专利名称：一种用于玻璃的化学钢化增强的熔盐及其应用工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及特种玻璃及其制造领域，尤其涉及一种可应用于高速列车车窗玻璃化 学钢化增强的熔盐，及使用该熔盐对车窗玻璃进行钢化增强的工艺。
背景技术：
随着我国高速铁路交通系统的建设，动车组向高速化发展。动车组技术的推进以 及速度的提高，对车窗玻璃等关键部件可靠性提出了更高的要求。目前主要的玻璃钢化增强工艺主要有物理钢化和化学钢化两种。化学钢化相比物 理钢化工艺，能够获得更高的表面压力，更大面积的强化层，从而得到更高的强度和更好的 力学性能；此外，化学钢化工艺并不会改变玻璃的光学性能，同时能够对较薄的玻璃及外形 复杂的玻璃进行钢化，并且化学钢化避免了物理钢化会出现的自爆现象，安全性更高，因而 化学钢化工艺主要工业应用在于制造飞机等航天器的座舱玻璃以及高速列车的玻璃等要 求苛刻的领域。关于玻璃化学钢相关的专利和文献报道较少。法国圣戈班(Saint-Gobain) 集团在玻璃生产制造领域一直处于领先地位，该集团旗下的研究机构Saint-Gobain Recherche (圣戈班研究院)发表在《MaterialsScience and Engineering B》(材料科学 与工程 B 册)2008 年 149 卷 159 165 页的综述文章 “Review Ion exchange for glass strengthening”( “文献综述离子交换法在玻璃钢化中的应用”)，对化学钢化玻璃的工艺 及其对玻璃性能的影响进行了较为全面的归纳，但未给出具体配方和工艺条件。中国发明 专利CN 1369449A公开了通过一种基于化学钢化与表面处理表面保护相结合的玻璃综合 增强法将普通平板玻璃的弯曲强度提高到IOOOMPa以上。但该专利实施过程中要求最佳的 化学钢化工艺参数为450°C下交换20小时，交换时间过长。在实际大规模生产中，该方法能 耗较大，效率较低。中国发明专利CN 1381415公开了通过配制含有硅藻土、三氧化二铝、氢 氧化钾的硝酸钾混合熔盐的方法，使钢化玻璃的表面应力提高到普通玻璃的6 10倍。但 这种方法在操作过程中，不但要求混合盐要经历两次升温融化过程，而且要求熔盐要有较 长的保温时间(总计5小时)，在实际生产过程中能耗较大。此外，该专利着重强调其配制 的熔盐加速了离子交换速度，获得了光学畸变小力学性能好的钢化玻璃；然而相较于其他 方法获得的钢化玻璃，通过该方法获得钢化玻璃力学性能并未得到十分突出的改善。目前 来看，专门针对高速列车车窗用的化学钢化玻璃进行的研究报道比较少。
发明内容
本发明公开了一种用于玻璃的化学钢化增强的熔盐及其应用工艺，可专门针对高 速列车用车窗玻璃的化学钢化。本发明的经处理后的玻璃板，具有较高的抗弯、抗压强度 以及较大的弯曲、压缩弹性模量；此外，通过合理配合熔盐成分达到加速离子交换速率的目 的，从而弥补了一般化学钢化工艺交换反应时间过长的不足，使得生产能耗得以降低。本发明的熔盐采用KNO3为主盐，辅助盐中添加Al2O3作为稳定成分，添加KCl、K2CO3
3成分通过诱导作用使得离子交换反应得到加快，添加KOH不但对玻璃表面进行二次腐蚀出 去玻璃表面原有的微裂纹等缺陷，还通过OH—的较强的极性增加扩散反应的推动力，加速离 子交换反应。以上辅助盐的添加使得化学钢化可以在较短时间内完成，并且获得均勻良好 的钢化效果。一种用于玻璃的化学钢化增强的熔盐，包含主盐和辅助盐，所述的主盐组分为 KNO3,所述的辅助盐组分中包括2 % 6 %的A1203、0. 3 % 3 %的KCl、1 % 6 %的K2CO3及 不超过的Κ0Η。上述百分比为辅助盐中相应组分的质量对主盐质量的质量百分数。一种使用上述熔盐对玻璃进行化学钢化增强的工艺，包括以下步骤(1)将玻璃板放入腐蚀性酸洗液中用超声清洗10 15分钟，然后分别在去离子 水、无水乙醇中超声清洗30分钟，得到干净的玻璃板烘干存放。所述的腐蚀性酸洗液优选 为铬酸洗液。(2)按前面所述的配方和比例进行混合盐配制，将配制好的混合盐混合均勻，放入 温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至400°C，之后保温30分钟，获得熔盐。(3)将经步骤(1)处理得到的玻璃板进行预热处理，具体处理方法为玻璃板放入 温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至400°C，之后保温30分钟。(4)将经步骤(3)预热处理后的玻璃板浸没入步骤(2)获得的熔盐中，并将炉温迅 速升至450°C 500°C，保温5 6个小时。(5)取出经步骤⑷处理的玻璃板，在23°C 士3°C的环境中缓慢冷却，即得到经化 学钢化工艺增强的用于高速列车的车窗玻璃。采用本发明上述配方的熔盐及使用该熔盐的增强工艺，可以获得抗压强度介于 550MPa 700MPa，压缩弹性模量介于3200MPa 3700MPa，抗弯强度介于320MPa 380MPa， 弯曲弹性模量介于730MPa 760MPa的化学钢化玻璃；此外，所获得的化学钢化玻璃在 400nm 1500nm波段有较高的透过率(90%左右)和较低的吸光度(0. 04 0. 05)；对紫 外光(300nm 400nm)具有较强的吸收和反射作用，符合高速列车车窗玻璃的光学性能要 求。与此同时，该配方的熔盐及其增强工艺将交换反应时间控制在5 6小时，有效地降低 了能耗，有利于大规模生产和节约成本。
具体实施例方式实施例1将玻璃板放入铬酸洗液中用超声清洗10分钟，然后分别在去离子水、无水乙醇中 超声清洗，得到干净的玻璃板烘干存放。配制成分包含主盐和辅助盐的混合盐，其中，主盐组分KNO3 100重量份，辅助盐组 分=Al2O3 3重量份、KCl 0. 3重量份、K2CO3 4重量份、KOH 0. 7重量份。将配制好的混合盐研磨变细并混合均勻。将配制并研磨混合后的混合盐放入温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至 400°C，之后保温30分钟，获得熔盐。将经过预腐蚀处理的玻璃板进行预热处理，具体处理 方法为在30分钟内从室温升温至400°C，之后保温30分钟。将经过预热的玻璃板浸没入熔盐中，并将炉温迅速升至500°C，保温5个小时。取 出玻璃板，在23°C 士3°C的环境中缓慢冷却。即得到一种经化学钢化工艺增强的玻璃。
将获得的钢化玻璃依次用去离子水、无水乙醇超声波清洗各10分钟，烘干后使用 SANS微机控制电子万能实验机对其进行抗压、抗折力学性能测试。测试获得的抗压、抗折强 度和压缩、弯曲弹性模量如附表中编号1样品所示。实施例2将玻璃板放入铬酸洗液中用超声清洗15分钟，然后分别在去离子水、无水乙醇中 超声清洗，得到干净的玻璃板烘干存放。配制成分包含主盐和辅助盐的混合盐。其中，主盐组分KNO3IOO重量份，辅助盐组 分=Al2O3 4重量份、KCl 2重量份、K2CO3 2重量份、KOHO· 9重量份。将配制好的混合盐研磨变细并混合均勻。将配制并研磨混合后的混合盐放入温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至 400°C，之后保温30分钟，获得熔盐。将经过预腐蚀处理的玻璃板进行预热处理，具体处理 方法为随玻璃板放入温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至400°C，之后保温30分钟。将经过预热的玻璃板浸没入熔盐中，并将炉温迅速升至500°C，保温5个小时。取 出玻璃板，在23°C 士3°C的环境中缓慢冷却。即得到一种经化学钢化工艺增强的玻璃。将获得的钢化玻璃依次用去离子水、无水乙醇超声波清洗各10分钟，烘干后使用 SANS微机控制电子万能实验机对其进行抗压、抗折力学性能测试。测试获得的抗压、抗折强 度和压缩、弯曲弹性模量如附表中编号2样品所示。实施例3将玻璃板放入铬酸洗液中用超声清洗15分钟，然后分别在去离子水、无水乙醇中 超声清洗，得到干净的玻璃板烘干存放。配制成分包含主盐和辅助盐的混合盐。其中，主盐组分KNO3IOO重量份，辅助盐组 分=Al2O3 3重量份、KCl 1重量份、K2CO3 2重量份、KOH 0. 3重量份。将配制好的混合盐研磨变细并混合均勻。将配制并研磨混合后的混合盐放入温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至 400°C，之后保温30分钟，获得熔盐。将经过预腐蚀处理的玻璃板进行预热处理，具体处理 方法为玻璃板放入温控电炉中，电炉在30分钟内从室温升温至400°C，之后保温30分钟。将经过预热的玻璃板浸没入熔盐中，并将炉温迅速升至500°C，保温6个小时。取 出玻璃板，在23°C 士3°C的环境中缓慢冷却。即得到一种经化学钢化工艺增强的玻璃。将获得的钢化玻璃依次用去离子水、无水乙醇超声波清洗各10分钟，烘干后使用 SANS微机控制电子万能实验机对其进行抗压、抗折力学性能测试。测试获得的抗压、抗折强 度和压缩、弯曲弹性模量如附表中编号3样品所示。附表各实施例的力学性能测试结果
权利要求
一种用于玻璃的化学钢化增强的熔盐，包括主盐和辅助盐，其特征在于所述的主盐为KNO3，以主盐组分为100份重量计，所述辅助盐包括Al2O3 2～6重量份KCl 0.3～3重量份K2CO3 1～6重量份KOH ≤1重量份。
2.根据权利要求1所述的用于高速列车车窗玻璃的化学钢化增强的熔盐，其特征在 于所述的主盐为KNO3,以主盐组分为100份重量计，所述的辅盐包括Al2O33重量份KCl1重量份K2CO32重量份KOH( 1重量份。
3.一种玻璃的化学钢化增强工艺，其特征在于包括以下步骤(1)将玻璃板放入腐蚀性酸洗液中用超声清洗10 15分钟，然后分别在去离子水、无 水乙醇中超声清洗，得到干净的玻璃板烘干存放。(2)按下述配方配制包含主盐和辅助盐的混合盐所述的主盐为KNO3,以主盐组分为100份重量计，所述辅助盐包括Al2O32 6重量份KCl0. 3 3重量份K2CO31 6重量份KOH≤1重量份；将配制好的混合盐混合均勻，放入温控电炉中加热处理使之熔化，获得熔盐；(3)将经步骤(1)处理获得的玻璃板进行预热处理；(4)将经步骤(3)的玻璃板浸没入步骤(2)获得的熔盐中，并将炉温迅速升至450°C 500°C，保温5 6个小时；(5)取出经步骤(4)处理的玻璃板，在23°C士3°C的环境中缓慢冷却，即得到经化学钢 化工艺增强的玻璃。
4.根据权利要求3所述的玻璃的化学钢化增强工艺，其特征在于步骤(1)中所述的 玻璃板为普通的Na-Ca-Si系平板玻璃。
5.根据权利要求3所述的玻璃的化学钢化增强工艺，其特征在于步骤(1)中在去离 子水、无水乙醇中的超声清洗时间各为30分钟。
6.根据权利要求3所述的玻璃的化学钢化增强工艺，其特征在于步骤(2)中所述的 加热处理的具体处理方法为电炉在30分钟内从室温升温至400°C，之后保温30分钟。
7.根据权利要求3所述的玻璃的化学钢化增强工艺，其特征在于步骤(3)中所述的 预热处理的具体处理方法为将经步骤(1)处理获得的玻璃板放入温控电炉中，电炉在30 分钟内从室温升温至40(TC，之后保温30分钟。
全文摘要
本发明提供了一种可用于玻璃化学钢化增强的熔盐，该熔盐包括主盐KNO3和以一定比例混合的辅助盐Al2O3、KCl、K2CO3和KOH。本发明还提供了一种将上述熔盐应用于普通Na-Ca-Si系平板玻璃的化学钢化增强的工艺，通过控制离子交换反应温度、时间等工艺条件，并在离子交换反应之前引入了特定的酸腐蚀增强工艺，使之与离子交换反应相结合实现化学钢化增强。使用本发明的熔盐和增强工艺对普通Na-Ca-Si系平板玻璃进行化学钢化增强，可大幅度提高玻璃的抗压强度、压缩弹性模量、抗弯强度和弯曲弹性模量，同时大大缩短了化学钢化所需的时间，降低了化学钢化的温度，使生产能耗明显降低，效率提高。
文档编号C03B27/03GK101921054SQ20101027676
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者张启龙, 杨辉, 樊先平, 汪海燕, 郝嵘, 黄振晖 申请人:浙江大学