一种通过化学离子交换消除强化玻璃表面压应力的方法与流程

本发明涉及强化玻璃面板加工技术领域，特别地，涉及一种通过化学离子交换法去除强化玻璃表面压应力的工艺。

背景技术：

玻璃镜片因其透光性好、触摸及手感性优良等特点，现已逐步取代了亚克力材质的镜片被广泛使用。钢化玻璃(Tempered glass/Reinforced glass)是一种预应力玻璃。在制备过程中，为提高钢化玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力层，使得玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了玻璃的整体承载能力，增强玻璃自身抗风压性、寒暑性、冲击性等物理性能。同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的3～5倍，抗弯强度是普通玻璃的3～5倍。因此，玻璃的强化加工工艺被广泛普及，但由于钢化玻璃本身的物理性质所限，其在加工过程中很容易受到损伤，容易产生划伤。

玻璃的应力是指玻璃由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在玻璃内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使玻璃从变形后的位置恢复到变形前的位置。玻璃表面压应力是指玻璃在成型时，由于内外冷却速度的不同，在玻璃表面残留的内应力。一般来说，已钢化处理好的钢化玻璃，不能再作任何切割、磨削等二次加工或受到破损，否则极容易因破坏表面的均匀压应力平衡而使得玻璃外形产生变化，或者碎成类似蜂窝状的钝角小颗粒。

而目前对于强化玻璃的划伤处理，是直接经过平磨除去划伤，此工艺的缺点在于，因强化玻璃的表面压应力影响，经强化玻璃磨机后，玻璃会变得弯曲，外形严重受到影响，效果不佳。尤其对于特殊设计的强化玻璃，例如只对玻璃局部进行喷砂的强化玻璃，在去除划伤前，需将砂面保护起来，再放入磨机进行磨削，由于磨机上下磨削量不一致及砂面与光面应力差异的问题，最终会使产品发生翘曲，致使带有喷砂效果的强化玻璃无法进行划伤修复或者划伤修复后，其翘曲度达不到客户要求，或者只能通过手动修复，其效率低，耗费大量人力。

因此，如何减轻强化玻璃表面应力而进行划伤的后续处理，是业内一致致力解决的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种通过化学离子交换消除强化玻璃表面压应力的方法，以解决强化玻璃表面因为存在应力或存在应力差异而无法进行划伤的后续处理的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种通过化学离子交换消除强化玻璃表面压应力的方法：

将强化后的玻璃预热到100℃-480℃，放入至380℃-450℃的硝酸钾和硝酸钠的混合溶液中，通过离子交换法，将玻璃中离子半径大的K⁺与溶液中离子半径小的Na+进行置换。

优选的，将强化玻璃预热至温度在100℃-480℃，其预热时间在60min～120min之间。

优选的，先将硝酸钠和硝酸钾混合固体加热溶化，其中钠离子浓度在135000ppm～243000ppm以内，其温度在380℃～450℃之间，强化玻璃的浸入时间在60min～180min之间。

优选的，溶液中的Na⁺浓度为135000ppm～243000ppm。

优选的，溶液中钾离子的浓度范围为38000ppm～190000ppm。

本发明具有以下有益效果：

本发明主要对有喷砂效果的强化玻璃先进行表面压应力去除，再进行后续工艺处理，可以避免产品因其应力差异而造成产品弯曲，提高产品的利用率，获得高平整度、高质量的强化玻璃光滑表面。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的离子交换原理示意图；

图2是本发明优选实施例的强化玻璃表面压应力解析图；

图3是本发明优选实施例的处理后的强化玻璃表面压应力解析图；

其中，1、玻璃基板，2、表面应力层，3、表面Na⁺层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明通过化学离子交换去除玻璃表面压应力(CS)，步骤如下：将已强化的玻璃先经预热，再转入到配有NaNO₃的混合溶液中进行高温离子交换，使玻璃中K⁺与溶液中的Na⁺进行置换，让溶液中更小的离子半径Na⁺取代玻璃中离子半径更大的K⁺，以达到去除玻璃表面压应力的目的，反应原理式如下：

K⁺_玻+Na⁺_液→Na⁺_玻+K⁺_液

具体实施方式如下：

第一步：溶盐阶段，硝酸钾(粉状)与硝酸钠(粉状)按重量比2:5的比例混合后加入到退应力炉中，然后开启电源，将温度调试到退应力的410℃，待其完全溶化后，获得硝酸钾和硝酸钠的混合溶液，恒温12H；

钠离子的浓度范围：135000ppm～243000ppm；钾离子的浓度范围：38000ppm～190000ppm；

第二步：预热阶段，将强化玻璃放入到预热炉中进行预热；

预热温度：将温度设定在360℃～420℃，温度控制在设定温度±2℃以内；

预热时间：时间设定在60min～120min；

第三步：退应力阶段，将产品从预热炉中转入到退应力炉；产品放入至380℃-450℃的硝酸钾和硝酸钠的混合溶液中；

第四步：出炉缓冷。

上述过程中具体需要注意预热温度、预热时间、钠离子浓度的掌控，若预热温度与退应力温度相差过大，产品在转入到退应力炉中，会使得产品的废品率增加，所以需要预热温度能与退应力温度保持一致；预热时间控制在60～120min内，使产品温度达到410℃左右，若时间过长，会使产品变形；钠离子浓度必须在要求范围内，若钠离子浓度过高，退完应力后，产品非常脆，崩边会增加；若钠离子浓度过低，会使得表面应力不能完全消除，达不到退应力的效果。

上述过程中，前期由于玻璃中的Na⁺和溶液中的Na⁺的浓度相差比较大，溶液中钠离子浓度为243000ppm以内，远远大于玻璃中的Na⁺浓度，则溶液中Na⁺离子的扩散能力强，溶液中的Na⁺会以比较快的速度扩散到玻璃中去；由于玻璃中的K⁺浓度要高于溶液中K⁺浓度，所以同样的，玻璃中的K⁺也会以比较快的速度扩散到溶液中；随着溶液中的Na⁺浓度逐步降低，当NA⁺浓度低于140000ppm，Na⁺与K⁺扩散速度会受到影响，离子交换速度会变得缓慢，其表面应力会出现应力残留，没有完全消除掉。因此NA⁺浓度必须控制在135000ppm～243000ppm的有效使用区间内，若浓度达不到要求时，此时需要往槽中追加NaNO₃，以提高Na⁺浓度，增强其扩散能力。

参见图2和图3，分别为处理前后的强化玻璃表面压应力解析图。图2中，在玻璃基板1的两侧表面上覆盖着K⁺组成的表面应力层，通过本申请方法处理后的图3中，在K⁺组成的表面应力层之外，又覆盖了一层Na⁺组成的表面层，消除应力。

其他实施例的具体参数如下：

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。