一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法
【專利摘要】一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，屬于玻璃強化處理技術領域，本發明打破傳統的在固定溫度保溫一定時間的離子增強模式，采用可變溫度制度的離子增強技術，有效控制各溫度點的時間，高溫情況下獲得較高的離子交換深度，低溫下獲得較高的表面壓應力。通過逐級離子交換，玻璃在不超過4h的時間內，即達到了傳統離子交換技術10h的壓應力值及應力層深度，本發明大大縮短了鈉鈣硅玻璃的離子增強時間，提高了生產效率，降低了成本，節約了能源。
【專利說明】
一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子増強方法
技術領域
[0001] 本發明屬于玻璃強化處理技術領域，涉及到一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著智能手機、平板電腦等電子產品的普及，蓋板玻璃的需求越來越多。目前蓋板 玻璃主要有鋁硅酸鹽蓋板玻璃和鈉鈣硅蓋板玻璃兩種。鋁硅酸鹽蓋板玻璃由于高昂的生產 成本，主要應用于高端電子產品。對于大部分的電子產品來說，鈉鈣硅蓋板玻璃完全能夠滿 足需要。
[0003] 鈉鈣硅蓋板玻璃是指鈉鈣硅玻璃原片經過離子增強后的一種高強度玻璃，其增強 過程為鈉鈣硅玻璃原片放入到特定溫度的混合熔鹽中保溫數小時進行離子交換，通過大離 子的擠壓效應獲得較高的機械強度和離子交換深度。該技術主要特點如下：（1)離子交換時 間長，一般是十幾個小時，甚至幾天以上；（2)溫度范圍介于420~480°C之間，過高溫度應力 松弛，過低溫度增強效果差；（3)離子交換溫度都是采用固定溫度。從上述特點可以看出，鈉 鈣硅玻璃過長的離子交換時間，勢必導致熔鹽的浪費和玻璃成本的增加。
[0004] CN102917992A公開了一種可變溫度/連續離子交換方法，是將玻璃或玻璃陶瓷制 品浸泡在離子交換浴中，所述離子交換浴具有分別被加熱到第一溫度和第二溫度的第一端 和第二端。所述第一溫度和第二溫度可彼此相同或不同，在溫度不同的情況下橫穿離子交 換浴或者沿著離子交換浴產生溫度梯度。在所述離子交換浴也可以連續處理多件制品。
[0005] CN102917992A公開的可變溫度/連續離子交換方法主要有以下問題：（1)離子交換 浴中熔鹽采用單一熔鹽，而不同溫度下，離子交換采用不同熔鹽會有更好的效果；（2)玻璃 或玻璃陶瓷制品在離子交換浴中是移動的，移動的過程勢必會造成熔鹽液的來回流動，所 設計的離子交換浴的溫度制度就被破壞，離子交換就很難達到預期效果；（3)離子交換浴的 溫度梯度是通過加熱兩端溫度來實現的，但要達到較大的梯度效果，必須保證足夠長的熔 鹽池；（4)通過加熱兩端溫度很難保證離子交換浴上下層溫度的一致性。
[0006] 到目前為止，還沒有一種工藝簡單、節約熔鹽的快速增強鈉鈣硅玻璃的生產工藝。
【發明內容】
[0007] 本發明為了克服現有技術的缺陷，設計了一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方 法，大大縮短了鈉鈣硅玻璃的離子增強時間，提高了生產效率，降低了成本，節約了能源。
[0008] 本發明所采取的具體技術方案是:一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，關 鍵在于:所述的方法包括以下步驟：
[0009] a、備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，從鋼化爐的進口端至出口端設置熔鹽池組，熔鹽池 內的熔鹽為KN0 3熔鹽、或KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽池內的溫度為560~420 °C且由進口 端向出口端依次降低；
[0010] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子 交換，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0011] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強 后的納1丐娃玻璃成品。
[0012] 步驟a中熔鹽池的數量為2~10個。
[0013] 優選地，所述的熔鹽池的數量為8個。
[0014]步驟a中所述的熔鹽池組以溫度440°C為分界點劃分為前、后兩個小組，前小組的 各個熔鹽池內均為KN〇3熔鹽，后小組的各個熔鹽池內為KN〇3與NaN〇3的混合熔鹽。
[0015] 步驟a中熔鹽池內的溫度由進口端向出口端呈線性降低。
[0016] 步驟b中鈉鈣硅玻璃原片在每個熔鹽池內進行離子交換的時間由進口端向出口端 在40s~llOmin范圍內遞增，且在所有熔鹽池內進行離子交換的時間<4h。
[0017] 步驟c中鈉鈣硅玻璃成品的壓應力大于等于570MPa，應力層厚度大于等于27WI1。 [0018]本發明的有益效果是:在不超過4h的時間內，即達到了傳統離子交換技術10h的壓 應力值及應力層深度，本發明大大縮短了鈉鈣硅玻璃的離子增強時間，提高了生產效率，降 低了成本，節約了能源。
[0019] 鈉鈣硅玻璃離子增強的目的就是獲得較高的壓應力和較深的應力層深度。為了獲 得此效果，主要通過控制熔鹽種類、熔鹽溫度和保溫時間來獲得，現在對三個因素逐一分 析：（1)本發明所述內容采用KN03熔鹽或KN03與NaN〇3混合熔鹽，并在不同的溫度下進行熔 解，以期玻璃表面形成復合應力層；（2)熔鹽溫度對玻璃壓應力和應力層深度來說，是一個 相悖的過程：當溫度較高時，Na+與K+都比較活躍，在很短的時間內，就能獲得較深的離子交 換深度，但溫度較高時，玻璃表面易發生應力松弛，玻璃機械強度急劇下降，當溫度較低時， 玻璃表面不易發生應力松弛，但Na+與K+交換速度較慢；（3)保溫時間對玻璃壓應力和應力層 深度有重要影響，隨著時間的延長，壓應力和應力層深度都相應增加。
[0020] 鈉鈣硅玻璃由于玻璃組分的原因，很難在合適的溫度下和較短的時間內獲得理想 的壓應力和應力層深度，只能通過增加離子交換時間保證效果。
[0021] 本發明打破傳統的在固定溫度保溫一定時間的離子增強模式，采用可變溫度制度 的離子增強技術，有效控制各溫度點的時間，高溫情況下獲得較高的離子交換深度，低溫下 獲得較高的表面壓應力。通過逐級離子交換，玻璃在較短時間內就獲得了較高的壓應力和 應力層深度。
[0022] 本發明采用多種熔鹽復合增強技術，鈉鈣硅玻璃由于熔鹽的不同，會在玻璃表面 形成復合壓應力層。玻璃在破壞時，克服了第一層應力，還必須克服第二層應力。換句話說， 多種熔鹽復合增強技術提高了玻璃的壓應力值。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例對本發明作詳細說明：
[0024] 實施例1、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，包括以下步驟：
[0025] a、備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內由進口端向出口端依次設置八個熔鹽 池，前七個熔鹽池內的熔鹽為KN0 3熔鹽，最后一個熔鹽池內是KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽 池內的溫度從進口端到出口端分別為560 °C、540 °C、520 °C、500°C、480 °C、460 °C、440 °C和 420 °C；
[0026] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子 交換，離子交換時間從進口端到出口端分別為1111；[11、2111；[11、4111；[11、10111；[11、17111；[11、36111；[11、60111；[11 和1 lOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0027] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進行相關的性能測試。
[0028] 實施例2、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，包括以下步驟：
[0029] a、備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內由進口端向出口端依次設置八個熔鹽 池，前七個熔鹽池內的熔鹽為KN0 3熔鹽，最后一個熔鹽池內是KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽 池內的溫度從進口端到出口端分別為560 °C、540 °C、520 °C、500°C、480 °C、460 °C、440 °C和 420 °C；
[0030] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子 交換，離子交換時間從進口端到出口端分別為2111；[11、4111；[11、8111；[11、14111；[11、22111；[11、34111；[11、56111；[11 和lOOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0031] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進行相關的性能測試。
[0032] 實施例3、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，包括以下步驟：
[0033] a、備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內由進口端向出口端依次設置八個熔鹽 池，前七個熔鹽池內的熔鹽為KN0 3熔鹽，最后一個熔鹽池內是KN03與NaN03的混合熔鹽，熔鹽 池內的溫度從進口端到出口端分別為560 °C、540 °C、520 °C、500°C、480 °C、460 °C、440 °C和 420 °C；
[0034] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子 交換，離子交換時間從進口端到出口端分別為4〇8、8〇8、3111；[11、6111；[11、11111；[11、24111；[11、40111；[11和 75min，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0035] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進行相關的性能測試。
[0036] 實施例4、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，包括以下步驟：
[0037] a、備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內由進口端向出口端依次設置八個熔鹽 池，前六個熔鹽池內的熔鹽為KN〇3熔鹽，最后兩個熔鹽池內是KN〇3與NaN0 3的混合熔鹽，熔鹽 池內的溫度從進口端到出口端分別為525 °C、510 °C、495 °C、480°C、465 °C、450 °C、435 °C和 420 °C；
[0038] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子 交換，離子交換時間從進口端到出口端分別為1111；[11、2111；[11、4111；[11、10111；[11、17111；[11、36111；[11、60111；[11 和1 lOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0039] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進行相關的性能測試。
[0040] 實施例5、一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，包括以下步驟：
[0041] a、備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，在鋼化爐內由進口端向出口端依次設置八個熔鹽 池，八個熔鹽池內的熔鹽都是KN0 3熔鹽，熔鹽池內的溫度從進口端到出口端分別為560°C、 545 °C、530 °C、515 °C、500 °C、485 °C、470 °C 和450 °C ;
[0042] b、將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子 交換，離子交換時間從進口端到出口端分別為1111；[11、2111；[11、4111；[11、10111；[11、17111；[11、36111；[11、60111；[11 和1 lOmin，最后從鋼化爐的出口端取出；
[0043] c、將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強 后的鈉鈣硅玻璃，然后切割制樣，進行相關的性能測試。
[0044]對比實施例、將鈉鈣硅玻璃原片放入到熔融好的KN03熔鹽池內進行離子交換，熔 鹽池內的溫度保持在450°C，離子交換時間為10h。交換結束玻璃隨爐冷卻，降到室溫，然后 切割試樣，進行相關性能測試。
[0045]上述六個實施例進行相關性能測試所得的壓應力和應力層深度的具體數據，如表 1所示：
[0046]表 1
[0048]由表1中的數據可知，與傳統的離子交換技術相比，本發明在不超過4h的時間內， 即達到了傳統離子交換技術l〇h的壓應力值及應力層深度，本發明大大縮短了鈉鈣硅玻璃 的離子增強時間，提高了生產效率，降低了成本，節約了能源。
【主權項】
1. 一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:所述的方法包括以下步驟： a、 備料:準備鈉鈣硅玻璃原片，從鋼化爐的進口端至出口端設置熔鹽池組，熔鹽池內的 熔鹽為KN〇3熔鹽、或KN〇3與NaN0 3的混合熔鹽，熔鹽池內的溫度為560~420 °C且由進口端向 出口端依次降低； b、 將鈉鈣硅玻璃原片從進口端送入鋼化爐內，然后逐級在每個熔鹽池中進行離子交 換，最后從鋼化爐的出口端取出； c、 將從鋼化爐取出來的鈉鈣硅玻璃原片送入降溫爐內，降到室溫，得到離子增強后的 鈉鈣硅玻璃成品。2. 根據權利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:步驟 a中熔鹽池的數量為2~10個。3. 根據權利要求2所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:所述 的熔鹽池的數量為8個。4. 根據權利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:步驟 a中所述的熔鹽池組以溫度440°C為分界點劃分為前、后兩個小組，前小組的各個熔鹽池內 均為KN〇3熔鹽，后小組的各個熔鹽池內為KN〇3與NaN0 3的混合熔鹽。5. 根據權利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:步驟 a中熔鹽池內的溫度由進口端向出口端呈線性降低。6. 根據權利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:步驟 b中鈉鈣硅玻璃原片在每個熔鹽池內進行離子交換的時間由進口端向出口端在40s~ llOmin范圍內遞增，且在所有恪鹽池內進行離子交換的時間<4h。7. 根據權利要求1所述的一種適合鈉鈣硅玻璃的快速離子增強方法，其特征在于:步驟 c中鈉鈣硅玻璃成品的壓應力大于等于570MPa，應力層厚度大于等于27μπι。
【文檔編號】C03C21/00GK105967531SQ201610293408
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】袁堅, 程金樹, 郭振強, 蘇馳, 鄭偉宏
【申請人】河北省沙河玻璃技術研究院, 武漢理工大學