一种化学强化微晶玻璃及强化方法技术

本发明专利技术公开一种化学强化微晶玻璃，以及获得该化学强化微晶玻璃的离子交换方法，通过对盐浴中低锂离子浓度的管控，解决锂含量高的微晶玻璃在离子交换中迅速污染盐浴、化学强化性能差的问题，来提高微晶玻璃的机械性能，以提高手机盖板抗跌落性能及抗划伤性要求。所述化学强化微晶玻璃其晶相包含硅酸锂、二硅酸锂和/或透锂长石；基于氧化物的摩尔%计，至少含有12mol%及以上的Li

【技术实现步骤摘要】
一种化学强化微晶玻璃及强化方法
本专利技术涉及化学强化微晶玻璃及获得该微晶玻璃的方法，特别涉及适用于电子显示设备的壳体，尤其适宜手机盖板。
技术介绍
目前，可化学强化的碱铝硅酸盐微晶玻璃已成为电子产品的玻璃盖板之关键材料之一。通过对玻璃体系的优化设计以及化学强化，可提高碱铝硅酸盐玻璃的表面硬度、抗折强度、断裂韧性性。但是，提升碱铝硅酸盐玻璃中的铝含量，在改善玻璃的抗划伤与抗跌落性能的同时，提升了玻璃熔融制造的难度，甚至影响其透光性，难以满足实际应用的需求。一般微晶玻璃体系如锂铝硅玻璃体系、镁铝硅体系或氟体系等微晶玻璃体系，但是可进行离子交换，又可形成高透明微晶的一般只有锂铝硅玻璃体系和镁铝硅体系等体系。由于所形成的晶体吸收了玻璃体中的碱金属离子如钠离子、锂离子等，造成强化性能急剧下降，导致机械强度下降。微晶玻璃强化不同于普通玻璃强化，微晶玻璃涉及玻璃相、晶体的钾-钠、钠-锂离子交换；其交换温度亦与玻璃有所区别。微晶玻璃需要合适的离子交换工艺，确保其获得优异的应力分布及其微晶玻璃的本征强化发挥出更强的性能。而现有的锂含量高的微晶玻璃在离子交换中存在污染盐浴、化学强化性能差的问题，极大的影响微晶玻璃的机械性能。因此，如何解决锂含量高的微晶玻璃在离子交换中迅速污染盐浴、化学强化性能差的问题，提高微晶玻璃抗跌落性能及抗划伤性要求，是本领域技术人员有待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种锂含量高的化学强化微晶玻璃，解决锂含量高的微晶玻璃在离子交换中迅速污染盐浴、化学强化性能差的问题，以提高手机盖板抗跌落性能及抗划伤性要求。本专利技术还提供获得所述化学强化微晶玻璃的离子交换方法，通过对盐浴中低锂离子浓度的管控，解决锂含量高的微晶玻璃在离子交换中迅速污染盐浴、化学强化性能差的问题，来提高微晶玻璃的机械性能。进一步，还解决现有微晶玻璃的强化方法，存在工艺步骤复杂和成本较高的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种化学强化微晶玻璃，其晶相包含硅酸锂、二硅酸锂和/或透锂长石；基于氧化物的摩尔%计，至少含有12mol%及以上的Li2O、优选13mol%以上、15mol%以上、16mol%以上或20mol%以上的Li2O；所述化学强化微晶玻璃通过化学强化并控制盐浴中锂离子的含量获得，控制锂离子在浴盐中的含量为90ppm以下，优选70ppm以下、60ppm以下或50ppm~70ppm。进一步，其主晶相为二硅酸锂和/或透锂长石；当为两种晶相时，则主晶相占整体晶相的70%以上。所述主晶相为二硅酸锂或透锂长石，主晶相占整体晶相的35%~85%。本专利技术还提供一种化学强化微晶玻璃的强化方法，将微晶玻璃在盐浴中进行化学离子交换形成化学强化微晶玻璃；所述微晶玻璃基于氧化物的摩尔%计，其组成至少含有12mol%以上的Li2O；优选13mol%以上、15mol%以上、16mol%以上或20mol%以上的Li2O；所述化学强化微晶玻璃通过化学强化并控制盐浴中锂离子的含量获得，控制锂离子在浴盐中的含量为90ppm以下，优选70ppm以下，优选50ppm~70ppm。所述化学离子交换过程中采用的盐浴为至少含有钠的盐浴，同时在盐浴中添加锂离子提纯物对盐浴中的锂离子进行在线式提纯。所述盐浴为钾、钠混合盐浴；或为纯钠盐浴。进一步，所述锂离子提纯物的质量小于微晶玻璃的质量，并且单位质量的锂离子提纯物吸收总量大于单位质量微晶玻璃在正常强化工艺下释放的锂离子总量。化学强化过程中，微晶玻璃与锂离子提纯物同进同出盐浴。并通过调控强化温度，使单位质量锂离子提纯物的吸收速率大于单位质量微晶玻璃在盐浴中钠-锂交换的速率。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术通过玻璃晶相、组分和含量的调节，以及含钠盐浴条件的精准控制，不仅强化使玻璃达到足够的表面压应力，还具有很高的网络结构强度，使得到的强化玻璃的压应力与张应力处于最佳的状态，使强化玻璃在张应力安全状态下具有最大限度的复合压应力，有效解决了锂含量高的微晶玻璃在离子交换中迅速污染盐浴、化学强化性能差的问题。本专利技术的化学强化玻璃在最优的应力状态具有安全性，可保持玻璃在使用过程中的稳定和高强度，具有高强度、硬度、抗刮擦性和良好的抗跌落性能；适用于电子显示设备，尤其适宜电子显示设备作保护盖板。2、本专利技术通过对强化过程中盐浴低锂离子浓度的管控，最大限度发挥微晶玻璃的应力性能，与微晶玻璃的高本征性能更好的结合发挥，提高玻璃的抗跌落性能，以满足手机盖板的更高抗跌落及抗划伤性要求，有效提高了微晶玻璃的强化水平。3、本专利技术通过盐浴中钠-锂离子交换进行化学强化，盐浴中会不断带出锂离子，控制盐浴中锂离子质量占比为90ppm以下。通过所述微晶玻璃的强化优选纯钠盐浴，其中钠可为硝酸钠、氯化钠、硫酸钠的一种或者多种混合。所述低锂离子浓度的盐浴特别适用于指定低钠离子含量微晶玻璃基材，以制备出具有较好的抗划伤、抗跌落性能与透光性的微晶玻璃，并减少强化工艺步骤和降低加工成本。4、专利技术还公开了一种锂离子提纯物，解决化学强化玻璃盖板的生产过程中，高温盐浴下对盐浴锂离子吸收能力不足，以及吸收率不好的问题，特别针对中毒离子锂的吸收，具有吸收率较高，吸收速率可控的特点。保证盐浴中的锂离子和钠离子浓度处于较低水平，保证化学强化玻璃量产尺寸的稳定性、表面应力的稳定性。所述锂离子提纯物，选用特定含量的SiO2和Al2O3形成极性共价键和离子键，并配合设置特定含量的第一金属氧化物，所述第一金属氧化物为氧化钠或氧化钾。锂离子提纯物表面形成的孔穴用于吸收盐浴中的杂质离子，使得最终得到的锂离子提纯物材料对锂离子具备优良的吸附性能，不会在熔融态盐化合物中引入其它杂质离子，有效地定向去除熔融态盐化合物中金属杂质离子；并且，使用过后的锂离子提纯物不会对环境产生污染。5、本专利技术提供的锂离子提纯物，不含硼、磷等元素，其结构更为稳定；在430℃~650℃高温下不会分解析出侵蚀玻璃的磷、硼等污染物，对玻璃的侵蚀性小，不会造成对玻璃基材的表面造成污染；且投入使用中无漂浮物，不会使盐浴变浑浊。故采用该锂离子提纯物可连续快捷地进行吸收，不增加操作成本。所述锂离子提纯物可快速地发挥吸收效果，并且方便快捷取出，有效提高生产效率。尤其适用于玻璃、微晶玻璃超高温盐浴的使用。具体实施方式一、本专利技术涉及的相关专用名称及相关测量方法微晶玻璃(glass-ceramic)是一种由微晶相和玻璃相组成的、具有均匀致密结构的材料。一般地，可以在玻璃中加入某些成核物质，通过热处理等手段，使得玻璃内均匀地析出大量微小晶体，形成致密的微晶相和玻璃相的多相复合体，从而得到微晶玻璃。借助微晶相材料本身的力学性能，可以提高玻璃的平均硬度、抗折强度、断裂韧性等性能，从而调整玻璃的抗划伤和抗跌落等性能。此外，微晶玻璃中的微晶相可以偏转微裂纹扩展路径，也提升了玻璃的抗跌落性能。CTmax：张应力CT区区域最大值。在化学强化过程中，随着强化时间的延长，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学强化微晶玻璃，其特征在于，其晶相包含硅酸锂、二硅酸锂和/或透锂长石；基于氧化物的摩尔%计，至少含有12mol%及以上的Li

【技术特征摘要】
1.一种化学强化微晶玻璃，其特征在于，其晶相包含硅酸锂、二硅酸锂和/或透锂长石；基于氧化物的摩尔%计，至少含有12mol%及以上的Li2O；优选13mol%以上、15mol%以上、16mol%以上或20mol%以上的Li2O；所述化学强化微晶玻璃通过化学强化并控制盐浴中锂离子的含量获得，控制锂离子在浴盐中的含量为90ppm以下，优选70ppm以下、60ppm以下或50ppm~70ppm。


2.根据权利要求1所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，其主晶相为二硅酸锂和/或透锂长石；当为两种晶相时，则主晶相占整体晶相的70%以上。


3.根据权利要求1所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃的结晶度为60%上，优选70%、80%或90%以上。


4.根据权利要求1所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，基于氧化物的摩尔%计，含有下列成分：
SiO2：至少为65%；
Al2O3：4%~10%；
晶核剂：2%＜TiO2+ZrO2＜5%；
LiO2：12%~22%；
Na2O：1%~3%。


5.根据权利要求1所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述主晶相为二硅酸锂或透锂长石，主晶相占整体晶相的35%~85%。


6.根据权利要求4所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，还包括P2O5或/和B2O3，基于氧化物的摩尔%计，其总量不超过3%。


7.根据权利要求4或6所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，还包括MgO、ZnO或/和K2O，基于氧化物的摩尔%计，其总量不超过5%。


8.根据权利要求7所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，基于氧化物的摩尔%计，其组分为：
SiO2：65.5%~75%；
Al2O3：4%~8%；
晶核剂：2%＜TiO2+ZrO2＜4%；
LiO2：18%~22%；
Na2O：1%~3%；
P2O5：1%~4%；
B2O3：0~3%；
MgO：0~5.5%；
ZnO：0~3%；
K2O：0~3%。


9.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃包含压缩应力层，其具有所述化学强化微晶玻璃厚度的12%~17%的层深度DOL-0。


10.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃表面压缩应力为400MPa以下，优选300MPa以下。


11.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃包含晶粒，平均晶粒小于120nm、优选20nm~60nm。


12.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃具有680kgf/mm2或更大的维氏硬度，90GPa或更大的杨氏模量。


13.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃的张应力线密度CT-LD大于20000MPa/mm。


14.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃的张应力线密度CT-LD最大值范围为29000MPa/mm~45000MPa/mm。


15.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃单杆静压能力为200N~1000N。


16.根据权利要求1~8任一所述的化学强化微晶玻璃，其特征在于，所述化学强化微晶玻璃的玻璃的厚度为0.4mm~2.1mm；优选0.5~1.1mm。


17.一种化学强化微晶玻璃的强化方法，其特征在于，将微晶玻璃在盐浴中进行化学离子交换形成如权利要求1~16任一所述的化学强化微晶玻璃；所述微晶玻璃基于氧化物的摩尔%计，其组成至少含有12mol%以上的Li2O，优选13mol%以上、15mol%以上、16mol%以上或20mol%以上的Li2O；所述化学强化微晶玻璃通过化学强化并控制盐浴中锂离子的含量获得，控制锂离子在浴盐中的含量为90ppm以下，优选70ppm以下，优选50ppm~70ppm。


18.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃文城，谈宝权，吕路，胡伟，
申请(专利权)人：重庆鑫景特种玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50