一种超薄锂铝硅酸盐玻璃的增强方法技术

本发明专利技术一种对超薄锂铝硅酸盐玻璃的增强方法，属于玻璃加工技术领域。用７５～９５ｗｔ％ＫＮＯ↓［３］和５～２５ｗｔ％ＮａＮＯ↓［３］配制熔盐，另外各加０．０５～０．２０ｗｔ％ＫＯＨ和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］后混合，３５０℃以上熔化并澄清３０－５０ｈ；将０．０９－０．１２ｍｍ厚的超薄玻璃试样先在电阻炉中先预热１５～２０ｍｉｎ，然后浸入熔化的混合熔盐中在温度３８０～４８０℃增强处理６～９ｈ；对试样进行清洗、干燥。采用本发明专利技术方法增强后的超薄锂铝硅酸盐玻璃片表面光洁度好、没有发生变形、抗弯强度≥３２０ＭＰａ。本发明专利技术具有操作简单、成本低廉、成品率高和可重复性强等特点，将显著提高超薄锂铝硅酸盐玻璃的抗弯强度，改善其使用寿命和服役环境，扩大使用范围。

Method for reinforcing ultra-thin lithium aluminum silicate glass

The invention relates to an enhancement method for ultra-thin lithium aluminum silicate glass, which belongs to the field of glass processing technology. 75: 3 ~ 95wt%KNO and 5 ~ 25wt%NaNO: 3 preparation of molten salt, the other with 0.05 ~ 0.20wt%KOH and Al: 2 O: 3 after mixing, 350 DEG C melting and clarification of 30 50h; the ultra-thin glass specimen 0.09 0.12mm thick in resistance furnace between 15 ~ 20min, then mixed molten salt immersed in molten at a temperature of 380 to 480 DEG C enhanced 6 ~ 9h; the samples were washed and dried. The method of the present invention enhanced ultra-thin lithium aluminum silicate glass film with good surface smoothness, no deformation, flexural strength more than 320MPa. The invention has the characteristics of high and strong repeatability, simple operation, low cost, yield, will significantly enhance the flexural strength of ultra-thin lithium aluminum silicate glass, improve its service life and service environment, expand the scope of use.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于玻璃加工
，特别是提供了一种超薄锂铝硅酸盐玻璃的增强技术。具体是厚度为0.09-0.12mm锂铝硅酸盐玻璃的化学增强技术。
技术介绍
玻璃具有一系列优良的物理和化学性能，如透光性高、硬度大、稳定性强、不易变形等，是一种用途广泛的材料。同时，玻璃又是典型的脆性材 料，其抗拉(弯)强度低，在应用上受到很大限制。影响玻璃强度的因素很 多，如存放环境、表面机械加工、样品尺寸及机械划痕等，其中表面微裂纹 的存在及其受力扩展对玻璃强度的影响最大。为了扩大玻璃的应用领域，提 高玻璃强度尤为重要。改善玻璃强度的工艺很多，其中表面处理因不必改变 原有玻璃成份和熔制成型工艺，方法简单，效果显著，应用广泛。玻璃表面增强处理工艺主要有物理增强和化学增强。物理增强具有成本低、产量大、机械强度高、耐热冲击性和耐热梯度 高，但是对玻璃的厚度和形状有一定的要求，还存在增强过程中产品变形的 问题。因此，无法在光学质量要求较高的领域获得应用。化学增强在实际应用中最为普遍的是离子交换增强工艺，主要分为高温 型和低温型两种。低温型离子交换原理为在玻璃的应变点温度以下，熔盐 中大半径的碱金属离子交换玻璃中的小半径碱金属离子，产生"挤塞"效应 而使表面形成压应力，从而提高玻璃强度。高温型离子交换原理为在玻璃 的应变点温度以上，熔盐中小半径的碱金属离子交换玻璃中的大半径碱金属 离子，在玻璃表面形成低膨胀层而发生结构松弛，当温度降低后，由于玻璃 表面和内部膨胀系数不同就会在表面产生压应力，玻璃强度得到提高。离子 交换增强玻璃具有强度高、应力均匀、无自爆现象、不变形和不产生光畸变 等特点，主要应用在宇宙飞船、卫星、军用飞机、高速列车和战斗车辆等领 域。玻璃成分、外形尺寸要求不同，所采用的离子交换增强方法也不同，对 于超薄玻璃的增强，必须采用低温型增强技术，以防止发生制品弯曲.变形。例如CN1381415A介绍了一种适用于对薄层浮法玻璃(3毫米)进行增强的 技术，是用KN03为主要组分作为熔盐，在40(TC左右温度下交换3 8小 时。用该技术交换浮法玻璃，提高了交换速度和交换深度，对毫米级的玻璃增强效果较好。然而，该技术应用到超薄玻璃(如厚度为0.09-0.12mm) 时，却容易使超薄玻璃产生变形(变形率超过20%)，交换层太深不能达到 设计的抗弯强度。另一方面，超薄锂铝硅酸盐玻璃(厚度为0.09-0.12mm)在航天、太阳能 利用等领域有特殊的应用价值，尤其是其可在恶劣服役环境下应用。但是， 现有玻璃增强技术在应用中均使这种特殊的玻璃产生严重的变形，在增强其 抗弯强度时不易控制，成品率较低，均不能适用于对超薄锂铝硅酸盐玻璃进 行工业化增强，因此，找到适于对超薄锂铝硅酸盐玻璃进行增强的方法非常 必要。
技术实现思路
本专利技术在于提供一种对厚度为0.09-0.12mm锂铝硅酸盐玻璃的增强方 法。该技术具有操作简单、成本低廉和成品率高等特点，有利于拓展超薄锂 铝硅酸盐玻璃的应用范围。本专利技术采用的技术方案是一种对超薄锂铝硅酸盐玻璃的增强方法，包括以下步骤1) 用KN03和NaN03配制熔盐，另外加KOH禾口 A1203后混合， 350°C以上熔化并澄清30-50h;2) 将0.09-0.12mm厚的超薄玻璃试样先在电阻炉中先预热 15 20min，然后浸入熔化的混合熔盐中进行增强处理，增强温度380 480 °C，增强时间为6 9h;3) 超薄玻璃从熔盐中取出后，对试样进行清洗先用去离子水清 洗，最后用酒精进行清洗、干燥。其中，所述熔盐由75 95wty。KN03和5 25wt。/。NaN03配制而成。 其中，熔盐中另外各外加0.1-0.15wt。/。的KOH和A1203。 其中，玻璃试样预热时间为15 20min。用上述方法获得的增强超薄锂铝硅酸盐玻璃也属于本
技术实现思路
。这种增 强超薄锂铝硅酸盐玻璃的厚度为0.09-0.12mm，且抗弯强度超过300MPa。采用以上方法，使本专利技术化学增强后的锂铝硅酸盐超薄玻璃片表面光洁 度良好，抗弯强度均超过300 MPa，没有发生变形，成品率高。该增强工艺 操作简单，无噪音，适宜批量生产。通过化学增强工艺，可以大幅度提高超 薄玻璃的使用寿命和服役环境，扩大了超薄玻璃的使用范围，尤其在恶劣服 役环境下的应用。附图说明图1为增强参数与玻璃强度的趋势图。 具体实施例方式专利技术人研究结果表明，锂铝硅酸盐玻璃是最适宜于采用低温型增强的玻 璃系统，因为硅酸盐玻璃中最常使用碱金属离子中，Li+ (r=0.78A)离子半径 最小，这样当Li+离子与熔盐中大半径的碱金属离子K+(Fl.33A)和 Na+(i^0.98A)进行交换后，产生"挤塞"效应而使表面形成的压应力最大，从 而可以最大程度提高玻璃的强度。所以通过低温型离子交换增强锂铝硅酸盐 玻璃可以很好的实现超薄玻璃的增强处理。本专利技术对超薄锂铝硅酸盐玻璃增强的方法，是基于锂铝硅酸盐玻璃具有 较强的离子交换能力，因此，需提供适当的适于离子交换的环境，在锂铝硅 酸盐玻璃的应变点温度以下，使玻璃中小半径的碱金属离子Li+(f0.78A)与 熔盐中大半径的碱金属离子K+(尸1.33A)和Na+(尸0.98A)进行交换，产生"挤 塞"效应而使表面形成压应力，从而提高玻璃强度。在本专利技术中，适于离子交换的主要影响因素包括熔盐配比、温度、时间 以及交换层的厚度(交换层的厚度指熔盐中大半径的K+、 Na+碱金属离子 与Li+进行交换而渗入玻璃基体的深度)。其中本专利技术的熔盐为KN03、 NaN03、外加KOH禾卩八1203的混合物。本专利技术 采用混合熔盐，其目的是在增强处理过程中使半径相对较小的Na+可以率先 进入与Li+进行交换，然后再与半径相对较大的K+进行互换，从而可以很好 地控制交换层的厚度，适应超薄锂铝硅酸盐玻璃(厚度为0.09-0.12mm)的 增强。经本专利技术优化实验，混合熔盐按75-95wt。/。KN03和5-25wt.。/。NaN03配 审ij，另外各加0.1-0.15wte/。的KOH和八1203为最好，实验结果参见图l。在确定混合熔盐的基础上，本专利技术进一步验证适于离子交换的主要影响 因素对玻璃增强效果的影响是相互的，本专利技术采用正交试验方法进一步确定 了熔盐配比、温度和时间对超薄玻璃增强影响的主次关系及三者的最佳组 合，试验结果参见图1所示。通过正交实验，获得本专利技术玻璃增强方案为 混合熔盐按75-95wt.%KN03和5-25wt.%NaN03配制，另外各加0.1-0.15wt% 的KOH和Al203，在井式电阻炉中熔化，并澄清约30-50h;将超薄玻璃试样 放入耐温工装(耐温工装是指支撑超薄玻璃试样的工件架或夹具，要求具有 耐高温、不和熔盐发生化学反应的特点)中，在电阻炉中先预热15-20分钟 (在增强温度下)，然后浸入熔化的混合熔盐中进行增强处理，增强温度控制为380-420°C，时间为6-9h。影响因素的主次关系为温度是主要因素， 时间是次要因素，熔盐配比影响最小。通过调整增强参数(主要是增强温度 和增强时间)可以控制交换层的厚度，提高抗弯强度，获得最佳的增强效 果。以下结合具体实施例详述本专利技术。这些实施例只为清楚公开本专利技术，不作为对本专利技术的限制。玻璃试样的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对超薄锂铝硅酸盐玻璃的增强方法，其特征在于，包括以下步骤：　４）用ＫＮＯ↓［３］和ＮａＮＯ↓［３］配制熔盐，另外加ＫＯＨ和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］后混合，３５０℃以上熔化并澄清３０－５０ｈ；　５）将０．０９－０．１２ｍｍ厚的超 薄玻璃试样先在电阻炉中先预热１５～２０ｍｉｎ，然后浸入熔化的混合熔盐中进行增强处理，增强温度３８０～４８０℃，增强时间为６～９ｈ；　６）超薄玻璃从熔盐中取出后，对试样进行清洗：先用去离子水清洗，最后用酒精进行清洗、干燥。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祖成奎，赵慧峰，韩滨，刘永华，陈江，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]