專利名稱：鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃及其制備方法，尤其是指一種適合于在后工序采用離子交換化學(xué)強(qiáng)化法增加超薄玻璃韌性的鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
玻璃材料越來(lái)越多的應(yīng)用于電子、汽車、建筑等領(lǐng)域，其優(yōu)越的表面硬度以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是玻璃材料的典型特征，但玻璃最大的缺點(diǎn)就是韌性不夠，脆從而造成玻璃在收到外界機(jī)械以及冷熱沖擊時(shí)，很容易破裂。普通鈉鈣硅玻璃是以Na-Ca-Si (鈉鈣硅)為骨干結(jié)構(gòu)的，普通的Na-Ca-Si (鈉鈣硅)玻璃在420°C，8小時(shí)K-Na交換之后，其表面壓應(yīng)力值可以達(dá)到550Mpa，壓應(yīng)力層深度 (也就是離子交換層深度)可以大約為8-12 μ m。玻璃表面的裂紋的深度可達(dá)15 μ m以上， 離子交換后在普通鈉鈣硅玻璃表面形成的8-12 μ m表面壓應(yīng)力層不能將這些裂紋覆蓋住， 因此普通鈉鈣硅玻璃的安全性不高。玻璃的韌性如何，主要看玻璃在強(qiáng)化后表面壓應(yīng)力與壓應(yīng)力層深度的積分有多大，該值足夠大時(shí)，則可以抵御外來(lái)的機(jī)械沖擊和冷熱沖擊。因此，為了提高玻璃韌性，可以對(duì)玻璃進(jìn)行以離子交換為手段的化學(xué)強(qiáng)化增韌。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種可被離子交換的以鋁硅為骨干結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽玻璃及其制備方法，適合于低溫離子交換(350-50(TC )，離子交換后可強(qiáng)化本發(fā)明描述的玻璃。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種硅鋁酸鹽玻璃， 其重量百分比組成為55-70%的SiO2,10-20 %的Al2O3，8-25 %的至少一種堿金屬氧化物， 所述堿金屬氧化物中的堿金屬離子為化學(xué)強(qiáng)化離子交換的離子提供來(lái)源，其余為添加劑。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種制備硅鋁酸鹽玻璃的方法，所述方法包括如下步驟稱取重量百分比為55-70% 的 SiO2,10-20% 的 Al2O3, 8-20% 的妝20，1-5% 的 K2O, 0-5% 的 Li20,0-5% 的 ZrO2,0-5% 的 B2O3,0-5% 的 CaO, 0-5% 的 MgO, 0-1 % 的 Sb2O3,0-2% 的 ai0，0-i%的Tio22并混合形成混合物；將所述混合物放入坩堝中加熱到1600-1800°C的溫度下熔化，徐冷后澆注成型，在 550-650°C的溫度下退火即可得到硅鋁酸鹽玻璃。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明所述的鋁硅酸鹽玻璃在離子交換后可產(chǎn)生的較大的表面壓應(yīng)力以及壓應(yīng)力層深度；較大的表面壓應(yīng)力可以大大提高玻璃抗沖擊性和抗彎強(qiáng)度，從而提供玻璃的安全性；較大的壓應(yīng)力層深度，將提高玻璃的性耐性和在玻璃后續(xù)使用過(guò)程中的耐久性。此外，本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、較低。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。通常的玻璃增韌方法有兩種對(duì)于大于3mm厚度以上的玻璃采用物理鋼化法，對(duì)于小于3mm厚度的超薄玻璃采用采用離子交換化學(xué)強(qiáng)化法。本發(fā)明主要針對(duì)超薄玻璃，在后工序需要采用離子交換化學(xué)強(qiáng)化法來(lái)增加超薄玻璃韌性以提升抗沖擊性能，離子交換的主要方法是使用外來(lái)的較大原子半徑的K離子來(lái)交換玻璃內(nèi)部較小原子半徑的Na離子。本發(fā)明的硅鋁酸鹽玻璃按照其金屬氧化物的重量百分比組成為55-70%的SiO2,10-20%的 Al2O3' 8-20 % 的 Na20,1-5 % 的 K20,0-5 % 的 Li20,0-5 % 的 ZrO2,0-5 % 的 B2O3,0-5 % 的 CaO， 0-5%的]\%0，0-1%的 Sb2O3'0-2% ^ ZnO, 0-1% ^ TiO2。其中，SiA是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面體[SiO4]的結(jié)構(gòu)組元形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，成為玻璃的骨架。Al2O3是中間體氧化物，降低玻璃的析晶傾向，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、 機(jī)械強(qiáng)度、硬度、折射率和玻璃液的粘度，同硅氧鍵相連形成玻璃骨架。Na2O是玻璃網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，降低玻璃的粘度，降低熔點(diǎn)、使玻璃易于熔化，降低玻璃液相溫度，同時(shí)起到助熔劑，最重要的可被交換的離子提供源，引入超過(guò)20%后，降低玻璃熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。Li2O是玻璃網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，同Na2O類似，降低玻璃液相溫度，次重要的可被交換的離子提供源。K2O是玻璃網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，同Nii2O類似，能降低降低熔點(diǎn)、降低玻璃的析晶傾向， 增加玻璃的透明度和光澤等。ZrO2是中間體氧化物，提高玻璃的粘度、硬度、彈性、折射率、化學(xué)穩(wěn)定性，降低玻璃的熱膨脹系數(shù)，同時(shí)在玻璃熔煉時(shí)起到澄清劑作用，大于5%時(shí)，使玻璃容易析晶。B2O3是玻璃的形成氧化物，降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光澤，提升楊氏模量，提高玻璃的機(jī)械性能?；?3在高溫時(shí)能降低玻璃的粘度，在低溫時(shí)則提高玻璃的粘度，起助熔劑的作用，加速玻璃的澄清和降低玻璃的析晶能力。CaO是二價(jià)的網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，主要起到穩(wěn)定劑作用，增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，但含量較高(重量比> 5% )時(shí)，會(huì)阻礙離子交換的速度。MgO是網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，使玻璃的硬化速度變慢，改善玻璃的成形性能，降低玻璃的析晶傾向和析晶速度，增加玻璃的高溫粘度，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，含量過(guò)高(重量比> 5%)時(shí)會(huì)阻礙離子交換的速度。Sb2O3是玻璃熔煉時(shí)的澄清劑。ZnO是中間體氧化物，降低玻璃的熱膨脹系數(shù)，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性質(zhì)和折射率、降低玻璃液相溫度。TiO2是中間體氧化物，提高玻璃的折射率和化學(xué)穩(wěn)定性，玻璃熔煉時(shí)的澄清劑。需要指出的是，本發(fā)明硅鋁酸鹽玻璃為綠色環(huán)保玻璃，不含有As205。本發(fā)明的硅鋁酸鹽玻璃含有重量比大于10 %的Al2O3和重量比為55-70 %的SiO2。 其中，SiO2的重量與比Al2O3的重量比為3-5 1，由于Al2O3含量的足夠多，使得玻璃骨干結(jié)構(gòu)足夠大，形成了有效的可被離子穿越的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為離子交換的順利進(jìn)行提供了有利的條件，從而實(shí)現(xiàn)更深的離子交換層深度，同時(shí)也節(jié)省了離子交換反應(yīng)的時(shí)間。本發(fā)明中的可參與離子交換反應(yīng)的堿金屬氧化物占玻璃總重量的比例為8-25 %， 足夠量的離子來(lái)源為離子交換的順利進(jìn)行提供了有利的條件，在可被離子穿越的玻璃結(jié)構(gòu)下，從而在玻璃表面實(shí)現(xiàn)更大表面壓應(yīng)力。實(shí)施例1稱取重量比為60 % 的 SiO2,13 % 的 Al2O3,14% 的 Na2O, 5 % 的 K20,4% 的 ZrO2, 2 % 的 Ca0，2%的MgO ；將以上所有配料混合之后，放入鉬金坩堝在1600-1800°C的溫度下熔化，徐冷后澆注成型，在550-650°C退火即可得到硅鋁酸鹽玻璃。實(shí)施例2稱取重量比為62% 的 SiO2,15% 的 Al2O3,10% 的 Na20,4% 的 Li2O, 2% 的 K2O, 3% 的 ZrO2,1% W B2O3,的CaO, 0. 5%的Sb2O3,1. 5%的ZnO ；將以上所有配料混合之后，放入鉬金坩堝在1600-1800°C的溫度下熔化，徐冷后澆注成型，在550-650°C的溫度下退火即可得到硅鋁酸鹽玻璃。實(shí)施例3稱取重量比為65 % 的 SiO2,13. 5 % 的 Al2O3,12. 5 % 的 Na2O, 2 % 的 K20,0. 5 % 的化03，的Ca0，4%的Mg0，0. 5%的SId2O3，的TW2 ；將以上所有配料混合之后，將混合物放入鉬金坩堝在1600-1800°C的溫度下熔化，徐冷后澆注成型，在550-650°C的溫度下退火即可得到硅鋁酸鹽玻璃。實(shí)施例4稱取重量比為62 % 的 SiO2,17. 5 % 的 Al2O3,9 % 的 Na20,4. 5 % 的 Li20,1 % 的 K2O, 3%的&02，1 %的B2O3，1 %的CaO，1 %的SiO ；將以上所有配料混合之后，將混合物放入鉬金坩堝在1600-1800°C的溫度下熔化，徐冷后澆注成型，在550-650°C的溫度下退火即可得到
硅鋁酸鹽玻璃。取以上實(shí)例的玻璃樣品，通過(guò)以下冷加工步驟切片、細(xì)磨、磨邊、倒角、拋光；清洗后插入不銹鋼架內(nèi)，分別放入鹽浴內(nèi)進(jìn)行一次或多次離子交換，然后放入密閉容器內(nèi)緩冷至室溫；取出強(qiáng)化后的玻璃樣品，清洗后進(jìn)行表面應(yīng)力值、離子交換深度的測(cè)量，再進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)試。具體的鹽浴的成分、離子交換的次數(shù)和工藝參數(shù)條件如下
權(quán)利要求
1.一種適合于在后工序采用離子交換化學(xué)強(qiáng)化法增加超薄玻璃韌性的硅鋁酸鹽玻璃， 其特征在于其重量百分比組成為55-70%的SiO2,10-20%的Al2O3，8-25%的至少一種堿金屬氧化物，所述堿金屬氧化物中的堿金屬離子為化學(xué)強(qiáng)化離子交換的離子提供來(lái)源，其余為添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鋁酸鹽玻璃，其特征在于所述堿金屬氧化物選自K2CKNa2O 和Li2O中的一種或者幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅鋁酸鹽玻璃，其特征在于其重量百分比組成為55-70% 的 SiO2,10-20 % 的 Al2O3,8-20 % 的 Na20,1-5 % 的 K20,0-5 % 的 Li20,0-5 % 的 &02，0-5 % 的 B2O3,0-5% 的〇&0，0-5%的]\%0，0-1%的 Sb2O3'0-2% ^ ZnO, 0-1% ^ TiO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅鋁酸鹽玻璃，其特征在于其重量百分比組成為60%的 SiO2,13% 的 Al2O3' 14% 的 Na2O, 5% 的 K20,4% ^ ZrO2, 2% 的 CaO, 2% ^ MgO0
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅鋁酸鹽玻璃，其特征在于其重量百分比組成為62%的 SiO2,15 % 的 Al2O3,10 % 的 Na20,4 % 的 Li2O, 2 % 的 K2O, 3 % 的 ZrO2,1 % 的 B2O3,1 % 的 CaO， 0. 5% 的 Sb2O3，1. 5% 的 ZnO。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅鋁酸鹽玻璃，其特征在于其重量百分比組成為65%的 SiO2,13. 5% 的 Al2O3，12. 5% 的 Na2O, 2% 的 K20,0. 5% 的化03，1 % 的 CaO，4% 的 MgO，0. 5% 的 Sb2O3,的 TiO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅鋁酸鹽玻璃，其特征在于其重量百分比組成為62%的 SiO2,17. 5 % 的 Al2O3，9 % 的 Na20,4. 5 % 的 Li20,1 % 的 K2O, 3 % 的 ZrO2,1 % 的 B2O3，1 % 的 CaO,的 ZnO。
8.一種制備硅鋁酸鹽玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟稱取重量百分比為 55-70 % 的 SiO2,10-20 % 的 Al2O3，8-20 % 的 Na20,1-5 % 的 K20，0-5 % 的 Li20,0-5 % 的 ZrO2,0-5 % 的 B2O3,0-5 % 的 CaO，0-5 % 的 MgO，0-1 % 的 SId2O3, 0-2 % 的 SiO， 0-1%的TW2并混合形成混合物；將所述混合物放入坩堝中加熱到1600-1800°C的溫度下熔化，徐冷后澆注成型，在 550-650°C的溫度下退火即可得到硅鋁酸鹽玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適合于在后工序采用離子交換化學(xué)強(qiáng)化法增加超薄玻璃韌性的硅鋁酸鹽玻璃，其重量百分比組成為55-70％的SiO2，10-20％的Al2O3，8-25％的至少一種堿金屬氧化物，所述堿金屬氧化物中的堿金屬離子為化學(xué)強(qiáng)化離子交換的離子提供來(lái)源，其余為添加劑；本發(fā)明所述的鋁硅酸鹽玻璃在離子交換化學(xué)強(qiáng)化后，其表面壓應(yīng)力值可以達(dá)到700MPa以上，壓應(yīng)力層深度可以50μm以上，因此可以完全覆蓋住玻璃表面的裂紋，從而大大提升了玻璃在應(yīng)用時(shí)的安全性。本發(fā)明還涉及一種制備硅鋁酸鹽玻璃的方法。
文檔編號(hào)C03C3/091GK102336521SQ20111015935
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者吳藝菲 申請(qǐng)人:吳藝菲