一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及強(qiáng)化玻璃制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]玻璃表面上形成壓縮應(yīng)力層是提高玻璃制品強(qiáng)度有效方法。通常采用空氣冷卻強(qiáng)化法(物理回火法)，即使加熱至接近軟化點(diǎn)的玻璃表面驟冷；或者低于比玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下，用較大離子半徑的堿金屬離子(通常是K+)交換玻璃表面上的具有較小離子半徑的堿金屬離子(通常是Li+或Na+)。因此，玻璃的表面處理過程可以使得玻璃制品的強(qiáng)度增大，從而減薄玻璃制品的厚度，達(dá)到輕量化目的。相比而言，空氣驟冷強(qiáng)化法應(yīng)用于薄體玻璃制品則無法保證玻璃表面與內(nèi)部之間的溫差，不易形成壓縮應(yīng)力層，無法獲得預(yù)期的強(qiáng)度。熔鹽離子交換法則存在熔鹽中的Na+濃度累積造成的熔鹽更換頻繁，且薄體鈉鈣玻璃很難制得30微米的壓縮應(yīng)力層且表面壓縮應(yīng)力200兆帕以上。盡管熔融鹽具有高溫穩(wěn)定性，寬范圍低蒸氣壓，低粘度，良好的導(dǎo)電性，較高的離子迀移和擴(kuò)散速度，高的熱容量，溶解各種不同材料的能力等優(yōu)點(diǎn)。但無機(jī)鹽的熔融依賴于熱能的高消耗，低于熔融溫度就會出現(xiàn)黏度增大，相應(yīng)的各項(xiàng)性能變差。此外，浸泡玻璃制品需要消耗大量無機(jī)鹽和熱量，處理后的玻璃制品需要反復(fù)清洗除鹽。
[0003]如專利號:CN201180041099.4，申請公布號:CN103068759A，公開了一種強(qiáng)化堿性鋁硼硅酸鹽玻璃的方法。通過用較大金屬陽離子交換玻璃中存在的較小金屬陽離子，形成從玻璃表面延伸到層深度的壓縮層。在第二步驟中，玻璃中的金屬陽離子被較大金屬陽離子交換至玻璃中的第二深度，該第二深度小于所述層深度，并增強(qiáng)了壓縮層的壓縮應(yīng)力。可以通過二步離子交換法形成壓縮層并用較大陽離子代替陽離子。還提供了堿性鋁硼硅酸鹽玻璃，其具有壓縮層，以及至少3000gf的裂縫壓痕閾值。該方法工序較為復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，在保證玻璃制品強(qiáng)度的條件下，降低熔融和清洗成本，從而解決以上所述的問題。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]—種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，該方法包括:將玻璃制品浸泡于高濃度含鉀離子溶液的水熱環(huán)境中進(jìn)行離子交換處理，并間歇性施加超聲波消除玻璃表面的濃差極化，從而制得化學(xué)強(qiáng)化玻璃。
[0007]本方法通過離子交換將玻璃板表面的離子半徑小的Li+和Na +堿金屬離子交換為離子半徑更大的K+，離子交換后的玻璃經(jīng)過去離子水的清洗后，即為強(qiáng)化玻璃。
[0008]作為化學(xué)強(qiáng)化的含鉀離子溶液，只要能夠?qū)⒉ＡП韺拥腖i2O或Na2O與K2O進(jìn)行離子交換則沒有特別限定，氯化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硝酸鉀等可溶性鉀鹽均可，如將玻璃浸漬到硝酸鉀(KNO3)溶液中的方法，也可用多種鉀鹽復(fù)合使用。
[0009]另外，在鉀鹽溶液中，陽離子中K+摩爾濃度至少為34mol -L 1O含鉀溶液中Na+摩爾百分比為4?6%，用732型強(qiáng)酸性陽離子樹脂將富鈉鉀鹽溶液進(jìn)行鈉鉀分離，實(shí)現(xiàn)鉀鹽溶液低鈉化處理。
[0010]用于在玻璃上形成具有期望的表面壓應(yīng)力的化學(xué)強(qiáng)化層的條件:根據(jù)玻璃的表面壓應(yīng)力厚度的不同，水熱溫度條件優(yōu)選為200?240°C，水熱釜填充度60?80%，溶劑為純水，水熱強(qiáng)化的時(shí)間優(yōu)選為6?18h，超聲時(shí)間10?20min，超聲間隔時(shí)間I?2h。
[0011]該方法適用的玻璃基體為各類器型的鈉鈣玻璃制品，水熱化學(xué)強(qiáng)化后的玻璃的表面壓應(yīng)力層的深度優(yōu)選為24 μ m?50 μ m，表面壓縮應(yīng)力優(yōu)選為250?500MPa。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、超聲波處理可以消除玻璃表面的濃差極化，增加界面處鈉離子和鉀離子的擴(kuò)散推動力；
[0014]2、高溫高壓的水熱環(huán)境中，鉀鹽的溶解度大大提高，離子活度高，熱擴(kuò)散性能好，有利于玻璃與溶液進(jìn)行離子交換，實(shí)現(xiàn)表面化學(xué)強(qiáng)化；
[0015]3、鉀鹽用量小，溶液黏度小，易于與玻璃分離，玻璃表面鉀鹽殘留量少，便于后續(xù)清洗;
[0016]4、低溫操作，可以選用易分解的鉀鹽，增加了鉀鹽種類的可選性，而且熱能消耗大大降低，也避免了高溫熔鹽對器壁的腐蝕；
[0017]5、封閉的水熱環(huán)境可以提供安全的操作環(huán)境，避免了高溫下熔鹽分解產(chǎn)生的有毒氣體對操作者的傷害；
[0018]6、鉀鹽溶液可以通過離子交換實(shí)現(xiàn)再生，實(shí)現(xiàn)鉀鹽提純，不需要更換新的鉀鹽溶液，大大提高了鉀鹽的利用率，降到了鉀鹽用量成本。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]玻璃基體選用鈉鈣玻璃瓶罐，鉀鹽選用硝酸鉀和氯化鉀，溶液中K+摩爾濃度為35mol *L S水熱溫度條件為210°C，填充度80%，溶劑為純水，水熱強(qiáng)化的時(shí)間優(yōu)選為18h，超聲時(shí)間12min，超聲間隔時(shí)間2h。溶液中Na+摩爾百分比為4%，將氯化鉀溶液用732型強(qiáng)酸性陽離子樹脂進(jìn)行鈉鉀分離，實(shí)現(xiàn)氯化鉀溶液低鈉化處理。水熱化學(xué)強(qiáng)化后的玻璃的表面壓應(yīng)力層的深度為27 μ m，表面壓縮應(yīng)力為258MPa。
[0022]實(shí)施例2
[0023]玻璃基體選用鈉鈣玻璃瓶罐，鉀鹽選用硝酸鉀和硫酸鉀，溶液中K+摩爾濃度為52mol *L S水熱溫度條件為220°C，填充度70%，溶劑為純水，水熱強(qiáng)化的時(shí)間優(yōu)選為14h，超聲時(shí)間16min，超聲間隔時(shí)間1.5h。溶液中Na+摩爾百分比為5 %，將氯化鉀溶液用732型強(qiáng)酸性陽離子樹脂進(jìn)行鈉鉀分離，實(shí)現(xiàn)氯化鉀溶液低鈉化處理。水熱化學(xué)強(qiáng)化后的玻璃的表面壓應(yīng)力層的深度為34 μ m，表面壓縮應(yīng)力為387MPa。
[0024]實(shí)施例3
[0025]玻璃基體選用鈉鈣玻璃瓶罐，鉀鹽選用碳酸鉀、硝酸鉀和硫酸鉀，溶液中K+摩爾濃度為74mol *L %水熱溫度條件為240°C，填充度65%，溶劑為純水，水熱強(qiáng)化的時(shí)間優(yōu)選為12h，超聲時(shí)間20min，超聲間隔時(shí)間lh。溶液中Na+摩爾百分比為5%，將氯化鉀溶液用732型強(qiáng)酸性陽離子樹脂進(jìn)行鈉鉀分離，實(shí)現(xiàn)氯化鉀溶液低鈉化處理。水熱化學(xué)強(qiáng)化后的玻璃的表面壓應(yīng)力層的深度為46 μ m，表面壓縮應(yīng)力為492MPa。
[0026]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，其特征是該方法包括:將玻璃制品浸泡于高濃度含鉀離子溶液的水熱環(huán)境中進(jìn)行離子交換處理，并間歇性施加超聲波消除玻璃表面的濃差極化，從而制得化學(xué)強(qiáng)化玻璃。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，其特征是所述高濃度含鉀離子溶液選用氯化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硝酸鹽中一種或幾種制成的溶液。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，其特征是所述高濃度含鉀離子溶液中，陽離子中K+摩爾濃度至少為34mol.L 1O4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，其特征是所述高濃度含鉀離子溶液中Na+摩爾百分比為4?6%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，其特征是將上述高濃度含鉀離子溶液用強(qiáng)酸性陽離子樹脂進(jìn)行鈉鉀分離，實(shí)現(xiàn)鉀鹽溶液低鈉化處理。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，其特征是上述水熱溫度條件為200?240°C，玻璃的填充度60?80%，溶劑為純水，水熱交換處理的時(shí)間為6?18h，超聲時(shí)間10?20min，超聲間隔時(shí)間I?2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水熱化學(xué)強(qiáng)化玻璃的制備方法，該方法包括：將玻璃制品浸泡于高濃度含鉀離子溶液的水熱環(huán)境中進(jìn)行離子交換處理，并間歇性施加超聲波消除玻璃表面的濃差極化，從而制得化學(xué)強(qiáng)化玻璃。本方法通過離子交換將玻璃板表面的離子半徑小的Li+和Na+堿金屬離子交換為離子半徑更大的K+，離子交換后的玻璃經(jīng)過去離子水的清洗后，即為強(qiáng)化玻璃。采用超聲波處理可以消除玻璃表面的濃差極化，增加界面處離子的擴(kuò)散推動力。
【IPC分類】C03C21/00
【公開號】CN105130211
【申請?zhí)枴緾N201510567353
【發(fā)明人】郭雨, 崔強(qiáng), 鄭勝彪, 陳君華, 王希增, 張平, 黎少君, 王喜亮
【申請人】安徽鳳陽淮河玻璃有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月8日