CN110655332B - 用于化学强化玻璃的组合物、方法及化学强化的玻璃 - Google Patents
用于化学强化玻璃的组合物、方法及化学强化的玻璃 Download PDFInfo
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Abstract
本公开涉及一种用于化学强化玻璃的组合物、方法及化学强化的玻璃。该组合物含有A组分和B组分，相对于100重量份的A组分，B组分的含量为25～70重量份；所述A组分为钾盐，所述B组分为钠盐和/或锂盐；所述A组分和B组分的阴离子相同，且A组分和B组分各自选自硫酸盐、碳酸盐和盐酸盐中的一种。本公开的组合物用于化学强化玻璃，能够通过一步强化将玻璃中的小半径金属离子置换为熔盐中的大半径离子，使玻璃表面发生膨胀，从而在玻璃表面形成压应力，达到强化的目的。该组合物能够使玻璃在400～600℃的较高温度下进行强化，从而促进离子交换、减少强化时间。本申请的组合物对玻璃进行化学强化，能缩短处理时间，玻璃仍保持透明，未生成结晶。
Description
技术领域
本公开涉及盖板玻璃领域，具体地，涉及一种用于化学强化玻璃的组合物、方法及化学强化的玻璃。
背景技术
随着触摸屏市场的发展，消费者追求相关产品的轻薄便利成为新的趋势，这将促使盖板玻璃向更薄的方向发展。玻璃厚度的急剧降低，使得薄玻璃相对于普通玻璃具有体积小，重量轻等优势，但这也产生了明显的弊端，即玻璃的力学性能显著下降，为提高性能，对于薄玻璃，常采用化学强化方法。化学强化玻璃用熔盐的主要成分为硝酸钾，硝酸钾强化时间长，生产效率低。
发明内容
本公开的目的是提供一种用于化学强化玻璃的组合物，该组合物用于化学强化时能够缩短处理时间，提高生产效率。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供用于化学强化玻璃的组合物，该组合物含有A组分和B组分，相对于100重量份的A组分，B组分的含量为25～70重量份；所述A组分为钾盐，所述B组分为钠盐和/或锂盐；所述A组分和B组分的阴离子相同，且A组分和B组分选自硫酸盐、碳酸盐和盐酸盐中的一种。
可选地，所述A组分为K2SO4，所述B组分为Li2SO4和/或Na2SO4，相对于100重量份的A组分，B组分的含量为28～65重量份。
可选地，所述B组分为Na2SO4和Li2SO4，相对于100重量份的K2SO4，Li2SO4的含量为30～62重量份，Na2SO4的含量为0.5～8重量份。
可选地，Li2SO4和K2SO4的总重量含量与Na2SO4的重量含量之比为(20～200)：1。
本公开第二方面提供一种化学强化玻璃的方法，该方法包括如下步骤：S1，将本公开第一方面所述的组合物混合并加热熔融得到熔融强化液；S2，将预热后的玻璃浸渍于所述熔融强化液中进行化学强化，得到化学强化的玻璃；所述熔融强化液的温度为400～600℃，所述化学强化的时间为50～150min。
可选地，该方法还包括：S3，将所述化学强化的玻璃冷却后清洗烘干。
本公开第三方面提供采用本公开第二方面所述的方法制备得到的化学强化的玻璃。
可选地，所述化学强化的玻璃的表面应力为600～750MPa。
可选地，所述化学强化的玻璃的应力深度为30～50μm。
可选地，所述化学强化的玻璃的抗弯强度为550～750MPa。
通过上述技术方案，本公开提供的组合物用于化学强化玻璃，能够通过一步强化将玻璃中的小半径金属离子置换为熔盐中的大半径金属离子，使玻璃表面发生膨胀，从而在玻璃表面形成压应力，达到强化的目的；本公开的组合物为硫酸盐、碳酸盐或盐酸盐，不含有分解温度较低的硝酸盐，因此能够在400～600℃的较高温度下进行强化，从而促进离子交换、减少强化时间，与之相比，现有的硝酸盐组合物若在400～600℃温度下进行强化，由于硝酸盐易分解，不利于离子交换，不能得到较好的强化性能，因此本公开的组合物能够提供在适当提高的温度范围内进行化学强化的组合物，从而改善了强化性能且缩短了强化时间；此外，本公开的组合物中含有锂盐和/或钠盐，有助于调节组合物熔点，解决单组份钾盐尤其是硫酸钾熔点过高的问题，通过限定A组分和B组分在本公开适宜的含量范围内，能够得到熔点适宜的组合物，从而实现在400～600℃对玻璃进行强化，一方面能够促进快速离子交换、缩短强化时间，另一方面能够免温度过高使玻璃在强化后变形，且节省能耗。本申请的组合物对玻璃进行化学强化，能够缩短处理时间，玻璃仍保持透明，未生成结晶。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开第一方面提供该组合物含有A组分和B组分，相对于100重量份的A组分，B组分的含量为25～70重量份；A组分为钾盐，B组分为钠盐和/或锂盐；A组分和B组分的阴离子相同，且A组分和B组分各自选自硫酸盐、碳酸盐和盐酸盐中的一种。
本公开提供的组合物用于化学强化玻璃，能够通过一步强化将玻璃中的小半径金属离子置换为熔盐中的大半径金属离子，使玻璃表面发生膨胀，从而在玻璃表面形成压应力，达到强化的目的。该组合物能够使玻璃在400～600℃的较高温度下进行强化，从而促进离子交换、减少强化时间。本申请的组合物对玻璃进行化学强化，能够缩短处理时间，玻璃仍保持透明，未生成结晶。
根据本公开，A组分和B组分的阴离子相同是指，A组分和B组分均为硫酸盐，或者A组分和B组分均为碳酸盐，或者A组分和B组分均为盐酸盐。
为了进一步提高组合物的化学强化效果，A组分和B组分优选均为硫酸盐，例如，A组分可以为K2SO4，B组分可以为Na2SO4和/或Li2SO4，相对于100重量份的A组分，B组分的含量可以为28～65重量份，优选为30～62重量份。
进一步地，为了调节熔融温度，B组分可以为Na2SO4和Li2SO4，相对于100重量份的K2SO4，Li2SO4的含量可以为30～62重量份；Na2SO4的含量可以为0.5～8重量份，优选为1～6.5重量份。相对于100重量份的K2SO4和Li2SO4，Na2SO4的含量可以为0.5～5重量份，优选为0.8～4重量份。
根据本公开，优选情况下，Li2SO4和K2SO4的总重量含量与Na2SO4的重量含量之比可以为(20～200)：1，优选为(25～125)：1。
本公开第二方面提供一种化学强化玻璃的方法，该方法包括如下步骤：S1，将本公开第一方面的组合物混合并加热熔融得到熔融强化液；S2，将预热后的玻璃浸渍于熔融强化液中进行化学强化，以使玻璃中的钠离子与熔融盐中的钾离子进行离子交换，得到化学强化的玻璃；熔融强化液的温度为400～600℃，化学强化的时间为50～150min。
进一步地，为了提高强化后的玻璃的综合性能，本公开的方法中，熔融强化液的温度优选为450～550℃，化学强化的时间优选为60～120min。
本公开的方法采用上述的组合物对玻璃进行化学强化处理，能够使强化处理后的玻璃具有较高的表面应力，提高了玻璃的强度，同时化学强化处理的时间短、生产效率高，强化后的玻璃不结晶仍能保持透明。其中化学强化处理的含义和操作方法为本领域技术人员所熟知的，化学强化过程中，玻璃中的小半径离子可以与熔融盐中的大半径离子进行交换从而在玻璃表面形成强化的应力层，例如，玻璃中的Na+可以与熔融盐中的K+交换，如果玻璃中含有Li+，也可以包括玻璃中的Li+与Na+的交换。
其中，用于进行强化的玻璃可以为本领域常规的，例如盖板玻璃。将组合物混合加热熔融的方法可以为本领域常规的，例如可以将上述组合物按照重量份称取并充分混合均匀，加入强化炉中加热熔融得到熔融强化液。对玻璃进行预热的方法可以为本领域常规的，预热后的玻璃的温度可以为300～400℃，优选为350～400℃。
根据本公开，该方法可以还包括：S3，将化学强化的玻璃冷却后清洗烘干，以得到清洁的化学强化的玻璃制品。
本公开第三方面提供采用本公开第二方面的方法制备得到的化学强化的玻璃。
根据本公开，上述方法制备得到的化学强化的玻璃的表面应力较高，应力深度较大，优选情况下，化学强化的玻璃的表面应力可以为600～750MPa，优选为650～730MPa；化学强化的玻璃的应力深度可以为30～50μm，优选为35～45μm；化学强化的玻璃的抗弯强度可以为550～750MPa，优选为600～700MPa。在本公开中，化学强化的玻璃的表面应力和应力层深度可以为采用日本折原FSM-6000表面应力测试仪测试，化学强化的玻璃的抗弯强度可以为采用普赛特PT-307三点弯曲试验机测试的抗弯强度。
下面通过实施例进一步描述本发明，但是本公开并不因此而受到任何限制。本公开的下述实施例中，所使用的硫酸钾为福晨化工99.0％硫酸钾；硫酸锂为天津光复99.0％硫酸锂；硫酸钠为上海国药99.0％无水硫酸钠；硝酸钾为上海国药99.0％硝酸钾，其余所使用的试剂均为市售产品，用于化学强化的玻璃为购自康宁的第三代大猩猩玻璃。
实施例1
本实施例用于说明本公开的用于化学强化玻璃的组合物及化学强化玻璃的方法。
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，33.3重量份硫酸锂。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在500℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为80min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例2
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，33.3重量份硫酸锂。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在500℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为60min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例3
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，25重量份硫酸钠。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在550℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为100min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例4
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，33.3重量份硫酸锂，1.3重量份硫酸钠。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在450℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为100min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例5
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，42.9重量份硫酸锂，2.9重量份硫酸钠。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在450℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为80min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例6
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，42.9重量份硫酸锂，4.3重量份硫酸钠。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在400℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为100min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例7
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份硫酸钾，42.9重量份硫酸锂，11.4重量份硫酸钠。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在450℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为100min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
实施例8
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。组合物包括100重量份碳酸钾，42.9重量份碳酸锂，4.3重量份碳酸钠。
使用该组合物进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将配制好的组合物加入强化炉中，在450℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为100min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
对比例1
将铝硅玻璃加工为80×40×0.55mm的小片玻璃。化学强化熔盐为硝酸钾。
使用硝酸钾进行化学强化，进行化学强化的方法包括如下步骤：
(1)将硝酸钾加入强化炉中，在450℃温度下加热至完全熔融；
(2)将玻璃进行预热处理；
(3)将预热后玻璃投入到熔盐中进行化学强化，强化时间为300min；
(4)将强化后玻璃冷却后清洗烘干。
对比例2
采用实施例4的方法，所不同的是，将实施例4的用于化学强化的组合物替换为等重量份的硝酸钾。
对比例3
采用实施例4的方法，所不同的是，组合物包括100重量份硫酸钾，5重量份硫酸锂，1重量份硫酸钠。采用本对比例的组合物进行化学强化，熔盐熔点约800-900℃，强化温度过高，玻璃变脆，无强化效果，不进行后续测试。
对比例4
采用实施例4的方法，所不同的是，组合物包括100重量份硫酸钾，100重量份硫酸锂，50重量份硫酸钠。
测试实施例1
将实施例1～8和对比例1～4中得到的强化后的玻璃分别进行表面应力测试和三点弯曲测试，结果如表1。其中，表面应力测试在日本折原FSM-6000表面应力测试仪上进行，三点弯曲测试在普赛特PT-307三点弯曲试验机上进行。
表1
根据表1数据，通过实施例4与对比例2的数据对比可知，强化温度和时间相同条件下，与采用现有技术的硝酸钾强化的玻璃(对比例2)相比，采用本申请的组合物熔盐进行化学强化得到的强化玻璃的表面应力更高、应力深度更大、抗弯强度更高且表观透明无结晶；通过实施例4～5与对比例1的数据对比可知，与采用现有技术的硝酸钾强化的玻璃(对比例1)相比，要达到相当的强化性能，本公开的实施例所需强化时间大大缩短；实施例与对比例3～4的数据对比可知，在本公开的组分含量范围内，组合物的化学强化性能更好。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于化学强化玻璃的组合物，其特征在于，该组合物含有A组分和B组分，相对于100重量份的A组分，B组分的含量为25～70重量份；所述A组分为钾盐，所述B组分为锂盐和/或钠盐；所述A组分和B组分的阴离子相同，且A组分和B组分各自选自硫酸盐、碳酸盐和盐酸盐中的一种。
2.根据权利要求1所述的用于化学强化玻璃的组合物，其中，所述A组分为K2SO4，所述B组分为Na2SO4和/或Li2SO4，相对于100重量份的A组分，B组分的含量为28～65重量份。
3.根据权利要求1或2所述的用于化学强化玻璃的组合物，其中，所述B组分为Na2SO4和Li2SO4，相对于100重量份的K2SO4，Li2SO4的含量为30～62重量份，Na2SO4的含量为0.5～8重量份。
4.根据权利要求3所述的用于化学强化玻璃的组合物，其中，Li2SO4和K2SO4的总重量含量与Na2SO4的重量含量之比为(20～200)：1。
5.一种化学强化玻璃的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1，将权利要求1～4中任意一项所述的组合物混合并加热熔融得到熔融强化液；
S2，将预热后的玻璃浸渍于所述熔融强化液中进行化学强化，得到化学强化的玻璃；
所述熔融强化液的温度为400～600℃，所述化学强化的时间为50～150min。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，该方法还包括：S3，将所述化学强化的玻璃冷却后清洗烘干。
7.采用权利要求5或6所述的方法制备得到的化学强化的玻璃。
8.根据权利要求7所述的化学强化的玻璃，其中，所述化学强化的玻璃的表面应力为600～750MPa。
9.根据权利要求7所述的化学强化的玻璃，其中，所述化学强化的玻璃的应力深度为30～50μm。
10.根据权利要求7所述的化学强化的玻璃，其中，所述化学强化的玻璃的抗弯强度为550～750MPa。
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