一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法
【專利摘要】一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，屬于玻璃強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明打破傳統(tǒng)的在固定溫度保溫一定時(shí)間的離子增強(qiáng)模式，采用可變溫度制度的離子增強(qiáng)技術(shù)，有效控制各溫度點(diǎn)的時(shí)間，高溫情況下獲得較高的離子交換深度，低溫下獲得較高的表面壓應(yīng)力。通過逐級離子交換，玻璃在不超過4h的時(shí)間內(nèi)，即達(dá)到了傳統(tǒng)離子交換技術(shù)10h的壓應(yīng)力值及應(yīng)力層深度，本發(fā)明大大縮短了鈉鈣硅玻璃的離子增強(qiáng)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，節(jié)約了能源。
【專利說明】
一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子増強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于玻璃強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品的普及，蓋板玻璃的需求越來越多。目前蓋板 玻璃主要有鋁硅酸鹽蓋板玻璃和鈉鈣硅蓋板玻璃兩種。鋁硅酸鹽蓋板玻璃由于高昂的生產(chǎn) 成本，主要應(yīng)用于高端電子產(chǎn)品。對于大部分的電子產(chǎn)品來說，鈉鈣硅蓋板玻璃完全能夠滿 足需要。
[0003] 鈉鈣硅蓋板玻璃是指鈉鈣硅玻璃原片經(jīng)過離子增強(qiáng)后的一種高強(qiáng)度玻璃，其增強(qiáng) 過程為鈉鈣硅玻璃原片放入到特定溫度的混合熔鹽中保溫?cái)?shù)小時(shí)進(jìn)行離子交換，通過大離 子的擠壓效應(yīng)獲得較高的機(jī)械強(qiáng)度和離子交換深度。該技術(shù)主要特點(diǎn)如下：（1)離子交換時(shí) 間長，一般是十幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天以上；（2)溫度范圍介于420~480°C之間，過高溫度應(yīng)力 松弛，過低溫度增強(qiáng)效果差；（3)離子交換溫度都是采用固定溫度。從上述特點(diǎn)可以看出，鈉 鈣硅玻璃過長的離子交換時(shí)間，勢必導(dǎo)致熔鹽的浪費(fèi)和玻璃成本的增加。
[0004] CN102917992A公開了一種可變溫度/連續(xù)離子交換方法，是將玻璃或玻璃陶瓷制 品浸泡在離子交換浴中，所述離子交換浴具有分別被加熱到第一溫度和第二溫度的第一端 和第二端。所述第一溫度和第二溫度可彼此相同或不同，在溫度不同的情況下橫穿離子交 換浴或者沿著離子交換浴產(chǎn)生溫度梯度。在所述離子交換浴也可以連續(xù)處理多件制品。
[0005] CN102917992A公開的可變溫度/連續(xù)離子交換方法主要有以下問題：（1)離子交換 浴中熔鹽采用單一熔鹽，而不同溫度下，離子交換采用不同熔鹽會有更好的效果；（2)玻璃 或玻璃陶瓷制品在離子交換浴中是移動的，移動的過程勢必會造成熔鹽液的來回流動，所 設(shè)計(jì)的離子交換浴的溫度制度就被破壞，離子交換就很難達(dá)到預(yù)期效果；（3)離子交換浴的 溫度梯度是通過加熱兩端溫度來實(shí)現(xiàn)的，但要達(dá)到較大的梯度效果，必須保證足夠長的熔 鹽池；（4)通過加熱兩端溫度很難保證離子交換浴上下層溫度的一致性。
[0006] 到目前為止，還沒有一種工藝簡單、節(jié)約熔鹽的快速增強(qiáng)鈉鈣硅玻璃的生產(chǎn)工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方 法，大大縮短了鈉鈣硅玻璃的離子增強(qiáng)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，節(jié)約了能源。
[0008] 本發(fā)明所采取的具體技術(shù)方案是:一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，關(guān) 鍵在于:所述的方法包括以下步驟：
[0009] a、備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，從鋼化爐的進(jìn)口端至出口端設(shè)置熔鹽池組，熔鹽池 內(nèi)的熔鹽為KN0 3熔鹽、或KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽池內(nèi)的溫度為560~420 °C且由進(jìn)口 端向出口端依次降低；
[0010] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子 交換，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0011] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng) 后的納1丐娃玻璃成品。
[0012] 步驟a中熔鹽池的數(shù)量為2~10個(gè)。
[0013] 優(yōu)選地，所述的熔鹽池的數(shù)量為8個(gè)。
[0014]步驟a中所述的熔鹽池組以溫度440°C為分界點(diǎn)劃分為前、后兩個(gè)小組，前小組的 各個(gè)熔鹽池內(nèi)均為KN〇3熔鹽，后小組的各個(gè)熔鹽池內(nèi)為KN〇3與NaN〇3的混合熔鹽。
[0015] 步驟a中熔鹽池內(nèi)的溫度由進(jìn)口端向出口端呈線性降低。
[0016] 步驟b中鈉鈣硅玻璃原片在每個(gè)熔鹽池內(nèi)進(jìn)行離子交換的時(shí)間由進(jìn)口端向出口端 在40s~llOmin范圍內(nèi)遞增，且在所有熔鹽池內(nèi)進(jìn)行離子交換的時(shí)間<4h。
[0017] 步驟c中鈉鈣硅玻璃成品的壓應(yīng)力大于等于570MPa，應(yīng)力層厚度大于等于27WI1。 [0018]本發(fā)明的有益效果是:在不超過4h的時(shí)間內(nèi)，即達(dá)到了傳統(tǒng)離子交換技術(shù)10h的壓 應(yīng)力值及應(yīng)力層深度，本發(fā)明大大縮短了鈉鈣硅玻璃的離子增強(qiáng)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降 低了成本，節(jié)約了能源。
[0019] 鈉鈣硅玻璃離子增強(qiáng)的目的就是獲得較高的壓應(yīng)力和較深的應(yīng)力層深度。為了獲 得此效果，主要通過控制熔鹽種類、熔鹽溫度和保溫時(shí)間來獲得，現(xiàn)在對三個(gè)因素逐一分 析：（1)本發(fā)明所述內(nèi)容采用KN03熔鹽或KN03與NaN〇3混合熔鹽，并在不同的溫度下進(jìn)行熔 解，以期玻璃表面形成復(fù)合應(yīng)力層；（2)熔鹽溫度對玻璃壓應(yīng)力和應(yīng)力層深度來說，是一個(gè) 相悖的過程：當(dāng)溫度較高時(shí)，Na+與K+都比較活躍，在很短的時(shí)間內(nèi)，就能獲得較深的離子交 換深度，但溫度較高時(shí)，玻璃表面易發(fā)生應(yīng)力松弛，玻璃機(jī)械強(qiáng)度急劇下降，當(dāng)溫度較低時(shí)， 玻璃表面不易發(fā)生應(yīng)力松弛，但Na+與K+交換速度較慢；（3)保溫時(shí)間對玻璃壓應(yīng)力和應(yīng)力層 深度有重要影響，隨著時(shí)間的延長，壓應(yīng)力和應(yīng)力層深度都相應(yīng)增加。
[0020] 鈉鈣硅玻璃由于玻璃組分的原因，很難在合適的溫度下和較短的時(shí)間內(nèi)獲得理想 的壓應(yīng)力和應(yīng)力層深度，只能通過增加離子交換時(shí)間保證效果。
[0021] 本發(fā)明打破傳統(tǒng)的在固定溫度保溫一定時(shí)間的離子增強(qiáng)模式，采用可變溫度制度 的離子增強(qiáng)技術(shù)，有效控制各溫度點(diǎn)的時(shí)間，高溫情況下獲得較高的離子交換深度，低溫下 獲得較高的表面壓應(yīng)力。通過逐級離子交換，玻璃在較短時(shí)間內(nèi)就獲得了較高的壓應(yīng)力和 應(yīng)力層深度。
[0022] 本發(fā)明采用多種熔鹽復(fù)合增強(qiáng)技術(shù)，鈉鈣硅玻璃由于熔鹽的不同，會在玻璃表面 形成復(fù)合壓應(yīng)力層。玻璃在破壞時(shí)，克服了第一層應(yīng)力，還必須克服第二層應(yīng)力。換句話說， 多種熔鹽復(fù)合增強(qiáng)技術(shù)提高了玻璃的壓應(yīng)力值。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明：
[0024] 實(shí)施例1、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，包括以下步驟：
[0025] a、備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內(nèi)由進(jìn)口端向出口端依次設(shè)置八個(gè)熔鹽 池，前七個(gè)熔鹽池內(nèi)的熔鹽為KN0 3熔鹽，最后一個(gè)熔鹽池內(nèi)是KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽 池內(nèi)的溫度從進(jìn)口端到出口端分別為560 °C、540 °C、520 °C、500°C、480 °C、460 °C、440 °C和 420 °C；
[0026] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子 交換，離子交換時(shí)間從進(jìn)口端到出口端分別為1111；[11、2111；[11、4111；[11、10111；[11、17111；[11、36111；[11、60111；[11 和1 lOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0027] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng) 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進(jìn)行相關(guān)的性能測試。
[0028] 實(shí)施例2、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，包括以下步驟：
[0029] a、備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內(nèi)由進(jìn)口端向出口端依次設(shè)置八個(gè)熔鹽 池，前七個(gè)熔鹽池內(nèi)的熔鹽為KN0 3熔鹽，最后一個(gè)熔鹽池內(nèi)是KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽 池內(nèi)的溫度從進(jìn)口端到出口端分別為560 °C、540 °C、520 °C、500°C、480 °C、460 °C、440 °C和 420 °C；
[0030] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子 交換，離子交換時(shí)間從進(jìn)口端到出口端分別為2111；[11、4111；[11、8111；[11、14111；[11、22111；[11、34111；[11、56111；[11 和lOOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0031] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng) 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進(jìn)行相關(guān)的性能測試。
[0032] 實(shí)施例3、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，包括以下步驟：
[0033] a、備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內(nèi)由進(jìn)口端向出口端依次設(shè)置八個(gè)熔鹽 池，前七個(gè)熔鹽池內(nèi)的熔鹽為KN0 3熔鹽，最后一個(gè)熔鹽池內(nèi)是KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽 池內(nèi)的溫度從進(jìn)口端到出口端分別為560 °C、540 °C、520 °C、500°C、480 °C、460 °C、440 °C和 420 °C；
[0034] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子 交換，離子交換時(shí)間從進(jìn)口端到出口端分別為4〇8、8〇8、3111；[11、6111；[11、11111；[11、24111；[11、40111；[11和 75min，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0035] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng) 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進(jìn)行相關(guān)的性能測試。
[0036] 實(shí)施例4、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，包括以下步驟：
[0037] a、備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內(nèi)由進(jìn)口端向出口端依次設(shè)置八個(gè)熔鹽 池，前六個(gè)熔鹽池內(nèi)的熔鹽為KN〇3熔鹽，最后兩個(gè)熔鹽池內(nèi)是KN〇3與NaN0 3的混合熔鹽，熔鹽 池內(nèi)的溫度從進(jìn)口端到出口端分別為525 °C、510 °C、495 °C、480°C、465 °C、450 °C、435 °C和 420 °C；
[0038] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子 交換，離子交換時(shí)間從進(jìn)口端到出口端分別為1111；[11、2111；[11、4111；[11、10111；[11、17111；[11、36111；[11、60111；[11 和1 lOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0039] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng) 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進(jìn)行相關(guān)的性能測試。
[0040] 實(shí)施例5、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，包括以下步驟：
[0041] a、備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內(nèi)由進(jìn)口端向出口端依次設(shè)置八個(gè)熔鹽 池，八個(gè)熔鹽池內(nèi)的熔鹽都是KN0 3熔鹽，熔鹽池內(nèi)的溫度從進(jìn)口端到出口端分別為560°C、 545 °C、530 °C、515 °C、500 °C、485 °C、470 °C 和450 °C ;
[0042] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子 交換，離子交換時(shí)間從進(jìn)口端到出口端分別為1111；[11、2111；[11、4111；[11、10111；[11、17111；[11、36111；[11、60111；[11 和1 lOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0043] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng) 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進(jìn)行相關(guān)的性能測試。
[0044]對比實(shí)施例、將鈉鈣硅玻璃原片放入到熔融好的KN03熔鹽池內(nèi)進(jìn)行離子交換，熔 鹽池內(nèi)的溫度保持在450°C，離子交換時(shí)間為10h。交換結(jié)束玻璃隨爐冷卻，降到室溫，然后 切割試樣，進(jìn)行相關(guān)性能測試。
[0045]上述六個(gè)實(shí)施例進(jìn)行相關(guān)性能測試所得的壓應(yīng)力和應(yīng)力層深度的具體數(shù)據(jù)，如表 1所示：
[0046]表 1
[0048]由表1中的數(shù)據(jù)可知，與傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)相比，本發(fā)明在不超過4h的時(shí)間內(nèi)， 即達(dá)到了傳統(tǒng)離子交換技術(shù)l〇h的壓應(yīng)力值及應(yīng)力層深度，本發(fā)明大大縮短了鈉鈣硅玻璃 的離子增強(qiáng)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，節(jié)約了能源。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:所述的方法包括以下步驟： a、 備料:準(zhǔn)備鈉鈣硅玻璃原片，從鋼化爐的進(jìn)口端至出口端設(shè)置熔鹽池組，熔鹽池內(nèi)的 熔鹽為KN〇3熔鹽、或KN〇3與NaN0 3的混合熔鹽，熔鹽池內(nèi)的溫度為560~420 °C且由進(jìn)口端向 出口端依次降低； b、 將鈉鈣硅玻璃原片從進(jìn)口端送入鋼化爐內(nèi)，然后逐級在每個(gè)熔鹽池中進(jìn)行離子交 換，最后從鋼化爐的出口端取出； c、 將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內(nèi)，降到室溫，得到離子增強(qiáng)后的 鈉鈣硅玻璃成品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:步驟 a中熔鹽池的數(shù)量為2~10個(gè)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:所述 的熔鹽池的數(shù)量為8個(gè)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:步驟 a中所述的熔鹽池組以溫度440°C為分界點(diǎn)劃分為前、后兩個(gè)小組，前小組的各個(gè)熔鹽池內(nèi) 均為KN〇3熔鹽，后小組的各個(gè)熔鹽池內(nèi)為KN〇3與NaN0 3的混合熔鹽。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:步驟 a中熔鹽池內(nèi)的溫度由進(jìn)口端向出口端呈線性降低。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:步驟 b中鈉鈣硅玻璃原片在每個(gè)熔鹽池內(nèi)進(jìn)行離子交換的時(shí)間由進(jìn)口端向出口端在40s~ llOmin范圍內(nèi)遞增，且在所有恪鹽池內(nèi)進(jìn)行離子交換的時(shí)間<4h。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強(qiáng)方法，其特征在于:步驟 c中鈉鈣硅玻璃成品的壓應(yīng)力大于等于570MPa，應(yīng)力層厚度大于等于27μπι。
【文檔編號】C03C21/00GK105967531SQ201610293408
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】袁堅(jiān), 程金樹, 郭振強(qiáng), 蘇馳, 鄭偉宏
【申請人】河北省沙河玻璃技術(shù)研究院, 武漢理工大學(xué)