具有高应力性能的化学强化玻璃的制备方法及强化玻璃与流程

本发明涉及玻璃，具体涉及一种具有高应力性能的锂铝硅化学强化玻璃的制备方法及强化玻璃。

背景技术：

1、目前，手机、平板、电子手表等携带型智能电子设备，其显示保护材料及外观壳体保护材料均为玻璃，并且绝大多数为锂铝硅化学强化玻璃。作为智能手机等便携终端的显示器用保护玻璃，其对于强度(尤其是抗跌落强度)和玻璃单体性能都有一定的要求。因此，具有高应力性能(包括高表面压应力(cs)、高压应力深度(dol_0)和高张应力线密度(ct_ld))和优异单体强度(包括较高抗落球跌落高度和四点弯曲强度)的锂铝硅化学强化玻璃拥有很大的市场空间。另外，为了保证客户碎屏后的应急使用，越来越多的手机厂商还进一步要求玻璃在破碎后不会产生众多小碎片。

2、为了制备出符合市场需求的具有高应力性能以及高单体强度的锂铝硅化学强化玻璃，大部分玻璃厂商通常会不断调整玻璃配方，获得不同的玻璃原片，然后对不同的玻璃原片，进行强化工艺调整，制备强化玻璃。这一过程是非常繁琐的，周期较长，而且并不能确保获得符合要求的锂铝硅化学强化玻璃。深究其原因，可能是因为研制的玻璃原片根本就不符合制备高应力性能化学强化玻璃的要求，即便不断调整了化学强化工艺，但强化后的玻璃依然无法达到高性能要求，也可能是因为强化工艺并没有调整为特定配方玻璃原片的优选强化工艺，往往容易导致过度强化或强化不到位的情况，进而造成产品的浪费。此外，现有的强化工艺普遍采用两步法进行，强化工序复杂，成本高。

3、因此，对玻璃原片和强化工艺进行深入、系统的研究，找到特定的规律，有利于更准确更高效的制备获得符合要求的具有高应力性能和高单体强度的锂铝硅化学强化玻璃。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有高应力性能和高单体强度的锂铝硅化学强化玻璃的制备方法以及采用该方法制备的锂铝硅化学强化玻璃。本发明的发明人通过对玻璃原片和强化工艺进行深入、系统的研究，发现了制备兼具高应力性能和高单体强度化学强化玻璃时，玻璃原片需满足的特性要求，按照这一特性要求，能够快速筛选出符合条件的玻璃原片配方，还能够有效地避免遗漏因强化工艺不适配而被厂家直接放弃的玻璃原片配方。同时，本发明针对筛选出的玻璃原片配方所对应的玻璃原片，还提供了合适的单步强化工艺，相较于现有的两步强化工艺而言，本发明提供的强化工艺大大简化了强化工序，降低了强化成本，还能够有效地控制强化时间，在获得高应力性能的同时，能够保证强化后的玻璃依然具有优异的单体强度，还能够保证强化后的玻璃在立即破裂后产生的碎片以大碎片为主，以满足应急使用需求。

2、本发明提供了一种具有高应力性能的化学强化玻璃的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、筛选出适合采用单步二元离子交换化学强化制备具有高应力性能化学强化玻璃的玻璃配方，并将该配方的玻璃作为待强化的玻璃原片，具体步骤包括：

4、(1)将未强化的锂铝硅玻璃放入450℃的100wt％硝酸钠盐浴中，测试玻璃能够获得的张应力线密度最大值ct_ldmax1，同时测试与该锂铝硅玻璃同配方的玻璃所具有的分叉阈值，计算出ct_ldmax1与分叉阈值的差值；

5、(2)筛选出分叉阈值大于40000mpa/mm，且ct_ldmax1减去分叉阈值的差值大于等于3000mpa/mm的玻璃，确定其所对应的玻璃配方，然后将该配方的玻璃放入450℃的5wt％硝酸钠和95wt％硝酸钾的混合盐浴中，测试玻璃能够获得的张应力线密度最大值ct_ldmax2，并在达到ct_ldmax2时，测试所得玻璃的表面压应力cs2，计算出ct_ldmax2与分叉阈值的比值；

6、(3)筛选出ct_ldmax2与分叉阈值的比值大于1.05，并且cs2大于800mpa的玻璃，确定其所对应的玻璃配方，并将该配方的玻璃作为待强化的玻璃原片；

7、s2、将s1中筛选出的待强化的玻璃原片进行单步二元离子交换化学强化，控制单步二元离子交换的工艺条件，即可制得具有高应力性能的化学强化玻璃。

8、进一步，在s2中，玻璃原片进行单步二元离子交换化学强化时，采用的盐浴包括：大于0wt％且小于等于15wt％的硝酸钠以及大于等于85wt％且小于100wt％的硝酸钾，盐浴温度为400～500℃。

9、进一步，在s2中，玻璃原片进行单步二元离子交换化学强化时，采用的盐浴包括：大于等于2.5wt％且小于等于15wt％的硝酸钠以及大于等于85wt％且小于等于97.5wt％的硝酸钾。

10、进一步，在s2中，控制单步二元离子交换的工艺条件，使单步二元离子交换后所得的锂铝硅化学强化玻璃满足：

11、a、分叉阈值大于40000mpa/mm，张应力线密度ct_ld大于40000mpa/mm，且张应力线密度ct_ld减去分叉阈值的差值为-3000mpa/mm～3000mpa/mm；

12、b、表面压应力cs大于800mpa。

13、进一步，在s2中，控制单步二元离子交换的工艺条件，使单步二元离子交换后所得的锂铝硅化学强化玻璃还满足：

14、c、压应力深度dol_0大于所得的锂铝硅化学强化玻璃厚度的16.00％。

15、进一步，在s2中，控制单步二元离子交换的工艺条件，使单步二元离子交换后所得的锂铝硅化学强化玻璃还满足：

16、d、cs50满足公式：

17、其中，cs50为距离强化玻璃表面50微米深度位置的压应力，单位为mpa；a为-486.26；b为0.449；c为(217-10t)～(217+70/t)，t为强化玻璃的厚度，单位为mm。

18、进一步，在s2中，控制单步二元离子交换的工艺条件，使单步二元离子交换后所得的锂铝硅化学强化玻璃还满足：

19、e、当落球重量为56g时，该锂铝硅化学强化玻璃的当换算为厚度0.7mm时的抗落球跌落高度大于等于0.70m。

20、进一步，在s2中，控制单步二元离子交换的工艺条件，使单步二元离子交换后所得的锂铝硅化学强化玻璃还满足：

21、f、该锂铝硅化学强化玻璃的当换算为厚度0.7mm时的四点弯曲强度大于700mpa。

22、进一步，在s2中，控制单步二元离子交换的工艺条件，使单步二元离子交换后所得的锂铝硅化学强化玻璃还满足：

23、g、该锂铝硅化学强化玻璃的当换算为厚度0.7mm时的抗砂纸跌落高度大于1.0m，优选大于等于1.2m，更优选大于等于1.5m。

24、本发明还提供了一种锂铝硅化学强化玻璃，该强化玻璃是由上述的制备方法制备获得的，所述强化玻璃的分叉阈值大于40000mpa/mm，张应力线密度ct_ld大于40000mpa/mm，且张应力线密度ct_ld减去分叉阈值的差值为-3000mpa/mm～3000mpa/mm；所述强化玻璃的表面压应力cs大于800mpa。

25、进一步，所述强化玻璃的压应力深度dol_0大于强化玻璃厚度的16.00％。

26、进一步，所述强化玻璃的cs50满足公式：

27、其中，cs50为距离强化玻璃表面50微米深度位置的压应力，单位为mpa；a为-486.26；b为0.449；c为(217-10t)～(217+70/t)，t为强化玻璃的厚度，单位为mm。

28、进一步，所述强化玻璃的张应力线密度ct_ld减去分叉阈值的差值为-2000mpa/mm～3000mpa/mm；和/或

29、所述强化玻璃的表面压应力cs大于等于850mpa。

30、进一步，当落球重量为56g时，所述强化玻璃的当换算为厚度0.7mm时的抗落球跌落高度大于等于0.70m；和/或

31、所述强化玻璃的当换算为厚度0.7mm时的四点弯曲强度大于700mpa。

32、进一步，所述强化玻璃的当换算为厚度0.7mm时的抗砂纸跌落高度大于1.0m，优选大于等于1.2m，更优选大于等于1.5m。

33、进一步，所述强化玻璃经过探针破碎后形成若干碎片，且碎片的平均长度大于10mm。

34、本发明筛选的玻璃配方是锂铝硅玻璃，以氧化物计，玻璃配方中包括sio2、al2o3、li2o、na2o。这一体系的玻璃可以进行离子交换化学强化，通过钠-锂交换可获得的深层应力，玻璃中li+与离子交换盐浴中的na+进行na+-li+交换，使玻璃能够形成高深度的压应力层，产生高深层应力。玻璃配方中还可包括p2o5、b2o3、y2o3、la2o3、tm2o3、mgo、tio2、zro2、k2o中的一种或多种。

35、本发明还提供了一种作为消费品的电子终端，包括：

36、外壳，所述外壳包括前表面、后表面和侧表面；

37、以及部分位于所述外壳内的电子组件，所述电子组件包括显示器件，该显示器件位于所述外壳的前表面处或者毗邻所述前表面；

38、所述前表面或/和后表面或/和侧表面包括由上述的制备方法制得的锂铝硅化学强化玻璃；

39、还包括覆盖于外壳的前表面处或位于所述显示器件上的覆盖制品，所述覆盖制品包括由上述的制备方法制得的锂铝硅化学强化玻璃；

40、所述作为消费品的电子终端包括手机、平板电脑、光伏器件、或其他电子终端(包括电子手表等)。

41、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

42、1、本发明的制备方法中提供了对玻璃原片进行快速筛选的方法，利用锂铝硅玻璃在极限实验的盐浴条件(包括450℃的100wt％硝酸钠盐浴和450℃的5wt％硝酸钠和95wt％硝酸钾的混合盐浴)中能够获得的张应力线密度最大值与该配方玻璃的分叉阈值之间的关系，能够对不同配方的玻璃原片进行快速筛选，判断其是否适合制备满足本发明要求的兼具高应力性能和高单体强度的强化玻璃，进而判断其是否适合采用单步二元离子交换化学强化，为其后续的化学强化工艺的优选提供基础，避免对不合适的玻璃原片进行无用功的强化工艺优化(采用的玻璃原片不合适，无法获得高的抗破坏强度)，造成人力和物力的浪费。通过这种筛选方式还能够有效地避免遗漏因强化工艺不适配而被厂家直接放弃的玻璃原片配方。

43、2、本发明的发明人针对筛选出的玻璃原片配方所对应的玻璃原片，提供了合适的单步强化工艺。较于现有的两步强化工艺而言，本发明提供的单步强化工艺大大简化了强化工序，降低了强化成本，还能够有效地控制强化时间，避免发生强化玻璃产品体积膨胀增大、表面微裂纹增加、玻璃表面高温盐浴侵蚀风险增加等问题，进而避免强化玻璃产品出现单体强度性能下降的问题。通过对筛选出的锂铝硅玻璃原片，采用本发明提供的单步二元离子交换化学强化工艺，在获得高应力性能的同时，能够保证强化后的玻璃依然具有优异的单体强度，还能够保证强化后的玻璃在立即破裂后产生的碎片以大碎片为主，以满足应急使用需求。