玻璃强化用熔融盐、强化玻璃的制造方法及玻璃强化用熔融盐的寿命延长方法_2

文档序号:8344083阅读:来源:国知局
盐中的钠所 导致的离子交换阻碍,有助于熔融盐的寿命延长。
[0050] 在本发明中,为了对熔融盐的使用寿命(寿命)进行定量评价而使用以下指标。首 先,所期望的CS值定义为:将根据由初始状态的硝酸钾构成的熔融盐而得到的CS值设定为 100%时的、90%以上的CS值。并且,将利用化学强化处理无法得到所期望的CS值时、即CS 值相对于所期望的CS值降低10 %以上时的熔融盐中的Na离子浓度定义为熔融盐的使用寿 命。
[0051] 需要说明的是,熔融盐的寿命可以按照如下所述进行评价。首先,为了模拟制作出 反复进行化学强化处理后的状态,有意地将规定量的硝酸钠作为Na离子源添加在熔融盐 中。并且利用添加Na离子源后的熔融盐对玻璃进行化学强化处理,处理后的玻璃的CS值 低于所期望的CS值时,由硝酸钠的添加量算出Na离子浓度,可以将其作为熔融盐的寿命的 指标。
[0052] 本发明的熔融盐含有碳酸钾的情况下,其含量相对于熔融盐中的硝酸钾优选为 3.5摩尔%~24摩尔% (5.0质量%~30质量%)、更优选为8.0摩尔%~24摩尔% (10.9 质量%~30质量% )、特别优选为16. 0摩尔%~24摩尔% (21. 5质量%~30质量% )。
[0053] 如果碳酸钾相对于硝酸钾的添加量为30质量%以下,则不用担心熔点高的碳酸 钾所导致的熔融盐中的固相量增加,操作处理良好。另外,在离子交换处理中不用担心产生 温度不均,能够均匀地对玻璃整体进行离子交换。
[0054] 作为磷酸钾,可以列举正磷酸钾(K3P04)、焦磷酸钾(K 4P207)、偏磷酸钾,从相对于所 添加的阴离子物种的全部离子交换能力的寿命延长效率的方面出发,优选正磷酸钾。
[0055] 添加正磷酸钾作为磷酸钾的情况下,正磷酸钾既可以是水合物也可以进行脱水处 理。另外,熔融盐中的正磷酸钾的含量相对于硝酸钾优选为0.8摩尔%~13. 5摩尔% (1.5 质量%~25质量% )、更优选为1. 5摩尔%~13. 5摩尔% (3. 0质量%~25质量% )、进一 步优选为3. 0摩尔%~13. 5摩尔% (6. 0质量%~25质量% )、特别优选为6. 0摩尔%~ 13. 5摩尔% (11. 5质量%~25质量%)。如果下限为该范围则能够将可得到所期望的CS 值的熔融盐寿命延长两倍以上,因而优选。
[0056] 另外,正磷酸钾的熔点高(>1000°C ),在化学强化中所使用的温度区域(〈500°C ) 内,溶解于硝酸钾的量极少。因此添加过量时在容器的底部沉淀物堆积导致熔融盐的操作 处理变差。因此,如果相对于硝酸钾为25质量%以下,则可抑制正磷酸钾的固相的比例,能 够确保充分的可用于化学强化的液相容积,不会发生熔融盐中的磷酸钾沉淀物与玻璃接触 而诱发玻璃表面的腐蚀,是优选的。
[0057] 添加焦磷酸钾作为磷酸钾的情况下,相对于熔融盐中的硝酸钾优选为3. 5摩 尔%~9.0摩尔% (10. 5质量%~25质量% )、更优选为7. 5摩尔%以上(21.0质量%以 上)。如果下限为该范围则能够将可得到所期望的CS值的熔融盐寿命延长两倍以上,因而 优选。
[0058] 另外,焦磷酸钾也与正磷酸钾一样因添加过量而致粉末与化学强化用玻璃接触时 有可能会腐蚀玻璃表面,因而焦磷酸钾的含量的上限优选设定为25质量%。
[0059] 需要说明的是,可以合用上述碳酸钾和磷酸钾。这种情况下,碳酸钾和磷酸钾各自 的添加量只要分别满足上述范围,则可以为任何组合。
[0060] 本发明的熔融盐除硝酸钾、碳酸钾和磷酸钾以外在不阻碍本发明效果的范围可以 含有其它化学物种,可以列举例如硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、氯化钾等碱性硫酸盐、碱性氯化 盐等。需要说明的是,可以组合使用它们中的多种。
[0061] 〈熔融盐的制造方法〉
[0062] 本发明的熔融盐可以通过如下所示的工序来制造。
[0063] 工序1 :硝酸钾熔融盐的制备
[0064] 工序2 :在熔融盐中添加其它无机钾盐
[0065] (工序 1)
[0066] 在工序1中,将硝酸钾投入至容器中,加热至熔点以上的温度进行熔融,由此制备 熔融盐。硝酸钾的熔点为330°C、沸点为500°C,因此在该范围内的温度下进行熔融。尤其 是从对玻璃能够赋予的表面圧缩应力与应力层深度的平衡以及强化时间的方面出发,更优 选将熔融温度设定为350~470 °C。
[0067] 对硝酸钾进行熔融的容器可以使用金属、石英、陶瓷等。其中,从耐久性的观点出 发优选为金属材质,从耐腐蚀性的观点出发优选为不锈钢(SUS)材质。
[0068] (工序 2)
[0069] 在工序2中,向工序1中制备的硝酸钾熔融盐中添加碳酸钾、磷酸钾等硝酸钾以外 的无机钾盐,在使温度保持于一定范围的同时,通过利用搅拌叶片等混合至整体变得均匀。 合用碳酸钾和磷酸钾的情况下,添加顺序没有限定,可以先添加任一种,也可以同时添加。 温度优选为硝酸钾的熔点以上、即330°C以上,更优选为350~500°C。另外,搅拌时间优选 为1分钟~10小时、更优选为10分钟~2小时。然后,静置至析出物发生沉淀。该析出物 中包含超出饱和溶解度的碳酸钾、磷酸钾、以及碳酸阴离子的钠盐、磷酸阴离子的钠盐。
[0070] 如此,能够制造本发明的熔融盐。
[0071] 〈化学强化处理〉
[0072] 接着,对使用本发明的熔融盐的化学强化处理方法进行说明。
[0073] 化学强化处理通过将玻璃浸渍在熔融盐中,将玻璃中的金属离子置换为熔融盐中 的离子半径大的金属离子由此进行。通过该离子交换使得改变玻璃表面的组成,在玻璃表 面层产生圧缩应力,由此能够强化玻璃。
[0074] 本发明中的化学强化处理可以通过上述熔融盐的制造方法(工序1、工序2)之后 的如下所示的工序来进行。
[0075] 工序3 :玻璃的化学强化处理
[0076] 工序4 :熔融盐的废弃
[0077] (工序 3)
[0078] 在工序3中,对玻璃进行预热,将上述工序1和工序2中制备的熔融盐调整至进行 化学强化的温度。接着将预热后的玻璃在熔融盐中浸渍规定时间,然后将玻璃从熔融盐中 提起,进行自然冷却。需要说明的是,在化学强化处理之前,优选对玻璃进行根据用途的形 状加工,例如切断、端面加工和开孔加工等机械加工。
[0079] 玻璃的预热温度取决于在熔融盐中浸渍的温度,通常优选为100°C以上。
[0080] 化学强化温度优选为被强化玻璃的应变点(通常为500~600°C)以下,为了得到 更高的圧缩应力层深度0)印th of Layer :DOL)特别优选为350°C以上。
[0081] 玻璃在熔融盐中的浸渍时间优选为10分钟~12小时、进一步优选为30分钟~10 小时。如果在该范围,则可以得到强度与圧缩应力层的深度的平衡优良的化学强化玻璃。
[0082](工序 4)
[0083] 反复进行工序3时,熔融盐中的Na离子浓度因熔融盐-玻璃间的离子交换而升 高,因此熔融盐的离子交换能力随着玻璃处理面积增加而降低,无法得到所期望的CS值。 因此,在工序4中,通过测定熔融盐中的Na离子浓度或化学强化后的表面圧缩应力(CS) 值,来判断是能够继续使用熔融盐进行化学强化处理还是要废弃熔融盐。
[0084]〈玻璃〉
[0085] 本发明中所使用的玻璃含有钠即可,只要具有能够利用成形、化学强化处理进行 强化的组成,则可以使用各种组成的玻璃。具体而言,可以列举例如钠钙玻璃、铝硅酸盐玻 璃、硼硅酸玻璃、铅玻璃、碱钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等。
[0086] 玻璃的制造方法没有特别限定,可以通过将所期望的玻璃原料投入至连续熔融 炉,将玻璃原料在优选为1500~160(TC下进行加热熔融、澄清后,供给至成形装置,然后将 熔融玻璃成形为板状,进行缓冷,由此进行制造。
[0087] 需要说明的是,对于玻璃的成形,可以采用各种方法。例如可以采用下拉法(例 如,溢流下拉法、流孔下拉法和再拉法等)、浮法、辊铺法和压制法等各种成形方法。
[0088] 玻璃的厚度没有特别限制,为了有效地进行化学强化处理,通常优选为5mm以下、 更优选为3mm以下。
[0089] 作为本发明的化学强化用玻璃的组成没有特别限定,例如可以列举以下的玻璃的 组成。
[0090] ⑴以摩尔%表示的组成中,含有50~80%的Si02、2~25%的A1 203、0~10%的 Li20、0 ~18% 的 Na20、0 ~10%的1(20、0 ~15% 的 Mg0、0 ~5% 的 CaO 和 0 ~5% 的 Zr02 的玻璃
[0091] (ii)以摩尔%表示的组成含有50~74%的Si02、l~10%的Al 203、6~14%的 Na20、3 ~11 % 的 K20、2 ~15% 的 Mg0、0 ~6% 的 CaO 和 0 ~5% 的 Zr02, SiOjP A1 203 的含 量的合计为75%以下、Na20和K20的含量的合计为12~25%、MgO和CaO的含量的合计为 7~15 %的玻璃
[0092] (iii)以摩尔%表示的组成含有68~80%的Si02、4~10%的Al 203、5~15%的 Na20、0~1 %的K20、4~15%的MgO和0~1 %的Zr02的玻璃
[0093] (iv)以摩尔%表示的组成含有67~75%的Si02、0~4%的Al 203、7~15%的 Na20、l~9%的K20、6~14%的MgO和0~1. 5%的Zr02, SiOjP A1 203的含量的合计为 71~75%,
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