[发明专利]一种薄玻璃化学钢化的离子交换工艺及熔盐

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄玻璃强化处理技术，尤其涉及一种薄玻璃化学钢化的离子交换工艺及熔盐。

背景技术

随着信息产业、光电子产业的发展，超薄平板玻璃的应用日益广泛，从传统的钟表表蒙、仪器仪表蒙面等发展到等离子显示器保护屏、液晶显示器保护屏，太阳能玻璃盖板以及手机保护屏等领域，可以有效地防止显示产品屏幕表面的冲击和划伤损害，延长产品的使用寿命。但是，平板玻璃的强度随着厚度的减小急剧降低，因此，薄玻璃强度的提高愈显重要。玻璃的物理钢化发明于20世纪30年代，经过了几十年的发展，其在建筑、汽车等领域发挥了重要的作用。物理钢化的原理就是把玻璃加热到适宜温度后迅速冷却，使玻璃表面迅速冷却，产生压应力，而玻璃内层冷却较慢，还来不及收缩，故产生张应力，使玻璃获得较高的强度。一般来说冷却强度越高，则玻璃强度越大。物理钢化的方法很多，按冷却介质来分，可分为：气体介质钢化法、液体介质钢化法、微粒钢化法、喷雾钢化法等。其中最常用的是气体介质钢化法，其它几种钢化法虽然都在研究上取得了突破，但都难以大规模生产。因此气体介质钢化法是目前应用最广泛的一种生产方法， 但由于玻璃越薄，要建立一定的温度梯度所需的冷却强度越高，因此此方法对于厚度为3mm以下的薄玻璃以及1mm以下的超薄玻璃的增强却无能为力。

因此从上世纪60年代开始，人们就开始研究化学钢化玻璃的方法，力图通过其它的手段提高超薄玻璃的强度，以扩大其在各个领域的应用。化学钢化玻璃是利用离子交换在玻璃表面产生“挤塞”效应来形成表面的压应力层，从而达到增强玻璃的效果；由于影响化学钢化玻璃强度的因素比较多，而且其用途比较特殊，因此人们在化学钢化工艺方面进行了大量的研究。到目前为止，已成功应用的离子交换法主要有喷涂型离子交换法和浸渍型离子交换法，喷涂型离子交换法是将用于交换的钾盐及辅助成分按照一定的比例制成溶液，再加入一定量可溶淀粉制成浆料，涂覆在玻璃表面，再在烘干炉内将涂层烘干，然后将此带涂层的玻璃加热至一定的温度进行离子交换。浸渍型离子交换法是将钾盐及辅助成分按照一定的比例混合后经高温熔化，然后将玻璃放进熔盐中进行离子交换，此方法又分为高温型离子交换法和低温型离子交换法，目前各生产企业多采用低温型离子交换法，低温型离子交换法，即在低于玻璃转变温度区域内，将含有碱金属离子的玻璃浸在含有比玻璃中碱金属离子(A⁺)半径大的含有碱金属离子(B⁺)的熔盐中，在一定温度条件下，熔盐中的碱金属离子(B⁺)置换出玻璃中碱金属离子(A⁺)，由于两种碱金属离子的体积差造成表面压应力层，从而提高了玻璃的强度。化学钢化就是基于离子自然扩散和相互扩散：

（A⁺）玻璃  +（B⁺）熔盐  =（B⁺）玻璃  +（A⁺）熔盐。

自从化学钢化法诞生以后，有大量的专家、学者在此领域进行了研究，发表了一些论文，推动了化学钢化工艺的进步。提高超薄玻璃的强度就是提高玻璃表面应力和应力层的深度，为了提高玻璃表面应力和应力层的深度，对化学钢化玻璃生产中的熔盐及生产工艺进行改进：

专利公开号CN1236670A中提到了一种在化学钢化玻璃生产中所使用的熔盐中加入催化剂，用以促进钾离子和钠离子的交换速度；催化剂包括硅酸钠或钾1-2份，二氧化硅5-8份，高锰酸钾1-2份，二氧化锰2-3份，按此配比混合后，加入熔盐中，加入量为盐浴量的0.5-5%，然后将玻璃预热后浸入上述配比的熔盐中浸渍5-20小时，熔盐温度为300-500℃，可得到抗折强度为300-400MPa的厚度为3mm的玻璃；由于该专利加入的催化剂种类较多，带入的杂质离子种类也较多，不利于后期熔盐的提纯，同时其所能在玻璃表面形成的应力也较低（仅300-400MPa），在很大程度上不能满足目前市场对产品的需要。