高铝玻璃的新型强化工艺的制作方法

本发明涉及一种强化工艺，特别是涉及一种高铝玻璃的新型强化工艺。

背景技术：

硅酸盐玻璃是一种非晶态的材料，具备热稳定性，高强度，高硬度，高透光度等优异性能，其制品在电子产品、建筑、汽车、轨道交通、航空、航天等领域有着广泛的应用。

由于产品对玻璃强度性能的需求日益提升，为了满足对玻璃高强度的要求，通常需要对玻璃进行强化处理，以提高玻璃的强度。现有技术的玻璃强化处理方法包括物理强化法和化学强化法。

物理强化法是将玻璃加热接近玻璃软化温度，对玻璃两侧吹以空气(或者其他介质)，使其均匀快速冷却，由于玻璃的表面冷却速度较快，内部冷却速度较慢，使玻璃内外产生温度差，进而使形成的玻璃的表面具有压应力、内部具有张应力，从而提高玻璃的强度。但是由于物理强化机理的原因，强化后的玻璃存在强度提升较少，应力不均，表面易变形和烧伤，且薄玻璃和曲面较大的玻璃无法强化的缺点。

化学强化法是将玻璃浸在含有比玻璃中碱金属离子半径大的碱离子熔盐中，通过离子交换，然后利用两种碱金属离子的半径差，造成玻璃的表面产生“挤塞”效应，使形成的玻璃的表面产生压应力层，来提高玻璃的强度。但是由于化学强化机理的原因，强化后的玻璃存在强度提升较少，抗划伤能力及划伤忍受能力较弱，且熔盐要求纯度高，利用率很低的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高铝玻璃的新型强化工艺,以解决上述技术问题，具体技术方案如下：提供一种高铝玻璃的新型强化工艺，其特征在于，高铝玻璃的新型强化工艺包括以下步骤：

(a)提供一高铝玻璃，高铝玻璃中的各组分的质量百分比含量为：二氧化硅(sio2)为57～63％，三氧化二铝(al2o3)为10～16％，氧化钠(na2o)为9～13％，氧化镁(mgo)为4～7％，氧化钾(k2o)为3～5％，氧化钙(cao)为1～2％，氧化铁(fe2o3)为小于等于0.001％，氧化硼(b2o3)、氧化锌(zno)、氧化铈(ceo2)和二氧化锆(zro2)之和小于等于1％；

(b)将高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内，腐蚀掉高铝玻璃的表面的微裂纹及其余缺陷，并去除高铝玻璃的表面的空位、空穴处的杂质离子；

(c)取出高铝玻璃，并冲洗干净高铝玻璃的表面；

(d)预热高铝玻璃；

(e)将预热后的高铝玻璃放置在纯度大于99wt％的硝酸钾(kno3)盐溶液内，并在温度为400～430℃下保温12～36小时，使硝酸钾(kno3)盐溶液中的钾离子(k^﹢)置换出高铝玻璃的表面的钠离子(na⁺)；

(f)取出高铝玻璃，并滴盐5～10分钟；

(g)完成滴盐后立即将高铝玻璃放置在空气中，进行空冷冷却；

(h)空冷冷却完成后，在高铝玻璃的表面喷洒柠檬酸溶液，并擦拭高铝玻璃；以及

(i)清洁高铝玻璃。

在一种可能的设计中，步骤(a)中，高铝玻璃的厚度为1.5～12mm。

在一种可能的设计中，步骤(b)中，混合腐蚀剂包括氢氟酸(hf)、硝酸(hno3)和水溶液，并且氢氟酸(hf)、硝酸(hno3)和水溶液按照质量比为(4～10wt％):(4～7wt％)：(85～95wt％)进行配比混合。

在一种可能的设计中，高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内腐蚀的步骤还包括：加热混合腐蚀剂至30～60℃；以及将高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内，使混合腐蚀剂腐蚀高铝玻璃，腐蚀时间为50～90分钟，以腐蚀掉高铝玻璃的表面0～40μm深度之间的微裂纹及其余缺陷，并去除高铝玻璃的表面的空位、空穴处的杂质离子。

在一种可能的设计中，步骤(c)中，是通过去离子水冲洗高铝玻璃。

在一种可能的设计中，步骤(d)中，是通过化学炉预热箱预热高铝玻璃，预热温度为280～320℃，预热时间为20～40分钟。

在一种可能的设计中，步骤(e)中，钾离子(k^﹢)是置换高铝玻璃的表面0～80μm深度之间的钠离子(na⁺)。

在一种可能的设计中，步骤(e)中，硝酸钾(kno3)盐溶液内还添加有催化剂和吸附剂。

在一种可能的设计中，步骤(h)中，柠檬酸溶液包括去离子水和柠檬酸，并且去离子水与柠檬酸的质量比为10:1。

在一种可能的设计中，步骤(i)中，清洁高铝玻璃的步骤还包括：选用30～50℃的去离子水冲洗高铝玻璃的表面；用清洁剂溶液喷洒在高铝玻璃的表面；以及用去离子水冲洗高铝玻璃的表面。

本发明与现有技术相比具有的优点有：

本发明的高铝玻璃的新型强化工艺通过对高铝玻璃的进行先先酸洗后强化处理，使得处理后的高铝玻璃的表面无变形，表面应力大于等于950mpa，离子深度大于等于80μm，并且显著提高了高铝玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力，高铝玻璃的弯曲强度增强至大于等于650mpa，拓展了高铝玻璃的应用范围，延长了制品的使用寿命。并且本发明的高铝玻璃的新型强化工艺在强化高铝玻璃过程中，去除了高铝玻璃的表面的微裂纹，还可保证制品达到很好的光学效果。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一实施例的高铝玻璃的新型强化工艺的流程示意图。

图2是本发明一实施例的高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内腐蚀的步骤流程示意图。

图3是本发明一实施例的清洁高铝玻璃的步骤流程示意图。

图4是本发明一实施例的高铝玻璃的表面结构在酸洗前的结构示意图。

图5是本发明一实施例的高铝玻璃的表面结构在酸洗后的结构示意图。

图6是本发明一实施例的高铝玻璃的表面结构在离子置换前的结构示意图。

图7是本发明一实施例的高铝玻璃的表面结构在离子置换后的结构示意图。

图8是比较实施例1的普通钠钙硅玻璃的表面结构在离子置换前的结构示意图。

图9是比较实施例1的普通钠钙硅玻璃的表面结构在离子置换后的结构示意图。

图10是比较实施例2的普通高铝玻璃的表面结构在离子置换前的结构示意图。

图11是比较实施例2的普通高铝玻璃的表面结构在离子置换前的结构示意图。

具体实施方式

关于本文中所使用之“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本申请，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。

在本发明一实施例中，揭露了一种高铝玻璃的新型强化工艺1，请参考图1所示，高铝玻璃的新型强化工艺1包括以下步骤101～109，其中：

步骤101：选取原料。提供一高铝玻璃，高铝玻璃中的各组分的质量百分比含量为：二氧化硅(sio2)为57～63％，三氧化二铝(al2o3)为10～16％，氧化钠(na2o)为9～13％，氧化镁(mgo)为4～7％，氧化钾(k2o)为3～5％，氧化钙(cao)为1～2％，氧化铁(fe2o3)为小于等于0.001％，氧化硼(b2o3)、氧化锌(zno)、氧化铈(ceo2)和二氧化锆(zro2)之和小于等于1％。

在一优选实施例中，高铝玻璃的厚度为1.5～12mm，例如可以为1.5mm、6mm、8mm、12mm，但并不以此为限。在本发明中对于高铝玻璃的长度和宽度没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际生产需求选择对应的长度和宽度的高铝玻璃。本实施例进一步公开的高铝玻璃内部分子结构为铝氧四面体，但并不以此为限。

具体的，挑取各组分的质量百分比满足上述要求的高铝玻璃的基础上，优选的挑取表面无缺陷的高铝玻璃，高铝玻璃的厚度为1.5mm、6mm、8mm或12mm；若选用高铝玻璃过长或过宽，用水刀数控切割机切割，但切割方式并不以此为限。将高铝玻璃切割成长为230～270mm、宽为100～140mm的试样，例如长为250mm、宽为120mm，但并不以此为限。

优选的，将高铝玻璃做进一步处理。具体的，是通过数控磨边机将高铝玻璃的边部倒圆角，并且数控磨边机根据不同厚度的高铝玻璃设计磨轮的槽口形状，由粗磨到精磨，槽口逐渐过渡，数控磨边机磨边后，高铝玻璃的倒圆角应满足均匀，无毛边，端面无划痕和白印，然高铝玻璃的进一步处理方式并不局限于此，本领域技术人员也可以根据本发明的教导选择其他合适的处理方式。

步骤102：腐蚀。将高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内，腐蚀掉高铝玻璃的表面的微裂纹及其余缺陷，并去除高铝玻璃的表面的空位、空穴处的杂质离子，高铝玻璃的表面结构在酸洗前及酸洗后的变化请参考图4、5所示。

在一优选实施例中，混合腐蚀剂包括氢氟酸(hf)、硝酸(hno3)和水溶液，并且氢氟酸(hf)、硝酸(hno3)和水溶液按照质量比为(4～10wt％):(4～7wt％)：(85～95wt％)进行配比混合，例如按照质量比为4wt％:6wt％：90wt％进行配比混合，但并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际腐蚀需求选择其他对应的质量比进行配比混合。

在一优选实施例中，请参考图2所示，高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内腐蚀的步骤2还包括步骤201～202，其中：

步骤201：配备混合腐蚀剂并加热。配备上述混合腐蚀剂，例如将氢氟酸(hf)、硝酸(hno3)和水溶液，按照质量比为4wt％:6wt％：90wt％进行配比混合，但并不以此为限。将混合腐蚀剂加热至30～60℃(摄氏度)，此温度范围(30～60℃)为最佳反应温度，在该温度范围内混合腐蚀剂的腐蚀最均匀，效果最佳，腐蚀后的高铝玻璃表面无变形，例如可以为30℃、40℃、50℃、60℃，但并不以此为限。

步骤202：腐蚀。将高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内，使混合腐蚀剂腐蚀高铝玻璃，腐蚀时间为50～90分钟，例如可以为50分钟、70分钟、90分钟，但并不以此为限。以腐蚀掉高铝玻璃的表面0～40μm深度之间的微裂纹及其余缺陷，并去除高铝玻璃的表面的空位、空穴处的杂质离子，然高铝玻璃放置在混合腐蚀剂内腐蚀的步骤并不局限于此，本领域技术人员也可以根据本发明的教导选择其他合适的腐蚀步骤。

步骤103：冲洗。取出高铝玻璃，并冲洗干净高铝玻璃的表面。

具体的，是通过去离子水冲洗高铝玻璃，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据本发明的教导选择其他合适的方式冲洗高铝玻璃。

步骤104：预热。预热高铝玻璃。

在一优选实施例中，是通过化学炉预热箱预热高铝玻璃，预热温度为280～320℃，例如可以为280℃、300℃、320℃，但并不以此为限。预热时间为20～40分钟，例如可以为20分钟、30分钟、40分钟，但并不以此为限，然高铝玻璃的预热方式并不局限于此，本领域技术人员也可以根据实际需求选择其他合适的预热方式。

具体的，将高铝玻璃放置在吊篮内，然后将高铝玻璃及吊篮一同放入化学炉预热箱内，开启预热箱，将高铝玻璃预热至280℃、300℃或320℃，预热时间为20分钟、30分钟或40分钟。

步骤105：置换钠离子。将预热后的高铝玻璃放置在纯度大于99wt％的硝酸钾(kno3)盐溶液内，并在温度为400～430℃下保温12～36小时，使硝酸钾(kno3)盐溶液中的钾离子(k^﹢)置换出高铝玻璃的表面的钠离子(na⁺)，高铝玻璃的表面结构在离子置换前及置换后的变化请参考图6、7所示，优选的钾离子(k^﹢)的半径为钠离子(na⁺)的半径为但并不以此为限。

在一优选实施例中，钾离子(k^﹢)是置换高铝玻璃的表面0～80μm深度之间的钠离子(na⁺)，以使高铝玻璃的抗划伤能力和划伤忍受能力显著提高，弯曲强度达到最大，但并不以此为限。

在一优选实施例中，硝酸钾(kno3)盐溶液内还添加有催化剂和吸附剂，例如氧化铝(al2o3)、氢氧化钾(koh)等，以加快高铝玻璃的置换速率，但并不以此为限。

具体的，高铝玻璃预热完成后，可以通过提升机将吊篮及高铝玻璃提升至盐槽内，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据实际生产需求选择其他合适的提升方式。盐槽内的熔盐为纯度大于99wt％的硝酸钾(kno3)盐溶液，硝酸钾(kno3)盐溶液内还可添加少量催化剂和吸附剂，然后保温，保温温度可以为400℃、415℃或430℃，但并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际生产需求选择其他合适的保温温度。保温时间可以为12小时、24小时或36小时，但并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际生产需求选择其他合适的保温时间。

步骤106：滴盐。取出高铝玻璃，并滴盐5～10分钟。

具体的，保温完成后，可以通过提升机将吊篮及高铝玻璃从盐槽内提出，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据实际生产需求选择其他合适的提升方式。然后在高铝玻璃上滴盐，持续5分钟、8分钟或10分钟，但并不以此为限。在本发明中对于滴盐方式的选择可以没有特殊要求，参照本领域技术人员的常规选择即可。

步骤107：空冷。完成滴盐后立即将高铝玻璃放置在空气中，进行空冷冷却，以提高高铝玻璃的表面的应力。

在本发明中对于高铝玻璃的空冷冷却方式的选择可以没有特殊要求，参照本领域技术人员的常规选择即可。

步骤108：喷洒柠檬酸溶液。空冷冷却完成后，在高铝玻璃的表面喷洒柠檬酸溶液，并擦拭高铝玻璃。

在一优选实施例中，柠檬酸溶液包括去离子水和柠檬酸，并且去离子水与柠檬酸的质量比为10:1，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据实际生产需求选择其他合适的质量比的柠檬酸溶液。

具体的，配备上述比例的柠檬酸溶液，将柠檬酸溶液喷洒在高铝玻璃的表面，喷洒方式可以是选择喷壶喷洒，但并不以此为限。然后用百洁布擦拭玻璃，但并不以此为限，本领域技术人员也可以根据实际生产需求选择其他合适的擦拭方式。

步骤109：清洁。清洁高铝玻璃。

在一优选实施例中，清洁高铝玻璃的步骤3还包括步骤301～303，其中：

步骤301：冲洗。选用30～50℃的去离子水冲洗高铝玻璃的表面，此温度范围(30～50℃)的去除玻璃表面污渍、盐渍最佳，但并不以此为限。

具体的，选用的去离子水的温度可以为30度℃、40度℃或50度℃，但并不以此为限。

步骤302：喷洒清洁剂。用清洁剂溶液喷洒在高铝玻璃的表面。

在本发明中对于清洁剂溶液及喷洒方式的选择可以没有特殊要求，参照本领域技术人员的常规选择即可。

步骤303：冲洗。用去离子水冲洗高铝玻璃的表面。

具体的，选用的去离子水的温度可以为30度℃、40度℃或50度℃，但并不以此为限。

高铝玻璃经上述高铝玻璃的新型强化工艺1强化处理后，经测试，其表面应力大于等于950mpa，离子深度大于等于80μm，并且显著提高了高铝玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力，高铝玻璃的弯曲强度增强至大于等于650mpa，拓展了高铝玻璃的应用范围，延长了制品的使用寿命。在本发明中对于该测试方法可以没有特殊要求，参照本领域技术人员所熟知的常规的测试方法即可。

同时，由于本发明的高铝玻璃的新型强化工艺1是对高铝玻璃的进行先先酸洗后强化处理，使得处理后的高铝玻璃的表面无变形，并且在酸洗时，去除了高铝玻璃的表面的微裂纹，还可保证制品达到很好的光学效果。

以下将结合具体实施例和对照例进一步说明本发明高铝玻璃的新型强化工艺1的有益效果。

对照例1

提供一普通钠钙硅玻璃，按照现有技术中的一种化学强化法(该化学强化法可以参考申请号为021119538中公开的化学钢化玻璃生产工艺)强化加工。

具体的是采用硝酸钾(kno3)作为主要熔盐，将普通钠钙硅玻璃放置在熔盐内，并在温度为400～500℃条件下置换3～8小时，普通钠钙硅玻璃的表面结构在离子置换前及置换后的变化请参考图8、9所示。

由于普通钠钙硅玻璃内部分子结构为硅氧四面体，不易于离子的交换，表层10μm左右的na⁺被熔盐中的k^﹢交换，导致离子深度只有10μm，经测试，强化后的普通钠钙硅玻璃的弯曲强度仅达到200mpa，玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力较弱。

对照例2

提供一高铝玻璃，按照现有技术中的另一种化学强化法强化加工。

具体的，是采用硝酸钾(kno3)作为主要熔盐，将高铝玻璃放置在熔盐内，在温度为390～420℃条件下置换10～18小时，普通高铝玻璃的表面结构在离子置换前及置换后的变化请参考图10、11所示。

由于高铝玻璃内部分子结构为铝氧四面体，较对照例1中普通钠钙硅玻璃中硅氧四面体的内部分子结构更容易进行离子的交换，但由于高铝玻璃的表面存在微裂纹及空位处的杂质离子，抑制了k^﹢、na⁺之间的置换，经测试，强化后的高铝玻璃表面应力只能达到600～800mpa，离子深度达到60μm，弯曲强度达到550mpa。

实施例

提供十个高铝玻璃，分别按照本发明的高铝玻璃的新型强化工艺1进行强化加工。

具体的，首先采用质量配比为(4～10wt％):(4～7wt％)：(85～95wt％)的氢氟酸(hf)、硝酸(hno3)和水溶液混合的混合腐蚀剂腐蚀高铝玻璃，腐蚀掉高铝玻璃的表面0～40μm处的玻璃，以去除高铝玻璃的表面0～40μm深度之间的微裂纹及其余缺陷，并去除高铝玻璃的表面的空位、空穴处的杂质离子，高铝玻璃的表面结构在酸洗前及酸洗后的变化请参考图4、5所示；然后冲洗并预热；再采用纯度大于99wt％的硝酸钾(kno3)盐溶液作为主要熔盐，进行低温离子置换(置换的温度为390～420℃，置换时间为10～18小时)，钾离子(k^﹢)是置换高铝玻璃的表面0～80μm深度之间的钠离子(na⁺)，高铝玻璃的表面结构在离子置换前及置换后的变化请参考图6、7所示；然后依次滴盐、空冷、喷洒柠檬酸以及清洁。

加工完成后，对十个高铝玻璃进行试验，试验方法参照标准jc977-2005《化学钢化玻璃》中规定的试验方法，本发明在此不再进行赘述，测试十个高铝玻璃表面应力，离子深度及弯曲强度，弯曲强度可以采用四点弯曲测试法测量，但并不以此为限。

测试结果如下：

第一个高铝玻璃的表面应力为964.282mpa，离子深度为82.201μm，弯曲强度为668.142mpa；

第二个高铝玻璃的表面应力为968.722mpa，离子深度为83.352μm，弯曲强度为687.004mpa；

第三个高铝玻璃的表面应力为985.361mpa，离子深度为84.204μm，弯曲强度为692.274mpa；

第四个高铝玻璃的表面应力为952.521mpa，离子深度为85.014μm，弯曲强度为656.851mpa；

第五个高铝玻璃的表面应力为962.028mpa，离子深度为80.714μm，弯曲强度为667.241mpa；

第六个高铝玻璃的表面应力为971.802mpa，离子深度为83.027μm，弯曲强度为682.235mpa；

第七个高铝玻璃的表面应力为954.201mpa，离子深度为84.014μm，弯曲强度为674.363mpa；

第八个高铝玻璃的表面应力为974.620mpa，离子深度为81.869μm，弯曲强度为667.258mpa；

第九个高铝玻璃的表面应力为985.244mpa，离子深度为83.566μm，弯曲强度为658.410mpa；

第十个高铝玻璃的表面应力为953.614mpa，离子深度为82.545μm，弯曲强度为675.589mpa。

如上述测试结果所示，高铝玻璃经上述高铝玻璃的新型强化工艺1强化处理后的表面应力大于等于950mpa，离子深度大于等于80μm，并且显著提高了高铝玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力，高铝玻璃的弯曲强度增强至大于等于650mpa。

比较实施例和对照例1-2所示，普通钠钙硅玻璃按照现有技术的化学强化法强化后的离子深度只有10μm，弯曲强度仅达到200mpa，玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力较弱；高铝玻璃按照现有技术的化学强化法强化后的表面应力只能达到600～800mpa，离子深度达到60μm，弯曲强度达到550mpa；高铝玻璃按照本发明的高铝玻璃的新型强化工艺1强化后的表面应力大于等于950mpa，离子深度大于等于80μm，并且显著提高了高铝玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力，高铝玻璃的弯曲强度增强至大于等于650mpa。

因此，高铝玻璃强化后的离子深度，弯曲强度明显大于普通钠钙硅玻璃，并且本发明的高铝玻璃的新型强化工艺1可以明显增加高铝玻璃的表面应力，离子深度，弯曲强度，同时还可显著提高高铝玻璃抗划伤能力及忍受划伤能力。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。