化學鋼化的玻璃制造技術

本發明專利技術涉及鋰鋁硅酸鹽玻璃的化學鋼化。通過本發明專利技術能夠在適中的溫度下進行快速鋼化，所述快速鋼化產生了具有高表面張力的深表面張力區。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術總體上涉及鋼化的玻璃，特別是涉及對鋰鋁硅酸鹽玻璃的化學鋼化。
技術介紹
通過在轉變溫度TG以下將玻璃基材浸入硝酸鉀熔體中來進行的化學鋼化或離子交換是普遍公知的方法，所述方法用于升高薄和極薄的硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃的強度。化學鋼化優選用于厚度小于4mm的玻璃片。對于特定應用，也可以對更厚的片進行化學鋼化。對于硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃，通常僅在玻璃中的Na離子與鹽熔體中的K離子之間發生離子交換。通過所述交換，僅通過極長的交換時間(通常大于12小時)才可達到深度大于80 μ m的表面壓應力部。 此外普遍已知的是，離子的交換深度依賴于鹽浴中的時間和鹽浴的溫度。更高的溫度或更長的時間增加交換深度。然而交換深度關于表面壓應力區而言并不相同。根據浸入玻璃中的離子的種類和數量，根據玻璃基材的Li含量和Na含量及其相互之間的比例和其他組分，可以調整出不同的表面壓應力區。但是，比起交換的離子的深度，表面壓應力區典型地達到進入玻璃中更深的位置。市場中存在的常規制備的化學鋼化的玻璃，例如鋁硅酸鹽玻璃，或者常規的鈉鈣玻璃通常具有大于10重量％的Na2O含量，并根據標準在硝酸鉀鹽浴中在大于420°C，優選430°C的溫度以及大于12小時的鋼化時間下鋼化。在此情況下，表面壓應力區達到30至70 μ m的深度。表面張力的值在鋼化的鈉鈣玻璃的情況下為約550MPa，在鋁硅酸鹽玻璃的情況下為約750MPa。然而，對于作為蓋片玻璃的應用來說存在如下問題，刮痕可能快速地比表面張力區更遠地進入玻璃中，這導致顯著的強度下降。并且對于用于軌道車輛的前窗和側窗以及給車輛裝防彈玻璃的應用來說，希望調整出大于80 μ m的可變的滲透深度和高強度，只要能夠實現可接受地短的工藝時間就可以。DE 196 16 633 Cl描述了鋁硅酸鹽玻璃，所述鋁硅酸鹽玻璃通過化學鋼化而適合用作覆蓋光學和磁性存儲介質的基材玻璃。用所述玻璃雖然可實現深鋼化區和高強度，但是需要在鹽熔體中大于12小時的長的處理時長和超過420°C的高溫。DE 196 16 679 Cl描述了通過硝酸鉀熔體在350°C至500°C的溫度化學鋼化鋁硅酸鹽玻璃。表3顯示了所描述的玻璃雖然在約I. 5小時的處理時長之后達到880MPa的表面張力，但是壓應力區的厚度僅為約15 μ m。對于105 μ m的壓應力區來說，需要在鹽熔體中處理15小時。US 4 156 755 A描述了用于離子交換的含Li2O的鋁硅酸鹽玻璃。用所述玻璃雖然能夠在短時間內達到大于80 μ m的壓應力區的厚度，但是表面張力最大為600MPa。通過EP O 884 289 BI已知用于車輛的鋰鋁硅酸鹽玻璃，其也可被化學鋼化。Li2O含量為3至4. 5重量％，并且Na2O含量為在6重量％與13重量％之間。根據表7，在380°C的熱硝酸鈉熔體中8小時之后，所述玻璃達到80 μ m厚度的壓應力區，但是表面張力僅為2600kg/cm2，相當于約255MPa。還有在熔體中64小時之后，張力僅為3450kg/cm2，相當于339MPa，其中，表面張力的厚度為30 μ m，這意味著在更短時間內明顯更薄的表面張力區。在US 2007-00 604 65 Al中描述了對Li2O含量為3_9%且Na2CHK2O含量不大于3%的不同的鋰鋁硅酸鹽玻璃的化學鋼化。在此，所描述的玻璃經受450°C與冷卻點之間的溫度。WO 2010 005 578 Al描述了多次化學鋼化鋁硅酸鹽玻璃從而使得最大的表面張力達到確定的深度中。首先通過多次鋼化(單個熔體或混合熔體)和明顯超過8小時的時間而達到深度大于80 μ m的壓應力區。根據表II實施例13，在81微米的壓應力區的深度 下，所達到的壓應力僅為546MPa。達到所述鋼化的工藝時間為大于23小時。在化學鋼化的過程中，在離子半徑相類似的離子的離子交換時，通常大的相互擴散系數在相對短的時間內造成更大的交換深度，而半徑顯著大于待交換離子的半徑的離子的交換對短程有序產生更強烈的影響，并因此造成表面壓應力的升高。兩個半徑的差別越大，這種效果越強烈。因此，在短的工藝時間內對交換深度的調整通過鋰-鈉陽離子交換而進行。然而，如果需要極高的表面壓應力，可用更重的堿金屬的陽離子進行交換。然而在此迄今為止，依賴于給定的交換深度和所使用的陽離子，必須遷就很長的工藝時間以及很高的工藝溫度。結合對現有技術的討論可知，通過現有技術已知的玻璃和化學鋼化的方法不允許在適中的溫度下進行快速鋼化，所述快速鋼化造成具有高表面張力的很深的表面張力區。
技術實現思路
因此，本專利技術的任務是提供如下玻璃以及用這種玻璃制備的化學鋼化的產品。通過獨立權利要求的主題解決所述任務。在各從屬權利要求中給出本專利技術的有利的實施方案和改良方案。本專利技術為蓋片玻璃以及車輛玻璃的前景應用提供材料，所述材料通過鋼化時間和鋼化溫度的減少同時促成表面張力的升高。根據本專利技術的優選呈玻璃片形式的化學鋼化的玻璃制品由鋰鋁硅酸鹽玻璃制成，其中，所述玻璃除了組分SiO2和Al2O3 (SiO2和Al2O3為鋰鋁硅酸鹽玻璃的特征)之外還包含-4. 6至5. 4重量％的作為組分的Li2O,以及-8. I至9. 7重量％的作為組分的Na2O,以及其中-所述玻璃由于化學鋼化而在表面上具有壓應力區，并且-所述壓應力區延伸進入所述玻璃中直至達到至少50微米的深度，優選至少80微米的深度，以及其中，在所述壓應力區中鋰離子至少部分地由其他堿金屬離子交換，以及其中-所述壓應力區具有至少600MPa，優選至少800MPa的壓應力或者說表面張力。強度的測量借助于根據EN 1288-5的雙環法實施和測定。壓應力區中的表面張力或者說壓應力可以以光測彈性的方式測定。為此，切割玻璃樣品并垂直于觀察方向拋光表面。然后可借助顯微鏡和不同補償器確定表面中的壓應力。壓應力區的厚度/深度也可在切口處以光測彈性的方式確定。對于交換深度的測量，可測量堿金屬離子的EDX-深度曲線。對于本專利技術的目的特別合適的是具有如下組成的玻璃58 至 65 重量 % 的 SiO2 ；16 至 20 重量 % 的 Al2O3 ；優選O. I至I重量%的B2O3 ；4. 6 至 5. 4 重量 ％ 的 Li2O ；8. I 至 9. 7 重量 % 的 Na2O ； O. 05 至 I. O 重量 % 的 K2O ；O. 2 至 2. O 重量 ％ 的 CaO ；2. 5至5. O重量％的ZrO2,以及必要時總計為O至2. 5重量％的份額的一種或多種如下組分:Sn02、CeO2、P2O5 和 ZnO。優選的組成范圍為60 至 62 重量 ％ 的 SiO2 ；17. 5 至 19. 5 重量 ％ 的 Al2O3 ；O. 5 至 O. 7 重量 % 的 B2O3 ；4. 8 至 5. 2 重量 ％ 的 Li2O ；8. 5 至 9. 5 重量 % 的 Na2O ；O. 2 至 O. 5 重量 % 的 K2O ； O. 5 至 I. 2 重量 ％ 的 CaO ；3. 2至3. 8重量%的ZrO2 ；以及總計為O. 25至I. 6重量%的份額的SnO2, Ce02、P2O5和ZnO0為了即使在相對低的鹽熔體溫度下實現具有很高壓應力的深鋼化區，特別優選的是如下本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：斯特凡·麥哈特，羅爾夫·維特諾爾，
申請(專利權)人：肖特公開股份有限公司，
類型：
國別省市：