[發明專利]一種鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化方法

無效

• 申請號: 200810059153.8
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN101215105A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 楊輝;郭興忠;張玲潔;曹明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;C03C21/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明涉及一種鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化。

背景技術

鋰鋁硅系微晶玻璃是微晶玻璃中的一個重要品種，具有超低膨脹、高強度、耐高溫、耐熱沖擊等特性，而被廣泛用于制造天文望遠鏡、炊具、餐具、高溫電光源玻璃、電磁爐面板、微電子技術用基板、實驗室用加熱器具、高溫熱交換器、代石英玻璃、高溫窗、雷達天線罩等等。鋰鋁硅微晶玻璃與其它微晶玻璃一樣，表面狀態對機械強度的影響是非常大的。渡邊等研究指出：微晶玻璃經熱處理而到達最大的強度，由于經過標準的研磨處理而有所減弱，研磨后的強度為未研磨得強度的80％。而目前，微晶玻璃產品都需要進行研磨、拋光；進行研磨后由于強度的降低，直接影響到鋰鋁硅微晶玻璃產品的使用性能。

目前，玻璃的表面強化主要采用噴涂有機鹽進行直接鋼化或物理鋼化制備防火玻璃。這種借助于化學方法使玻璃表面形成一種膨脹系數比中間層低的表面低膨脹層，冷卻時，膨脹系數較高的中間層對膨脹系數較低的表面層產生拉伸作用，這種傾向使兩者收縮不一致。表面層被置于壓應力之下，而中間層則產生起補償作用的拉應力，由此使玻璃得以增強。這種方法效果較為顯著，但也存在表面低膨脹層與玻璃的結合以及對玻璃表面性質的影響等缺點。所以，近年來提出采用離子交1換的方法來強化玻璃，反應式如下：A⁺(玻璃)+B⁺(熔鹽)＝B⁺(玻璃)+A⁺(熔鹽)。如果通過交換，玻璃中原有的較小離子被熔鹽中的較大離子所置換，則在表面上產生了壓應力，一般不會產生任何結構松弛，從而使玻璃的強度增加。離子交換表面強化方法的關鍵因素是選擇適宜的交換離子，確定交換離子的半徑比，考察交換的程度、熱膨脹系數的變化，重點關注表面結構重組所產生的應力松弛情況以及壓應力層的厚度。

目前，微晶玻璃的強化技術集中在表面涂層、第二相(ZrO₂相變、纖維、晶須)復合增強、自增韌等方面。這些方法雖然有一定效果，但對工藝要求很高；如果控制不佳，將導致微晶玻璃整體性能的降低。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化方法，采用該方法能顯著提高鋰鋁硅微晶玻璃的耐沖擊性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化方法，包括以下步驟：

1)、制備混合熔鹽：

該混合熔鹽由如下重量百分比的原料組成：硝酸鈉25％～50％和硫酸鈉50％～75％；

2)、將鋰鋁硅微晶玻璃進行精磨后，放入上述混合熔鹽中，在450～750℃的溫度下浸漬15～90分鐘；取出后水冷并清洗；然后再干燥5～12小時。

本發明的鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化方法，是一種利用離子交換來強化玻璃表面的方法，是在發明人經過仔細研究、反復實驗后獲得的。本發明采用的表面離子交換是Li⁺和Na⁺之間的交換，微晶玻璃表面離子交換層經歷了結構重排，從而形成了比原微晶玻璃熱膨脹系數小的新表面層。當微晶玻璃冷卻時，由于熱膨脹系數的差異，會在微晶玻璃表面產生壓應力而使制品得到增強。經過本發明方法處理后的鋰鋁硅微晶玻璃，其強度由110～120MPa提高到350～430MPa，彈性模量由750～850MPa提高到1450～1860MPa，即該微晶玻璃的耐沖擊強度顯著提高。

具體實施方式

實施例1：一種鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化方法，依次進行以下步驟：

1)、制備混合熔鹽：

將25重量份的硝酸鈉和75重量份的硫酸鈉混合后，形成混合熔鹽。

2)、將鋰鋁硅微晶玻璃按照常規工藝進行精磨后，放入上述混合熔鹽中進行浸漬，在450℃的溫度下浸漬90分鐘；要求混合熔鹽能完全埋沒鋰鋁硅微晶玻璃。

浸漬過程結束后，將鋰鋁硅微晶玻璃取出進行水冷并清洗；然后再干燥8小時。

采用上述方法處理后的鋰鋁硅微晶玻璃，強度由110～120MPa提高到350～430MPa，彈性模量由750～850MPa提高到1450～1860MPa，即該鋰鋁硅微晶玻璃的耐沖擊強度顯著提高。

實施例2：一種鋰鋁硅微晶玻璃的表面強化方法，依次進行以下步驟：

1)、制備混合熔鹽：

將50重量份的硝酸鈉和50重量份的硫酸鈉混合后，形成混合熔鹽。

2)、將鋰鋁硅微晶玻璃按照常規工藝進行精磨后，放入上述混合熔鹽中進行浸漬，在750℃的溫度下浸漬15分鐘；要求混合熔鹽能完全埋沒鋰鋁硅微晶玻璃。

浸漬過程結束后，將鋰鋁硅微晶玻璃取出進行水冷并清洗；然后再干燥5小時。