōu)選地為20％～25％，更優(yōu)選地為21％～24％。如果al2o3的含量低于18％，則高鋁玻璃的離子交換能力不足；al2o3的含量也不宜過高，否則過多的al2o3會顯著提高玻璃的熔融溫度和液相線溫度，使玻璃的熔融性變差。
五氧化二磷(p2o5)能夠與x2o3(x為b或al)結(jié)合形成[xpo4]的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一方面，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得玻璃的網(wǎng)絡(luò)更加完整，進(jìn)一步提升玻璃的熱穩(wěn)定性、硬度和抵抗沖擊的力學(xué)性能；另一方面，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙比鋁-氧網(wǎng)絡(luò)更大，從而顯著增加離子交換的能力；更為重要的是，由于p2o5形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空隙更大，因此能在較長的離子交換時間內(nèi)緩解高鋁玻璃的內(nèi)部堵塞情況，提高高鋁玻璃的離子交換能力。p2o5的含量優(yōu)選為6％～15％，進(jìn)一步優(yōu)選地為6％～13％，更優(yōu)選地為8％～13％。若p2o5的含量低于6％，則高鋁玻璃的離子交換能力不足，且玻璃黏度較大；若高于15％，則高鋁玻璃的原料成本顯著增加，且高鋁玻璃易分相。此外，采用本發(fā)明的強化方法強化高鋁玻璃時，若p2o5的含量低于6％，則高鋁玻璃內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)空間無法滿足本發(fā)明基于兩步法的離子交換工藝的要求。
氧化鈉na2o能夠顯著降低高鋁玻璃的熔化溫度，并使高鋁玻璃具有良好的離子交換能力，使經(jīng)離子交換后的高鋁玻璃具有較大的壓縮應(yīng)力和表面壓縮層深度。一定含量的na2o可以大幅降低高鋁玻璃的熔融溫度和液相線溫度，但是同時也會急劇增加玻璃的熱膨脹系數(shù)，并降低高鋁玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。本發(fā)明中na2o含量的最佳范圍為12％～20％，進(jìn)一步優(yōu)選地為14％～20％，更優(yōu)選地為14％～18％。如果na2o的含量超過20％，會使高鋁玻璃的斷鍵增加，導(dǎo)致高鋁玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不完整，耐候性變差；如果低于12％，則高鋁玻璃的熔融性較差。
氧化鉀k2o能提高高鋁玻璃的熔融性，同時，能夠與其他堿金屬氧化物(例如li2o或na2o)形成混合堿效應(yīng)，降低高鋁玻璃的熱膨脹系數(shù)。本發(fā)明中k2o的優(yōu)選范圍為1～7％，進(jìn)一步優(yōu)選地為2％～7％，更優(yōu)選地為2％～6％。如果k2o的含量超過7％，高鋁玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不完整，耐候性變差；如果低于1％，高鋁玻璃的熔融性較差。
氧化鎂mgo在高溫時能夠降低高鋁玻璃的黏度，改善均勻性；能使高鋁玻璃趨于穩(wěn)定，提高玻璃的耐久性，防止玻璃產(chǎn)生結(jié)晶；提高玻璃的彈性模量，抑制裂紋的發(fā)生。本發(fā)明中mgo的優(yōu)選范圍為1～5％，進(jìn)一步優(yōu)選地為1.5％～4％，更優(yōu)選地為1.5％～3％。但如果mgo的含量高于5％，則高鋁玻璃的離子交換能力降低，且容易析晶，同時，高鋁玻璃的料性過短，不利于成型；如果mgo低于1％，則高鋁玻璃的熔體的黏度會增大、熔融性會降低，難以熔化。雖然鈣的氧化物例如氧化鈣(cao)也能實現(xiàn)氧化鎂的部分功能，但考慮到在含堿鋁硅酸鹽玻璃中，鈣的氧化物可能會降低玻璃的離子交換速度，因此，在一些可選的實施例中，以氧化物為基準(zhǔn)，高鋁玻璃不包括：鈣的氧化物。
在一些可選的實施例中，以氧化物為基準(zhǔn)，高鋁玻璃進(jìn)一步包括：鋰的氧化物。鋰的氧化物(例如，氧化鋰li2o)能起到良好的助熔效果。在采用本發(fā)明的強化方法強化高鋁玻璃時，由于第一次離子交換處理中使用鉀鹽濃度較低的混合熔鹽，因此高鋁玻璃的離子交換速度受到限制，可能會使強化后的高鋁玻璃的壓縮應(yīng)力cs較低。本實施例中，由于高鋁玻璃中含有鋰的氧化物，能提高強化后的高鋁玻璃的cs值。另一方面，在第一步離子交換過程中，熔鹽中的稀釋鹽可以與高鋁玻璃的中的li+進(jìn)行交換，例如第一次離子交換處理中使用含有nano3和kno3的混合熔鹽，在第一步離子交換工程中混合熔鹽中的na+可以與高鋁玻璃的中的li+進(jìn)行交換，以此平衡混合熔鹽與高鋁玻璃中na+的濃度差，防止離子交換速度過快衰減。高鋁玻璃中剩余的li+能填補na+和k+無法進(jìn)入的空隙，形成更強的擠塞效應(yīng)，進(jìn)一步提高高鋁玻璃的cs值。考慮到li2o對玻璃的表面壓縮層深度dol可能產(chǎn)生不利的影響，因此，在一些優(yōu)選的實施例中，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，高鋁玻璃包括：li2o，0％～3％。
氧化鋯zro2能提高高鋁玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，增加高鋁玻璃的表面硬度，且能提高高鋁玻璃形成裂紋所需的壓力，從而使得高鋁玻璃更耐劃傷和跌落。但是過多的zro2會提高高鋁玻璃的熔融溫度，同時會帶來結(jié)石等缺陷。因此本發(fā)明含有的zro2的含量范圍為0.1％～1.5％。
在一些可選的實施例中，以氧化物為基準(zhǔn)，高鋁玻璃進(jìn)一步包括：硼的氧化物。硼的氧化物(例如b2o3)可以降低玻璃的熔融溫度，其形成的硼-氧網(wǎng)絡(luò)可以在一定范圍內(nèi)滑動，當(dāng)高鋁玻璃存在應(yīng)力時，可以通過這種滑動緩沖可能產(chǎn)生的形變，從而減少裂紋的產(chǎn)生，降低高鋁玻璃的脆性。在采用本發(fā)明的強化方法強化高鋁玻璃時，若離子交換液中包含ag+，則離子交換過程中部分銀離子ag+會被交換至高鋁玻璃內(nèi)，當(dāng)高鋁玻璃網(wǎng)絡(luò)具備一定的滑動性時，可使ag+更充分的分散，避免其積聚在一起形成銀膠粒，從而改善高鋁玻璃的著色情況。但b2o3含量過高時，高鋁玻璃的離子交換能力顯著降低。因此，在一些優(yōu)選的實施例中，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，高鋁玻璃包括：b2o3，0％～3％。
sio2、al2o3以及p2o5均可以參與形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同組分參與形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上存在一定差異，不同組分參與形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及各個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的相互作用對高鋁玻璃的強化效果具有一定影響。在一些優(yōu)選的實施例中，按照質(zhì)量計，當(dāng)0.31≤(0.8al2o3+1.2p2o5)/(sio2+al2o3+p2o5)≤0.40時，高鋁玻璃在較大的壓縮應(yīng)力和表面壓縮層深度方面的綜合強化效果最好。
在一些可選的實施例中，以氧化物為基準(zhǔn)，按照質(zhì)量百分比計，高鋁玻璃包括：sio2，47.7％；al2o3，18.1％；p2o5，10.4％；li2o，0.2％；na2o，15.5％；k2o，2.5％；mgo，4.8％；b2o3，0.2％；zro2，0.6％。與其他組分含量相比，在相同的強化工藝條件下，本實施例的高鋁玻璃經(jīng)強化處理后的強化系數(shù)更高，其壓縮應(yīng)力達(dá)900mpa以上、表面壓縮層深度達(dá)80μm以上，并且強化后玻璃的透過率更高、與強化前的色差更小。
根據(jù)本發(fā)明實施例的另一個方面，提供一種高鋁玻璃的強化方法，包括：
將玻璃本體置于第一離子交換液中進(jìn)行第一次離子交換；
將經(jīng)第一次離子交換的玻璃本體置于第二離子交換液中進(jìn)行第二次離子交換，得到強化后的高鋁玻璃；
其中，
玻璃本體為本發(fā)明第一個方面提供的任意一種高鋁玻璃；
第一離子交換液為混合熔鹽，包括：鉀鹽、以及在第一次離子交換過程中能與鉀離子進(jìn)行離子交換的至少一種稀釋鹽；
第二離子交換液中包括所述鉀鹽，且第二離子交換液中所述鉀鹽的濃度大于第一離子交換液中所述鉀鹽的濃度。
現(xiàn)有技術(shù)通常采用以此離子交換實現(xiàn)是對玻璃的強化，即一步法離子交換工藝。在一步法離子交換工藝中，在較長時間以內(nèi)，表面壓縮層深度dol隨離子交換時間的增加而增大，在該段時間內(nèi)，壓縮應(yīng)力cs卻在中間的某個時間點達(dá)到最大值，但之后由于應(yīng)力松弛而減小，且應(yīng)力松弛現(xiàn)象較為明顯。如果要保證cs達(dá)到要求，則離子交換時間不能太長，這樣dol就不會很高，從而使產(chǎn)品的應(yīng)用受到限制。
在一些可選的實施例中，鉀鹽為kno3，和/或稀釋鹽為nano3。
純鉀鹽的熔鹽與高鋁玻璃的離子交換速度過快，容易導(dǎo)致大量鉀離子k+在較短時間進(jìn)入高鋁玻璃內(nèi)，這些k+在高鋁玻璃淺表層積聚，不易進(jìn)一步向內(nèi)遷移，同時堵塞了離子進(jìn)入的通道，導(dǎo)致離子交換無法繼續(xù)進(jìn)行。因此采用純鉀鹽的熔鹽不易取得良好的離子交換效果。針對這種情況，本發(fā)明采用兩步法的離子交換工藝。本發(fā)明的強化方法，使得高鋁玻璃的cs以及dol都能達(dá)到較高的值。
在第一次離子交換時采用包括鉀鹽、以及能與鉀離子進(jìn)行離子交換的至少一種稀釋鹽的混合熔鹽，通過加稀釋鹽來調(diào)節(jié)離子交換速度，從而能夠獲得較高的dol。本步驟可以采用較長的離子交換時間，以提高強化后的高鋁玻璃的表面壓縮層深度。經(jīng)過第一次離子交換，玻璃的dol已經(jīng)達(dá)到較為理想的水平，但cs還需通過第二步離子交換來進(jìn)一步提高。
對于通常的玻璃而言，在進(jìn)行本發(fā)明第一次離子交換時容易出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象。本發(fā)明在玻璃中引入磷，同時對其它組分進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，與通常的玻璃相比，本發(fā)明中高鋁玻璃的這種組成使其具有較高的抗應(yīng)力松弛的能力。
優(yōu)選地，第一離子交換液包括：kno3，85％～90％；nano3，10％～15％。如果nano3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)低于10％，調(diào)節(jié)離子交換速度的效果較弱；如果高于15％，則會嚴(yán)重降低離子交換速度，同等條件下獲得某一表面壓縮層深度所需的離子交換時間過長。
第一次離子交換的溫度優(yōu)選為390℃～450℃，如果溫度低于390℃，則離子交換速度不足；若高于450℃，則易發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象導(dǎo)致強化后高鋁玻璃的cs值下降，同時第一離子交換液中的熔鹽分解加劇，使強化后高鋁玻璃的使用壽命縮短，且對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。
第一離子交換液中稀釋鹽的濃度對離子交換的速度具有影響，因此可以通過調(diào)節(jié)第一離子交換液中稀釋鹽的濃度調(diào)整第一次離子交換的時間。在一些可選的實施例中，第一離子交換液包括：kno3，85％～90％；nano3，10％～15％。第一次離子交換的溫度為390℃～450℃，第一次離子交換的時間為240min～600min。由于對離子交換速度進(jìn)行了調(diào)整，若離子交換時間低于240min，則離子交換程度不足，強化后高鋁玻璃的cs與dol值無法達(dá)到預(yù)期。若離子交換時間高于600min，則發(fā)生應(yīng)力松弛情況。
在第二次離子交換時，采用較高濃度的鉀鹽作為離子交換液，在不對dol造成較大影響的情況下提高強化后的高鋁玻璃的cs值。本步驟中，采用濃度較高的鉀鹽作為離子交換液，可以保持較高的離子交換速度，以縮短時間。
第二離子交換液可以是純所述鉀鹽的熔鹽，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)實際需要向第二離子交換液中添加其他組分，例如：抗菌劑和/或所述稀釋鹽。向第二離子交換液中添加抗菌劑，比如硝酸銀agno3，可以使強化后的高鋁玻璃獲得抗菌功能，避免實際長期使用過程中產(chǎn)生安全隱患。為了保持較高的離子交換速度，第二離子交換液中應(yīng)盡量避免含有稀釋鹽。
優(yōu)選地，按照質(zhì)量百分比計，第二離子交換液包括：kno3，99.5％～100％；nano3，0％～0.5％；agno3，0.0025％～0.01％。加入少量agno3能夠使強化后的高鋁玻璃獲得抗菌功能，若硝酸銀的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)低于0.0025％，高鋁玻璃無法獲得良好的抗菌功能；若高于0.01％，則強化后的高鋁玻璃容易產(chǎn)生令人不悅的黃色，與未經(jīng)強化處理的玻璃本體相比，其色差δe高于1、透過率降低1％以上。第二離子交換液中應(yīng)盡量避免含有nano3，若其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)高于0.5％，不利于離子交換速度。
第二次離子交換的溫度優(yōu)選為380℃～400℃，如果溫度低于380℃，則離子交換速度不足；若高于400℃，則易發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象導(dǎo)致強化后高鋁玻璃的cs值下降。
在一些可選的實施例中，第二離子交換液包括：kno3，99.5％～100％；nano3，0％～0.5％；agno3，0.0025％～0.01％。第二次離子交換的溫度為390℃～450℃，第二次離子交換的時間為10min～30min，若離子交換時間低于10min，則離子交換程度不足，強化后的高鋁玻璃的cs值以及抗菌功能無法達(dá)到預(yù)期。若離子交換時間高于30min，則進(jìn)入高鋁玻璃中的銀離子過多，使得強化后的高鋁玻璃變黃。
本發(fā)明采用強化系數(shù)s來綜合描述玻璃的cs與dol，其中，s＝cs×dol×10-5。式中，cs與dol的單位分別為mpa與μm。
本發(fā)明還提供了采用上述強化方法制得的強化高鋁玻璃。
以下基于一些實施例對本發(fā)明的高鋁玻璃及其強化方法進(jìn)行示例性說明。
實施例1-20
稱取高鋁玻璃的各個原料組分放入鉑金坩堝中，將鉑金坩堝放入硅鉬爐中，升溫至1620℃，并熔融3小時，使其均化并澆鑄到模具中，在650℃溫度下保溫1h退火，之后隨爐冷卻獲得塊狀玻璃。將該塊狀玻璃進(jìn)行切割，并對兩個表面均進(jìn)行研磨和拋光，獲得尺寸為50mm×50mm×5mm的塊狀高鋁玻璃。
采用兩步法離子交換工藝對上述高鋁玻璃進(jìn)行強化，待其冷卻后，用超聲波清洗機清洗1小時以洗去高鋁玻璃表面殘留的熔鹽，烘干后待測試。表1和表2列出了實施例1-20中高鋁玻璃的組成及測試結(jié)果。
透過率t及色差δe的測試：對強化前后的高鋁玻璃進(jìn)行透過率以及l(fā)ab(lab描述的是顏色的顯示方式，l表示亮度luminosity，a表示從洋紅色至綠色的范圍，b表示從黃色至藍(lán)色的范圍。l的值域由0到100)值測試，采用的儀器為datacolor650超高精度臺式分光光度測色儀，分別測得玻璃強化前后的可見光透過率t，同時對兩者的色差δe進(jìn)行計算。
cs與dol的測試：采用fsm-6000le雙折射應(yīng)力儀測試強化后的高鋁玻璃的cs與dol，測試時采用的光源為波長為589.3nm的鈉光，選擇的光彈性系數(shù)為28.5(nm/cm)/mpa，折射率為1.51。
抗菌率測試：采用的標(biāo)準(zhǔn)為《jc/t1054-2007鍍膜抗菌玻璃》對強化后的高鋁玻璃進(jìn)行抗菌率測試。
表1實施例1-10中高鋁玻璃的組成以及測試結(jié)果
表2實施例11-20中高鋁玻璃的組成以及測試結(jié)果
實施例16-20是本發(fā)明的對比實施例。從表1-2中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，從表中可以看出，本發(fā)明中高鋁玻璃的組成以及強化方法能夠使得強化后的高鋁玻璃同時得到較高的cs值與dol值，高鋁玻璃玻璃的壓縮應(yīng)力cs均高于700mpa、dol均高于65μm，強化系數(shù)s在0.55以上；經(jīng)強化處理后高鋁玻璃的抗菌率在99.9％以上，可見光透過率在91％以上，與原片的色差δe較小。對比例1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的高鋁玻璃，其經(jīng)過強化后雖然dol達(dá)到60μm以上，但是其cs值較低，表明出現(xiàn)了嚴(yán)重的應(yīng)力松弛。
即使對比實施例中經(jīng)強化后的高鋁玻璃的表面壓縮層深度dol與本發(fā)明經(jīng)強化后的高鋁玻璃的表面壓縮層深度dol接近，但是其壓縮應(yīng)力也顯著低于本發(fā)明中經(jīng)強化后的高鋁玻璃的壓縮應(yīng)力。例如，實施例13中經(jīng)強化后的高鋁玻璃的表面壓縮層深度為76.2μm，壓縮應(yīng)力為934mpa；雖然實施例18中經(jīng)強化后的玻璃的表面壓縮層深度與實施例13中的接近，為75.7μm，但是其壓縮應(yīng)力僅僅為565mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實施例13中的壓縮應(yīng)力。
根據(jù)實施例1-15以及對比實施例16、17的測試結(jié)果可以看出，當(dāng)sio2的含量為45％-55％時，強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)在0.56以上，當(dāng)sio2的含量過高時，由于高鋁玻璃的網(wǎng)絡(luò)完整度和穩(wěn)定性下降，強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)顯著下降。此外，由于過高含量的sio2增加了高鋁玻璃的熔化與澄清難度。從對比實施例16、17的測試結(jié)果可以看出，與未強化的高鋁玻璃相比，強化后的高鋁玻璃的色差δe非常高，分別達(dá)到0.81和0.7。
當(dāng)al2o3的含量為18％-25％時，強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)較高，從實施例6的測試結(jié)果可以看出，強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)達(dá)到0.748。當(dāng)al2o3的含量過低或過高時，強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)均出現(xiàn)顯著的下降，從對比實施例18、19的測試結(jié)果可以看出，強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)僅為0.428、0.499。
從實施例17-20的測試結(jié)果可以看出，雖然玻璃組分中含有磷，但是由于其他各個組分的含量與本發(fā)明的不同，對應(yīng)的強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)均在0.55以下。
實施例11中高鋁玻璃經(jīng)強化處理之后的壓縮應(yīng)力較高，達(dá)到856mpa，若玻璃組分中含有l(wèi)i2o，能夠進(jìn)一步提高高鋁玻璃的cs值，從實施例13的測試結(jié)果可以看出，包含li2o的高鋁玻璃經(jīng)強化處理之后的壓縮應(yīng)力高達(dá)934mpa。
上述實施例中，以實施例5所得的強化后的高鋁玻璃的強化系數(shù)最大，達(dá)到0.753，其壓縮應(yīng)力達(dá)910mpa、表面壓縮層深度達(dá)82.7μm，并且強化后的高鋁玻璃與強化前的色差更小，僅為0.28。
上述具體實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白的是，取決于設(shè)計要求和其他因素，可以發(fā)生各種各樣的修改、組合、子組合和替代。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。