專利名稱：：用于玻璃化學鋼化的熔鹽及采用該熔鹽的化學鋼化方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于玻璃化學鋼化的熔鹽，尤其是一種可兼顧玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能的熔鹽。
背景技術：
：玻璃化學鋼化通過離子交換在玻璃表面形成壓應力，可以實現玻璃增強的效果。化學鋼化可以分為兩類1.高溫型化學鋼化，反應溫度是在玻璃的應變溫度(玻璃開始軟化的溫度)以上，小離子(Li+)置換玻璃中的大離子(Na+)，在玻璃表面生成P鋰霞石(Li20A12032Si02)，使玻璃表面的膨脹系數低于其玻璃內部膨脹系數，當玻璃被冷卻后由于內部的收縮變形大于表面收縮變形，從而在玻璃表面上形成壓應力，玻璃獲得增強；2.低溫型化學鋼化，在玻璃的應變溫度以下，通過離子交換方式用較大的離子(如鉀離子K+)取代玻璃表面上的較小離子(如鈉離子Na+)，較大的離子(如鉀離子K+)進入玻璃表面，冷卻后使玻璃表面產生"擠塞"體積效應，形成表面壓應力，玻璃獲得增強。化學鋼化處理的離子交換過程是在低于玻璃應變點的溫度條件下進行的，玻璃在處理時不經過高于應變點的高溫過程，因此不會像物理鋼化玻璃那樣容易發生翹曲，經化學鋼化后玻璃的表面平整度與原片玻璃一樣，同時在強度和耐溫度急變性能等方面都有一定提高。對超薄玻璃(厚度在0.3-l.lmm)進行增強時，一般采用低溫型化學鋼化，因為高溫型化學鋼化容易使玻璃發生翹曲變形。但對于厚度在0.3-1.lmm、尺寸在12英寸以上的超薄平板玻璃，用目前的低溫型化學鋼化技術(采用KN03熔鹽)很難達到超薄平板玻璃的使用要求，主要表現在可切割性能、翹曲度以及抗沖擊性等性能難以同時達標。這是因為采用現有的低溫型化學鋼化技術對玻璃進行處理后，玻璃的抗沖擊性能指標與可切割性、翹曲度等性能指標是相矛盾的，即化學鋼化玻璃的抗沖擊性能好，也就是在外力作用下的抗破壞性能好，但玻璃的翹曲度容易超標，且難以切割。而在超薄平板玻璃通常的應用領域(如LCD基板、觸摸屏基板等)，對玻璃的抗沖擊性、可切割性和翹曲度都有嚴格的要求，未經處理的玻璃原片顯然無法滿足抗沖擊性能的使用需要，而采用現有的低溫型化學鋼化技術對玻璃進行處理也不能很好地同時兼顧玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種可兼顧玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能的熔鹽熔鹽。為解決上述技術問題，本發明提供一種用于玻璃化學鋼化的熔鹽，該熔鹽的成分中包括主要材料和輔助材料；主要材料組分中包括認03和KN02中的至少一種，輔助材料組分中包括0.5%-15%A120^B0.5%-1(FciSi02中的至少一種(AlA和Si02可以同時選用，也可以選用二者之一)、0.3%-6%KC1、0.3%-6%K2S0JB0.3%-6呢K2Si03中的至少一種(K2Sa和{^103可以同時選用，也可以選用二者之一)及0.2%-5%K2Cr04和0.2%-5%K2C0:i中的至少一種(K2Cr04和K2C03可以同時選用，也可以選用二者之一)，各百分比分別為輔助材料中的相應組分與主要材料的質量百分比。采用本發明熔鹽，在玻璃的應變溫度以下進行低溫型化學鋼化，玻璃表面形成壓應力，玻璃可獲得增強，抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能較為理想。作為本發明熔鹽的優選，主要材料為KN03，輔助材料組分中包括0.5%-10%A1203、0.3%-3%K2S04、0.3%-3%KC1和0.2%-2%K2Cr04，各比例分別為輔助材料中的相應組分與主要材料的質量百分比。作為本發明熔鹽進一步的優選，輔助材料組分中還包括O.1%-1%K0H，比例為KOH與主要材料的質量百分比。輔助材料組分中加入KOH，是因為在離子交換過程中，KOH的0『可與玻璃表面的硅氧鍵(該硅氧鍵在玻璃中起骨架作用)結合并打開玻璃表面的硅氧鍵，使玻璃中的Na+更容易被置換出來，熔鹽中的K+更容易進入玻璃玻璃表面，從而進一步促進離子交換，有利于縮短離子交換時間，提高效率。本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種可兼顧玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能的化學鋼化方法。為解決該技術問題，本發明還提供一種化學鋼化方法，該方法包括以下步驟a、將玻璃進行預熱處理；b、將預熱后的玻璃置于熔鹽中進行離子交換；熔鹽的溫度低于玻璃的應變點；熔鹽的成分中包括主要材料和輔助材料；主要材料組分中包括KN03和KN02中的至少一種，輔助材料組分中包括0.5%-15%Al203和0.5%-10%5102中的至少一種(Al203和Si02可以同時選用，也可以選用二者之一)、0.3%-6%KCl、0.3%-6%K2S04和0.3%_6%K2Si03中的至少一種(K2S04和K2Si03可以同時選用，也可以選用二者之一)及0.2%-5%K2Cr04和0.2%-5%1(2(:03中的至少一種(K2CrOjn1(20)3可以同時選用，也可以選用二者之一)，各百分比分別為輔助材料中的相應組分與主要材料的質量百分比。步驟b中熔鹽的溫度為380-470°C。步驟b中離子交換的時間長度為0.5-7h。作為本發明方法的優選，步驟b中的主要材料為認03，輔助材料組分中包括O.5%_10%A1203、0.3%-3%K2S04、0.3%_3%KC1和0.2%-2%K2Cr04，各比例分別為輔助材料中的相應組分與主要材料的質量百分比。作為本發明方法的改進，在步驟b之后，將經過離子交換后的玻璃進行退火。這樣可以使玻璃內部結構均勻，降低產生微裂紋或玻璃發生破損的可能性，進一步改善玻璃的性能。退火可以采用以下過程將經過離子交換后的玻璃迅速移入與熔鹽槽溫度相近的退火爐中，以5。C/min—10°C/min的降溫速度退火。步驟a中預熱處理的優選溫度為300-400°C。步驟b中熔鹽的優選溫度為390-410°C。步驟b中離子交換的優選時間長度為2-4h。作為本發明方法進一步的優選，步驟b的輔助材料組分中還包括0.1%-1%K0H，比例為K0H與主要材料的質量百分比。本發明熔鹽和化學鋼化方法特別適合對超薄玻璃(厚度在0.3-1.1mm)進行化學鋼化處理。本發明熔鹽和化學鋼化方法優選的適用對象為鈉鈣玻璃或含低堿的硼硅玻璃。本發明熔鹽和化學鋼化方法能夠滿足顯示器基板(如LCD基板、觸摸屏基板)的使用要求，也可以適用于其它的對玻璃抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能都有較高要求的應用領域。采用本發明熔鹽和化學鋼化方法對玻璃進行低溫型化學鋼化處理，鋼化過程中可以利用A1A或Si02的多孔性來吸附生產中在熔鹽里形成的雜質離子，Al203或Si02還可以作為緩沖層來防止玻璃表面被熔鹽侵蝕；KC1、K2S04、K2Si03、K2Cr04和K2C03可作為促進劑來加速離子的交換速度，縮短離子交換時間；所得到的超薄純平化學鋼化玻璃的翹曲度較低，玻璃也容易切割。采用本發明熔鹽和化學鋼化方法，可以對厚度為0.3-l.lmm、尺寸大于300*300mm的超薄平板玻璃進行化學鋼化處理，處理后所得化學鋼化玻璃的表面應力平均值為300-450MPa(低于300MPa玻璃抗沖擊性能較低，高于450MPa則玻璃的可切割性差)，玻璃基板的離子交換層深度為7-13um(低于7nm玻璃的抗沖擊性能較低，高于13ixm則可切割性差)，這種化學鋼化玻璃的翹曲度低于0.2%(高于0.2%會影響LCD和觸摸屏的制程和顯示質量)。采用本發明熔鹽并對化學鋼化過程中的預熱溫度、離子交換溫度、離子交換時間進行控制，得到的化學鋼化玻璃可較好地同時兼顧玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能。具體實施方式實施例1玻璃基板材質采用鈉鈣玻璃，其質量百分比組成為Si0272%，Al2031.7%,CaO7.9%，MgO3.9%，Na2013%，K201.1%,其它0.4%。玻璃厚度為0.5mm，尺寸為450*550mm。將上述鈉鈣玻璃原片經過精選，切割磨邊，拋光，清洗后，放入預熱爐內進行預熱處理，預熱溫度為300°C，然后迅速轉移到盛有熔鹽的熔鹽槽內進行離子交換，熔鹽的溫度為380°C(即離子交換溫度，低于所采用玻璃基板材質的應變點)，離子交換時間為7h。交換完畢后將玻璃迅速轉移到與熔鹽槽溫度相近的退火爐內以7'C/min的冷卻速度進行爐冷。然后對所得玻璃取10組樣品進行離子交換深度、表面應力、翹曲度、可切割性試驗并記錄試驗結果的平均值(如表l所示)。本實施例中熔鹽槽中的熔鹽的成分中包括主要材料為KN03，純度〉99%輔助材料為15%A1203、6%KC1、6%1^04和5%1(2004組成的混合物，各比例分別為各組分與KN03的質量百分比。實施例2本實施例與實施例1的不同在于-預熱溫度40(TC，離子交換溫度47(TC，離子交換時間0.5h，輔助材料為0.5%A1203、0.3%KC1、0.3%K2S0jn0.2%}(2004組成的混合物，各比例分別為各組分與KN03的質量百分比。實施例3本實施例與實施例1的不同在于預熱溫度35(TC，離子交換溫度42(TC，離子交換時間3h，輔助材料為7.5%A1203、3%KC1、3%K2S0jn2.5%1(2004組成的混合物，各比例分別為各組分與認O:,的質量百分比。實施例4本實施例與實施例3的不同在于輔助材料中還包括0.5%K0H，比例為KOH與KN03的質量百分比。對比例玻璃基板材質采用鈉鈣玻璃，其質量百分比組成為Si0272%，A12031.7%，CaO7.9%，MgO3.9%，Na2013%，K201.1%，其它0.4%。玻璃厚度為0.5mm，450*550ram。將上述鈉鈣玻璃原片經過精選，切割磨邊，拋光，清洗后，放入預熱爐內進行預熱處理，預熱溫度為350°C，然后迅速轉移到盛有熔鹽的熔鹽槽內進行離子交換，熔鹽的溫度為450°C(即離子交換溫度，低于所采用玻璃基板材質的應變點)，離子交換時間為10h。交換完畢后將玻璃迅速轉移到與熔鹽槽溫度相近的另一個退火爐內以7°C/min的冷卻速度進行爐冷。然后對所得玻璃取10組樣品進行離子交換深度、表面應力、翹曲度、可切割性試驗并記錄試驗結果的平均值(如表l所示)。本對比例中熔鹽槽中的熔鹽為KN03，純度>99%。各實施例與對比例的性能比較如表1所示。表l玻璃性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例412um3謹Pa<0.13%易在對比例中，采用現有技術中的熔鹽及低溫型化學鋼化方法得到的鋼化玻璃，具有較高的表面應力，獲得了較好的抗沖擊性能，但可切割性和翹曲度(要求低于0.2%)不能滿足顯示器基板等應用領域的使用要求。而采用本發明熔鹽和方法所得到的鋼化玻璃較好地兼顧了玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能，完全滿足顯示器基板等應用領域的使用要求。對于相同的離子交換深度，與現有技術相比采用本發明熔鹽和方法取得了大幅縮短交換時間的效果，生產效率得到顯著提高。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。權利要求1、一種用于玻璃化學鋼化的熔鹽，其特征在于該熔鹽的成分中包括主要材料和輔助材料；所述主要材料組分中包括KNO3和KNO2中的至少一種，所述輔助材料組分中包括0.5％-15％Al2O3和0.5％-10％SiO2中的至少一種、0.3％-6％KCl、0.3％-6％K2SO4和0.3％-6％K2SiO3中的至少一種及0.2％-5％K2CrO4和0.2％-5％K2CO3中的至少一種，所述各百分比分別為所述輔助材料中的相應組分與所述主要材料的質量百分比。2、根據權利要求1所述的熔鹽，其特征在于所述主要材料為KN0s，所述輔助材料組分中包括0.5%-10%A1203、0.3%-3%K2S04、0.3%-3%KC1和0.2%-2%K2Cr04，所述各比例分別為所述輔助材料中的相應組分與所述主要材料的質量百分比。3、根據權利要求1或2所述的熔鹽，其特征在于所述輔助材料組分中還包括O.1%-1%K0H，所述比例為KOH與所述主要材料的質量百分比。4、采用權利要求1所述熔鹽的化學鋼化方法，其特征在于包括以下步驟a、將玻璃進行預熱處理；b、將預熱后的玻璃置于熔鹽中進行離子交換；所述熔鹽的溫度低于所述玻璃的應變點；所述熔鹽的成分中包括主要材料和輔助材料；所述主要材料組分中包括KN03和KN02中的至少一種，所述輔助材料組分中包括0.5%-15Q/。A1A和0.5%-10。/。Si02中的至少一種、0.3%-6%KC1、0.3%-6%K2S0jn0.3%-69&K2Si03中的至少一種及0.2%-5%K2CrO^B0.2%-5%K2C03中的至少一種，所述各比例分別為所述輔助材料中的相應組分與所述主要材料的質量百分比。5、根據權利要求4所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟b中熔鹽的溫度為380-470°C。6、根據權利要求4或5所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟b中離子交換的時間長度為0.5-7h。7、根據權利要求6所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟b中的所述主要材料為KN03，所述輔助材料組分中包括0.5%-10%A1203、0.3%-3%K2S04、0.3%-3%KC1和0.2%-2%&004,所述各比例分別為所述輔助材料中的相應組分與所述主要材料的質量百分比。8、根據權利要求7所述的化學鋼化方法，其特征在于在步驟b之后，將經過離子交換后的玻璃進行退火。9、根據權利要求8所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟a中預熱處理的溫度為300-400°C。10、根據權利要求9所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟b中熔鹽的溫度為390-410°C。11、根據權利要求10所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟b中離子交換的時間長度為2-4h。12、根據權利要求11所述的化學鋼化方法，其特征在于步驟b中的所述輔助材料組分中還包括0.1%-1%K0H，所述比例為K0H與所述主要材料的質量百分比。全文摘要本發明公開了一種用于玻璃化學鋼化的熔鹽，其成分中包括KNO<sub>3</sub>和KNO<sub>2</sub>中的至少一種、0.5％-15％Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和0.5％-10％SiO<sub>2</sub>中的至少一種、0.3％-6％KCl、0.3％-6％K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>和0.3％-6％K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>中的至少一種及0.2％-5％K<sub>2</sub>CrO<sub>4</sub>和0.2％-5％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>中的至少一種。本發明還公開了一種化學鋼化方法，在預熱處理后采用本發明熔鹽對玻璃進行離子交換處理。采用本發明熔鹽和化學鋼化方法得到的化學鋼化玻璃可較好地同時兼顧玻璃的抗沖擊性能與可切割性、翹曲度等性能。文檔編號C03C21/00GK101328026SQ200710075138公開日2008年12月24日申請日期2007年6月20日優先權日2007年6月20日發明者楊應國,蔚蔣,弼金申請人:中國南玻集團股份有限公司