化學強化微晶玻璃制備工藝及方法

背景技術

隨著智能時代的到來，各類產品的智能化將迅速普及，大到房子、汽車、家具，小到音響、遙控器、飲水器等。而屏幕控制是大部分智能化設備的基礎部分，為適應產品的各種使用環境，作為屏幕的保護材料必將需要進一步提高其耐酸堿、耐溫度沖擊、耐機械沖擊等特性，又必須滿足各種形狀的要求及一定的透明度要求。

目前屏幕保護的材質大部分為玻璃，其具有高透過率、穩定性好、耐酸堿性等優點，其在含有堿金屬情況下可進行化學鋼化從而在表層獲得壓應力，化學鋼化后的玻璃其抗沖擊強度和抗跌落強度成倍數提升，而玻璃的抗跌落性能與玻璃的深層應力有關系。目前市面上的強化玻璃，鈉鈣玻璃的極限應力深度只有十幾微米，其抵抗跌落最低，高鋁硅玻璃極限應力深度只有40～50μm，抗跌落能力處于中上，而最新的鋰鋁硅玻璃可達100微米以上，為強化玻璃中抗跌落能力最好的。

實際上，鋰鋁硅玻璃的極限應力深度受玻璃厚度的影響，正常顯示保護玻璃的厚度在0.4mm～1.1mm之間，采用目前對鋰鋁硅玻璃測應力深度的折原SLP1000測試，其極限應力深度最高僅為厚度的16％～17％。且由于應力松弛現象，深層壓應力部分應力不高，從而制約了鋰鋁硅化學強化玻璃的抗跌落強度性能。

本文獻的目的是克服現有技術的不足，提供一種具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃及其制備方法，其中微晶玻璃具有很高的網絡結構強度，并具有很高的晶體比例，經過化學離子交換后可以有效提高玻璃的壓應力及壓應力深度，且高溫下應力松弛量少，能夠適應智能化時代電子顯示保護蓋板需求、以及汽車玻璃、航空玻璃，等保護玻璃領域。

1.一種具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，通過將微晶玻璃在鹽浴中進行單次或多次化學離子交換形成所述強化微晶玻璃，所述強化微晶玻璃相對兩側分別自表面向內部依次形成壓應力層和與所述壓應力層相對應的張應力層，所述強化微晶玻璃的單面壓應力層深度為所述強化微晶玻璃總厚度的18％～25％；所述微晶玻璃中具有平均晶體尺寸小于或等于100nm的晶體，所述晶體占所述微晶玻璃總重量的40wt％～90wt％，所述晶體包括β石英固溶體，以及二硅酸鋰、β鋰輝石、金紅石、莫來石、尖晶石和鋅尖晶石中的一種或多種；以摩爾百分比計，所述微晶玻璃中，LiO的含量占SiO+AlO總量的10％～20％；所述微晶玻璃通過多步化學離子交換制得所述強化微晶玻璃，所述多步化學離子交換中的最后一步在含硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀的混合鹽浴中進行，所述混合鹽浴中鋰鹽不超過4wt％，鈉鹽不超過15wt％。

2.根據權利要求1所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述強化微晶玻璃的單面壓應力層深度為所述強化微晶玻璃總厚度的20％～23％。

3.根據權利要求1所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述強化微晶玻璃的張應力線密度最大值CTLDmax在70000MPa/mm～90000MPa/mm范圍內；當所述強化微晶玻璃的CTLD達到最大值CTLDmax時，將所述強化微晶玻璃于450℃下保溫5h，所述強化微晶玻璃的CTLD下降幅度小于或等于10％，壓應力層深度DOL0下降幅度小于或等于5％。

4.根據權利要求1所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述晶體的平均晶體尺寸在10nm～50nm之間。

5.根據權利要求1所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，厚度為1mm的所述強化微晶玻璃在400nm～750nm的可見光譜上的透過率在80％～92％范圍內。

6.如權利要求1所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的維氏硬度在650kgf/mm～780kgf/mm范圍內，所述微晶玻璃的楊氏模量在82Gpa以上。

7.根據權利要求1至6任一項所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，以摩爾百分比計，所述微晶玻璃包含以下組份：SiO：60％～75％；AlO：13％～20％。

8.根據權利要求7所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括MgO，所述MgO的摩爾占比在2％～7.5％的范圍內，MgO/(SiO+AlO+MgO)的比值在3～10之間。

9.根據權利要求7所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括NaO和/或KO，所述NaO的摩爾占比在1％～5％的范圍內，所述KO的摩爾占比在0％～4％的范圍內。

10.根據權利要求7所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括BO，所述BO的摩爾占比在0.5％～4％的范圍內。

11.根據權利要求7所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的組分還包括PO、ZnO、SnO、ZrO、TiO中的一種或多種氧化物，其中，PO+ZnO+SnO+ZrO+TiO的總摩爾占比在0.5％～7％。

12.一種制備如權利要求111任一項所述的具有高壓應力層深度的強化微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法為兩步強化法，包括以下步驟：步驟1，將微晶玻璃在鉀鹽和鈉鹽的混合鹽浴中進行第一步離子交換，控制鈉鹽的含量在25wt％以下，控制經過所述第一步離子交換后的微晶玻璃的張應力線密度CTLD在70000MPa/mm以上，單面壓應力層深度為微晶玻璃總厚度的18％～20％，鉀鈉交換產生的壓應力層深度在6μm以上；步驟2，將經所述第一步離子交換得到的微晶玻璃于鉀鹽、鈉鹽和鋰鹽的混合鹽浴中進行第二步離子交換，控制所述鈉鹽的含量在15wt％以下，控制所述鋰鹽的含量在4wt％以下，控制經所述第二步離子交換后的微晶玻璃的張應力線密度CTLD在50000MPa/mm以上，單面壓應力層深度為微晶玻璃總厚度的18％～25％，即得到強化微晶玻璃。

13.根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1中控制鈉鹽的含量在10wt％以下，得到的鉀鈉交換產生的壓應力層深度在8μm以上；所述步驟2中控制所述鈉鹽的含量在8wt％以下，控制所述鋰鹽的含量在2wt％以下。

14.根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于，化學離子交換溫度在420℃～500℃范圍內，且所述第二步離子交換的溫度低于所述第一步離子交換的溫度。

15.根據權利要求14所述的制備方法，其特征在于，化學離子交換溫度在430℃～460℃范圍內。

16.根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述強化微晶玻璃的各組分混合后在1630℃～1700℃的熔煉溫度下進行熔煉，所述強化微晶玻璃采用溢流、浮法、壓延工藝中的任一種進行生產。

[0060]本文獻中，應力測量可由Orihara公司生產的FSM-6000X及SLP-2000分別對表層高壓應力區和深層低壓應力區進行測量，并采用PMC軟件將應力曲線進行擬合，得到表2的相應測試結果。當然也可采用其他可對表層高壓應力區和深層低壓應力區進行測量的應力測試儀。

[0078]綜上所述，本文獻強化微晶玻璃為透明微晶玻璃，其具有很高的結晶度，提高了微晶玻璃本征網絡結構強度，其可容納高的壓應力、高溫下應力松弛量少；第一步強化使微晶玻璃達到足夠的表面壓應力，第二步強化采用含鋰鹽浴可進一步提高微晶玻璃的交換深度，進而進一步提高壓應力層深度，并且容納的高壓應力及抗應力松弛能力可抵抗含鋰鹽浴對深層壓應力的削弱效應；強化微晶玻璃的應力層深度占玻璃總厚的18％以上，具有很高的抗跌落強度；應用領域廣泛。

化學強化微晶玻璃制備工藝及方法