一种离子交换玻璃板和复合离子交换玻璃的制作方法

1.本发明涉及玻璃板领域，具体而言，涉及一种离子交换玻璃板和复合离子交换玻璃。


背景技术：

2.近年来，随着智能手机、平板电脑等移动智能设备和触摸屏的逐渐大屏化，轻薄化，对起着屏幕保护用的离子交换玻璃板的抗冲击，抗跌落性能的要求愈加严苛。目前，起着屏幕保护用的玻璃板主要通过原板玻璃在熔融状态下的不同配比的硝酸钾进行一次或者两次离子交换实现的，盐液中的钾离子会与原板玻璃表面钠离子发生离子交换，进而在原板玻璃的表面不同厚度t
表
形成强抗冲击的压应力层。本质上来说，影响离子交换玻璃板的抗冲击，抗跌落性能玻璃的强度除了考虑玻璃本体的组份外，还应重点关注离子交换过程中玻璃不同厚度表面t
表
处的氧化钠和氧化钾的变化。
3.鉴于此，提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种离子交换玻璃板和复合离子交换玻璃，该离子交换玻璃板抗冲击性能均匀稳定地提高，落球或者整机的砂纸跌落测试效果较好。
5.本发明是这样实现的：
6.第一方面，本发明实施例提供一种离子交换玻璃板，所述离子交换玻璃板与原板玻璃相比，其表面不同厚度t
表
位置处氧化钠的质量变化量
△
na2o的范围为：2.8≤
△
na2o≤17.8；且t
表
为40～80μm时，所述离子交换玻璃板的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同；
7.所述离子交换玻璃板与所述原板玻璃相比，其表面厚度t
表
位置处氧化钾的质量变化量
△
k2o的范围为：0.8≤
△
k2o≤18.2；t
表
为40～82μm时，所述离子交换玻璃板的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同。
8.进一步地，在本发明较佳的实施例中，离子交换玻璃板为所述原板玻璃经过一次离子交换后形成的具有表面压缩应力层的离子交换玻璃板。
9.进一步地，在本发明较佳的实施例中，离子交换玻璃板与所述原板玻璃相比，其表面氧化钠的质量减少量为62～85％；
10.优选地，所述离子交换玻璃板与所述原板玻璃相比，其表面氧化钾的质量增加量为52～68％。
11.进一步地，在本发明较佳的实施例中，以质量百分比表示时，所述原板玻璃的组成含有：sio2：56.2～62.8％，al2o3：13.2～21％，na2o：8.2～13.2％，k2o：1.2～6.0％，zro2：0.8～2.8％；
12.优选地，所述原板玻璃的组成含有：sio2：58.2～61.6％，al2o3：18.2～21％，na2o：8.2～11.6％，k2o：1.2～4.2％，zro2：0.8～2.4％，mgo：3.2～7.8％；
13.优选地，所述原板玻璃板不含有zno；
14.优选地，所述原板玻璃板含有li2o：3.6～6.8％。
15.进一步地，在本发明较佳的实施例中，自所述离子交换玻璃板的表面开始计算，当t
表
深度为1μm时，压缩应力值为700mpa以上，当t
表
深度为45μm时，压缩应力值为70mpa以上；
16.优选地，所述离子交换玻璃板的表面压缩应力值为700mpa以上，表面压缩应力层为40μm以上。
17.第二方面，本发明实施例提供一种复合离子交换玻璃，所述复合离子交换玻璃与原板玻璃相比，其表面不同厚度t
表
位置处氧化钠的质量变化量
△
na2o的范围为：2.6≤
△
na2o≤15.6；且t
表
为70～96μm时，所述复合离子交换玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同；
18.所述复合离子交换玻璃与所述原板玻璃相比，其表面厚度t
表
位置处氧化钾的质量变化量
△
k2o的范围为：1.0≤
△
k2o≤16.4；且t
表
为70～94μm时，所述复合离子交换玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同。
19.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述复合离子交换玻璃为原板玻璃经过两次离子交换后形成的具有表面压缩应力层的复合离子交换玻璃。
20.进一步地，在本发明较佳的实施例中，经过一次离子交换的原板玻璃，其表面不同厚度t
表
位置处氧化钠的质量变化量
△
na2o的范围为：2.8≤
△
na2o≤17.8；且t
表
为40～80μm时，经过一次离子交换的玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同；
21.优选地，经过一次离子交换的原板玻璃，其表面厚度t
表
位置处氧化钾的质量变化量
△
k2o的范围为：0.8≤
△
k2o≤18.2；t
表
为40～82μm时，经过一次离子交换的玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同。
22.进一步地，在本发明较佳的实施例中，经过一次离子交换的原板玻璃与未经离子交换的所述原板玻璃相比，其表面氧化钠的质量减少量为62～85％；
23.优选地，经过一次离子交换的原板玻璃与未经离子交换的所述原板玻璃相比，其表面氧化钾的质量增加量为52～68％；
24.优选地，经过2次离子交换的原板玻璃与经过一次离子交换的原板玻璃相比，其表面氧化钠的质量减少量为1～36％；
25.优选地，经过2次离子交换的原板玻璃与经过一次离子交换的原板玻璃相比，其表面氧化钾的质量增加量为0～14％。
26.进一步地，在本发明较佳的实施例中，以质量百分比表示时，所述原板玻璃的组成含有：sio2：56.2～62.8％，al2o3：13.2～21％，na2o：8.2～13.2％，k2o：1.2～6.0％，zro2：0.8～2.8％；
27.优选地，所述原板玻璃的组成含有：sio2：58.2～61.6％，al2o3：18.2～21％，na2o：8.2～11.6％，k2o：1.2～4.2％，zro2：0.8～2.4％，mgo：3.2～7.8％；
28.优选地，所述原板玻璃板不含有zno；
29.优选地，所述原板玻璃板含有li2o：3.6～6.8％。
30.进一步地，在本发明较佳的实施例中，自所述复合离子交换玻璃的表面开始计算，当t
表
深度为1μm时，压缩应力值为850mpa以上，当t
表
深度为60μm时，压缩应力值为80mpa以上；
31.优选地，所述复合离子交换玻璃的表面压缩应力值为900mpa以上，表面压缩应力层为70μm以上。
32.本发明的有益效果是：本发明实施例通过研究离子交换后形成的离子交换玻璃板与原板玻璃比较，表面不同厚度t
表
位置处氧化钠和氧化钾的变化，使得形成的离子交换玻璃板具有优异的抗冲击性能，落球或者整机的砂纸跌落测试效果较好。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
34.图1是本发明验证例1提供的离子交换玻璃板的表面不同深度t
表
氧化钠的变化；
35.图2是本发明验证例1提供的离子交换玻璃板的表面不同深度t
表
氧化钾的变化；
36.图3是本发明验证例2提供的复合离子交换玻璃的表面不同深度t
表
氧化钠的变化；
37.图4是本发明验证例2提供的复合离子交换玻璃的表面不同深度t
表
氧化钾的变化。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
39.本发明实施例提供一种离子交换玻璃板，该离子交换玻璃板是原板玻璃经过一次离子交换后形成的具有表面压缩应力层的离子交换玻璃板。
40.具体地，所述离子交换玻璃板与原板玻璃相比，其表面不同厚度t
表
位置处氧化钠的质量变化量
△
na2o的范围为：2.8≤
△
na2o≤17.8；且t
表
为40～80μm时，所述离子交换玻璃板的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同；
41.所述离子交换玻璃板与所述原板玻璃相比，其表面厚度t
表
位置处氧化钾的质量变化量
△
k2o的范围为：0.8≤
△
k2o≤18.2；t
表
为40～82μm时，所述离子交换玻璃板的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同。上述表面不同厚度t
表
位置处氧化钠和氧化钾的变化，使得形成的离子交换玻璃板具有优异的抗冲击性能，落球或者整机的砂纸跌落测试效果较好。
42.进一步地，离子交换玻璃板与所述原板玻璃相比，其表面氧化钠的质量减少量为62～85％；所述离子交换玻璃板与所述原板玻璃相比，其表面氧化钾的质量增加量为52～68％。此处的表面是t
表
为0时，其氧化钠和氧化钾的变化。
43.进一步地，以质量百分比表示时，所述原板玻璃的组成含有：sio2：56.2～62.8％，al2o3：13.2～21％，na2o：8.2～13.2％，k2o：1.2～6.0％，zro2：0.8～2.8％；优选地，所述原板玻璃的组成含有：sio2：58.2～61.6％，al2o3：18.2～21％，na2o：8.2～11.6％，k2o：1.2～4.2％，zro2：0.8～2.4％，mgo：3.2～7.8％。原板玻璃板不含有zno；所述原板玻璃板含有li2o：3.6～6.8％。
44.本发明实施例采用的原板玻璃为na2o-al2o
3-sio2系统玻璃，且组份中不含有zno。在硅酸盐矿物中，zn
2+
多处于四面体配位。在玻璃中锌氧四面体的含量一般随碱金属含量增大而增大，但是锌用量过多将增大玻璃的析晶倾向。同时采用浮法玻璃生产时，过量的锌会与锡槽中的锡发生反应，导致玻璃断板的出现。
45.进一步地，自所述离子交换玻璃板的表面开始计算，当t
表
深度为1μm时，压缩应力值为700mpa以上，当t
表
深度为45μm时，压缩应力值为70mpa以上；所述离子交换玻璃板的表面压缩应力值为700mpa以上，表面压缩应力层为40μm以上。
46.第二方面，本发明实施例提供一种复合离子交换玻璃，该复合离子玻璃是为原板玻璃经过两次离子交换后形成的具有表面压缩应力层的复合离子交换玻璃。
47.具体地，所述复合离子交换玻璃与原板玻璃相比，其表面不同厚度t
表
位置处氧化钠的质量变化量
△
na2o的范围为：2.6≤
△
na2o≤15.6；且t
表
为70～96μm时，所述复合离子交换玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同；
48.所述复合离子交换玻璃与所述原板玻璃相比，其表面厚度t
表
位置处氧化钾的质量变化量
△
k2o的范围为：1.0≤
△
k2o≤16.4；且t
表
为70～94μm时，所述复合离子交换玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同。
49.经过2次离子交换后形成的复合离子交换玻璃满足上述要求，能够进一步保证该复合离子交换玻璃具有优异的抗冲击性能，落球或者整机的砂纸跌落测试效果较好。
50.进一步地，经过一次离子交换的原板玻璃，其表面不同厚度t
表
位置处氧化钠的质量变化量
△
na2o的范围为：2.8≤
△
na2o≤17.8；且t
表
为40～80μm时，经过一次离子交换的玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同；经过一次离子交换的原板玻璃，其表面厚度t
表
位置处氧化钾的质量变化量
△
k2o的范围为：0.8≤
△
k2o≤18.2；t
表
为40～82μm时，经过一次离子交换的玻璃的表面成份与所述原板玻璃的表面成分相同。
51.经过一次离子交换的原板玻璃与未经离子交换的所述原板玻璃相比，其表面氧化钠的质量减少量为62～85％；经过一次离子交换的原板玻璃与未经离子交换的所述原板玻璃相比，其表面氧化钾的质量增加量为52～68％；经过2次离子交换的原板玻璃与经过一次离子交换的原板玻璃相比，其表面氧化钠的质量减少量为1～36％；经过2次离子交换的原板玻璃与经过一次离子交换的原板玻璃相比，其表面氧化钾的质量增加量为0～14％。
52.原板玻璃的选择与上述形成离子交换玻璃板的原板玻璃相同，此处不再进行详述。
53.自所述复合离子交换玻璃的表面开始计算，当t
表
深度为1μm时，压缩应力值为850mpa以上，当t
表
深度为60μm时，压缩应力值为80mpa以上；所述复合离子交换玻璃的表面压缩应力值为900mpa以上，表面压缩应力层为70μm以上。
54.本发明实施例制备复合离子交换玻璃和离子交换玻璃板的方法可以采用现有公知的离子交换方法，只要能够达到本发明实施例限定的不同表面深度t
表
的氧化钠和氧化钾的变化量即可。
55.实施例1
–
实施例12
56.实施例1-12分别提供一种离子交换玻璃，按照表1中组分比例进行配比，得到不同的组分含量的原板玻璃；同时，表1中还给出了7组对比例，即表1中对比例1至对比例7。
57.实施例1-实施例12的离子交换玻璃的具体制备过程如下：按照下述表1的组分比
例进行配比。同时，将混合原料装入密封袋，在密封袋内进行混匀，而后倒入铂金坩埚中在高温窑炉中进行熔化，将熔融玻璃液浇注在金属模具中，再将玻璃连同金属模一起放入退火炉内进行精密退火冷却。最后将玻璃通过切割、研磨后制成140mm
×
90mm
×
0.7mm的小样，同时按照表2和表3分别给出的强化条件进行化学离子交换，其中，每种实施例、对比例一次离子交换样品，二次离子交换样品计120片。
58.表1原板玻璃的成分含量
59.[0060][0061]
表2一次离子交换的条件
[0062][0063]
表3二次离子交换的条件
[0064][0065]
实验例1
[0066]
将实施例1-12和对比例1-7制备得到的离子交换玻璃进行检测，具体地，将各实施例和对比例进行化学强化后，用浓度为2.5％的hf对一次离子交换样品、二次离子交换样品进行蚀刻，获取不同厚度下的玻璃表面t表10μm、20μm、50μm、80μm的位置各10片。同时使用型号为mxf-2400的日本岛津x射线荧光光谱仪对不同厚度下的玻璃表面t表对应的氧化钠的质量变化量
△
na2o、对应氧化钾的质量变化量
△
k2o进行测试、表面氧化钠的质量减少量以及表面氧化钾的增加量。
[0067]
一次离子交换后不同厚度下的玻璃表面t表对应的氧化钠的质量变化量
△
na2o、对应氧化钾的质量变化量
△
k2o的具体测试结果见表4和表5。
[0068]
二次离子交换后不同厚度下的玻璃表面t表对应的氧化钠的质量变化量
△
na2o和对应氧化钾的质量变化量
△
k2o的具体测试结果见表6和表7。
[0069]
一次离子交换后表面氧化钠的质量减少量以及表面氧化钾的增加量具体测试结果见表8。
[0070]
二次离子交换后表面氧化钠的质量减少量以及表面氧化钾的增加量具体测试结果见表9。
[0071]
各测试结果为4片玻璃样品的平均值。
[0072]
表4
[0073][0074][0075]
表5
[0076][0077][0078]
表6
[0079][0080]
表7
[0081][0082]
表8
[0083]
[0084][0085]
表9
[0086]
[0087][0088]
将实施例1-12以及对比例1-7进行一次或两次化学强化后的复合离子交换玻璃，使用折原slp-2000应力仪对玻璃的应力进行测试，测试样品为10片。使用型号为xh-yf1000的落摔试验机进行砂纸跌落测试。测试条件为：180目砂纸，测试玻璃样品和治具的总重为186克，基高50cm，每次上升5cm，每高度一次，直至玻璃破裂为止，测试样品为20片。具体测试结果见表10和表11。
[0089]
表10
[0090]
[0091][0092]
表11
[0093]
[0094][0095]
根据表4-表11可知，在本发明玻璃组份限定内的实施例通过一定条件下的一次离子、二次离子交换后，其表面不同厚度位置的氧化钠、氧化钾的变化量均满足本发明限定下的含量范围。随着t
表
位置的增大，氧化钠的含量呈现逐渐增加的趋势，且在t
表
接近限定范围时，离子交换玻璃板的表面成份与所述原板玻璃的表面成分基本相同。随着t
表
位置的增大同时，氧化钾的含量呈现逐渐减少的趋势，且在t
表
接近限定范围时，离子交换玻璃板的表面成份与所述原板玻璃的表面成分基本相同。
[0096]
进一步，限定的表面不同深度t
表
的氧化钠和氧化钾的含量范围内，复合离子交换玻璃具有更优异的抗冲击性能和砂纸跌落测试效果。
[0097]
同时，为进一步说明不同深度t
表
的氧化钠、氧化钾变化量对其抗冲击性能的影响，实施例11-12，对比例6-7采用了相同的玻璃组份，但经过一次或者两次离子交换以后，其氧化钠、氧化钾变化量不能完全满足本发明的限定范围，最终导致砂纸跌落测试出现了较大的差异。
[0098]
验证例1
[0099]
本验证例采用实施例4的原板玻璃通过一次离子交换，得到离子交换玻璃板。一次离子交换为条件：温度：410℃，时间：5.5h。
[0100]
将得到一次交换后形成的离子交换玻璃板再通过蚀刻的方式获取不同厚度下的玻璃表面t表位置对应氧化钠的质量变化量
△
na2o以及对应氧化钾的质量变化量
△
k2o。具体内容见图1和图2。
[0101]
图1和图2展示离子交换过程中玻璃表面不同厚度t
表
钾交换与玻璃组份关系变化的对应函数关系，
△
na2o、
△
k2o与玻璃表面厚度t
表
满足特定的线性关系式。
[0102]
验证例2
[0103]
本验证例采用实施例4的原板玻璃通过2次离子交换，得到复合离子交换玻璃。一次离子交换为条件：温度：410℃，时间：5.5h。二次离子交换为条件：温度：415℃，时间：1h。
[0104]
将得到两次交换后形成的复合离子交换玻璃再通过蚀刻的方式获取不同厚度下的玻璃表面t
表
位置对应氧化钠的质量变化量
△
na2o以及对应氧化钾的质量变化量
△
k2o。具体可参见图3和图4。
[0105]
根据图3和图4可得到表面氧化钠、氧化钾的质量变化量，
△
na2o、
△
k2o与复合离子交换玻璃表面不同厚度t
表
满足特定的线性关系式。
[0106]
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，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。