一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法技术

本发明专利技术提供一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，主要涉及纳米微晶玻璃离子交换技术，将玻璃完全浸入盐浴进行化学强化，所述盐浴为纯度为工业级以上的NaNO3配合纯度为工业级以上的助熔剂和LiNO3。本发明专利技术的一步离子交换化学强化法可以有效提高微晶玻璃的强度和耐候性，保证玻璃在手机、车载等面向复杂气候条件下应用时的综合性能。气候条件下应用时的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法


[0001]本专利技术主要涉及纳米微晶玻璃离子交换技术，具体涉及一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法。

技术介绍

[0002]消费性电子设备和显示设备(例如：智能手机、平板、电子阅读器和笔记本电脑等)通常结合了化学强化玻璃制品用作覆盖玻璃。为了提高玻璃耐摔性，开发了可强化纳米微晶玻璃，成为高端消费性电子设备和显示设备的标配。纳米微晶玻璃是经核化晶化热处理形成的具有玻璃相和微晶相的多相复合材料。同时具备玻璃和陶瓷材料的优异性能，如光学透明度高，机械稳定性好，光学性能可定制性。一些实际和潜在的应用下涉及在高温高湿以及热循环环境的长期使用，很多工作围绕着制备工艺与应用环境的影响方向展开。微晶玻璃的应用范围不断扩大，需要考虑成分、晶化工艺以及环境参数(温度、应变等)对其结构、性能和应用影响关系并开展更多的研究。诸如电子、仪表、医学等领域的应用环境有着复杂的温湿度变化，随着这些领域在微晶玻璃应用上的深入发展，对微晶玻璃的耐候性研究提出了要求。手机盖板用微晶玻璃具有抗冲击强度高，耐刮擦性能好，并且光学性能可调的优点，目前手机盖板材料采用微晶玻璃越来越成为一种趋势。对于手机盖板用微晶玻璃来说，同样面临复杂的使用环境，并且容易沾染水汽、汗渍与油渍等等，所以对于手机盖板用微晶玻璃来说耐候性是一个重要的性能。锂铝硅微晶玻璃相对于其基质玻璃来说，二氧化硅相部分被消耗成为晶体，玻璃的网络结构遭到破坏，使得玻璃更容易遭受到水的侵蚀。在化学强化后，玻璃表面的Li
+
被置换为Nar/>+
，由于Na
+
离子的耐候性比Li
+
耐候性差，使得玻璃的耐候性变得更差。
[0003]现有化学强化处理方法工艺程序复杂，大部分未能平衡强度和耐候性能。如CN202180006588.X通过控制硅酸锂和磷酸锂的含量，以450
‑
800℃热处理下的到化学强化玻璃。CN201980072676.2对含锂玻璃基材通过两道盐浴处理，得到化学强化微晶玻璃；控制第一道盐浴的硝酸钠含量，第二道盐浴的硝酸锂含量；控制两道盐浴的温度在350℃
‑
520℃；控制两道盐浴的时间，主要目的是降低表面缺陷。CN201911367307.4也是进行的两道强化，盐浴体系为钾钠体系，主要控制两道的温度和时间，两道强化之间有一次散热过程。主要提高微晶玻璃的抗摔性能。以上均未涉及微晶玻璃强度和耐候性性能均衡问题。CN202110739360.3通过两级离子交换强化玻璃，一级离子交换用钠离子交换锂离子，强化时间长；二级反强化使用了不超过200ppm的锂盐，处理时间短。该方案减少强化微晶玻璃表面的钠离子，可以一定程度提高环境耐久性，但仍使用两道法，操作相对复杂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，解决现有技术中如何低成本的提高微晶玻璃化学强化后强度同时改善纳米微晶玻璃离子交换后耐候性的技术问题。
[0005]本专利技术公开了一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，将玻璃完全浸入盐浴进行化学强化，并只进行一步强化，所述盐浴为纯度为工业级以上的NaNO3配合纯度为工业级以上的LiNO3和助熔剂。
[0006]工作原理：离子交换是一种化学扩散，且是互扩散，离子交换的趋势由平衡常数K来决定，对于同种纳米微晶玻璃组成来说，玻璃表面的Na
+
浓度由平衡常数K来决定，K越大，玻璃表面的Na
+
浓度越高，耐候性越差，而K为生成物和反应物之比有关，即
[0007][0008]a
g
、a
S
分别为A离子在玻璃中和熔盐中的活性
[0009]b
g
、b
S
分别为B离子在玻璃中和熔盐中的活性
[0010]K值越大，离子交换反应愈完全，熔盐的活性用下式表示
[0011]A\B离子在熔盐中的活性：
[0012]a
S
＝a
A
γ
A
[0013]b
S
＝a
B
γ
B
[0014]a
A
、a
B
‑
‑‑‑‑
A离子或B离子活性系数
[0015]γ
A
、γ
B
‑‑‑‑‑
A离子或B离子摩尔分数
[0016]对于二元系统的熔盐，活性系数为
[0017][0018]A
’‑‑‑‑‑
熔盐中成分相互作用能量
[0019]γ
i
‑‑‑‑‑‑
i离子的摩尔分数；
[0020]R
‑‑‑‑‑‑
气体常数
[0021]T
‑‑‑‑‑‑‑
绝对温度
[0022]在许多玻璃中，离子活性比与离子摩尔分数有关，即
[0023][0024]当盐浴中的Li
+
浓度增加时，可以降低平衡常数K，从而降低玻璃表面的Na
+
浓度，从而提高玻璃的耐候性。但是又离子交换增强原理(4)可知，玻璃表面Na
+
浓度越高，产生的应力越大。
[0025][0026]式中
‑‑‑‑‑‑
σ
C
玻璃表面的压应力；
[0027]E
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
玻璃的弹性模量
[0028]υ
‑‑‑‑‑‑‑
玻璃的泊松比
[0029]△
V
‑‑‑‑‑‑‑
交换后产生的体积变化
[0030]V
‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑
交换前的离子体积
[0031]玻璃表面Na
+
浓度降低，降低了玻璃表面的应力，导致玻璃的强度下降。
[0032]设计盐浴配比，通过实验获得耐候性合格的盐浴里Li
+
初始浓度，再逐步增加Li
+
浓度，通过助熔剂的配合改变离子的活性，获得强度合格的Li
+
上限浓度，从而实现耐候性、强
度平衡问题。
[0033]进一步的，所述盐浴锂离子浓度为200
‑
1000ppm，优选浓度为300
‑
700ppm。
[0034]进一步的，所述助熔剂浓度不超过1000ppm。
[0035]进一步的，所述助熔剂为氧化钙、氧化镁、萤石、氧化铝其中的一种或几种。
[0036]进一步的，所述盐浴温度为350
‑
550℃。
[0037]进一步的，所述盐浴温度为380
‑
450℃
[0038]进一步的，所述盐浴操作时间为1
‑
24h。
[0039]进一步的，所述盐浴操作时间3
‑
10h。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，其特征在于：将玻璃完全浸入盐浴进行化学强化，并只进行一步强化，所述盐浴为纯度为工业级以上的NaNO3配合纯度为工业级以上的助熔剂和LiNO3。2.根据权利要求1所述的一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，其特征在于，所述盐浴锂离子浓度为200
‑
1000ppm，浓度优选为300
‑
700ppm。3.根据权利要求1所述的一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，其特征在于：所述助熔剂浓度不超过1000ppm。4.根据权利要求1所述的一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，其特征在于:所述助熔剂为氧化钙、氧化镁、萤石、氧化铝其中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种改善纳米微晶玻璃耐候性的化学强化方法，其特征在于:所述盐浴温度为350
‑
550℃。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：王长洪，陈雪梅，向青云，王乃帅，原保平，
申请(专利权)人：成都光明光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：