[發(fā)明專利]一種用于玻璃的化學(xué)鋼化增強(qiáng)的熔鹽及其應(yīng)用工藝

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2010-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101921054A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張啟龍;楊輝;郝嶸;樊先平;汪海燕;黃振暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C03B27/03
• 分類號(hào): C03B27/03
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及特種玻璃及其制造領(lǐng)域，尤其涉及一種可應(yīng)用于高速列車(chē)車(chē)窗玻璃化學(xué)鋼化增強(qiáng)的熔鹽，及使用該熔鹽對(duì)車(chē)窗玻璃進(jìn)行鋼化增強(qiáng)的工藝。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)高速鐵路交通系統(tǒng)的建設(shè)，動(dòng)車(chē)組向高速化發(fā)展。動(dòng)車(chē)組技術(shù)的推進(jìn)以及速度的提高，對(duì)車(chē)窗玻璃等關(guān)鍵部件可靠性提出了更高的要求。

目前主要的玻璃鋼化增強(qiáng)工藝主要有物理鋼化和化學(xué)鋼化兩種。化學(xué)鋼化相比物理鋼化工藝，能夠獲得更高的表面壓力，更大面積的強(qiáng)化層，從而得到更高的強(qiáng)度和更好的力學(xué)性能；此外，化學(xué)鋼化工藝并不會(huì)改變玻璃的光學(xué)性能，同時(shí)能夠?qū)^薄的玻璃及外形復(fù)雜的玻璃進(jìn)行鋼化，并且化學(xué)鋼化避免了物理鋼化會(huì)出現(xiàn)的自爆現(xiàn)象，安全性更高，因而化學(xué)鋼化工藝主要工業(yè)應(yīng)用在于制造飛機(jī)等航天器的座艙玻璃以及高速列車(chē)的玻璃等要求苛刻的領(lǐng)域。

關(guān)于玻璃化學(xué)鋼相關(guān)的專利和文獻(xiàn)報(bào)道較少。法國(guó)圣戈班(Saint-Gobain)集團(tuán)在玻璃生產(chǎn)制造領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，該集團(tuán)旗下的研究機(jī)構(gòu)Saint-Gobain?Recherche(圣戈班研究院)發(fā)表在《MaterialsScience?and?Engineering?B》(材料科學(xué)與工程B冊(cè))2008年149卷159～165頁(yè)的綜述文章“Review：Ion?exchange?for?glass?strengthening”(“文獻(xiàn)綜述：離子交換法在玻璃鋼化中的應(yīng)用”)，對(duì)化學(xué)鋼化玻璃的工藝及其對(duì)玻璃性能的影響進(jìn)行了較為全面的歸納，但未給出具體配方和工藝條件。中國(guó)發(fā)明專利CN?1369449A公開(kāi)了通過(guò)一種基于化學(xué)鋼化與表面處理表面保護(hù)相結(jié)合的玻璃綜合增強(qiáng)法將普通平板玻璃的彎曲強(qiáng)度提高到1000MPa以上。但該專利實(shí)施過(guò)程中要求最佳的化學(xué)鋼化工藝參數(shù)為450℃下交換20小時(shí)，交換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。在實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)中，該方法能耗較大，效率較低。中國(guó)發(fā)明專利CN?1381415公開(kāi)了通過(guò)配制含有硅藻土、三氧化二鋁、氫氧化鉀的硝酸鉀混合熔鹽的方法，使鋼化玻璃的表面應(yīng)力提高到普通玻璃的6～10倍。但這種方法在操作過(guò)程中，不但要求混合鹽要經(jīng)歷兩次升溫融化過(guò)程，而且要求熔鹽要有較長(zhǎng)的保溫時(shí)間(總計(jì)5小時(shí))，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中能耗較大。此外，該專利著重強(qiáng)調(diào)其配制的熔鹽加速了離子交換速度，獲得了光學(xué)畸變小力學(xué)性能好的鋼化玻璃；然而相較于其他方法獲得的鋼化玻璃，通過(guò)該方法獲得鋼化玻璃力學(xué)性能并未得到十分突出的改善。目前來(lái)看，專門(mén)針對(duì)高速列車(chē)車(chē)窗用的化學(xué)鋼化玻璃進(jìn)行的研究報(bào)道比較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于玻璃的化學(xué)鋼化增強(qiáng)的熔鹽及其應(yīng)用工藝，可專門(mén)針對(duì)高速列車(chē)用車(chē)窗玻璃的化學(xué)鋼化。本發(fā)明的經(jīng)處理后的玻璃板，具有較高的抗彎、抗壓強(qiáng)度以及較大的彎曲、壓縮彈性模量；此外，通過(guò)合理配合熔鹽成分達(dá)到加速離子交換速率的目的，從而彌補(bǔ)了一般化學(xué)鋼化工藝交換反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的不足，使得生產(chǎn)能耗得以降低。

本發(fā)明的熔鹽采用KNO₃為主鹽，輔助鹽中添加Al₂O₃作為穩(wěn)定成分，添加KCl、K₂CO₃成分通過(guò)誘導(dǎo)作用使得離子交換反應(yīng)得到加快，添加KOH不但對(duì)玻璃表面進(jìn)行二次腐蝕出去玻璃表面原有的微裂紋等缺陷，還通過(guò)OH^-的較強(qiáng)的極性增加擴(kuò)散反應(yīng)的推動(dòng)力，加速離子交換反應(yīng)。以上輔助鹽的添加使得化學(xué)鋼化可以在較短時(shí)間內(nèi)完成，并且獲得均勻良好的鋼化效果。

一種用于玻璃的化學(xué)鋼化增強(qiáng)的熔鹽，包含主鹽和輔助鹽，所述的主鹽組分為KNO₃，所述的輔助鹽組分中包括2％～6％的Al₂O₃、0.3％～3％的KCl、1％～6％的K₂CO₃及不超過(guò)1％的KOH。上述百分比為輔助鹽中相應(yīng)組分的質(zhì)量對(duì)主鹽質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

一種使用上述熔鹽對(duì)玻璃進(jìn)行化學(xué)鋼化增強(qiáng)的工藝，包括以下步驟：

(1)將玻璃板放入腐蝕性酸洗液中用超聲清洗10～15分鐘，然后分別在去離子水、無(wú)水乙醇中超聲清洗30分鐘，得到干凈的玻璃板烘干存放。所述的腐蝕性酸洗液優(yōu)選為鉻酸洗液。

(2)按前面所述的配方和比例進(jìn)行混合鹽配制，將配制好的混合鹽混合均勻，放入溫控電爐中，電爐在30分鐘內(nèi)從室溫升溫至400℃，之后保溫30分鐘，獲得熔鹽。

(3)將經(jīng)步驟(1)處理得到的玻璃板進(jìn)行預(yù)熱處理，具體處理方法為：玻璃板放入溫控電爐中，電爐在30分鐘內(nèi)從室溫升溫至400℃，之后保溫30分鐘。