化学强化玻璃的制作方法_3

文档序号:9902769阅读:来源:国知局
r>[0136] 另外,本发明中使用的玻璃的形状没有特别限定。例如可W采用:具有均匀的板厚 的平板形状、在表面和背面中的至少一者上具有曲面的形状W及具有弯曲部等的立体形状 等各种形状的玻璃。
[0137] 作为本发明的化学强化玻璃的组成没有特别限定,例如可W列举W下的玻璃的组 成。
[013引 (i)W由摩尔%表示的组成计,含有Si02 50~80%、Al203 2~25%、Li20 0~ 10%、船20 0~18%、1(20 0~10%、]\%0 0~15%、(:曰0 0~5%和2'02 0~5%的玻璃。
[0139] (ii)W由摩尔%表示的组成计,含有Si〇2 50~74%、Al2〇3 1~10%、Na2〇 6~ 14%、1(2〇3~11%、]\%0 2~15%、〔曰0 0~6%和2'〇2〇~5%,51〇2和412〇3的含量的合计为 75% W下,Na2〇和拉0的含量的合计为12~25% ,MgO和化0的含量的合计为7~15%的玻璃。
[0140] (iii)W由摩尔%表示的组成计,含有Si〇2 68~80%、Al2〇3 4~10%、Na2〇 5~ 15%、K20 0~l%、Mg0 4~15%和Zr〇2 0~1%的玻璃。
[0141] (iv)W由摩尔%表示的组成计,含有Si〇2 67~75%、Al2〇3 0~4%、Na2〇 7~ 15%、1(2〇1~9%、]\^0 6~14%和化〇2〇~1.5%,51〇2和412〇3的含量的合计为71~75%, NasO和拉0的含量的合计为12~20%,在含有化0的情况下其含量小于1%的玻璃。
[0142] 本发明的化学强化玻璃在玻璃表面具有通过离子交换而得到的压应力层。离子交 换法中,对玻璃的表面进行离子交换,形成残留压应力的表面层。具体而言,在玻璃化转变 点W下的溫度下,通过离子交换而将玻璃板表面的离子半径小的碱金属离子(典型的是Li 离子、Na离子)置换成离子半径较大的碱金属离子(典型的是,对于Li离子而言为化离子或K 离子,对于Na离子而言为K离子)。由此,在玻璃的表面残留有压应力,玻璃的强度提高。
[0143] 在本发明的制造方法中,通过使玻璃与含有硝酸钟化N03)的无机盐接触而进行化 学强化。由此,通过使玻璃中的化离子与无机盐中的K离子进行离子交换,形成高密度的压 应力层。作为使玻璃与无机盐接触的方法可W为:涂布糊状的盐的方法、向玻璃喷射无机盐 的水溶液的方法、将玻璃浸溃于已加热到烙点W上的烙盐的盐浴的方法等。在运些之中,优 选浸溃于烙盐的方法。
[0144] 作为无机盐,优选具有进行化学强化的玻璃的应变点(通常500~600°C) W下的烙 点,本发明中优选含有硝酸钟(烙点300°C)的盐。通过含有硝酸钟而在玻璃的应变点W下为 烙融状态,且在使用溫度范围内操作容易,因此优选。无机盐中的硝酸钟的含量优选为50质 量% W上。
[0145] 优选地,无机盐还含有选自由 K2CO3、化 2C〇3、KHC〇3、NaHC〇3、K3P〇4、Na3P〇4、K2S〇4、 Na2S〇4、KOH和NaOH组成的组中的至少一种盐,其中,更优选含有选自由K2CO3、Na2C〇3、KHCO3 和NaHC〇3组成的组中的至少一种盐。
[0146] 上述盐(W下有时也称为"烙剂")具有切断WSi-O-Si键为代表的玻璃的网络的性 质。由于进行化学强化处理的溫度高达数百°c,因而在该溫度下玻璃的Si-O间的共价键被 适当切断,容易进行后述的低密度化处理。
[0147] 需要说明的是,切断共价键的程度根据玻璃组成、使用的盐(烙剂)的种类、进行化 学强化处理的溫度、时间等化学强化处理条件而不同,认为优选选择从Si伸出的4个共价键 中切断1~2个键的程度的条件。
[0148] 例如在使用K2CO3作为烙剂的情况下,无机盐中的烙剂的含量为0.1摩尔% ^上,化 学强化处理溫度为350~500°C时,则化学强化处理时间优选为1分钟~10小时,更优选为5 分钟~8小时,进一步优选为10分钟~4小时。
[0149] 烙剂的添加量从控制表面氨浓度的方面出发优选0.1摩尔%^上,更优选1摩尔% W上,特别优选2摩尔%^上。另外,从生产率的观点出发优选为各盐的饱和溶解度W下。过 量添加时,有可能造成玻璃的腐蚀。例如,在使用K2CO3作为烙剂的情况下,优选为24摩尔% W下,更优选为12摩尔% W下,特别优选为8摩尔% W下。
[0150] 无机盐除了硝酸钟和烙剂W外还可W在不损害本发明效果的范围内含有其它化 学种类,例如,氯化钢、氯化钟、棚酸钢、棚酸钟等碱金属盐酸盐、棚酸盐等。运些可W单独添 加,也可W组合添加多种。
[0151] W下,W通过将玻璃浸溃于烙盐进行化学强化的方式为例,说明本发明的制造方 法。
[0152] (烙盐的制造1)
[0153] 烙盐可W通过下述所示的工序进行制造。
[0154] 工序la:硝酸钟烙盐的制备 [0巧5] 工序2a:向硝酸钟烙盐添加烙剂
[0156] (工序Ia-硝酸钟烙盐的制备-)
[0157] 在工序Ia中,将硝酸钟投入到容器中,并通过加热至烙点W上的溫度使其烙融,由 此制备烙盐。烙融在硝酸钟的烙点(330°C)与沸点(500°C)的范围内的溫度下进行。特别是, 设定烙融溫度为350~470°C,从能够赋予玻璃的表面压应力(CS)与压应力层深度(WL)的 平衡和强化时间的观点出发是优选的。
[0158] 烙融硝酸钟的容器可W使用金属、石英、陶瓷等。其中,从耐久性的观点出发,金属 材质是优选的,从耐腐蚀性的观点出发,不诱钢(SUS)材质是优选的。
[0159] (工序2a-向硝酸钟烙盐中添加烙剂-)
[0160] 在工序2a中,在工序Ia中制备的硝酸钟烙盐中添加上述的烙剂,将溫度保持在恒 定范围,同时通过揽拌叶片等进行混合使得整体成为均匀状态。在并用多种烙剂的情况下, 添加顺序并不限定,可W同时添加。
[0161 ]溫度优选为硝酸钟的烙点W上,即330°C W上,更优选为350~500°C。另外,揽拌时 间优选1分钟~10小时,更优选10分钟~2小时。
[0162] (烙盐的制造2)
[0163] 在上述烙盐的制造1中,例示了在硝酸钟的烙盐的制备之后添加烙剂的方法,但是 烙盐还可通过下述所述的工序制造。
[0164] 工序化:硝酸钟与烙剂的混合
[0165] 工序化:硝酸钟与烙剂的混合盐的烙融
[0166] Qb-硝酸钟与烙剂的混合-)
[0167] 在工序Ib中,将硝酸钟与烙剂投入到容器中,并通过揽拌叶片等进行混合。在并用 多种烙剂的情况下,添加顺序并不限定,可W同时添加。容器可W使用与上述工序Ia中使用 的容器同样的容器。
[0168] (工序化-硝酸钟与烙剂的混合盐的烙融-)
[0169] 在工序2b中通过加热由工序Ib得到的混合盐而使其烙融。烙融在硝酸钟的烙点 (330°C )与沸点巧00°C)的范围内的溫度下进行。特别是,设定烙融溫度为350~470°C,从能 够赋予玻璃的表面压应力(CS)和压应力层深度化OL)的平衡和强化时间的观点出发是更优 选的。揽拌时间优选为1分钟~10小时,更优选为10分钟~2小时。
[0170] 在经由上述工序Ia和工序2a或工序化和工序2b而得到的烙盐中,在由于添加烙剂 而产生析出物产生的情况下,在进行玻璃的化学处理前,进行静置直到该析出物沉淀到容 器的底部。该析出物中含有:超出饱和溶解度部分的烙剂、烙剂的阳离子在烙盐中交换而得 到的盐。
[0171] 对于在本申请发明的制造方法中使用的烙盐而言,Na浓度优选为500重量ppmW 上,更优选为1000重量PpmW上。通过烙盐中的化浓度为500重量ppm W上,通过后述的酸处 理工序,容易深化低密度层,因此优选。作为化浓度的上限没有特别限制,可W容许直至得 到所期望的表面压应力(CS)。
[0172] 需要说明的是,在进行了一次W上的化学强化处理的烙盐中含有从玻璃溶出的 钢。因此,只要化浓度已在上述范围内,则可W将来源于玻璃的钢直接作为化源使用,在化 浓度不足的情况下或者在使用化学强化未使用的烙盐的情况下,可W通过添加硝酸钢等无 机钢盐而进行调节。
[0173] W上,通过上述工序Ia和工序2a或工序化和工序2b,可W制备烙盐。
[0174] (化学强化)
[0175] 接下来,使用制备的烙盐进行化学强化处理。化学强化处理通过将玻璃浸溃于烙 盐中,将玻璃中的金属离子(Na离子)置换成烙盐中的离子半径大的金属离子化离子)而进 行。通过该离子交换改变玻璃表面的组成,从而可W形成玻璃表面高密度化的压应力层20 [图2(a)~(b)]。通过该玻璃表面的高密度化而产生压应力,因此,可W将玻璃强化。
[0176] 需要说明的是,实际上对于化学强化玻璃的密度而言,从存在于玻璃中屯、的中间 层30(主体)的外缘开始向压应力层表面密度逐渐增大,因此在中间层和压应力层之间没有 密度急剧变化的明确的边界。在此,中间层是指在玻璃中屯、部存在的被压应力层夹持的层。 该中间层与压应力层不同,为未进行离子交换的层。
[0177] 本发明中的化学强化处理具体而言可W根据下述工序3进行。
[0178] 工序3:玻璃的化学强化处理
[0179] (工序3-玻璃的化学强化处理-)
[0180] 在工序3中,将玻璃预热,并将上述工序Ia和工序2a或工序化和工序2b中制备的烙 盐调节至进行化学强化的溫度。接着,将预热的玻璃浸溃于烙盐中规定时间,然后将玻璃从 烙盐中拉起,并自然冷却。需要说明的是,对于玻璃,在化学强化处理前,优选进行根据用途 的形状加工例如切断、端面加工和开孔加工等机械加工。
[0181] 玻璃的预热溫度取决于浸溃于烙盐的溫度,但是一般优选为IOCTC W上。
[0182] 化学强化溫度优选为被强化玻璃的应变点(通常500~600°C) W下,为了得到更高 的压应力层深度,特别优选为350°C W上。
[0183] 玻璃在烙盐中的浸溃时间优选为1分钟~10小时,更优选为5分钟~8小时,进一步 优选为10分钟~4小时。只要在该范围内,就能够得到强度与压应力层深度的平衡优良的化 学强化玻璃。
[0184] 在本发明的制造方法中接着在化学强化处理后进行下述工序。
[01化]工序4:玻璃的清洗
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