CN109399959A

CN109399959A - 降低强化玻璃应力的方法及玻璃不良品的回收利用方法

Info

Publication number: CN109399959A
Application number: CN201811233295.1A
Authority: CN
Inventors: 周群飞; 王天碧
Original assignee: Lens Technology Co Ltd
Current assignee: Lens Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: CN109399959B

Abstract

本发明提供了一种降低强化玻璃应力的方法及玻璃不良品的回收利用方法，涉及触摸屏生产领域，该降低强化玻璃应力的方法，包括以下步骤：A)预热：将硅酸锂强化玻璃在290‑350℃下预热2‑5h；B)离子交换：将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在382‑450℃下离子交换10‑120min，其中，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为71‑79％，硝酸锂的重量百分比为21‑29％。利用该降低强化玻璃应力的方法能够缓解现有技术中缺少一种能够适用于消除硅酸锂强化玻璃应力的技术问题，达到降低或消除硅酸锂强化玻璃应力的目的。

Description

降低强化玻璃应力的方法及玻璃不良品的回收利用方法

技术领域

本发明涉及触摸屏生产领域，尤其是涉及一种降低强化玻璃应力的方法及玻璃不良品的回收利用方法。

背景技术

化学强化玻璃广泛应用于手机、手表、电脑的触控面板等电子领域，随着玻璃产品的外观要求日益严格，强化后玻璃崩裂废品的数量逐渐增加，若这些废品玻璃直接进行报废处理，则将严重浪费资源及生产成本。而若考虑对这些废品玻璃进行重复利用或二次加工，则因强化后的玻璃产品表面有应力残留，切割过程中在产品的下刀点会出现裂痕，导致玻璃产品裂片。也就是说，强化后的玻璃产品并不能进行二次加工，需要消除强化玻璃内的应力后再对其进行二次加工。

目前，为了提高触控面板的强化强度，硅酸锂玻璃的应用越来越多。相对于传统的铝酸盐玻璃，硅酸锂玻璃的膨胀系数较大，而现有的消除玻璃应力的方法并不适用于硅酸锂玻璃，利用现有方法对硅酸锂玻璃进行处理，其应力消除效果不理想，处理后残留应力大，且尺寸变化大，不能进行重新进行强化或切割等二次加工。硅酸锂玻璃强化后不能直接用于二次加工，原因有：①产品切割易破裂；②表面抛光产品易翘曲；③再次强化，产品应力值会增大，有自爆风险，且产品尺寸会继续膨胀。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种降低强化玻璃应力的方法，以缓解现有技术中缺少一种能够适用于消除硅酸锂强化玻璃应力的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种硅酸锂强化玻璃不良品的回收利用方法，利用该回收利用方法可以提高触摸屏生产工艺中，硅酸锂强化玻璃不良品的回收利用率，节约原料成本。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种降低强化玻璃应力的方法，包括以下步骤：

A)预热：将硅酸锂强化玻璃在290-350℃下预热2-5h；

B)离子交换：将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在382-450℃下离子交换10-120min，其中，

所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为71-79％，硝酸锂的重量百分比为21-29％。

进一步的，步骤A)中，所述预热温度为300-330℃，预热时间为2.5-3.5h。

进一步的，步骤B)中，在390-420℃下离子交换30-90min。

进一步的，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为 72-78％，硝酸锂的重量百分比为22-28％。

进一步的，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为 74-77％，硝酸锂的重量百分比为23-26％。

一种硅酸锂强化玻璃不良品的回收利用方法，利用上述方法对硅酸锂强化玻璃不良品进行处理，降低或消除硅酸锂强化玻璃中的应力，然后再进行二次加工，得到回收再利用的玻璃品。

进一步的，所述二次加工包括切割或强化处理。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的降低强化玻璃应力的方法，是先将硅酸锂强化玻璃在290-350℃下预热2-5h，然后再在硝酸钠和硝酸钾组成的混合熔盐中进行离子交换，通过离子交换消除硅酸锂强化玻璃中的应力。在离子交换中，硅酸锂强化玻璃表面的K⁺离子与混合熔盐中的Na⁺发生交换，由于Na⁺离子比K⁺离子的的半径小，因此，通过Na⁺离子置换出硅酸锂强化玻璃表面的K⁺可以降低硅酸锂强化玻璃中的表面应力；同时，由于Li⁺离子的半径最小，其活泼性较高，因此硝酸锂中的Li⁺离子能够置换出硅酸锂强化玻璃内部的Na⁺离子，从而降低硅酸锂强化玻璃的内部应力。通过上述离子交换，能够降低或消除硅酸锂强化玻璃中的应力，同时达到尺寸缩小的目的，以便于玻璃产品而二次加工。例如，一块100mm×100mm的强化玻璃，利用上述方法经离子交换后，尺寸可缩小为98mm×98mm的玻璃，后续通过再强化处理可以再次得到一块100mm×100mm的强化玻璃。

本发明提供降低强化玻璃应力的方法，可以有效消除玻璃表面的应力，使玻璃硬度等同于强化前的硬度，例如，硅酸锂强化玻璃的维氏硬度为600-750HV，用本发明提供的方法处理后，其维氏硬度可降低至450-550HV，便于不良产品的重新强化或切割处理等二次加工。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

一方面，本发明提供了一种降低强化玻璃应力的方法，包括以下步骤：

A)预热：将硅酸锂强化玻璃在290-350℃下预热2-5h；

B)离子交换：将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在380-460℃下离子交换10-120min，其中，

所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为70-80％，硝酸锂的重量百分比为20-30％。

本发明提供降低强化玻璃应力的方法，可以有效消除玻璃表面的应力，使玻璃硬度等同于强化前的硬度，例如，硅酸锂强化玻璃的维氏硬度为600-750HV，用本发明提供的方法处理后，其维氏硬度可降低至450-550HV，便于不良产品的二次加工，例如重新强化或切割处理。

本发明中，硅酸锂强化玻璃的预热温度典型但非限制性的例如为 290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃或350℃；预热时间例如可以为2h、3h、4h或5h。

本发明中，离子交换过程中的温度典型但非限制性的例如可以为 380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃或460℃；离子交换的时间例如可以为10min、20min、30min、50min、70min、 90min或120min。

本发明中，混合熔盐中，硝酸钠的重量百分比典型但非限制性的例如可以70％、72％、74％、75％、76％、78％或80％；硝酸锂典型但非限制性的重量百分比例如可以为20％、22％、24％、25％、26％、 28％或30％。

步骤A)中，当预热温度低于290℃时，强化玻璃预热步骤完成后进入离子交换步骤，离子交换过程中的混合熔盐温度会下降10℃左右，离子交换完成后，会导致玻璃表面破裂；当预热温度高于350℃时，玻璃支架将与玻璃发生局部反应，产生不良后果。

预热中，若预热时间小于2h，离子交换框内侧玻璃温度则无法达到预热炉设定温度，进入离子交换步骤后，离子交换框各处温度不均匀会导致框内各处玻璃的应力值差异过大。

步骤B)中，离子交换步骤可通过较高温度或较长时间获得所需的应力层及产品缩放比例，例如：离子交换中，在温度380℃下例子交换时间10-20min，长宽尺寸缩放比例0.01％-0.02％。使用NaNO₃和LiNO₃混合熔盐进行离子交换，应力值为50～150MPa，应力层为5～10um；若表面应力值超过150MPa或应力层超过10um，则玻璃内部应力增加，使玻璃自爆率超过0.1％；若表面应力值低于50MPa 或应力层低于5um，则导致此方法加工的玻璃的抗弯曲强度比传统化学强化工件差。

利用本发明提供的方法，对硅酸锂强化玻璃进行处理后，维氏硬度可降低至450～560HV，无限接近强化前的玻璃的硬度450～ 580HV。处理后的玻璃可以根据要求，正常切割成尺寸范围内允许的任何规格，达到不合格品重新利用的目的，节约原材料成本。

以行业通用硅酸锂强化玻璃为例，传统硅酸锂玻璃强化后表面应力CS为600～950MPa，强化深度DOL为7～10um，拐点应力CSK 为80-170MPa，弯曲应力均值为600MPa。不合格品利用本发明提供的方法处理后进行再次强化，得到的强化玻璃的表面应力CS为700～950MPa，强化深度DOL为6.5～12um，拐点应力CSK为50-150MPa，弯曲应力均值为700MPa，由此看见，降应力处理后再次强化的玻璃比正常强化的玻璃强度高出14％左右，DOL值对比之前低0.5um左右，CS值高于之前50MPa，CSK值低于之前30MPa左右。因DOL 值可以通过时间与温度调整，故DOL差异可以补偿。

在本发明的一些实施方式中，步骤A)中，所述预热温度为 300-330℃，预热时间为2.5-3.5h。

通过优化预热温度和预热时间，可以提高硅酸锂强化玻璃的预热效果，以增加硅酸锂强化玻璃中离子运动活性。

在本发明的一些实施方式中，步骤B)中，在390-420℃下离子交换30-90min。

通过优化离子交换过程中的温度和时间，可以使离子交换更均匀，更完全，以进一步降低硅酸锂强化玻璃中的应力。

在本发明的一些实施方式中，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为72-78％，硝酸锂的重量百分比为22-28％。在本发明进一步的实施方式中，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为 74-77％，硝酸锂的重量百分比为23-26％。

通过优化离子交换过程中使用的混合熔盐的硝酸钠和硝酸锂的含量，可以提高离子交换的深度，进一降低硅酸锂强化玻璃中的应力。

第二方面，本发明提供了一种硅酸锂强化玻璃不良品的回收利用方法，利用上述方法对硅酸锂强化玻璃不良品进行处理，降低或消除硅酸锂强化玻璃中的应力，然后再进而二次加工，得到回收再利用的玻璃品。其中，二次加工例如包括切割或强化处理。

利用该回收利用方法可以提高触摸屏生产工艺中，硅酸锂强化玻璃不良品的回收利用率，节约原料成本。

下面将结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

本实施例是一种降低强化玻璃应力的方法，包括以下步骤：

A)预热：将硅酸锂强化玻璃在290℃下预热2h；其中，本实施例中的硅酸锂强化玻璃是在生产触摸屏过程中产生的不良品，其表面应力CS为820MPa，强化深度DOL为8um，拐点应力CSK为 120MPa，弯曲应力均值为600MPa，维氏硬度为700HV；

B)离子交换：将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在400℃下离子交换60min，其中，

混合熔盐中，硝酸钠的重量百分比为71％，硝酸锂的重量百分比为29％；

离子交换后得到的表面应力CS为70-80MPa，强化深度DOL为 8-9um，弯曲应力均值为320-350MPa，维氏硬度为500-520HV。

实施例2

本实施例是一种降低强化玻璃应力的方法，与实施例1的不同之处在于，本实施例中的预热是将硅酸锂强化玻璃在310℃下预热3h，其他工艺参数与实施例1相同。

实施例3

本实施例是一种降低强化玻璃应力的方法，与实施例2的不同之处在于，本实施例中离子交换过程所用的混合熔盐中，硝酸钠的重量百分比为75％，硝酸锂的重量百分比为25％，其他工艺参数与实施例2相同。

离子交换后得到的表面应力CS为60-70MPa，强化深度DOL为 8.5-9.5um，弯曲应力均值为350-380MPa，维氏硬度为480-500HV。

实施例4

本实施例是一种降低强化玻璃应力的方法，包括以下步骤：

A)预热：将硅酸锂强化玻璃在320℃下预热2.5h；其中，本实施例中的硅酸锂强化玻璃是在生产触摸屏过程中产生的不良品，其表面应力CS为820MPa，强化深度DOL为8um，拐点应力CSK为 120MPa，弯曲应力均值为600MPa，维氏硬度为700HV；

B)离子交换：将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在450℃下离子交换15min，其中，

混合熔盐中，硝酸钠的重量百分比为73％，硝酸锂的重量百分比为27％；

离子交换后得到的表面应力CS为55-65MPa，强化深度DOL为 8.3-9.3um，弯曲应力均值为300-350MPa，维氏硬度为510-550HV。

实施例5

本实施例是一种降低强化玻璃应力的方法，包括以下步骤：

A)预热：将硅酸锂强化玻璃在340℃下预热2h；其中，本实施例中的硅酸锂强化玻璃是在生产触摸屏过程中产生的不良品，其表面应力CS为820MPa，强化深度DOL为8um，拐点应力CSK为 120MPa，弯曲应力均值为600MPa，维氏硬度为700HV；

B)离子交换：将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在420℃下离子交换90min，其中，

混合熔盐中，硝酸钠的重量百分比为78％，硝酸锂的重量百分比为22％；

离子交换后得到的表面应力CS为50-60MPa，强化深度DOL为 8.5-9.5um，弯曲应力均值为320-360MPa，维氏硬度为490-530HV。

对比例1

本对比例是一种降低强化玻璃应力的方法，与实施例3的不同之处在于，本对比例中的预热是将硅酸锂强化玻璃在250℃下预热2h，其他工艺参数与实施例3相同。

离子交换后得到的表面应力CS为80-100MPa，强化深度DOL 为8.0-9.5um，弯曲应力均值为300-360MPa，维氏硬度为450-480HV。

对比例2

本对比例是一种降低强化玻璃应力的方法，与实施例3的不同之处在于，本对比例中的预热是将硅酸锂强化玻璃在380℃下预热2h，其他工艺参数与实施例3相同。

离子交换后得到的表面应力CS为60-90MPa，强化深度DOL为 9.5-11um，弯曲应力均值为280-340MPa，维氏硬度为460-510HV。

对比例3

本对比例是一种降低强化玻璃应力的方法，与实施例3的不同之处在于，本对比例中的离子交换过程中是将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在420℃下离子交换4h，其他工艺参数与实施例3相同。

离子交换后得到的表面应力CS为40-70MPa，强化深度DOL为 12.5-14.5um，弯曲应力均值为260-300MPa，维氏硬度为450-490HV。

对比例4

本对比例是一种降低强化玻璃应力的方法，与实施例3的不同之处在于，本对比例中的离子交换过程中是将预热后的强化玻璃置于硝酸钠和硝酸锂的混合熔盐中，在420℃下离子交换5h，其他工艺参数与实施例3相同。

离子交换后得到的表面应力CS为30-50MPa，强化深度DOL为 13.5-15.5um，弯曲应力均值为250-300MPa，维氏硬度为460-500HV。

由实施例1-5和对比例1-4提供的降低强化玻璃应力的方法来看，消除应力即退火后产品的性能差异性很小。

再次强化试验

分别利用实施例1-5和对比例1-4提供的退火后的玻璃(即降低应力后的玻璃)进行再次强化，具体的再次强化工艺步骤如下：

退火后产品→研磨(外观不良)→强化(包含：300℃预热2H， 385℃钢化90min，强化过程的熔盐配比为97％硝酸钾+3％硝酸钠)。

再次强化后分别测试所得玻璃产品的外观良率、抗弯曲应力以及产品收缩率，测试结果列于表1。

表1测试结果

测试项目	外观良率/％	抗弯曲应力/MPa	产品收缩率/％
				实施例1	91	658	0.04
实施例2	87	684	0.04
				实施例3	89	703	0.03
实施例4	90	642	0.04
				实施例5	87	694	0.05
对比例1	21	632	0.08
				对比例2	34	647	0.07
对比例3	86	423	0.18
				对比例4	89	411	0.17

测试说明：

1)上述测试过程中，抗弯曲应力为破坏性四点弯曲测试，跨距为20mm/40mm，压载速度为10mm/min；

2)上述产品收缩率计算的基准为退火前各玻璃产品的尺寸，即每个实施例和对比例中所处理的玻璃的原始尺寸。

从表1中的数据可以看出，对比例1-2与实施例1-5相比，其外观良率较差，说明降低强化玻璃应力的方法中，预热温度的高低对再次强化玻璃的外观影响较大，而对其抗弯曲应力影响较小。当预热温度较高时，再次强化玻璃的表面会出现各种压痕及花纹，占不良率的80％左右；当预热温度较低时，再次强化玻璃的爆裂率较高，占不良率的70％-80％。

对比例3-4与实施例1-5相比，其抗弯曲应力和产品收缩率较差，再次强化后玻璃的抗弯曲应力为400MPa左右，达不到650MPa的使用要求。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种降低强化玻璃应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)预热：将硅酸锂强化玻璃在290-350℃下预热2-5h；

2.根据权利要求1所述的降低强化玻璃应力的方法，其特征在于，步骤A)中，所述预热温度为300-330℃，预热时间为2.5-3.5h。

3.根据权利要求1所述的降低强化玻璃应力的方法，其特征在于，步骤B)中，在390-420℃下离子交换30-90min。

4.根据权利要求3所述的降低强化玻璃应力的方法，其特征在于，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为72-78％，硝酸锂的重量百分比为22-28％。

5.根据权利要求3所述的降低强化玻璃应力的方法，其特征在于，所述混合熔盐中，所述硝酸钠的重量百分比为74-77％，硝酸锂的重量百分比为23-26％。

6.一种硅酸锂强化玻璃不良品的回收利用方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的方法对硅酸锂强化玻璃不良品进行处理，降低或消除硅酸锂强化玻璃中的应力，然后再进行二次加工，得到回收再利用的玻璃品。

7.根据权利要求6所述的回收利用方法，其特征在于，所述二次加工包括切割或强化处理。