專利名稱：：適于化學(xué)鋼化的玻璃及其化學(xué)鋼化玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種適于化學(xué)鋼化的玻璃及其化學(xué)鋼化玻璃。
背景技術(shù)：
：玻璃在生產(chǎn)、加工和使用過(guò)程中，表面會(huì)產(chǎn)生大量微裂紋，這些微裂紋的存在使得玻璃實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論強(qiáng)度，通常需要通過(guò)采用熱鋼化或化學(xué)鋼化的方法使玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，來(lái)提高玻璃強(qiáng)度抑制表面微裂紋的擴(kuò)展。玻璃的化學(xué)鋼化是把加熱的含堿玻璃浸于熔融的鹽浴中，通過(guò)玻璃與熔鹽之間的離子交換改變玻璃表面的化學(xué)組成，使玻璃表面形成壓應(yīng)力層達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。目前有兩種類型的離子交換鋼化，第一種是高溫型處理工藝，在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，以熔鹽中半徑小的離子置換玻璃中半徑大的離子，在玻璃表面形成熱膨脹系數(shù)比主體玻璃小的薄層，冷卻時(shí)在玻璃表面形成壓應(yīng)力，其大小取決于兩者的熱膨脹系數(shù)之差。第二種是低溫型處理工藝，主要是在玻璃的應(yīng)變點(diǎn)之下進(jìn)行處理，以熔鹽中半徑大的離子(K+)置換玻璃中半徑小的離子(Na+)，使玻璃表面因擠壓而產(chǎn)生壓應(yīng)力層，其應(yīng)力大小取決于交換離子的體積效應(yīng)。第二種離子交換鋼化的工藝，是用來(lái)自外部的大離子取代玻璃中的較小離子而產(chǎn)生表面壓縮。典型的，采用鋰鋁硅酸鹽系統(tǒng)或鈉鋁硅系統(tǒng)的玻璃與硝酸鉀熔鹽進(jìn)行離子交換。鋰鋁硅酸鹽系統(tǒng)的玻璃經(jīng)過(guò)化學(xué)鋼化后，能獲得令人滿意的壓應(yīng)力值，但這出現(xiàn)在壓應(yīng)力層深度為幾微米時(shí)，隨著交換層的加厚應(yīng)力不斷釋放，壓應(yīng)力值顯著降低，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生明顯缺點(diǎn)，即太薄的壓應(yīng)力層有被磨損或劃傷的可能。用鉀離子取代鈉鋁硅系統(tǒng)玻璃中的鈉離子來(lái)產(chǎn)生表面壓縮的化學(xué)鋼化方法以往已有研究，美國(guó)康寧公司的玻璃0317就是這樣一種玻璃，其性能優(yōu)良，但由于熔制溫度太高(>1600°C)難于生產(chǎn)。CN101337770A也公開(kāi)了一種化學(xué)鋼化用玻璃，在鋼化溫度為49(TC、鋼化時(shí)間為3-8小時(shí)的條件下，對(duì)玻璃試樣進(jìn)行化學(xué)鋼化處理，鋼化后維氏硬度可達(dá)到638Mpa，但其玻璃組份中加入了大量的Al203，由于Al203的熔點(diǎn)高，玻璃粘度增大，氣泡難以消除，所以熔制過(guò)程中必須加入Sb203、S03、AS203和氟化物，才能夠得到充分的澄清效果，產(chǎn)品制造工藝難度較大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適于低溫型離子交換工藝、易熔制的氧化硅-氧化鋁-氧化鈉玻璃，該玻璃在較低的鋼化溫度下，以及較短的鋼化時(shí)間內(nèi)，可獲得更深的應(yīng)力層深度，并且在具有較深的應(yīng)力層的同時(shí)具有較高的壓應(yīng)力。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是適于化學(xué)鋼化的玻璃，其重量百分比組成為:Si02:55-60%、B203:0.1-2.5%、A1203:11-16%、Na20:14-17%、K20:1-8%、Zr02:0-8%、Ca0:0-5%、Mg0:0-5%、Sb203:0-1%。進(jìn)一步的，所述玻璃熔制溫度在1400-155(TC之間，耐酸達(dá)到l級(jí)以上，耐潮達(dá)B級(jí)以上進(jìn)一步的，所述Al2。3:12-15%。進(jìn)一步的，所述Na20:15.1-17%。進(jìn)一步的，所述Al20;j:12-15%、Na20:15.1-17%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-1.7%、A1203:12-15%、Na20:15.1-17%、K20:2-6%、Zr02:1-4%、CaO:0-3%、MgO:0-3%、Sb203:0-1%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-1.7%、A1203:12-15%、Na20:15.1-17%、K20:2-6%、Zr02:1-4%、CaO:1-3%、MgO:1-3%、Sb203:0-0.8%。適于化學(xué)鋼化的玻璃，在鋼化溫度380-50(TC、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力達(dá)到610-1100Mpa，應(yīng)力層深度達(dá)到31-80ym。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-2.5%、A1203:11-16%、Na20:14-17%、K20:1-8%、Zr02:0-8%、CaO:0-5%、MgO:0-5%、Sb203:0-1%。進(jìn)一步的，所述玻璃熔制溫度在1400-155(TC之間，耐酸達(dá)到l級(jí)以上，耐潮達(dá)B級(jí)以上進(jìn)一步的，所述Al2。3:12-15%。進(jìn)一步的，所述Na20:15.1-17%。進(jìn)一步的，所述Al20;j:12-15%、Na20:15.1-17%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-1.7%、A1203:12-15%、Na20:15.1-17%、K20:2-6%、Zr02:1-4%、CaO:0-3%、MgO:0-3%、Sb203:0-1%。進(jìn)一步的，其重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-1.7%、A1203:12-15%、Na20:15.1-17%、K20:2-6%、Zr02:1-4%、CaO:1-3%、MgO:1-3%、Sb203:0-0.8%。化學(xué)鋼化玻璃，具有硬化層深度和拉應(yīng)力區(qū)的化學(xué)鋼化玻璃，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為:Si02:55-60%、B203:0.1-2.5%、A1203:11-16%、Na20:14-17%、K20:1—8%、Zr02:0—8%、CaO:0—5%、MgO:0—5%、Sb203:0—1%。6進(jìn)一步的，所述玻璃熔制溫度在1400-155(TC之間，耐酸達(dá)到l級(jí)以上，耐潮達(dá)B級(jí)以上進(jìn)一步的，所述Al2。3:12-15%。進(jìn)一步的，所述Na20:15.1-17%。進(jìn)一步的，所述Al20;j:12-15%、Na20:15.1-17%。進(jìn)一步的，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-1.7%、A1203:12-15%、Na20:15.1-17%、K20:2-6%、Zr02:1-4%、CaO:0-3%、MgO:0-3%、Sb203:0-1%。進(jìn)一步的，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為Si02:55-60%、B203:0.1-1.7%、A1203:12-15%、Na20:15.1-17%、K20:2-6%、Zr02:1-4%、CaO:1-3%、MgO:1-3%、Sb203:0-0.8%。所述的化學(xué)鋼化玻璃制成的手機(jī)面板。所述的化學(xué)鋼化玻璃制成的PDA面板。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明是含氧化硅-氧化鋁-氧化鈉的玻璃，通過(guò)合理設(shè)定組分，降低了玻璃制造難度，玻璃熔制溫度明顯降低，有利于降低能耗和提高產(chǎn)品的成品率；本發(fā)明所得到的玻璃在鋼化溫度380-50(TC、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力可達(dá)到610-1100Mpa，應(yīng)力層深度可達(dá)到31-80ym，玻璃被增強(qiáng)，抗沖擊性能好。本發(fā)明的玻璃耐磨性較高，適合用于手機(jī)、PDA等高檔電子顯示產(chǎn)品的保護(hù)性玻璃材料。具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明的玻璃中可含有的成分進(jìn)行說(shuō)明，各成分的含有率以重量%表示。Si02是形成玻璃骨架的主要成份，其含量越高，越可以提高化學(xué)耐久性以及玻璃的機(jī)械強(qiáng)度，當(dāng)含量在55%以下，玻璃化學(xué)穩(wěn)定性不好，但當(dāng)含量超過(guò)60%，熔化溫度過(guò)高。因此，Si02比例限定為55-60。/。。B203是用于提高玻璃熔融性以及降低粘度的必要成份，如含量過(guò)高，會(huì)降低玻璃的離子交換速度，因此其含量限定為O.1-2.5%，優(yōu)選限定為O.1-1.7%。Al203在玻璃組成中為玻璃表面的離子交換提供性能，同時(shí)也是改善玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、降低玻璃析晶傾向以及提高玻璃硬度和機(jī)械強(qiáng)度的必要組分，若Al203在lP/。以下，交換效果不好，而且玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性不好，但當(dāng)含量超過(guò)16%，玻璃粘度增加，耐失透性能惡化。因此，八1203的含量為11-16%，更優(yōu)選含量為12-15%。作為鋁硅酸鹽玻璃，玻璃當(dāng)中存在大量中間體氧化物Al203，如果堿金屬存在較多，玻璃中鋁以四面體存在，其體積較硅氧四面體更大，會(huì)產(chǎn)生更大空隙，使得玻璃表面離子交換更容易，而且交換的深度也更大，對(duì)于劃傷和沖擊破壞起到抑制作用，明顯提高機(jī)械強(qiáng)度。Na20是玻璃表層與離子交換處理液中的K離子進(jìn)行離子交換從而實(shí)現(xiàn)玻璃化學(xué)鋼化的必須成份，同時(shí)其還作為易熔玻璃組分，可降低玻璃熔融溫度，若其含量在14%以下，耐失透性劣化；但當(dāng)含量超過(guò)17%，化學(xué)穩(wěn)定性劣化，且硬度變小。因此Na20的含量限定為14-17呢，更優(yōu)選含量為15.1-17%。K20通過(guò)與Na20混合堿的效果，能夠提高玻璃熔融性，并降低玻璃的粘度，因此^20+1(20合計(jì)量范圍限定為15-25%，1(20含量限定為1-8%，優(yōu)選含量為2-6%。Zr02有提高硬度的效果，當(dāng)其含量在5%以下，可提高化學(xué)穩(wěn)定性，若超過(guò)5%，玻璃的耐失透性低下，而且易作為熔爐底部的未溶物，沉淀趨勢(shì)變強(qiáng)。因此，Zr02的含量限定為0-8%，優(yōu)選0-5%，更優(yōu)選l-4%。作為堿土類玻璃成分的MgO、CaO、SrO、BaO能夠使玻璃穩(wěn)定化，防止玻璃中產(chǎn)生結(jié)晶，另外，還可以有效抑制玻璃中堿的移動(dòng)。MgO還具有提高玻璃的拉伸彈性模量的效果，其是堿土金屬的主要來(lái)源，其含量為0-5%，優(yōu)選1-3%。CaO是與MgO同樣的組分，其含量是0-5%，當(dāng)CaO含量在P/。以上，會(huì)出現(xiàn)玻璃穩(wěn)定化的效果，因此CaO優(yōu)選含量為l-3。/。。BaO、SrO也可使玻璃穩(wěn)定化，抑制玻璃析晶，其合計(jì)量為0-2%。本發(fā)明使用Sb203作為澄清劑，Sb203含量為0-P/。，優(yōu)選含量為0-0.8%。本發(fā)明玻璃的生產(chǎn)工藝如下1)按重量比例稱量各組份的氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽等常用玻璃原料，充分混合后加入鉑金坩堝內(nèi)；2)在1450—155(TC下熔化、澄清、均化后降溫；3)將熔融玻璃液澆注入預(yù)熱后的金屬模，將玻璃連同金屬模一起放入退火爐內(nèi)退火冷卻后即得。將本發(fā)明所得到的玻璃加工成50X50Xlmm的規(guī)格，在溫度為380-500。C的履03熔鹽中進(jìn)行離子交換處理，鋼化浸泡時(shí)間4-12小時(shí)，使玻璃表層的Na離子與上述處理液中的K離子進(jìn)行離子交換，得到化學(xué)鋼化玻璃。上述化學(xué)鋼化玻璃具有硬化層深度和拉應(yīng)力區(qū)，其中硬化層深度是指從化學(xué)鋼化的玻璃表面到玻璃內(nèi)部壓應(yīng)力為零的位置之間的距離，這部分的玻璃被稱為"壓縮區(qū)玻璃"；拉應(yīng)力區(qū)是指玻璃內(nèi)部深度大于硬化層深度處的內(nèi)部玻璃，也就是上述"壓縮區(qū)玻璃"以外的部分被稱為"拉應(yīng)力區(qū)玻璃"。"壓縮區(qū)玻璃"與"拉應(yīng)力區(qū)玻璃"具有不同的組成，原因在于"壓縮區(qū)玻璃"中的鈉離子多于"拉應(yīng)力區(qū)玻璃"中的鈉離子。玻璃表面壓應(yīng)力及應(yīng)力層深度測(cè)定在FSM—6000表明應(yīng)力儀上進(jìn)行。鋼化好的玻璃樣品(50X50Xlmm)經(jīng)擦拭后，放在涂有折射液(折射液的折射率大于l.64)的玻璃測(cè)試臺(tái)上。FSM—6000利用鋼化樣品表面層的光波導(dǎo)效應(yīng)測(cè)量表面壓應(yīng)力和應(yīng)力層深度。將鋼化好的玻璃樣品(50X50Xlmm)放在測(cè)試臺(tái)上，用壓鉆施力一定時(shí)間后取出，采用顯微鏡測(cè)量壓痕長(zhǎng)度測(cè)試出玻璃維氏硬度。轉(zhuǎn)變溫度、膨脹系數(shù)測(cè)試根據(jù)GB/T7962.16—1987《無(wú)色光學(xué)玻璃測(cè)試方法膨脹系數(shù)、轉(zhuǎn)變溫度》。根據(jù)GB/T7962.14—1987《無(wú)色光學(xué)玻璃測(cè)試方法耐酸》，測(cè)試玻璃耐酸性能。根據(jù)GB/T7962.15—1987《無(wú)色光學(xué)玻璃測(cè)試方法耐潮》，測(cè)試玻璃耐潮級(jí)別。表1和表2是本發(fā)明的10個(gè)實(shí)施例。表l12345Si0259.258.557.456.655.0B2031.51.52.02.5A120315.614.613.013.215.5玻璃化學(xué)組成Na2016.216.015.215.216.3Zr023.53.53.0K204.53.45.35.35.5CaO1.51.9MgO4.03.81.84.01.5BaOSrO0.5Sb2030.50.70.40.20.2化學(xué)鋼化吋間(h)811420500咖500450鋼化后應(yīng)力(MPa)6958409107%■40555268維氏硬度剛'/Pa5415475485409410510011090耐酸11111耐潮BBBBB9表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由實(shí)施例i-io結(jié)果可知，本發(fā)明的玻璃經(jīng)過(guò)低溫離子交換處理，離子交換度高，表面壓應(yīng)力可達(dá)到610-1100Mpa，離子交換層可達(dá)到31-80ym;耐酸及耐潮性能分別為l類和B級(jí)以上，玻璃耐候性很好。權(quán)利要求權(quán)利要求1適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為SiO255-60％、B2O30.1-2.5％、Al2O311-16％、Na2O14-17％、K2O1-8％、ZrO20-8％、CaO0-5％、MgO0-5％、Sb2O30-1％。2.如權(quán)利要求l所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述玻璃熔制溫度在1400-155(TC之間，耐酸達(dá)到l級(jí)以上，耐潮達(dá)B級(jí)以上。3.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述AlA:12-15%。4.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Na^:15.1-17%。5.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述即3:12-15%、Na2°:15.1-17%。6.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量砂t匕輔力.Si02:55_亂B2。3:。.H.7%、A1203:12—15%、Na20:15.1-17%,2-6%、Zr02:1-4%、CaO:0_3%、MgO:0_3%、Sb203:0-1%。7.如權(quán)利要求1或2所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量砂t匕輔力.Si02:55_亂B2。3:。.H.7%、A1203:12—15%、Na20:15.1-17%,2-6%、Zr02:1-4%、CaO:1_3%、MgO:1_3%、Sb203:0-0.8%。8.適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，在鋼化溫度380-500°C、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力達(dá)到610-1100Mpa，應(yīng)力層深度達(dá)到31-80ym。9.如權(quán)利要求8所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量百6H匕纟且j^力Si02:55-6。％、B203:0.1-2.5%、A1203:11-16%、Na20:14-17%、1-8%Zr02:0-8%、CaO:0_5%、MgO:0_5%、Sb203:0-1%10.如權(quán)利要求8所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述玻璃熔制溫度在1400-155(TC之間，耐酸達(dá)到l級(jí)以上，耐潮達(dá)B級(jí)以上。11.如權(quán)利要求8-10任一權(quán)利要求所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述即3:12-15%。12.如權(quán)利要求8-10任一權(quán)利要求所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述Wa^:15.1-17%。13.如權(quán)利要求8-10任一權(quán)利要求所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，所述A120、12-15%、Na2°:15.1-17%。14.如權(quán)利要求8-10任一權(quán)利要求所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為SiC)2:55_60%、B203:dl_L、A1203:(12_15%、Na20:15.1-17%、2-6%、Zr02:1_、CaO:0_3%、MgO:0_3%、Sbp3:0_1%。15.如權(quán)利要求8-IO任一權(quán)利要求所述的適于化學(xué)鋼化的玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為SiC)2:55_60%、B203:dl_L、A1203:(12_15%、Na20:15.1-17%、Kg:2-6%、Zr02:1_4%、CaO:1_3%、MS0:1_3%、Sb^)3:0-0.S%。16.化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，具有硬化層深度和拉應(yīng)力區(qū)的化學(xué)鋼化玻璃，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為SiQ2:55_6Q%、B2Q3:0'1_2'^、Aip3:11-16%、Na^O:14-i、K20:Zr02:0_S%、<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>17.如權(quán)利要求16所述的化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，所述玻璃熔制溫度在1400-155(TC之間，耐酸達(dá)到l級(jí)以上，耐潮達(dá)B級(jí)以上。18.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，所述^":12-15%。19.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，所述W^3:15.1-17%。20.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，所述A1^:12-15%、Na2°:15.1-17%。21.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為SiQ2:55_60%、B^3:0'1_1'、^203:12_15%、Na20:(15.1-17%、K^O:2-6%、Zr02:1_4%、CaO:0_3%、MgO:0_3%、Sb￡)3:0-1%。22.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃，其特征在于，所述拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)玻璃的重量百分比組成為SiQ2:55_60%、B^3:0'1_1'、^203:12_15%、Na20:(15.1-17%、K^O:2-6%,Zr02:1-、CaO:1_3%、MgO:1_3%、Sb^03:0-0.8%23.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃制成的手機(jī)面板。24.如權(quán)利要求16或17所述的化學(xué)鋼化玻璃制成的PDA面板。全文摘要本發(fā)明提供一種適于低溫型離子交換工藝、易熔制的氧化硅-氧化鋁-氧化鈉玻璃，該玻璃適于化學(xué)鋼化，其重量百分比組成為SiO₂55-60％、B₂O₃0.1-2.5％、Al₂O₃11-16％、Na₂O14-17％、K₂O1-8％、ZrO₂0-8％、CaO0-5％、MgO0-5％、Sb₂O₃0-1％。本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)定組分，降低了玻璃制造難度，玻璃熔制溫度明顯降低，有利于降低能耗和提高產(chǎn)品的成品率；本發(fā)明所得到的玻璃在鋼化溫度380-500℃、鋼化時(shí)間4-12小時(shí)的條件下，表面壓應(yīng)力可達(dá)到610-1100MPa，應(yīng)力層深度可達(dá)到31-80μm，玻璃被增強(qiáng)，抗沖擊性能好。本發(fā)明的玻璃耐磨性較高，適合用于手機(jī)、PDA等高檔電子顯示產(chǎn)品的保護(hù)性玻璃材料。文檔編號(hào)C03C3/091GK101508524SQ200910301240公開(kāi)日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年3月31日優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日發(fā)明者偉孫,宋純才,昌李,軍肖,寧陳,陳筱麗申請(qǐng)人:成都光明光電股份有限公司