本發明專利技術公開了一種具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品的制備方法，包括如下步驟：(1)在清潔的玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜，得到具有耐磨涂層的玻璃制品；(2)將步驟(1)得到的具有耐磨涂層的玻璃制品置于熔鹽中，在400-500℃進行離子交換強化8-18h后，降至室溫清洗得到所述的化學鋼化玻璃制品。該方法使用特別配制的熔鹽進行離子交換鋼化，這可以使高硬度的耐磨涂層與玻璃制品表面結合得更致密，還可以愈合部分表面裂紋，提高制品的表面硬度和抗彎曲強度，擴展了化學鋼化玻璃的應用領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于玻璃表面處理
，具體涉及。
技術介紹
普通玻璃的實際使用強度很低，稍受碰撞和沖擊，就產生裂紋或破碎。對于玻璃這種脆性材料，抗彎強度最能反映它的力學性能水平。測試結果表明普通硅酸鹽玻璃平均抗彎強度低于lOOMpa。然而根據玻璃的化學鍵強度進行計算，其理論抗彎強度至少高幾個數量級。目前的研究認為這主要是由于在玻璃制品生產、運輸和儲存過程中產生的表面損傷以及其表面大量存在的格里菲斯微裂紋而造成的?；瘜W鋼化玻璃通過在熔鹽中進行離子交換，即熔鹽中離子半徑較大的K+或者Na+ 與玻璃表層的半徑較小的Na+或者Li+進行離子交換在表層產生“擠塞效應”形成表面壓應力層，從而減小表面裂紋的影響，使玻璃制品的強度提高3 6倍，高于物理鋼化I 2倍的提高幅度。但是在使用中，由于化學鋼化玻璃壓應力層較薄，通常小于50 μ m,其表面應力層容易受到摩擦或者沖擊產生貫穿的傷痕破壞，導致化學鋼化玻璃的強度顯著降低。為獲得耐劃傷能力強的化學鋼化玻璃制品，目前提出了一些辦法第一種方法是使用離子交換速度較快的玻璃品種與匹配的熔鹽(如鋰鋁硅玻璃與硝酸鈉熔鹽)，較短時間的離子交換就獲得應力層深度超過200 μ m的產品，這就避開了玻璃表面通常易損傷的40-50 μ m深度。公開號為CN1886348B的中國專利申請公開了一種含氧化鋰-氧化招-氧化硅的鋼化玻璃，在硝酸鈉熔鹽中進行離子交換8h以上可以獲得150 μ m以上的離子交換深度。這是由于鋰離子半徑為60pm，鈉離子的半徑為95pm，鉀離子半徑為133pm。鈉離子的半徑小于鉀離子的半徑，鈉離子從玻璃中把鋰離子置換出來需要的能量小于鉀離子置換出鈉離子所需要的能量，因此可以在較低的溫度下較快地獲得較厚的鋼化層。但是相對于最常用于化學鋼化的鈉鈣玻璃，這種方法需要使用昂貴的鋰玻璃，限制了應用范圍。第二種方法是在化學鋼化后的玻璃表面覆蓋保護膜，這種方法在普通玻璃的應用上很寬泛，并且覆蓋的高硬度薄膜不僅能提高耐磨性，同時由于對玻璃制品表面的格里菲斯微裂紋進行了部分修復，還提高了玻璃的強度，減少了強度的分散性。然而由于化學鋼化玻璃制品不能長時間的處于耐磨薄膜固化所需要的300°C以上的高溫，限制了耐磨薄膜種類性能以及制備工藝方法。Muneo Watanabe等1975年公開了另一種制備耐刮擦玻璃制品的方法(USPatent :4021218)。與上述第二種方法不同，該方法先將通過某種薄膜制備工藝將耐磨氧化物涂覆在鈉鈣玻璃制品表面，然后再將KCl-KNO3或K2SO4-KNO3的高濃度溶液噴涂在玻璃制品的表面并在130°C左右進行預熱處理，之后將玻璃制品置于略低于玻璃軟化點溫度下進行離子交換增強，冷卻清洗后，最終獲得的產品表面壓應力可以達到llOMpa，離子交換深度可以達到16μπι左右。但是采用該方法時，薄膜的厚度受到限制，超過15nm后離子交換效果很差，鋼化層厚度迅速減小，并且化學鋼化后玻璃的強度提升幅度有限。
技術實現思路
本專利技術提供了，該制備方法制得的化學鋼化玻璃制品表面硬度和抗彎曲強度高，表面離子交換深度大，具有優良的耐磨性能。，包括如下步驟(I)在玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜；(2)將步驟(I)得到的表面鍍上氧化物薄膜的玻璃制品置于金屬熔鹽中，在400-500°C進行離子交換強化8-18h后，降溫，取出清洗，得到所述的具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品；步驟(2)中所述的金屬熔鹽的重量百分比組成如下KNO;或 NaNO390-95.5%K2CO3SNa2CO30.5-3%Qt-Al2O30.5-3%硅藻土1-3%KOH 或 NaOH0.3-1%。本專利技術先在普通玻璃制品表面制備耐磨涂層，然后使用特別配制的熔鹽進行離子交換鋼化，這可以使高硬度的耐磨涂層與玻璃制品表面結合得更致密，還可以愈合部分表面裂紋，提高制品強度的分散性。同時，鍍膜玻璃制品在特殊設計的熔鹽中進行化學鋼化可以使離子交換的驅動力更大，即使耐磨涂層的厚度達到I μ m時候，仍然可以獲得比較大的離子交換深度，因此得到的化學鋼化玻璃制品同時具有較高的表面硬度和抗彎曲強度，耐磨性能優良。所述的熔鹽中，硝酸鉀和硝酸鈉作為離子交換的離子源，碳酸鉀和碳酸鈉熔于熔鹽，其碳酸根離子與影響離子交換速率的高價雜質離子形成不熔物被α-氧化鋁和硅藻土所吸附，氫氧化鈉和氫氧化鉀切斷表面部分硅氧鍵形成更多的離子交換的通道，加速整個離子交換過程。作為優選，所述的玻璃制品為含鋰玻璃，與熔鹽進行鋰鈉離子交換進行強化；所述的金屬熔鹽的重量百分比組成如下 NaNO390-95 5°, Na2CO30.5-3%α-Α!20,0.5-3%所述的含鋰玻璃進一步優選為鋰鋁 石圭藻土 1-3% NaOH0.3-1%,硅玻璃。此時，所述的玻璃制品中含有鋰離子，所述的熔鹽中的主要陽離子成分為鈉離子，鈉離子與鋰離子的離子半徑的大小差值合適，可以通過離子交換產生“擠塞效應”形成表面應力層，而且所需要的能量較小，可以在較低的溫度下獲得更大的表面應力。作為另外的優選，所述的玻璃制品為含鈉玻璃，與熔鹽進行鈉鉀離子交換進行強化；所述的金屬熔鹽的重量百分比組成如下KNO390-95.5% K2CO;,0.5-3% Q-Al2O.,0.5-3%· 硅藻土1-3%所述的含鈉玻璃進一步優選為鈉鈣玻 KOH 0.3-1%,璃或鈉鋁硅玻璃。此時，所述的玻璃制品中含有鈉離子，所述的熔鹽中的主要陽離子成分為鉀離子，鉀離子與鈉離子的離子半徑的大小差值合適，也可以通過離子交換產生“擠塞效應”形成表面應力層。本專利技術中，所述的玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜的方法包括化學或物理氣相沉積、磁控濺射、分子層沉積、噴霧熱解、脈沖激光沉積或溶膠凝膠法。作為優選，所述的玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜的方法為溶膠凝膠法，采用溶膠凝膠法可以得到均勻無裂紋的氧化物薄膜，且該方法制備條件溫和，原料來源廣泛，成本低廉，適宜各種形狀的玻璃制品的表面鍍膜。所述的玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜的膜厚< I μ m,膜厚過大，影響離子交換的效率。作為優選，所述的溶膠凝膠法的具體步驟如下(a)用溶劑將氧化物前驅溶解，加入助劑，進行水解聚合反應，反應完成之后，得到氧化物溶膠；(b)將步驟(a)得到的氧化物溶膠涂覆在玻璃制品表面，然后在50 200°C溫度下干燥O. 5-2小時，并在低于玻璃軟化點溫度下進行熱處理2-4小時，得到表面鍍上氧化物薄膜的玻璃制品；所述的玻璃制品表面首先使用本領域技術人員熟知的方法進行清潔處理；步驟(b)中，所述的氧化物溶膠在涂覆之前可以加入稀硝酸來穩定其粘度。作為優選，步驟(a)中，所述的溶劑為水和/或乙醇。步驟(a)中，所述的氧化物前驅為能通過水解聚合反應生成氧化物的無機化合物，所述的氧化物為過渡金屬元素、第III、第IV和/或第V主族元素的氧化物，所得到的涂層可以為一元氧化物薄膜或多元氧化物薄膜，所述的氧化物溶膠進一步優選為Zr02、SnO2,Al203、Cr203、Si02和V2O5的溶膠中的至少一種，這些氧化物溶膠形成的涂層具有較好的耐磨性能和良好的透光性能。作為優選，步驟(a)中，所述的助劑為氨水，雙氧水或者環氧丙烷，可以參與到氧化物前驅的水解聚合反應中去，促進水解聚合反應的進行本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)在玻璃制品表面鍍上氧化物薄膜；(2)將步驟(1)得到的表面鍍上氧化物薄膜的玻璃制品置于金屬熔鹽中，在400?500℃進行離子交換強化8?18h后，降溫，取出清洗，得到所述的具有耐磨薄膜的化學鋼化玻璃制品；步驟(2)中所述的金屬熔鹽的重量百分比組成如下：FDA00002455844300011.jpg
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張啟龍，張鶴，楊輝，申乾宏，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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