钢化玻璃及其制备方法与流程

1.本公开涉及钢化玻璃技术领域，尤其涉及一种钢化玻璃及其制备方法。


背景技术：

2.钢化玻璃又称强化玻璃，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力层，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。
3.目前，在智能设备领域(例如手机、平板等领域)已广泛的应用钢化玻璃。随着技术的进步，对钢化玻璃的强度提出了越来越高的要求，但现有的钢化玻璃已无法满足智能设备的冲击强度要求和抗弯强度要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开的目的在于提出一种钢化玻璃及其制备方法。
5.基于上述目的，本公开提供了一种钢化玻璃，包括：中心区域和依次设置在所述中心区域的表面的第一应力层、第二应力层、第三应力层，所述第三应力层的铷离子浓度大于所述第二应力层及所述第一应力层的铷离子浓度。
6.基于同一构思，本公开还提供了一种钢化玻璃的制备方法，包括：
7.将玻璃放置于钠离子盐浴中进行一次钢化，使玻璃表面能够与钠离子进行置换，以在所述玻璃的中心区域之上生成第一应力层；
8.将完成一次钢化的所述玻璃放置于等比例的钾离子和铷离子盐浴中进行二次钢化，使所述玻璃的表面能够与钾离子及铷离子进行置换生成第二应力层及第三应力层，所述第二应力层及第三应力层依次层叠于所述第一应力层之上，所述第三应力层的铷离子浓度大于所述第二应力层及所述第一应力层的铷离子浓度。
9.从上面所述可以看出，本公开提供的一种钢化玻璃及其制备方法，包括：中心区域和依次设置在所述中心区域的表面的第一应力层、第二应力层、第三应力层，所述第三应力层的铷离子浓度大于所述第二应力层及所述第一应力层的铷离子浓度。本公开的钢化玻璃为中心区域之上依次设置有三层应力层的钢化玻璃，其中第三应力层中的铷离子浓度要高于另外两层，以此在钢化玻璃表面形成密度更强的铷应力层，从而使钢化玻璃表层钢化层结构更加紧密，以使钢化玻璃的冲击强度和抗弯强度得到大幅的提升。
附图说明
10.为了更清楚地说明本公开实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本公开实施例提出的一种钢化玻璃的结构示意图；
12.图2为本公开实施例提出的钢化玻璃四点抗弯强度测试实验的结构示意图；
13.图3为本公开实施例提出的钢化玻璃落球强度测试实验的结构示意图；
14.图4为本公开实施例提出的现有技术与本发明钢化玻璃的4pb强度数据对比示意图；
15.图5为本公开实施例提出的现有技术与本发明钢化玻璃的落球强度数据对比示意图；
16.图6为本公开实施例提出的一种钢化玻璃的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
17.为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本说明书进一步详细说明。
18.需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件、物件或者方法步骤涵盖出现在该词后面列举的元件、物件或者方法步骤及其等同，而不排除其他元件、物件或者方法步骤。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
19.如背景技术部分所述，化学钢化，为离子交换的过程。离子交换是玻璃中较小碱金属离子(流出离子)能够在升高温度的盐浴中与较大碱金属离子(交换离子)进行交换，即所述较大离子替代玻璃中的较小离子。玻璃表面紧密堆积的较大离子产生高的压缩应力，进而提供高强玻璃。现有技术中，一般的化学钢化玻璃仅有两层应力层，例如靠近中心区域的钠应力层和远离中心区域的钾应力层，在智能设备领域已广泛应用这种化学钢化玻璃。但是，随着科技的发展，对智能设备的钢化玻璃强度提出来更高的要求，面对越来越高的要求，这样的钢化玻璃已经无法很好的满足需求，例如，对现有的钢化玻璃进行钢球跌落强度(落球强度)及四点抗弯强度(4pb)测试，落球测试在32.65g钢球、56cm起始高度的冲击测试下，要求冲击能量高于0.18j，其测试不良率已高于10％；4pb测试在上跨距32cm下跨距64cm的测试条件，要求4pb大于450mpa，其测试不良率同样已高于10％。
20.结合上述实际情况，本公开实施例提出了一种钢化玻璃，包括：中心区域和依次设置在所述中心区域的表面的第一应力层、第二应力层、第三应力层，所述第三应力层的铷离子浓度大于所述第二应力层及所述第一应力层的铷离子浓度。本公开的钢化玻璃为中心区域之上依次设置有三层应力层的钢化玻璃，其中第三应力层中的铷离子浓度要高于另外两层，以此在钢化玻璃表面形成密度更强的铷应力层，从而使钢化玻璃表层钢化层结构更加紧密，以使钢化玻璃的冲击强度和抗弯强度得到大幅的提升。
21.如图1所示，为本公开提供的一种钢化玻璃的结构示意图，钢化玻璃包括：中心区域1和依次设置在所述中心区域1的表面的第一应力层2、第二应力层3、第三应力层4，所述第三应力层4的铷离子浓度大于所述第二应力层3及所述第一应力层2的铷离子浓度。
22.在具体应用场景中，中心区域1即为在化学钢化玻璃过程中，玻璃未钢化的中心区
域，即玻璃中心未参与离子置换的区域。之后，第一应力层2、第二应力层3、第三应力层4均是玻璃在化学钢化过程中参与离子置换的区域，其中第一应力层2最靠近中心区域1，第三应力层4在最外侧，如图1所示，其中图例5处即为玻璃表面。在化学钢化过程中，离子半径越小的离子，其能够深入玻璃的深度越深，从而第一应力层2即为三个应力层置换离子中离子半径最小的离子应力层，例如锂、钠等离子；第二应力层3即为三个应力层置换离子中离子半径适中的离子应力层，例如钾等离子；第三应力层4即为三个应力层置换离子中离子半径最大的离子应力层，例如铷等离子。在化学钢化过程中第一应力层的置换离子肯定是从玻璃表面5处开始进行离子置换，其最终深入到第一应力层2的最底部，也即是说，在第二应力层3及第三应力层4中同样是含有第一应力层的置换离子的，仅是第二应力层的置换离子仅能深入到第二应力层底部的深度，该置换离子在第二应力层中不仅置换出玻璃本身的离子，其同样将第一应力层的置换离子也置换了出来，进而使该置换离子在第二应力层中的浓度要明显高于其他层；第三应力层与第二应力层相类似。
23.之后，第三应力层4的铷离子浓度大于第二应力层3及第一应力层2的铷离子浓度。即，第三应力层4的置换离子即为铷离子，由于铷离子本身离子半径较大，其在化学钢化过程中，仅能在玻璃表层进行离子置换，但是，同样的由于加入了铷离子，使在第三应力层中能够同时存在三种离子半径依次变大的置换离子(第一应力层的置换离子与第二应力层的置换离子)，从而使第三应力层4的密度更强、层结构更加紧密，显著提升了钢化玻璃的冲击强度和抗弯强度。
24.从上面所述可以看出，本公开提供的一种显示装置，包括：中心区域和依次设置在所述中心区域的表面的第一应力层、第二应力层、第三应力层，所述第三应力层的铷离子浓度大于所述第二应力层及所述第一应力层的铷离子浓度。本公开的钢化玻璃为中心区域之上依次设置有三层应力层的钢化玻璃，其中第三应力层中的铷离子浓度要高于另外两层，以此在钢化玻璃表面形成密度更强的铷应力层，从而使钢化玻璃表层钢化层结构更加紧密，以使钢化玻璃的冲击强度和抗弯强度得到大幅的提升。
25.在具体应用场景中，所述第二应力层3的钾离子浓度大于所述第三应力层4及所述第一应力层2的钾离子浓度；所述第一应力层2的钠离子浓度大于所述第三应力层4及所述第二应力层3的钠离子浓度。
26.即，在具体应用场景中，第一应力层2的置换离子为钠离子，第二应力层3的置换离子为钾离子。
27.在具体应用场景中，如图1所示，所述第一应力层2分布于距离钢化玻璃表面20
‑
130μm处，所述第二应力层3分布于距离钢化玻璃表面10
‑
20μm处，所述第三应力层4分布于距离钢化玻璃表面0
‑
10μm处。
28.在具体应用场景中，所述钢化玻璃的厚度为0.60
‑
0.70mm。
29.在具体应用场景中，所述钢化玻璃为曲面钢化玻璃。
30.在具体应用场景中，如图2所示，为钢化玻璃四点抗弯强度测试实验的结构示意图。将钢化玻璃置于上压杆与下支撑杆之间，其中，上压杆的两个压杆间的距离为上跨距，下支撑杆的两个支撑杆间的距离为下跨距，在针对智能设备的测试实验中，上压杆的上跨距一般取32cm，下支撑杆的下跨距一般取64cm，给上压杆施加一个向下的压力f，钢化玻璃受上压力往下折弯，逐渐增加压力f，直到钢化玻璃破碎为止，记录破碎时的最大压力f1，通
过公式计算玻璃的4pb强度，计算公式如下
31.4pb＝3*f1*(下跨距
‑
上跨距)/(2*钢化玻璃宽度*钢化玻璃厚度2)
32.如图3所示，为钢化玻璃落球强度测试实验的结构示意图。将钢化玻璃置于支撑治具上，用一定质量m的钢球从一定高度h自由跌落，从起始高度h1开始测试，若玻璃不破碎，每次递增5cm再次测试，直至玻璃破碎为止，记录破碎时钢球的最大高度h2，并根据公式计算落球冲击能量e，计算公式如下
33.e＝mgh234.其中，g为重力系数9.8n/kg。
35.在具体应用场景中，以0.65mm厚度的钢化玻璃进行强度提升测试，钢化前取相同工艺批次的钢化玻璃，进行现有钢化工艺及本公开的钢化工艺对比测试，4pb测试采用上跨距32mm下跨距64mm的测量方式，落球测试采用32.65g钢球，起始高度56cm进行跌落测试，各采用样本数20pcs作为数据对比，测试结果如表1所示。
36.表1.现有技术与本发明钢化玻璃测试数据对比表
[0037][0038][0039]
综合测试结果的数据，本公开的钢化玻璃的4pb强度稳定在450mpa以上保证了钢化玻璃良率，并比现有钢化工艺平均提升了151.21mpa；落球强度稳定在0.18j以上保证了
钢化玻璃良率，并比现有钢化工艺平均提升了0.13j，提升效果非常明显。如图4所示，为现有技术与本发明钢化玻璃的4pb强度数据对比示意图；如图5所示，为现有技术与本发明钢化玻璃的落球强度数据对比示意图。
[0040]
基于同一构思，与上述任意实施例的钢化玻璃相对应的，本公开还提供了一种钢化玻璃的制备方法。
[0041]
参考图6，所述钢化玻璃的制备方法，包括：
[0042]
步骤601，将玻璃放置于钠离子盐浴中进行一次钢化，使玻璃表面能够与钠离子进行置换，以在所述玻璃的中心区域之上生成第一应力层。
[0043]
本步骤旨在，对玻璃进行一次钢化以使玻璃的中心区域上生成第一应力层。其中，在一次钢化中，一般可以是将玻璃放置如钠离子盐浴中，例如100％的硝酸钠盐浴，并加热至405
‑
415℃，加热110
‑
130min进行钢化。当然钠离子盐浴除了硝酸盐外，还可以是碳酸盐、酸式碳酸盐、亚硝酸盐等等。在具体应用场景中，在一次钢化之前一般会先行进行玻璃的预热，在340
‑
360℃下预热40
‑
60min。在一次钢化之后可以进行20
‑
40min的冷却，也可以不进行冷却。
[0044]
步骤602，将完成一次钢化的所述玻璃放置于等比例的钾离子和铷离子盐浴中进行二次钢化，使所述玻璃的表面能够与钾离子及铷离子进行置换生成第二应力层及第三应力层，所述第二应力层及第三应力层依次层叠于所述第一应力层之上，所述第三应力层的铷离子浓度大于所述第二应力层及所述第一应力层的铷离子浓度。
[0045]
本步骤旨在，对完成一次钢化的玻璃进行二次钢化以使在玻璃上生成第二应力层及第三应力层。其中，在二次钢化中，一般可以是将玻璃放置如1：1的钾离子和铷离子盐浴中，例如50％的硝酸钾 50％的硝酸铷盐浴，并加热至435
‑
445℃，加热50
‑
70min进行钢化。当然钾离子和铷离子盐浴除了硝酸盐外，还可以是碳酸盐、酸式碳酸盐、亚硝酸盐等等。在具体应用场景中，在二次钢化之前一般会先行进行玻璃的预热(也可不进行预热)，在340
‑
360℃下预热40
‑
60min。在一次钢化之后可以进行20
‑
40min的冷却，也可以不进行冷却。同时，在二次钢化和一次钢化之间可以进行钢化过渡，即为了提升二次钢化的置换效率，会先将完成一次钢化的玻璃放置与100％的硝酸钾盐浴中进行过渡处理。
[0046]
在具体应用场景中，钢化玻璃的工艺流程可以为一体化钢化或是单槽式钢化等。其中，在一体化钢化工艺流程中，先进行预热再进行一次钢化，之后进行过渡，之后直接进行二次钢化，完成后进行最终冷却，冷却至110℃出炉；在单槽式钢化工艺流程中，先进行预热再进行一次钢化，之后进行一次冷却后再预热进行过渡，之后再冷却后再次预热并进行二次钢化，完成后进行最终冷却，冷却至110℃出炉。
[0047]
上述实施例的方法应用于前述实施例中相应的钢化玻璃的制备，在前述钢化玻璃的实施例中已经涉及了上述各步骤包括的具体内容的说明以及相应的有益效果，故在本实施例中不再赘述。
[0048]
在具体应用场景中，其中，所述将玻璃放置于钠离子盐浴中进行一次钢化之后，还包括：
[0049]
将完成一次钢化的所述玻璃放置于钾离子盐浴中进行钢化过渡。
[0050]
在具体应用场景中，其中，所述一次钢化的加热温度为405
‑
415℃，加热时间为110
‑
130min；所述二次钢化的加热温度为435
‑
445℃，加热时间为50
‑
70min。
[0051]
在具体应用场景中，为了更好、更稳定的进行离子置换，所述钠离子盐浴为硝酸钠盐浴，所述等比例的钾离子和铷离子盐浴为1：1的硝酸钾和硝酸铷盐浴。
[0052]
需要说明的是，本公开的实施例还可以通过以下方式进一步描述：
[0053]
在一些实施方式中，其中，所述第二应力层的钾离子浓度大于所述第三应力层及所述第一应力层的钾离子浓度；所述第一应力层的钠离子浓度大于所述第三应力层及所述第二应力层的钠离子浓度。
[0054]
在一些实施方式中，其中，所述第一应力层的厚度大于所述第二应力层及所述第三应力层的厚度；所述第二应力层的厚度不小于所述第三应力层的厚度。
[0055]
在一些实施方式中，其中，所述第一应力层分布于距离钢化玻璃表面20
‑
130μm处，所述第二应力层分布于距离钢化玻璃表面10
‑
20μm处，所述第三应力层分布于距离钢化玻璃表面0
‑
10μm处。
[0056]
在一些实施方式中，其中，所述钢化玻璃的厚度为0.60
‑
0.70mm。
[0057]
在一些实施方式中，其中，所述钢化玻璃为曲面钢化玻璃。
[0058]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0059]
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
[0060]
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
[0061]
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。