化学强化微晶玻璃制备工艺及方法

背景技术

随着智能时代的到来，各类产品的智能化将迅速普及，大到房子、汽车、家具，小到音响、遥控器、饮水器等。而屏幕控制是大部分智能化设备的基础部分，为适应产品的各种使用环境，作为屏幕的保护材料必将需要进一步提高其耐酸碱、耐温度冲击、耐机械冲击等特性，又必须满足各种形状的要求及一定的透明度要求。

目前屏幕保护的材质大部分为玻璃，其具有高透过率、稳定性好、耐酸碱性等优点，其在含有碱金属情况下可进行化学钢化从而在表层获得压应力，化学钢化后的玻璃其抗冲击强度和抗跌落强度成倍数提升，而玻璃的抗跌落性能与玻璃的深层应力有关系。目前市面上的强化玻璃，钠钙玻璃的极限应力深度只有十几微米，其抵抗跌落最低，高铝硅玻璃极限应力深度只有40～50μm，抗跌落能力处于中上，而最新的锂铝硅玻璃可达100微米以上，为强化玻璃中抗跌落能力最好的。

实际上，锂铝硅玻璃的极限应力深度受玻璃厚度的影响，正常显示保护玻璃的厚度在0.4mm～1.1mm之间，采用目前对锂铝硅玻璃测应力深度的折原SLP1000测试，其极限应力深度最高仅为厚度的16％～17％。且由于应力松弛现象，深层压应力部分应力不高，从而制约了锂铝硅化学强化玻璃的抗跌落强度性能。

本文献的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有高压应力层深度的强化微晶玻璃及其制备方法，其中微晶玻璃具有很高的网络结构强度，并具有很高的晶体比例，经过化学离子交换后可以有效提高玻璃的压应力及压应力深度，且高温下应力松弛量少，能够适应智能化时代电子显示保护盖板需求、以及汽车玻璃、航空玻璃，等保护玻璃领域。

1.一种具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，通过将微晶玻璃在盐浴中进行单次或多次化学离子交换形成所述强化微晶玻璃，所述强化微晶玻璃相对两侧分别自表面向内部依次形成压应力层和与所述压应力层相对应的张应力层，所述强化微晶玻璃的单面压应力层深度为所述强化微晶玻璃总厚度的18％～25％；所述微晶玻璃中具有平均晶体尺寸小于或等于100nm的晶体，所述晶体占所述微晶玻璃总重量的40wt％～90wt％，所述晶体包括β石英固溶体，以及二硅酸锂、β锂辉石、金红石、莫来石、尖晶石和锌尖晶石中的一种或多种；以摩尔百分比计，所述微晶玻璃中，LiO的含量占SiO+AlO总量的10％～20％；所述微晶玻璃通过多步化学离子交换制得所述强化微晶玻璃，所述多步化学离子交换中的最后一步在含硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾的混合盐浴中进行，所述混合盐浴中锂盐不超过4wt％，钠盐不超过15wt％。

2.根据权利要求1所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述强化微晶玻璃的单面压应力层深度为所述强化微晶玻璃总厚度的20％～23％。

3.根据权利要求1所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述强化微晶玻璃的张应力线密度最大值CTLDmax在70000MPa/mm～90000MPa/mm范围内；当所述强化微晶玻璃的CTLD达到最大值CTLDmax时，将所述强化微晶玻璃于450℃下保温5h，所述强化微晶玻璃的CTLD下降幅度小于或等于10％，压应力层深度DOL0下降幅度小于或等于5％。

4.根据权利要求1所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述晶体的平均晶体尺寸在10nm～50nm之间。

5.根据权利要求1所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，厚度为1mm的所述强化微晶玻璃在400nm～750nm的可见光谱上的透过率在80％～92％范围内。

6.如权利要求1所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的维氏硬度在650kgf/mm～780kgf/mm范围内，所述微晶玻璃的杨氏模量在82Gpa以上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，以摩尔百分比计，所述微晶玻璃包含以下组份：SiO：60％～75％；AlO：13％～20％。

8.根据权利要求7所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的组分还包括MgO，所述MgO的摩尔占比在2％～7.5％的范围内，MgO/(SiO+AlO+MgO)的比值在3～10之间。

9.根据权利要求7所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的组分还包括NaO和/或KO，所述NaO的摩尔占比在1％～5％的范围内，所述KO的摩尔占比在0％～4％的范围内。

10.根据权利要求7所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的组分还包括BO，所述BO的摩尔占比在0.5％～4％的范围内。

11.根据权利要求7所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃的组分还包括PO、ZnO、SnO、ZrO、TiO中的一种或多种氧化物，其中，PO+ZnO+SnO+ZrO+TiO的总摩尔占比在0.5％～7％。

12.一种制备如权利要求111任一项所述的具有高压应力层深度的强化微晶玻璃的方法，其特征在于，所述方法为两步强化法，包括以下步骤：步骤1，将微晶玻璃在钾盐和钠盐的混合盐浴中进行第一步离子交换，控制钠盐的含量在25wt％以下，控制经过所述第一步离子交换后的微晶玻璃的张应力线密度CTLD在70000MPa/mm以上，单面压应力层深度为微晶玻璃总厚度的18％～20％，钾钠交换产生的压应力层深度在6μm以上；步骤2，将经所述第一步离子交换得到的微晶玻璃于钾盐、钠盐和锂盐的混合盐浴中进行第二步离子交换，控制所述钠盐的含量在15wt％以下，控制所述锂盐的含量在4wt％以下，控制经所述第二步离子交换后的微晶玻璃的张应力线密度CTLD在50000MPa/mm以上，单面压应力层深度为微晶玻璃总厚度的18％～25％，即得到强化微晶玻璃。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中控制钠盐的含量在10wt％以下，得到的钾钠交换产生的压应力层深度在8μm以上；所述步骤2中控制所述钠盐的含量在8wt％以下，控制所述锂盐的含量在2wt％以下。

14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，化学离子交换温度在420℃～500℃范围内，且所述第二步离子交换的温度低于所述第一步离子交换的温度。

15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，化学离子交换温度在430℃～460℃范围内。

16.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述强化微晶玻璃的各组分混合后在1630℃～1700℃的熔炼温度下进行熔炼，所述强化微晶玻璃采用溢流、浮法、压延工艺中的任一种进行生产。

[0060]本文献中，应力测量可由Orihara公司生产的FSM-6000X及SLP-2000分别对表层高压应力区和深层低压应力区进行测量，并采用PMC软件将应力曲线进行拟合，得到表2的相应测试结果。当然也可采用其他可对表层高压应力区和深层低压应力区进行测量的应力测试仪。

[0078]综上所述，本文献强化微晶玻璃为透明微晶玻璃，其具有很高的结晶度，提高了微晶玻璃本征网络结构强度，其可容纳高的压应力、高温下应力松弛量少；第一步强化使微晶玻璃达到足够的表面压应力，第二步强化采用含锂盐浴可进一步提高微晶玻璃的交换深度，进而进一步提高压应力层深度，并且容纳的高压应力及抗应力松弛能力可抵抗含锂盐浴对深层压应力的削弱效应；强化微晶玻璃的应力层深度占玻璃总厚的18％以上，具有很高的抗跌落强度；应用领域广泛。