非晶铝硅氧化物材料及其制备方法以及金属镀膜制品

技术领域

本申请涉及非晶无机氧化物材料及其金属镀膜制品领域，尤其涉及一种非晶铝硅氧化物材料及其制备方法以及金属镀膜制品。

背景技术

非晶态材料的原子三维空间呈拓扑无序状排列，结构上没有晶界和堆垛层错等缺陷存在，因为具有一般晶态材料所不具有的独特的化学、物理、机械和电磁性能，如高硬度、高强度、优良的耐腐蚀和耐磨损性等，已成为材料科学的重要分支之一。

非晶态材料主要包括氧化物玻璃、非晶态高分子聚合物、非晶态金属、非晶态半导体、非晶态离子导体和非晶态超导体等等。其中，非晶无机氧化物玻璃材料应用较广，例如高铝玻璃，既有耐高压之特性，同时还兼备耐高温之特征，产品通透性良好，利于人眼观测，玻璃软化点温度较高，适合高低温工作场合，并能像普通玻璃一样进行钢化处理，增加玻璃外表面的抗压能力，广泛应用于石油、化工、电力、冶金、核电、医药等特殊领域。

然而，当前采用浮法生产的高铝玻璃，碱土金属氧化物含量在5%以上，碱土金属氧化物可以改善玻璃液的料性，使得成型工艺便于控制，但含量超过5%其离子在玻璃产品进行化学强化时，会因“堵塞”离子交换通道而起到阻止强化的作用，降低化学强化效率，即在相同温度和时间下，所达到的强化层深度较浅，需要提高强化温度或延长强化时间来弥补，这样一来不仅强化效率低，还增加耗电量，不利于低碳节能、绿色环保。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种非晶铝硅氧化物材料及其制备方法，使得所述材料能够显著提高化学强化性能和效率；

本申请的另外一个目的在于提供一种非晶铝硅氧化物材料及其制备方法，使得所述材料中尺寸≥0.05mm的气泡个数为0；

本申请的另外一个目的在于提供基于上述铝硅氧化物材料的金属镀膜制品及其制备方法。

为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，作为本申请的第一个方面，提供了一种非晶铝硅氧化物材料，按重量百分比计包括无机氧化物：

SiO

Al

Na

K

MgO 2%-4.9%

可选地，非晶铝硅氧化物材料中所述Al

式1

式2。

可选地，所述非晶铝硅氧化物材料的厚度为0.3-10mm。

可选地，所述非晶铝硅氧化物材料还包括重量百分比不超过1.5%的ZrO

作为本申请的第二个方面，提供了所述非晶铝硅氧化物材料的制备方法，包括：

按所述非晶铝硅氧化物材料组成取各种原料以及澄清剂进行混料、熔融、成型、退火、切片制作出所述非晶铝硅氧化物材料。

可选地，所述澄清剂包括芒硝；进一步可选地，所述芒硝的重量不大于各种原料总重量的0.5%。

作为本申请的第三个方面，基于本申请所述非晶铝硅氧化物材料优异的化学强化性能和效率，提出了所述的非晶铝硅氧化物材料或所述制备方法制备的非晶铝硅氧化物材料在制备金属镀膜制品中的应用。

作为本申请的第四个方面，提出了一种金属镀膜制品，包括本申请所述的非晶铝硅氧化物材料或本申请所述制备方法制备的非晶铝硅氧化物材料，及其表面镀覆的一层或两层以上的金属膜。

可选地，金属膜包括Cr膜、Ni膜、Ti膜、Au膜、Ag膜、Cu膜、Al膜中的一种或两种以上，所述金属膜通过化学气相沉积法、真空蒸发法、溅射法或离子注入法镀覆。

与同类非晶铝硅氧化物材料相比，本申请的非晶铝硅氧化物材料，碱土金属氧化物的含量控制在5%以下，再通过碱金属氧化物、氧化铝、氧化硅等含量的合理组合，兼顾了降低了生产制造熔融温度和材料的料性，又使得化学强化具有较高效率和性能，可以在较低温度下或较短时间内获得同样的强化应力和应力层深度，同时避免本申请非晶铝硅氧化物材料出现尺寸大于0.05mm的气泡，保证了材料的超白颜色，提高了产品性能和降低了生产成本。

附图说明

图1所示为本申请非晶铝硅氧化物材料制备工艺流程图。

具体实施方式

本申请公开了一种非晶铝硅氧化物材料及其金属镀膜制品，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本申请。本申请所述产品、工艺和应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本申请内容、精神和范围内对本文所述产品、工艺和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本申请技术。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本文中，如若出现诸如“第一”和“第二”、“步骤1”和“步骤2”以及“（1）”和“（2）”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。同时，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的第一方面中，提供了一种非晶铝硅氧化物材料，按重量百分比计包括无机氧化物：

SiO

Al

Na

K

MgO2%-4.9%

在本申请某些实施方式中，所述SiO

在本申请某些实施方式中，所述非晶铝硅氧化物材料还包括重量百分比不超过1.5%的ZrO

在本申请另外一些实施方式中，所述非晶铝硅氧化物材料按重量百分比计，包括如下无机氧化物：

SiO

Al

Na

K

MgO2%-4.9%

ZrO

B

在本申请非晶铝硅氧化物材料中，SiO

Al

Na

K

MgO可以改善材料液的料性，使得成型工艺便于控制，但其对化学强化有一定的阻止作用，本申请控制其含量小于5%，合理结合其他氧化物，兼顾了玻璃料性，又使得化学强化具有较高效率，本申请含量控制在2%-4.9%；

ZrO

B

本申请综合考虑铝硅氧化物材料熔融温度、铝硅氧化物材料的液态的料性、以及碱土金属堵塞程度和离子交换能力，通过控制Al

式1

式2。

优选式1的数值在1.5-4.5范围内可以得到较高的化学强化效率，在本申请某些实施方式中，式1数值为1.5、1.8、2.3、3.0或4.5；

优选式2的数值在1.5-2.0范围内，有利化学强化的进行，在本申请某些实施方式中，式2数值为1.5、1.7、1.8、1.9或2.0。

在本申请某些实施方式中，本申请所述非晶铝硅氧化物材料厚度为0.3-10mm，更优选为0.8-4mm，含有较低的碱土金属氧化物，具体可属于一种低碱土金属碱铝硅酸盐玻璃材料，例如低碱土金属高铝玻璃材料。

在本申请某些实施方式中，所述非晶铝硅氧化物材料通过浸泡在纯硝酸钾（或99%硝酸钾+1%硝酸钠）熔盐中，在410℃-430℃温度下，浸泡2-5小时进行化学强化后，表面应力大于810MPa，应力层深度大于43μm。

在本申请的第二个方面中，提供了所述非晶铝硅氧化物材料的制备方法，包括：

按所述非晶铝硅氧化物材料组成取各种原料以及澄清剂进行混料、熔融、成型、退火、切片制作出所述非晶铝硅氧化物材料，工艺流程图见图1。

其中，混料是将各种原料通过传输带运输到称重机，通过称重机称重后投入到混料机进行加温加水混料，待混料达到预设要求后通过传输带传输到窑炉进行加温熔融。通过向窑炉内燃烧天然气加温使原料熔化并形成料液；料液通过排泡澄清后，从窑炉流入到锡槽内通过拉边机拉制成预设厚度的非晶铝硅氧化物材料板。非晶铝硅氧化物材料板从锡槽出来后进入到退火窑进行退火处理，消除内应力后，非晶铝硅氧化物材料板从退火窑出来进入到冷端进行切片、分装和包装。

本申请的非晶铝硅氧化物材料由于氧化铝含量高，在熔化过程中排除气泡较难，为避免SO

在本申请的第三个方面中，在与多种不同无机氧化物对照材料的比较中，本申请非晶铝硅氧化物材料表现出较佳的化学强化性能和效率，在相同环境和时间下，化学强化后，表面应力大于810MPa，应力层深度大于43μm，并且消除了尺寸≥0.05mm的气泡，而对照材料表面应力均未超过700MPa，应力层深度小于35μm，并且还残留较多的尺寸≥0.05mm的气泡。

随着国内新能源汽车的发展，在保证车辆部件强度的同时，需要降低整车的重量，因此具有轻量化、高强度的新材料在新能源汽车上的应用显得较为迫切；本申请厚度在0.3mm-10mm的（优选厚度在0.8mm-4mm）的非晶铝硅氧化物材料制造的单层或双层车窗玻璃在新能源汽车上有广泛的应用市场。同时高端新能源汽车对私密性的要求也较高，本申请涉及的非晶铝硅氧化物材料通过镀膜处理后在新能源汽车上的应用也具有广阔的市场前景。

在本申请的第四个方面中，提出了一种金属镀膜制品，包括本申请所述的非晶铝硅氧化物材料或本申请所述制备方法制备的非晶铝硅氧化物材料，及其表面镀覆的一层或两层以上的金属膜。以本申请所述的非晶铝硅氧化物材料为配料，对其采用金属材料进行镀覆，在优异的性能基础上实现多种应用目的，例如私密性、遮阳、隔热等效果。

在本申请某些实施方式中，所述金属膜包括Cr膜、Ni膜、Ti膜、Au膜、Ag膜、Cu膜、Al膜中的一种或两种以上；Cr膜、Ni膜、Ti膜与本申请非晶铝硅氧化物材料的附着性能较好，但红外反射率不如Au膜、Ag膜、Cu膜、Al膜，因此在本申请另外一些实施方式中，可对非晶铝硅氧化物材料先镀覆一层或两层以上的Cr膜、Ni膜或Ti膜，然后再镀覆一层或两层以上的Au膜、Ag膜、Cu膜或Al膜，从而实现较好附着力和隔热性；

在本申请某些实施方式中，所述Cr膜、Ni膜或Ti膜的厚度为1-10nm，例如1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm，所述Au膜、Ag膜、Cu膜或Al膜的厚度为20-50nm，例如20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm；在本申请另外一些实施方式中，先对非晶铝硅氧化物材料镀覆一层Ti膜，厚度为5nm，然后再镀覆一层Cu膜，厚度为30nm。

在本申请某些实施方式中，所述金属膜通过化学气相沉积法、真空蒸发法、溅射法或离子注入法镀覆。在本申请另外一些实施方式中，所述金属膜通过磁控溅射法镀覆。

在本申请某些实施方式中，所述磁控溅射法溅射功率在1.5-10kW，溅射速率在1.5-5.0nm/s；在本申请另外一些实施方式中，镀覆第一层Cr膜、Ni膜或Ti膜时，溅射功率为1.5-1.7kW，溅射速率为1.5-2.0nm/s；镀覆第二层Au膜、Ag膜、Cu膜或Al膜时，溅射功率为5-10kW，溅射速率为3.0-5.0nm/s。

在本申请提供的各组对比实验中，如未特别说明，除各组指出的区别外，其他实验条件、材料等均保持一致，以便具有可对比性。实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。

以下就本申请所提供的一种非晶铝硅氧化物材料及其金属镀膜制品做进一步说明。

实施例1：

表1

按照表1组成，计算出各种原料用量，其中每100kg混合原料中加入芒硝0.3kg, 进行混料、熔融、成型、退火、切片制作出非晶铝硅氧化物玻璃材料。

取各氧化物重量百分比数值进行式1和式2计算：

式1=[（17+4+16）/（2×4）]/2=2.3，式2=[（17×2+4×2+4×3）-6]/16×2=1.5。

实施例2-6：

配方组成见下表2，参照实施例1中工艺制备非晶铝硅氧化物玻璃材料；

表2

对比例1-7：

配方组成见下表3，参照实施例1中工艺，区别在于不加芒硝，制备非晶铝硅氧化物材料；

表3

实验例：

将各实施例和对比例的非晶铝硅氧化物玻璃材料，以1.1mm厚度在硝酸钾：硝酸钠=99：1的熔盐中，430℃下，浸泡110 min，然后测试各材料的表面应力以及应力层深度，结果见下表4；

表4

由上表4可以得知，本申请非晶铝硅氧化物玻璃材料表面应力大于810MPa，应力层深度大于43μm，并且消除了尺寸≥0.05mm的气泡；

对比例1- 4在氧化物组成、氧化物重量百分比以及式1和式2参数方面不符合本申请的要求，其表面应力在560-640MPa，应力层深度均未超过35μm，并且还残留较多的尺寸≥0.05mm的气泡；

对比例5-7在本申请基础上使用CaO和ZnO两种常用氧化物进行替换或额外增加，同时保证式1和式2参数做到部分符合或全部符合，结果显示，此三个对比例的表面应力和应力层深度仍然较差，与对比例1-4程度相当，且残留比对比例1-4更多尺寸≥0.05mm的气泡。

实施例7：

在镀覆金属膜之前对非晶铝硅氧化物玻璃材料在90℃下烘烤15min，然后进行等离子体清洁；

将非晶铝硅氧化物玻璃材料放入磁控溅射镀膜装置中进行镀覆，设置机台线速：50±5mm/sec，真空度＜8.0×10

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。