[發明專利]用于玻璃增強的雙階段離子交換法

無效

• 申請號: 201410083465.8
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103896499A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 陳志紅;王艷霞;郭利波;司敏杰;郭麗華;李廷;李曉青;沈潔;秦巖
• 申請（專利權）人: 中國洛陽浮法玻璃集團有限責任公司
• 主分類號: C03C21/00
• 分類號: C03C21/00
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 李路平

技術領域

本發明屬于玻璃強化處理技術領域，提出一種用于玻璃增強的雙階段離子交換法。

背景技術

化學鋼化玻璃又稱離子交換增強玻璃，其原理就是根據離子的擴散機理來改變玻璃表面的組成，即玻璃表層的半徑較小的堿金屬離子(A⁺)被熔鹽中不同的半徑較大的堿金屬離子(B⁺)所置換，使玻璃表面產生壓應力層，從而達到提高玻璃強度的目的。根據交換離子的類型和離子交換時溫度的不同，離子交換可分為高溫型(高于玻璃轉變點溫度)和低溫型(低于玻璃轉變點溫度)兩種離子交換法。本發明涉及低溫型離子交換法。低溫型離子交換就是以熔鹽中離子半徑大的堿金屬離子(B⁺)?置換玻璃中半徑小的堿金屬離子(A⁺)，使玻璃表面“擠塞”膨脹，產生壓應力，從而使玻璃強度提高。

在離子交換過程中，隨著熔鹽溫度的升高，玻璃本身會有膨脹，致使各離子間距離增大，熔鹽中半徑大的堿金屬離子(B⁺)向玻璃內部擴散所受的阻力變小，同時熔鹽中的自由離子（B⁺）也獲得了較高的擴散能，從而有利于熔鹽中的B⁺離子向玻璃內部遷移去置換玻璃中的A⁺離子，因而交換層會越厚即應力層深度就較大。但隨著B⁺離子向玻璃內部遷移，相應會減少玻璃表面上B⁺離子的數量，從而削弱了大半徑的B⁺離子取代小半徑的A⁺離子而在玻璃表面所產生的擠壓效應，也就是玻璃的表面應力會較小。如果在較低溫度下進行離子交換，則不利于熔鹽中的B⁺離子向玻璃內部遷移去置換玻璃中的A⁺離子，結果剛好相反，較多的B⁺離子聚集在玻璃表面，使得玻璃的表面應力較大，而交換層會較薄即應力層深度較小。生產過程中不能一味地追求表面應力而忽略應力層的厚度，如果應力層太薄，一旦有表面損傷穿透應力層，表面應力會大幅度下降，而影響玻璃的強度，所以如何兼顧這兩方面是一個重要的課題。

為提高玻璃強度，很多技術人員在離子交換化學強化玻璃方面做過一些探索，如中國專利CN1236670A、CN102503101A、CN1161298C、CN101921054A、CN1162363C中，發明人都分別提供了一種一段式離子交換工藝，但由于如上所述原理，一段式離子交換工藝是不可能在玻璃表面同時得到較高的表面應力和應力層深度的。

申請公開號為CN102137822A提出的“一種用于化學強化玻璃的雙階段離子交換”，采用了雙階段離子交換對堿性鋁硅酸鹽玻璃進行了化學強化；該專利申請中所用到的玻璃原片為堿性鋁硅酸鹽玻璃，玻璃原片的成分中含有第一金屬離子，所述第一金屬離子是鋰、鈉、鉀和銫中的一種，各離子具有第一離子半徑，將所述玻璃原片預熱后浸入第一離子交換浴中，所述第一離子交換浴包含大量第二金屬離子和第一種濃度的第一金屬離子，所述第二金屬離子是鈉、鉀、銫和銣中的一種，各第二金屬離子具有第二金屬離子半徑，第二金屬離子半徑大于第一金屬離子半徑。當玻璃原片在第一離子交換浴中放置一段時間后取出，洗凈玻璃表面的殘余鹽，再次預熱，后放進第二離子交換浴，所述第二離子交換浴包含大量第二金屬離子和第二濃度的第一金屬離子，所述第一金屬離子的第二濃度小于第一濃度。玻璃中所述大量第一金屬離子的一部分被第二金屬離子替換，以在玻璃表面區域產生壓縮應力。所述第一離子交換浴的溫度大于第二離子交換浴的溫度，然后通過在不同的離子交換浴中進行離子交換，在玻璃表面形成壓縮應力，壓縮應力可以達到200Mpa以上，應力層深度可達到50μm以上。?