[發(fā)明專利]一種具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品的制備方法

有效

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• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102951850A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 張啟龍;張鶴;楊輝;申乾宏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C17/23
• 分類號: C03C17/23;C03B27/03
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發(fā)明屬于玻璃表面處理技術領域，具體涉及一種具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品的制備方法。

背景技術

普通玻璃的實際使用強度很低，稍受碰撞和沖擊，就產(chǎn)生裂紋或破碎。對于玻璃這種脆性材料，抗彎強度最能反映它的力學性能水平。測試結果表明：普通硅酸鹽玻璃平均抗彎強度低于100Mpa。然而根據(jù)玻璃的化學鍵強度進行計算，其理論抗彎強度至少高幾個數(shù)量級。目前的研究認為這主要是由于在玻璃制品生產(chǎn)、運輸和儲存過程中產(chǎn)生的表面損傷以及其表面大量存在的格里菲斯微裂紋而造成的。

化學鋼化玻璃通過在熔鹽中進行離子交換，即熔鹽中離子半徑較大的K⁺或者Na⁺與玻璃表層的半徑較小的Na⁺或者Li⁺進行離子交換在表層產(chǎn)生“擠塞效應”形成表面壓應力層，從而減小表面裂紋的影響，使玻璃制品的強度提高3～6倍，高于物理鋼化1～2倍的提高幅度。但是在使用中，由于化學鋼化玻璃壓應力層較薄，通常小于50μm，其表面應力層容易受到摩擦或者沖擊產(chǎn)生貫穿的傷痕破壞，導致化學鋼化玻璃的強度顯著降低。

為獲得耐劃傷能力強的化學鋼化玻璃制品，目前提出了一些辦法：第一種方法是使用離子交換速度較快的玻璃品種與匹配的熔鹽(如：鋰鋁硅玻璃與硝酸鈉熔鹽)，較短時間的離子交換就獲得應力層深度超過200μm的產(chǎn)品，這就避開了玻璃表面通常易損傷的40-50μm深度。公開號為CN1886348B的中國專利申請公開了一種含氧化鋰-氧化鋁-氧化硅的鋼化玻璃，在硝酸鈉熔鹽中進行離子交換8h以上可以獲得150μm以上的離子交換深度。這是由于鋰離子半徑為60pm，鈉離子的半徑為95pm，鉀離子半徑為133pm。鈉離子的半徑小于鉀離子的半徑，鈉離子從玻璃中把鋰離子置換出來需要的能量小于鉀離子置換出鈉離子所需要的能量，因此可以在較低的溫度下較快地獲得較厚的鋼化層。但是相對于最常用于化學鋼化的鈉鈣玻璃，這種方法需要使用昂貴的鋰玻璃，限制了應用范圍。

第二種方法是在化學鋼化后的玻璃表面覆蓋保護膜，這種方法在普通玻璃的應用上很寬泛，并且覆蓋的高硬度薄膜不僅能提高耐磨性，同時由于對玻璃制品表面的格里菲斯微裂紋進行了部分修復，還提高了玻璃的強度，減少了強度的分散性。然而由于化學鋼化玻璃制品不能長時間的處于耐磨薄膜固化所需要的300℃以上的高溫，限制了耐磨薄膜種類性能以及制備工藝方法。

Muneo?Watanabe等1975年公開了另一種制備耐刮擦玻璃制品的方法(US?Patent：4021218)。與上述第二種方法不同，該方法先將通過某種薄膜制備工藝將耐磨氧化物涂覆在鈉鈣玻璃制品表面，然后再將KCl-KNO₃或K₂SO₄-KNO₃的高濃度溶液噴涂在玻璃制品的表面并在130℃左右進行預熱處理，之后將玻璃制品置于略低于玻璃軟化點溫度下進行離子交換增強，冷卻清洗后，最終獲得的產(chǎn)品表面壓應力可以達到110Mpa，離子交換深度可以達到16μm左右。但是采用該方法時，薄膜的厚度受到限制，超過15nm后離子交換效果很差，鋼化層厚度迅速減小，并且化學鋼化后玻璃的強度提升幅度有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品的制備方法，該制備方法制得的化學鋼化玻璃制品表面硬度和抗彎曲強度高，表面離子交換深度大，具有優(yōu)良的耐磨性能。

一種具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品的制備方法，包括如下步驟：

(1)在玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜；

(2)將步驟(1)得到的表面鍍上氧化物薄膜的玻璃制品置于金屬熔鹽中，在400-500℃進行離子交換強化8-18h后，降溫，取出清洗，得到所述的具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品；

步驟(2)中所述的金屬熔鹽的重量百分比組成如下：

本發(fā)明先在普通玻璃制品表面制備耐磨涂層，然后使用特別配制的熔鹽進行離子交換鋼化，這可以使高硬度的耐磨涂層與玻璃制品表面結合得更致密，還可以愈合部分表面裂紋，提高制品強度的分散性。同時，鍍膜玻璃制品在特殊設計的熔鹽中進行化學鋼化可以使離子交換的驅(qū)動力更大，即使耐磨涂層的厚度達到1μm時候，仍然可以獲得比較大的離子交換深度，因此得到的化學鋼化玻璃制品同時具有較高的表面硬度和抗彎曲強度，耐磨性能優(yōu)良。