一种确定高铝硅酸盐玻璃理想化学强化工艺的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺的方法，包括如下步骤：根据目标化学强化玻璃的应力层深度，利用应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件一；根据目标化学强化玻璃表面显微硬度，利用显微硬度预测公式HV＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件二；根据条件一和条件二确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺，即化学强化时间t和化学强化温度T的数值。本发明专利技术还提供了上述方法在制备化学强化高铝硅酸盐玻璃中的应用。本发明专利技术方法能降低样品制备量，减少样品的制备成本和测试成本，能对高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺进行精确预测，为高铝硅酸盐玻璃的化学强化工艺确定提供重要支持。

Method for determining ideal chemical strengthening process of high aluminium silicate glass and application thereof

The present invention provides a method for determining high aluminium silicate glass ideal chemical strengthening process, which comprises the following steps: according to the target of chemically strengthened glass stress layer depth, the stress depth prediction formula DOL = F (T, T) to determine the chemical strengthening process requirements; according to the target of chemical tempered glass the surface hardness, prediction formula HV = F by microhardness (T, T) to determine the chemical strengthening process required to meet the conditions of two; according to the conditions and conditions of the two to determine the ideal chemical strengthening process of high aluminum silicate glass, namely numerical chemical enhanced time t and chemical enhanced temperature T. The invention also provides the application of the method in the preparation of the chemical strengthening high alumina silicate glass. The method of the invention can reduce the amount of sample preparation, sample preparation cost and reduce test cost, can strengthen ideal chemical process of high aluminum silicate glass to accurately forecast, provide important support for the chemical process of high aluminum silicate glass reinforcement.

【技术实现步骤摘要】
一种确定高铝硅酸盐玻璃理想化学强化工艺的方法及其应用
本专利技术属于高铝硅酸盐玻璃性能设计
，具体涉及一种确定高铝硅酸盐玻璃理想化学强化工艺的方法及其应用。
技术介绍
为了提高玻璃的机械强度特别是显微硬度，通常采用物理强化和化学强化两种方法。物理强化的玻璃主要用途是车船的窗玻璃、建筑物的外玻璃，物理强化玻璃成本低，产量大，机械强度高、耐热冲击性能好，最高安全工作温度可达287.78℃。然而物理强化玻璃强化过程固有的变形问题限制了其在对光学质量要求较高的领域的应用。化学强化玻璃的应用更加广泛：火车、汽车、飞机、舰船和飞船的挡风玻璃，眼镜玻璃，面板玻璃，基板玻璃等都可以用到化学强化玻璃。化学强化玻璃的主要优点有：强度高、热稳定性好、处理后不变形不损失平滑性、无自爆现象等。一般化学强化玻璃的制备方法是通过将普通钠钙玻璃浸在碱离子的熔盐中，用熔盐中半径较大的钾离子(半径0.133nm)置换玻璃网络中半径较小的钠离子(半径0.098nm)以挤压玻璃表面的网络结构，改变玻璃表面成分。经离子交换后挤塞的体积效应在玻璃表面形成预压应力层，以阻止表面裂纹受力扩展，达到提高玻璃力学强度的目的。近年来，在手机、PDA等移动显示器及大型的液晶电视等平板显示器中，以保护为目的，多使用提高了强度的化学强化玻璃(参照日本特开昭57-205343号公报、日本特开平9-236792号公报及日本特开2009-84076号公报)。化学强化高铝硅酸盐玻璃具有良好的机械性能、光学性能和化学钢化性能，在电子玻璃盖板等领域有着重要应用。在设计生产工艺时为了得到理想的压缩应力层的深度，往往需要经过多轮制样测试实验来确定理想化学强化时间和化学强化温度。硬度是材料微观结构的宏观表现，可以表征材料的“致密化”程度和抗划伤性。玻璃材料由于其脆而硬的特点，不能使用太大的测试负荷，所以一般使用显微硬度表征。化学强化玻璃的显微硬度一般通过硬度计来检测。首先，硬度测试对玻璃表面的光洁度有严苛的要求，为了达到这一要求需要大量的时间用于玻璃样品的表面抛光；其次，如果硬度计的压头压力过大容易在玻璃表面留下裂纹，使得硬度测试的数据放生失真；最后，能够满足化学强化高铝硅酸盐玻璃表面显微硬度的化学强化条件，也要满足化学强化深度的要求。因此，提高化学强化工艺设计的效率，是目前业界所普遍关注的。目前，化学强化工艺的条件一般是通过多轮实验，反复测试确定。这种方法不仅浪费人力物力，而且效率较低，实验周期长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述的不足，提供一种快速确定高铝硅酸盐玻璃化学强化工艺的方法。一种确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺的方法，包括如下步骤：根据目标化学强化玻璃的应力层深度DOL，利用应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件一；所述应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)的计算表达式如下：DOL＝-5623.47+33.24t+20.38T-6.09×10-2t3-3.94×10-5T3-1.46×10-4tT2，式中：DOL表示应力层深度，μm；t表示化学强化时间，h；T表示化学强化温度，℃；根据目标化学强化玻璃表面显微硬度HV，利用显微硬度预测公式HV＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件二；所述显微硬度预测公式HV＝F(t，T)的计算表达式如下：HV＝-5225.43-56.15t+24.53T-7.48×10-2t3-5.14×10-5T3-4.08×10-4tT2，式中：HV表示表面显微硬度，MPa；t表示化学强化时间，h；T表示化学强化温度，℃；根据条件一和条件二确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺，即化学强化时间t和化学强化温度T的数值。本专利技术方法能降低样品制备量，减少样品的制备成本和测试成本，能对高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺进行精确预测，为高铝硅酸盐玻璃的化学强化工艺确定提供重要支持。所述高铝硅酸盐玻璃中各元素的摩尔含量百分比满足以下条件：Si：23.5～25.5mol％，O:63.0～65.0mol％，Al:8.5～9.5mol％，Na+K:2.0～3.0mol％，Mg+Ca:0～1.0mol％。只有满足上述条件的高铝硅酸盐玻璃才适用于本专利技术方法。作为优选，所述化学强化时间t满足：4.0h<t<6.5h，所述化学强化温度T满足：395℃<T<410℃。本专利技术的另一目的是提供上述确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺的方法在制备化学强化高铝硅酸盐玻璃中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)能够精确确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺，尤其表现在玻璃组成在本专利技术适用范围内的玻璃；(2)能够大幅降低为了确定理想化学强化工艺而制备的样品数量，提高工艺设计的效率。具体实施方式实施例1(1)采用原子发射光谱法获得高铝硅酸盐玻璃的化学组成信息，其具体成分如下：Si：24.5mol％，O：63.8mol％，Al：9.1mol％，Na：2.6mol％，经比对，满足本专利技术适用条件。(2)根据目标化学强化玻璃的应力层深度DOL，利用应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件一：设定其欲获得的化学强化深度为50μm，则其化学强化条件需满足：50＝-5623.47+33.24t+20.38T-6.09×10-2t3-3.94×10-5T3-1.46×10-4tT2(1)根据目标化学强化玻璃表面显微硬度HV，利用显微硬度预测公式HV1＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件二：设定其欲获得的表面显微硬度为700MPa，则其化学强化条件须满足：700＝-5225.43-56.15t+24.53T-7.48×10-2t3-5.14×10-5T3-4.08×10-4tT2(2)联立式(1)(2)，考虑到化学强化时间t和化学强化温度T须同时满足4.0h<t<6.5h和395℃<T<410℃，则取t＝4.7h，T＝406℃。(3)采用此化学强化工艺对高铝硅酸盐玻璃进行化学强化：化学强化时间t为4.7h；所述化学强化温度T为406℃，用表面应力仪测量经化学强化后玻璃的应力层深度DOL；用维氏硬度计测量玻璃表面显微硬度HV。经测试，经化学强化后，该高铝硅酸盐玻璃的应力层深度DOL为50.6μm，表面显微硬度HV为640MPa，与预设目标值相近，说明本专利技术方法能够精确确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺，提高工艺设计的效率。实施例2(1)采用原子发射光谱法获得高铝硅酸盐玻璃的化学组成信息，其具体成分如下：Si：24.9mol％，O：63.0mol％，Al：8.6mol％，K：2.2mol％，Ca：0.7mol％，经比对，满足本专利技术适用条件。(2)根据目标化学强化玻璃的应力层深度DOL，利用应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件一：设定其欲获得的化学强化深度为46μm，则其化学强化条件需满足：46＝-5623.47+33.24t+20.38T-6.09×10-2t3-3.94×10-5T3-1.46×10-4tT2(1)根据目标化学强化玻璃表面显微硬度HV，利用显微硬度预测公式HV1＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件二：设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺的方法，其特征在于，包括如下步骤：根据目标化学强化玻璃的应力层深度DOL，利用应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件一；所述应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)的计算表达式如下：DOL＝‑5623.47+33.24t+20.38T‑6.09×10

【技术特征摘要】
1.一种确定高铝硅酸盐玻璃的理想化学强化工艺的方法，其特征在于，包括如下步骤：根据目标化学强化玻璃的应力层深度DOL，利用应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件一；所述应力层深度预测公式DOL＝F(t，T)的计算表达式如下：DOL＝-5623.47+33.24t+20.38T-6.09×10-2t3-3.94×10-5T3-1.46×10-4tT2，式中：DOL表示应力层深度，μm；t表示化学强化时间，h；T表示化学强化温度，℃；根据目标化学强化玻璃表面显微硬度HV，利用显微硬度预测公式HV＝F(t，T)确定化学强化工艺需满足的条件二；所述显微硬度预测公式HV＝F(t，T)的计算表达式如下：HV＝-5225.43-56.15t+24.53T-7.48×10-2t3-5.14×10-5T3-4.08×10-4tT2，式中：HV表示表...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵高凌，和阿雷，詹凌曈，占丰，宋斌，韩高荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33