铝硅酸盐玻璃及强化玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝硅酸盐玻璃及由该铝硅酸盐玻璃强化得到的强化玻璃。
【背景技术】
[0002] 近年来，智能手机、平板电脑等设备不断普及，而且呈现出薄型化和轻量化的发展 趋势。薄型化会带来的一个问题是，玻璃的强度会随着厚度的减小而下降。为了能够满足 使用的要求，必须使显示用的玻璃在小的厚度下仍具有高的强度。为了达到这一目的，需要 对玻璃进行强化。
[0003] 目前，在所用铝硅酸盐玻璃的组成中，为了保证离子交换能力并考虑到玻璃的熔 融性、成形性、耐失透性等因素，碱金属氧化物的含量较高。对铝硅酸盐玻璃进行强化时，由 于玻璃较薄，采用物理钢化的效果不显著，故一般选择化学钢化法。化学钢化法可分为高温 型化学钢化和低温型化学钢化。
[0004] 低温型离子交换方法是，将玻璃浸入熔融的盐中（通常为KNO3与NaNO3的混合熔 盐，以KNO3为主)，在一定温度下(通常为350?550°C)进行一段时间(通常为5-20h)的离 子交换。
[0005] 低温型化学钢化法的原理是：在低于玻璃化转变温度（Tg)的温度下，将玻璃浸渍 在碱金属离子半径较大的熔盐中，让熔盐中半径较大的离子交换玻璃表面半径较小的离 子，产生"挤压"效应，从而达到强化的目的。最典型的例子是用钾盐中的K+置换玻璃中的 Na+，然后经过冷却、清洗得到化学钢化玻璃。低温型离子交换过程是在熔融的钾盐中进行 的，是一个非常缓慢的扩散过程，K+离子浓度分布是从表面向内逐步减少。采用钾盐浴的方 式进行离子交换的化学强化方法耗时较长，导致生产周期较长，生产性差。如US3773489A 公开了将玻璃浸入包括KNO3和K2Cr2O7ACl的钾盐浴中利用交换离子对玻璃制品进行处 理，其中盐浴的温度范围是525°C至625 °C，并且玻璃的浸入时间的范围是8小时至7天。 CN102137822A公开了用于化学强化玻璃的双阶段离子交换法，包括使玻璃在第一浴中进行 离子交换，之后将其浸没在第二浴中，其中温度范围从约380°C到最高约450°C，盐浴时间 约12小时。
[0006] 传统的低温型离子交换法耗时长，而且需要注意定期更换新熔盐，效率低，在大规 模生产制造装置中是不实用的，因为他们需要将制品分批长时间浸没到熔融盐浴中，难以 实现成规模、低成本制备，限制了产业的发展。
[0007] 还有一种利用"挤压"效应的方法是采用喷涂工艺来代替盐浴处理，主要包括以下 两个阶段：
[0008] (1)在玻璃化转变温度范围内用含钾盐的喷涂液喷涂于玻璃表面，形成具有一定 厚度的固相涂层。
[0009] (2)对带有试剂涂层的玻璃进行热处理，进行离子交换。
[0010] 这种方法是在退火过程中同时进行，离子交换过程的时间比熔盐法短得多，至少 需要30min，一般耗时2h以上。
[0011] 高温型离子交换原理为：在玻璃的应变点温度以上，熔盐中小半径的碱金属离子 交换玻璃中大半径碱金属离子，在玻璃表面形成低膨胀层而发生结构松弛，当温度降低后， 由于玻璃表面和内部膨胀系数不同就会在表面产生压应力，玻璃强度得到提高。上世纪80 年代，程继健等人对高温离子交换进行了相关研究：用Li+交换钠钙硅玻璃中的Na+，将玻璃 加热到应变点以上，放入650?800°C的盐浴中，盐浴时间为1. 5-90分钟，从而达到对玻璃 增强的目的。
[0012] 但目前高温型离子交换法应用较少，高温型离子交换法存在在强化处理中玻璃表 面被熔融盐浸蚀而容易受损的问题，难以得到适合用作便携式设备用覆盖玻璃的玻璃基 板，容易使薄玻璃产生变形，变形率超过20%，交换层太深不能达到设计的抗弯强度。
【发明内容】
[0013] 基于此，有必要提供一种能提高强化后强度的铝硅酸盐玻璃及由该铝硅酸盐玻璃 强化得到的强化玻璃。
[0014] 一种铝硅酸盐玻璃，按照摩尔百分含量计包括如下组分：
[0015] 60%?75%的二氧化硅，5%?10%三氧化二铝，5%?8%的氧化钠，0%?3%的氧化 钾，1%?5%的氧化I丐，1%?5%的氧化镁,2%?5%的三氧化二硼及0%?4%的二氧化锫,所 述铝硅酸盐玻璃的游离氧系数0. 9彡A彡1. 3,其中A= (Na20+K20+0. 7Ca0+0. 3Mg0-Al203) /B2O3，式中每种组分均代表该组分的摩尔百分含量。
[0016] 在优选的实施例中，所述二氧化硅与所述三氧化二铝的总摩尔百分含量大于等于 65%且小于等于85%。
[0017] 在优选的实施例中，所述氧化钠与所述氧化钾的总摩尔百分含量大于等于6%且 小于等于10%。
[0018] 在优选的实施例中，所述氧化钾的摩尔百分含量与所述氧化钠的摩尔百分含量的 比值小于等于0.5。
[0019] 在优选的实施例中，所述铝硅酸盐玻璃中不含锂。
[0020] 一种强化玻璃，所述强化玻璃包括上述的硅酸盐玻璃及形成于所述硅酸盐玻璃表 面的晶化层，所述晶化层的成分为￠-锂霞石。
[0021] 在优选的实施例中，所述晶化层的厚度为5iim?10iim。
[0022] 另一种强化玻璃，所述强化玻璃由以下步骤制备：
[0023] 对上述的铝硅酸盐玻璃进行预热，使所述铝硅酸盐玻璃的温度为500°C?600°C;
[0024] 在所述铝硅酸盐玻璃表面涂敷强化处理剂，所述强化处理剂含有熔盐，所述熔盐 按照质量百分含量计包括70%?100%的锂盐及0%?30%的钠盐，所述锂盐为硝酸锂及硫 酸锂中的至少一种与氯化锂的混合物或氯化锂，钠盐选自氯化钠、硝酸钠及硫酸钠中的至 少一种；
[0025] 使所述强化处理剂与所述铝硅酸盐玻璃在650°C?825°C下进行离子交换3分 钟?15分钟以在所述铝硅酸盐玻璃表面形成晶化层；及
[0026] 除去强化处理剂得到强化玻璃。
[0027]在优选的实施例中，所述熔盐中，以质量百分含量计，所述氯化钠及所述氯化锂的 总含量为90%?100%，所述硝酸钠及所述硝酸锂的总含量为0%?5%，所述硫酸钠及所述硫 酸锂的总含量为0%?5%。
[0028] 在优选的实施例中，使用高压空气喷枪在所述铝硅酸盐玻璃表面涂敷所述强化处 理剂，涂敷在所述铝硅酸盐玻璃表面的所述强化处理剂的温度为670°C?845°C。
[0029] 在优选的实施例中，所述强化处理剂中还含有增粘剂，所述强化处理剂中所述增 粘剂的质量百分含量为5%?10%，所述增粘剂为明胶、骨胶或甲基纤维素中的至少一种。
[0030] 在优选的实施例中，所述强化处理剂的粘度为0. 5Pa?S?3Pa?S。
[0031] 在优选的实施例中，所述强化处理剂中还含有表面活性剂，所述强化处理剂中所 述表面活性剂的质量百分含量为0. 5%?1%，所述表面活性剂为（RN+(CH3)3Cl,其中R为烷 基。
[0032] 在优选的实施例中，所述强化处理剂的表面张力为200X10_3N/m?300X10_3N/m。
[0033] 在优选的实施例中，晶化层的表面平整度达到0. 01mm。
[0034] 上述铝硅酸盐玻璃中，碱金属氧化物的含量较低，二氧化硅及三氧化二铝的含量 较高，能够显著的提高铝硅酸盐玻璃的应变点，增强铝硅酸盐玻璃在高温下的抗软化能力， 提高了玻璃的化学稳定性、抗热振性，降低了玻璃的热膨胀系数，适用于高温化学钢化，同 时碱金属氧化物含量可以满足化学强化时离子交换的需求，在使用锂盐进行化学强化时， Li+与铝硅酸盐玻璃的Na+发生离子交换，在铝硅酸盐玻璃表面生成P-锂霞石作为晶化层 得到强化玻璃，P_锂霞石是一种负膨胀的晶体，与铝硅酸盐玻璃的热膨胀系数相差较大， 在铝硅酸盐玻璃表面形成较大的压应力，能提高强化后的强化玻璃的强度。
【具体实施方式】
[0035] 为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许 多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使 对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0036] -实施方式的铝硅酸盐玻璃，按照摩尔百分含量计包括如下组分：
[0037] 60%?75%的二氧化硅，5%?10%三氧化二铝，5%?8%的氧化钠，0%?3%的氧化 钾，1%?5%的氧化钙，1%?5%的氧化镁，2%?5%的三氧化二硼及0%?4%的二氧化锆。
[0038] 二氧化硅（SiO2)是形成铝硅酸盐玻璃所必须的成分，且能提高铝硅酸盐玻璃的强 度、化学稳定性等，但其含量过高时，铝硅酸盐玻璃难熔，故其含量选为60%?75%。
[0039] 三氧化二铝（Al2O3)能提高铝硅酸盐玻璃的化学稳定性、软化