化學(xué)強化微晶玻璃制備工藝及方法

背景技術(shù)

隨著智能時代的到來，各類產(chǎn)品的智能化將迅速普及，大到房子、汽車、家具，小到音響、遙控器、飲水器等。而屏幕控制是大部分智能化設(shè)備的基礎(chǔ)部分，為適應(yīng)產(chǎn)品的各種使用環(huán)境，作為屏幕的保護材料必將需要進一步提高其耐酸堿、耐溫度沖擊、耐機械沖擊等特性，又必須滿足各種形狀的要求及一定的透明度要求。

目前屏幕保護的材質(zhì)大部分為玻璃，其具有高透過率、穩(wěn)定性好、耐酸堿性等優(yōu)點，其在含有堿金屬情況下可進行化學(xué)鋼化從而在表層獲得壓應(yīng)力，化學(xué)鋼化后的玻璃其抗沖擊強度和抗跌落強度成倍數(shù)提升，而玻璃的抗跌落性能與玻璃的深層應(yīng)力有關(guān)系。目前市面上的強化玻璃，鈉鈣玻璃的極限應(yīng)力深度只有十幾微米，其抵抗跌落最低，高鋁硅玻璃極限應(yīng)力深度只有40～50μm，抗跌落能力處于中上，而最新的鋰鋁硅玻璃可達100微米以上，為強化玻璃中抗跌落能力最好的。

實際上，鋰鋁硅玻璃的極限應(yīng)力深度受玻璃厚度的影響，正常顯示保護玻璃的厚度在0.4mm～1.1mm之間，采用目前對鋰鋁硅玻璃測應(yīng)力深度的折原SLP1000測試，其極限應(yīng)力深度最高僅為厚度的16％～17％。且由于應(yīng)力松弛現(xiàn)象，深層壓應(yīng)力部分應(yīng)力不高，從而制約了鋰鋁硅化學(xué)強化玻璃的抗跌落強度性能。

本文獻的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃及其制備方法，其中微晶玻璃具有很高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強度，并具有很高的晶體比例，經(jīng)過化學(xué)離子交換后可以有效提高玻璃的壓應(yīng)力及壓應(yīng)力深度，且高溫下應(yīng)力松弛量少，能夠適應(yīng)智能化時代電子顯示保護蓋板需求、以及汽車玻璃、航空玻璃，等保護玻璃領(lǐng)域。

1.一種具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，通過將微晶玻璃在鹽浴中進行單次或多次化學(xué)離子交換形成所述強化微晶玻璃，所述強化微晶玻璃相對兩側(cè)分別自表面向內(nèi)部依次形成壓應(yīng)力層和與所述壓應(yīng)力層相對應(yīng)的張應(yīng)力層，所述強化微晶玻璃的單面壓應(yīng)力層深度為所述強化微晶玻璃總厚度的18％～25％；所述微晶玻璃中具有平均晶體尺寸小于或等于100nm的晶體，所述晶體占所述微晶玻璃總重量的40wt％～90wt％，所述晶體包括β石英固溶體，以及二硅酸鋰、β鋰輝石、金紅石、莫來石、尖晶石和鋅尖晶石中的一種或多種；以摩爾百分比計，所述微晶玻璃中，LiO的含量占SiO+AlO總量的10％～20％；所述微晶玻璃通過多步化學(xué)離子交換制得所述強化微晶玻璃，所述多步化學(xué)離子交換中的最后一步在含硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀的混合鹽浴中進行，所述混合鹽浴中鋰鹽不超過4wt％，鈉鹽不超過15wt％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述強化微晶玻璃的單面壓應(yīng)力層深度為所述強化微晶玻璃總厚度的20％～23％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述強化微晶玻璃的張應(yīng)力線密度最大值CTLDmax在70000MPa/mm～90000MPa/mm范圍內(nèi)；當所述強化微晶玻璃的CTLD達到最大值CTLDmax時，將所述強化微晶玻璃于450℃下保溫5h，所述強化微晶玻璃的CTLD下降幅度小于或等于10％，壓應(yīng)力層深度DOL0下降幅度小于或等于5％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述晶體的平均晶體尺寸在10nm～50nm之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，厚度為1mm的所述強化微晶玻璃在400nm～750nm的可見光譜上的透過率在80％～92％范圍內(nèi)。

6.如權(quán)利要求1所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的維氏硬度在650kgf/mm～780kgf/mm范圍內(nèi)，所述微晶玻璃的楊氏模量在82Gpa以上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，以摩爾百分比計，所述微晶玻璃包含以下組份：SiO：60％～75％；AlO：13％～20％。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括MgO，所述MgO的摩爾占比在2％～7.5％的范圍內(nèi)，MgO/(SiO+AlO+MgO)的比值在3～10之間。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括NaO和/或KO，所述NaO的摩爾占比在1％～5％的范圍內(nèi)，所述KO的摩爾占比在0％～4％的范圍內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括BO，所述BO的摩爾占比在0.5％～4％的范圍內(nèi)。

11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括PO、ZnO、SnO、ZrO、TiO中的一種或多種氧化物，其中，PO+ZnO+SnO+ZrO+TiO的總摩爾占比在0.5％～7％。

12.一種制備如權(quán)利要求111任一項所述的具有高壓應(yīng)力層深度的強化微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法為兩步強化法，包括以下步驟：步驟1，將微晶玻璃在鉀鹽和鈉鹽的混合鹽浴中進行第一步離子交換，控制鈉鹽的含量在25wt％以下，控制經(jīng)過所述第一步離子交換后的微晶玻璃的張應(yīng)力線密度CTLD在70000MPa/mm以上，單面壓應(yīng)力層深度為微晶玻璃總厚度的18％～20％，鉀鈉交換產(chǎn)生的壓應(yīng)力層深度在6μm以上；步驟2，將經(jīng)所述第一步離子交換得到的微晶玻璃于鉀鹽、鈉鹽和鋰鹽的混合鹽浴中進行第二步離子交換，控制所述鈉鹽的含量在15wt％以下，控制所述鋰鹽的含量在4wt％以下，控制經(jīng)所述第二步離子交換后的微晶玻璃的張應(yīng)力線密度CTLD在50000MPa/mm以上，單面壓應(yīng)力層深度為微晶玻璃總厚度的18％～25％，即得到強化微晶玻璃。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1中控制鈉鹽的含量在10wt％以下，得到的鉀鈉交換產(chǎn)生的壓應(yīng)力層深度在8μm以上；所述步驟2中控制所述鈉鹽的含量在8wt％以下，控制所述鋰鹽的含量在2wt％以下。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征在于，化學(xué)離子交換溫度在420℃～500℃范圍內(nèi)，且所述第二步離子交換的溫度低于所述第一步離子交換的溫度。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制備方法，其特征在于，化學(xué)離子交換溫度在430℃～460℃范圍內(nèi)。

16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述強化微晶玻璃的各組分混合后在1630℃～1700℃的熔煉溫度下進行熔煉，所述強化微晶玻璃采用溢流、浮法、壓延工藝中的任一種進行生產(chǎn)。

[0060]本文獻中，應(yīng)力測量可由Orihara公司生產(chǎn)的FSM-6000X及SLP-2000分別對表層高壓應(yīng)力區(qū)和深層低壓應(yīng)力區(qū)進行測量，并采用PMC軟件將應(yīng)力曲線進行擬合，得到表2的相應(yīng)測試結(jié)果。當然也可采用其他可對表層高壓應(yīng)力區(qū)和深層低壓應(yīng)力區(qū)進行測量的應(yīng)力測試儀。

[0078]綜上所述，本文獻強化微晶玻璃為透明微晶玻璃，其具有很高的結(jié)晶度，提高了微晶玻璃本征網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強度，其可容納高的壓應(yīng)力、高溫下應(yīng)力松弛量少；第一步強化使微晶玻璃達到足夠的表面壓應(yīng)力，第二步強化采用含鋰鹽浴可進一步提高微晶玻璃的交換深度，進而進一步提高壓應(yīng)力層深度，并且容納的高壓應(yīng)力及抗應(yīng)力松弛能力可抵抗含鋰鹽浴對深層壓應(yīng)力的削弱效應(yīng)；強化微晶玻璃的應(yīng)力層深度占玻璃總厚的18％以上，具有很高的抗跌落強度；應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

化學(xué)強化微晶玻璃制備工藝及方法