【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于玻璃制备，具体属于一种高强度稳定性工程应力分布玻璃及其制备方法及装置。
技术介绍
1、玻璃作为一种性能优良的材料，被广泛应用于社会的各个方面。玻璃的主体结构是由si-o共价键结合而成，因此力学性能表现为脆性行为。根据玻璃化学键强计算得出的玻璃理论断裂强度可以达到7000mpa，但实际强度几乎很难达到100mpa，比理论强度低很多，主要原因是玻璃这种脆性材料对表面接触损伤极为敏感，而表面的微观裂纹和损伤是难以避免的，在受力情况下，裂纹处应力集中，裂纹迅速扩展，使玻璃的实际强度大为降低。
2、因此，研究者利用离子交换强化的方法对玻璃进行增强，在一定温度下将玻璃放入高温的硝酸盐熔盐中，通过离子扩散的机理使玻璃中的碱金属离子与熔盐中离子半径更大的碱金属离子发生相互交换(一般为用k+交换na+)，完成后利用大尺寸离子的挤压在玻璃表面产生一层压应力，紧压住表面微裂纹避免其扩展，从而达到对玻璃增强的效果。但是，高温熔盐对玻璃本身也有一定的腐蚀性，可能会损伤玻璃表面，增加微裂纹数量，因此离子交换强化后的玻璃虽然强度可达原来的5～8倍，但是强度分散性增加，即同一批次的强化玻璃强度不一样，最高和最低值差距较大，给工艺设计及工程应用带来了不便。
3、针对这一问题，后续研究开发了二次离子交换法，即将一次离子交换后的玻璃，用含离子半径更小的碱金属离子的熔盐做短时间的处理(一般为用na+交换k+)，从而卸掉表面的一部分压应力，从而使得压应力的最大值迁移至表面之下某一深度，越过了表面微裂纹。因此，虽然卸掉部分压应力导致最
4、但是，目前常用的二次离子交换法是将玻璃整体浸入熔盐中进行离子交换。因此，玻璃整体处于高温状态下，表面和内部温度相同，玻璃中全部碱金属离子均处于可扩散迁移的开放状态。
5、此时，工艺条件对离子交换的效果有较大影响。温度过低，则玻璃si-o网络粘度高，离子活动性差，离子交换进程慢，交换深度不够，不足以越过表面微裂纹长度，起不到应力层内移的效果；温度过高，则玻璃si-o网络粘度降低，离子活动性增强，一次离子交换层除了和熔盐离子交换外，也向玻璃内部更深区域扩散，导致一次离子交换离子浓度降低，压应力严重下降，离子增强效果消失。在以往工艺中，是通过严格控制二次交换的温度和时间来掌握卸除表面压应力的程度和深度，受设备和环境影响较大，控制过程较为复杂。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高强度稳定性工程应力分布玻璃及其制备方法及装置，使玻璃的二次离子交换过程更加简便可控，实现提升玻璃强度的同时玻璃强度稳定性得到提高。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，将一次离子交换完成的玻璃样品的一面调节温度为低温，另一面与熔盐液面接触，玻璃内部离子交换温度截止深度位置由熔盐温度决定，进行二次离子交换，得到高强度稳定性工程应力分布玻璃。
3、进一步的，所述低温为-18℃～5℃。
4、进一步的，所述熔盐深度为0.5mm～2mm，所述熔盐为kno3和nano3的混合盐。
5、进一步的，kno3在混合盐中的比例为35％～65％，混合盐总量为100％。
6、进一步的，所述玻璃内部离子交换温度比一次离子交换温度低40℃～60℃。
7、进一步的，所述一次离子交换温度比玻璃转变温度低100℃～120℃。
8、进一步的，二次离子交换的时间为15min～45min。
9、本专利技术还提供一种采用上述制备方法制得的高强度稳定性工程应力分布玻璃，所述高强度稳定性工程应力分布玻璃的断裂强度为450mpa～650mpa，显微硬度为580kg/mm2～700kg/mm2，韦伯模量为53～65。
10、本专利技术还提供一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备装置，包括制冷装置、加热装置、熔盐盛装装置，熔盐盛装装置设置在加热装置上，制冷装置设置在熔盐盛装装置上部，制冷装置上设置玻璃样品固定部用于将玻璃样品一面调节温度为低温，另一面与熔盐液面接触，制冷装置与制冷机连接，加热装置与电源连接。
11、进一步的，制冷装置为冷却排，所述冷却排可调节的温度范围为-18℃～5℃；所述加热装置为加热台，加热台可调节的温度范围为400℃～650℃。
12、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
13、本专利技术提供一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，由于二次离子交换的实际位置只是玻璃的表面很小区域，因此本专利技术摒弃了将玻璃浸入高温熔盐中的常规方法，采用玻璃单面区域加热的方式，用少量熔盐即可实现二次离子交换，可以通过设定玻璃冷热两面的具体温度值，在玻璃体内部形成准确分布的温度梯度，实现将二次离子交换的截止温度点设置在需要的深度，保证了玻璃表面的一次离子交换离子在高温下被充分交换的同时，玻璃内部截止点温度以下区域的一次离子交换离子浓度不会降低，保证玻璃仍具有较好的一次离子交换压应力效果，从而使得玻璃在强度稳定性提高的同时，断裂强度仍然较高，进一步提升工程应力分布玻璃的实用性和可靠性。同时，通过调节冷热温度的数值可以调整截止温度点的位置，从而有效控制离子交换层深度，实现不同参数需求的esp工程应力分布玻璃的制备。
14、本专利技术提供一种断裂强度高且强度稳定性好的离子交换增强型玻璃，断裂强度提高，达到450～650mpa；硬度增大，显微硬度可达700kg/mm2；对表面缺陷的敏感度低，强度稳定性好，韦伯模量可达65。
15、本专利技术的制备装置使用热台实现比普通加热炉更准确的温度控制，在玻璃另一面贴上冷却排，使玻璃另一面也具有准确且可控的低温，通过设定玻璃冷热两面的具体的温度值，在玻璃体内部形成准确分布的温度梯度，通过调节冷热温度的数值可以调整截止温度点的位置，从而有效控制离子交换层深度，实现不同参数需求的esp工程应力分布玻璃的制备。
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1.一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，将一次离子交换完成的玻璃样品的一面调节温度为低温，另一面与熔盐液面接触，玻璃内部离子交换温度截止深度位置由熔盐温度决定，进行二次离子交换，得到高强度稳定性工程应力分布玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，所述低温为-18℃～5℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，所述熔盐深度为0.5mm～2mm，所述熔盐为KNO3和NaNO3的混合盐。
4.根据权利要求3所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，KNO3在混合盐中的比例为35％～65％，混合盐总量为100％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，二次离子交换时，所述玻璃内部离子交换温度比一次离子交换温度低40℃～60℃。
6.根据权利要求5所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，所述一次离子交换温度比玻璃转变温度低100℃～120
7.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，二次离子交换的时间为15min～45min。
8.权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃，其特征在于，所述高强度稳定性工程应力分布玻璃的断裂强度为450MPa～650MPa，显微硬度为580kg/mm2～700kg/mm2，韦伯模量为53～65。
9.权利要求8所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备装置，其特征在于，包括制冷装置、加热装置、熔盐盛装装置，熔盐盛装装置设置在加热装置上，制冷装置设置在熔盐盛装装置上部，制冷装置上设置玻璃样品固定部用于将玻璃样品一面调节温度为低温，将玻璃样品另一面与熔盐液面接触，制冷装置与制冷机连接，加热装置与电源连接。
10.根据权利要求9所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备装置，其特征在于，制冷装置为冷却排，所述冷却排可调节的温度范围为-18℃～5℃；所述加热装置为加热台，加热台可调节的温度范围为400℃～650℃。
...【技术特征摘要】
1.一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，将一次离子交换完成的玻璃样品的一面调节温度为低温，另一面与熔盐液面接触，玻璃内部离子交换温度截止深度位置由熔盐温度决定，进行二次离子交换，得到高强度稳定性工程应力分布玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，所述低温为-18℃～5℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，所述熔盐深度为0.5mm～2mm，所述熔盐为kno3和nano3的混合盐。
4.根据权利要求3所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，kno3在混合盐中的比例为35％～65％，混合盐总量为100％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，二次离子交换时，所述玻璃内部离子交换温度比一次离子交换温度低40℃～60℃。
6.根据权利要求5所述的一种高强度稳定性工程应力分布玻璃的制备方法，其特征在于，所述一次离子交换温度比玻璃...
【专利技术属性】
技术研发人员：张佩，朱晨喆，樊永春，王海翔，王可心，郭宏伟，张效华，朱建锋，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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