化学钢化的玻璃制造技术

本发明专利技术涉及锂铝硅酸盐玻璃的化学钢化。通过本发明专利技术能够在适中的温度下进行快速钢化，所述快速钢化产生了具有高表面张力的深表面张力区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及钢化的玻璃，特别是涉及对锂铝硅酸盐玻璃的化学钢化。
技术介绍
通过在转变温度TG以下将玻璃基材浸入硝酸钾熔体中来进行的化学钢化或离子交换是普遍公知的方法，所述方法用于升高薄和极薄的硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃的强度。化学钢化优选用于厚度小于4mm的玻璃片。对于特定应用，也可以对更厚的片进行化学钢化。对于硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃，通常仅在玻璃中的Na离子与盐熔体中的K离子之间发生离子交换。通过所述交换，仅通过极长的交换时间(通常大于12小时)才可达到深度大于80 μ m的表面压应力部。 此外普遍已知的是，离子的交换深度依赖于盐浴中的时间和盐浴的温度。更高的温度或更长的时间增加交换深度。然而交换深度关于表面压应力区而言并不相同。根据浸入玻璃中的离子的种类和数量，根据玻璃基材的Li含量和Na含量及其相互之间的比例和其他组分，可以调整出不同的表面压应力区。但是，比起交换的离子的深度，表面压应力区典型地达到进入玻璃中更深的位置。市场中存在的常规制备的化学钢化的玻璃，例如铝硅酸盐玻璃，或者常规的钠钙玻璃通常具有大于10重量％的Na2O含量，并根据标准在硝酸钾盐浴中在大于420°C，优选430°C的温度以及大于12小时的钢化时间下钢化。在此情况下，表面压应力区达到30至70 μ m的深度。表面张力的值在钢化的钠钙玻璃的情况下为约550MPa，在铝硅酸盐玻璃的情况下为约750MPa。然而，对于作为盖片玻璃的应用来说存在如下问题，刮痕可能快速地比表面张力区更远地进入玻璃中，这导致显著的强度下降。并且对于用于轨道车辆的前窗和侧窗以及给车辆装防弹玻璃的应用来说，希望调整出大于80 μ m的可变的渗透深度和高强度，只要能够实现可接受地短的工艺时间就可以。DE 196 16 633 Cl描述了铝硅酸盐玻璃，所述铝硅酸盐玻璃通过化学钢化而适合用作覆盖光学和磁性存储介质的基材玻璃。用所述玻璃虽然可实现深钢化区和高强度，但是需要在盐熔体中大于12小时的长的处理时长和超过420°C的高温。DE 196 16 679 Cl描述了通过硝酸钾熔体在350°C至500°C的温度化学钢化铝硅酸盐玻璃。表3显示了所描述的玻璃虽然在约I. 5小时的处理时长之后达到880MPa的表面张力，但是压应力区的厚度仅为约15 μ m。对于105 μ m的压应力区来说，需要在盐熔体中处理15小时。US 4 156 755 A描述了用于离子交换的含Li2O的铝硅酸盐玻璃。用所述玻璃虽然能够在短时间内达到大于80 μ m的压应力区的厚度，但是表面张力最大为600MPa。通过EP O 884 289 BI已知用于车辆的锂铝硅酸盐玻璃，其也可被化学钢化。Li2O含量为3至4. 5重量％，并且Na2O含量为在6重量％与13重量％之间。根据表7，在380°C的热硝酸钠熔体中8小时之后，所述玻璃达到80 μ m厚度的压应力区，但是表面张力仅为2600kg/cm2，相当于约255MPa。还有在熔体中64小时之后，张力仅为3450kg/cm2，相当于339MPa，其中，表面张力的厚度为30 μ m，这意味着在更短时间内明显更薄的表面张力区。在US 2007-00 604 65 Al中描述了对Li2O含量为3_9%且Na2CHK2O含量不大于3%的不同的锂铝硅酸盐玻璃的化学钢化。在此，所描述的玻璃经受450°C与冷却点之间的温度。WO 2010 005 578 Al描述了多次化学钢化铝硅酸盐玻璃从而使得最大的表面张力达到确定的深度中。首先通过多次钢化(单个熔体或混合熔体)和明显超过8小时的时间而达到深度大于80 μ m的压应力区。根据表II实施例13，在81微米的压应力区的深度 下，所达到的压应力仅为546MPa。达到所述钢化的工艺时间为大于23小时。在化学钢化的过程中，在离子半径相类似的离子的离子交换时，通常大的相互扩散系数在相对短的时间内造成更大的交换深度，而半径显著大于待交换离子的半径的离子的交换对短程有序产生更强烈的影响，并因此造成表面压应力的升高。两个半径的差别越大，这种效果越强烈。因此，在短的工艺时间内对交换深度的调整通过锂-钠阳离子交换而进行。然而，如果需要极高的表面压应力，可用更重的碱金属的阳离子进行交换。然而在此迄今为止，依赖于给定的交换深度和所使用的阳离子，必须迁就很长的工艺时间以及很高的工艺温度。结合对现有技术的讨论可知，通过现有技术已知的玻璃和化学钢化的方法不允许在适中的温度下进行快速钢化，所述快速钢化造成具有高表面张力的很深的表面张力区。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供如下玻璃以及用这种玻璃制备的化学钢化的产品。通过独立权利要求的主题解决所述任务。在各从属权利要求中给出本专利技术的有利的实施方案和改良方案。本专利技术为盖片玻璃以及车辆玻璃的前景应用提供材料，所述材料通过钢化时间和钢化温度的减少同时促成表面张力的升高。根据本专利技术的优选呈玻璃片形式的化学钢化的玻璃制品由锂铝硅酸盐玻璃制成，其中，所述玻璃除了组分SiO2和Al2O3 (SiO2和Al2O3为锂铝硅酸盐玻璃的特征)之外还包含-4. 6至5. 4重量％的作为组分的Li2O,以及-8. I至9. 7重量％的作为组分的Na2O,以及其中-所述玻璃由于化学钢化而在表面上具有压应力区，并且-所述压应力区延伸进入所述玻璃中直至达到至少50微米的深度，优选至少80微米的深度，以及其中，在所述压应力区中锂离子至少部分地由其他碱金属离子交换，以及其中-所述压应力区具有至少600MPa，优选至少800MPa的压应力或者说表面张力。强度的测量借助于根据EN 1288-5的双环法实施和测定。压应力区中的表面张力或者说压应力可以以光测弹性的方式测定。为此，切割玻璃样品并垂直于观察方向抛光表面。然后可借助显微镜和不同补偿器确定表面中的压应力。压应力区的厚度/深度也可在切口处以光测弹性的方式确定。对于交换深度的测量，可测量碱金属离子的EDX-深度曲线。对于本专利技术的目的特别合适的是具有如下组成的玻璃58 至 65 重量 % 的 SiO2 ；16 至 20 重量 % 的 Al2O3 ；优选O. I至I重量%的B2O3 ；4. 6 至 5. 4 重量 ％ 的 Li2O ；8. I 至 9. 7 重量 % 的 Na2O ； O. 05 至 I. O 重量 % 的 K2O ；O. 2 至 2. O 重量 ％ 的 CaO ；2. 5至5. O重量％的ZrO2,以及必要时总计为O至2. 5重量％的份额的一种或多种如下组分:Sn02、CeO2、P2O5 和 ZnO。优选的组成范围为60 至 62 重量 ％ 的 SiO2 ；17. 5 至 19. 5 重量 ％ 的 Al2O3 ；O. 5 至 O. 7 重量 % 的 B2O3 ；4. 8 至 5. 2 重量 ％ 的 Li2O ；8. 5 至 9. 5 重量 % 的 Na2O ；O. 2 至 O. 5 重量 % 的 K2O ； O. 5 至 I. 2 重量 ％ 的 CaO ；3. 2至3. 8重量%的ZrO2 ；以及总计为O. 25至I. 6重量%的份额的SnO2, Ce02、P2O5和ZnO0为了即使在相对低的盐熔体温度下实现具有很高压应力的深钢化区，特别优选的是如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·麦哈特，罗尔夫·维特诺尔，
申请(专利权)人：肖特公开股份有限公司，
类型：
国别省市：