玻璃的化学强化及应用

玻璃耐磨方法：
玻璃耐磨的方法主要包括以下几种：
1.表面涂层：在玻璃表面涂覆特殊的涂层，以提高其耐磨性。

这些涂层通常由硅酮、
氟化物、硬脂酸等物质制成，可以有效地防止玻璃表面被磨损。

2.热处理：通过加热和淬火等热处理手段，可以增强玻璃的硬度和耐磨性。

这种方法
可以使玻璃内部的晶体结构变得更加紧密，从而提高其耐磨性。

3.化学强化：通过将玻璃浸入硝酸盐溶液中进行特殊处理，使其表面形成一层坚硬的
强化层，从而提高其耐磨性。

这种方法常用于制造具有高硬度和耐磨性的玻璃制品。

4.电泳强化：在玻璃表面涂覆一层电泳漆，使其具有抗划痕和耐磨的特性。

这种方法
常用于制造具有高装饰性和实用性的玻璃制品。

5.离子注入：通过将一种或多种元素注入玻璃表面，使其形成一层硬化层，以提高其
耐磨性。

这种方法具有较高的技术含量，但可以显著提高玻璃的耐磨性和使用寿命。

玻璃的物理钢化法(一)来源:LandGlass浏览量:5553发布时间:2014-11-05 08:32:25物理钢化法的原理就就是把玻璃加热到适宜温度后迅速冷却,使玻璃表面急剧收缩,产生压应力,而玻璃中层冷却较慢,还来不及收缩,故形成张应力,使玻璃获得较高的强度。

一般来说冷却强度越高,则玻璃强度越大,物理钢化的玻璃多用在汽车、舰船、建筑物上。

物理钢化方法很多,按冷却介质来分,可分为:气体介质钢化法、液体介质钢化法、微粒钢化法、雾钢化法等。

本文主要介绍气体介质钢化法与液体介质钢化法。

1、气体介质钢化法气体介质钢化法,即风冷钢化法。

包括水平辊道钢化、水平气垫钢化、垂直钢化等方法。

所谓风冷钢化法就就是将玻璃加热至接近玻璃的软化温度(650～700摄氏度),然后对其两侧同时吹以空气使其迅速冷却,以增加玻璃的机械强度与热稳定性的生产方法。

加热玻璃的淬冷就是用物理钢化法生产钢化玻璃的一个重要环节,对玻璃淬冷的基本要求就是快速且均匀地冷却,从而获得均匀分布的应力,为得到均匀的冷却玻璃,就必须要求冷却装置有效疏散热风、便于清除偶然产生的碎玻璃并应尽量降低其噪音。

风冷钢化的优缺点:风冷钢化的优点就是成本较低,产量较大,具有较高的机械强度、耐热冲击性(最大安全工作温度可达287.78摄氏度)与较高的耐热梯度(能经受204.44摄氏度),而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外,在破碎时能形成小碎片,可减轻对人体的伤害。

但就是对玻璃的厚度与形状有一定的要求(所钢化的玻璃最小厚度一般在3mm左右),而且冷却速度慢,能耗高,对于厚度小于3mm的薄玻璃,钢化过程中还存在玻璃变形的问题,无法在光学质量要求较高的领域内应用。

适用范围:兰迪钢化炉属于气体介质钢化法,目前气体介质钢化技术应用广泛,多用在建筑家俬、汽车、家电、太阳能等行业。

2、液体介质钢化法液体介质钢化法,即液冷法。

所谓液冷法就就是将玻璃加热到接近软化点后,放人盛满液体的急冷槽内进行钢化。

玻璃的化学强化以及应用翻译和整理：苏州精创光学仪器有限公司尚修鑫刘文钰著作人：小林启二岸井贯横田良助川西宣男（1）前言我们通常使用的玻璃比较脆弱，也很容易坏掉。

它的抗折度数为几kg/mm2左右，直至破坏要延伸到10-3以下。

例如铁的抗折强度大约为70kg/mm2,它能延伸几个百分点，所以比起数十个百分点来，它没有优势。

玻璃之所以会破碎，也就是因为玻璃表面的裂缝周围张应力比较集中。

假设一块玻璃没有裂缝等缺陷，也不存在外力的作用，这时候就要考虑构成分子结合力的理论强度了。

比如石英玻璃的理论强度是1200kg/mm2左右。

对表面存在压应力的玻璃进行处理，要让外力引起的张力抵消掉原来的内应力的话，需要很高强度的玻璃。

像这样的处理方法叫做“风冷强化法（即物理强化）和化学强化法”风冷强化法使用于平板玻璃行业，产量很高。

化学强化玻璃是将玻璃浸泡在溶解盐中，出现了比玻璃表面离子半径更小的离子，化学强化玻璃比物理强化玻璃的强度大三倍以上，适用于复杂形状或者很薄的玻璃，强化之后形状不会发生变化。

并且强化之后的玻璃也可进行切割以及加工。

缺点就是强化处理的时间比较长，但如果处理一批数量比较多的产品的话，这个缺点也就不明显了。

这种化学强化玻璃特别适用于眼镜镜片，手表的表面玻璃等等。

（2）离子交换的强化基础2.1 由离子交换产生的压应力Kistler(金属陶瓷材料研究所的理学博士)发现通过离子交换使大的离子和玻璃内更小的离子交换时会产生压应力。

但是为了提高强度，表面的压应力层深度必须要达到30-50μm。

其扩散程度的大小依赖于玻璃的内部构成。

这时候，就开始着手对最适合于玻璃构成的强度进行研究。

2.2 离子交换及扩散应力的大小是和离子半径的差到预想的弹性论很接近。

如果看成是两种离子相交换，相互扩散系数看成D´D´=（D A D B/N A D A+N B D B）*（зlna A/зlnN a）公式1这个公式在玻璃中是存在的。

介绍3c玻璃的特点和用途作文英文回答：3C glass, also known as chemically strengthened glass,is a type of glass that has been treated with a special chemical process to increase its strength. One of the main characteristics of 3C glass is its high resistance to scratches and impacts, making it an ideal material for electronic devices such as smartphones, tablets, and laptops. In addition, 3C glass has excellent transparency and clarity, allowing for a high-quality display and touch sensitivity on electronic screens. Moreover, 3C glass isalso known for its resistance to thermal shock and chemical corrosion, making it a durable and long-lasting materialfor electronic devices.中文回答：3C玻璃，也被称为化学强化玻璃，是一种经过特殊化学处理增强强度的玻璃。

3C玻璃的主要特点之一是其高抗刮擦和冲击的能力，使其成为智能手机、平板电脑和笔记本电脑等电子设备的理想材料。

此外，3C玻璃具有优异的透明度和清晰度，可实现电子屏幕的高质量显示和触摸灵敏度。

此外，3C玻璃还以其抗热震和化学侵蚀的能力而闻名，使其成为电子设备耐用且持久的材料。

玻璃得物理钢化法(一)来源:LａndGlａss浏览量：5553发布时间：20１４-11—0５08:32:25 物理钢化法得原理就就是把玻璃加热到适宜温度后迅速冷却,使玻璃表面急剧收缩，产生压应力，而玻璃中层冷却较慢,还来不及收缩,故形成张应力，使玻璃获得较高得强度。

一般来说冷却强度越高,则玻璃强度越大,物理钢化得玻璃多用在汽车、舰船、建筑物上.物理钢化方法很多,按冷却介质来分，可分为：气体介质钢化法、液体介质钢化法、微粒钢化法、雾钢化法等。

本文主要介绍气体介质钢化法与液体介质钢化法。

1、气体介质钢化法气体介质钢化法，即风冷钢化法。

包括水平辊道钢化、水平气垫钢化、垂直钢化等方法。

所谓风冷钢化法就就是将玻璃加热至接近玻璃得软化温度(650～７00摄氏度)，然后对其两侧同时吹以空气使其迅速冷却，以增加玻璃得机械强度与热稳定性得生产方法。

加热玻璃得淬冷就是用物理钢化法生产钢化玻璃得一个重要环节，对玻璃淬冷得基本要求就是快速且均匀地冷却，从而获得均匀分布得应力，为得到均匀得冷却玻璃,就必须要求冷却装置有效疏散热风、便于清除偶然产生得碎玻璃并应尽量降低其噪音.风冷钢化得优缺点：风冷钢化得优点就是成本较低，产量较大,具有较高得机械强度、耐热冲击性（最大安全工作温度可达287。

78摄氏度)与较高得耐热梯度(能经受204。

４4摄氏度），而且风冷钢化玻璃除能增强机械强度外,在破碎时能形成小碎片，可减轻对人体得伤害。

但就是对玻璃得厚度与形状有一定得要求（所钢化得玻璃最小厚度一般在3mｍ左右），而且冷却速度慢,能耗高，对于厚度小于３mm得薄玻璃,钢化过程中还存在玻璃变形得问题，无法在光学质量要求较高得领域内应用。

适用范围:兰迪钢化炉属于气体介质钢化法,目前气体介质钢化技术应用广泛,多用在建筑家俬、汽车、家电、太阳能等行业.2、液体介质钢化法液体介质钢化法,即液冷法.所谓液冷法就就是将玻璃加热到接近软化点后，放人盛满液体得急冷槽内进行钢化。

钢化玻璃(强化玻璃)强化原理及性能介绍钢化玻璃又称强化玻璃，是一种预应力玻璃。

它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。

当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。

众所周知，材料表面的微裂纹是导致材料破裂的主要原因。

因为微裂纹在张力的作用下会逐渐扩展，最后沿裂纹开裂。

而玻璃经钢化后，由于表面存在较大的压应力，可使玻璃表面的微裂纹在挤压作用下变得更加细微，甚至“愈合”。

钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。

物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。

它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600℃）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。

这种玻璃处于内部受拉而外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。

在钢化玻璃的生产过程中，对产品质量影响最大的当是如何使玻璃形成较大而均匀的内应力。

而对产量影响最大的则是如何防止炸裂和变形。

不论是上述哪个影响因素都与玻璃的加热和冷却条件密切相关。

当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时，由于内外层降温速度的不同，表层急剧冷却收缩，而内层降温收缩迟缓。

结果内层因被压缩受压应力，表层受张应力。

随着玻璃的继续冷却，表层已经硬化停止收缩，而内层仍在降温收缩，直至到达室温。

这样表层因受内层的压缩形成压应力，内层则形成张应力，并被永久的保留在钢化玻璃中。

由于玻璃是抗压强而抗拉弱的脆性材料，当超过抗张强度时玻璃即行破碎，所以内应力的大小及其分布形式是影响玻璃强度及炸裂的主要原因。

另一种情况是玻璃在可塑状态下冷却时，不论是加热不均，还是冷却不均，只要在同一块玻璃上有温差，就会有不同的收缩量。

玻璃强化是一种常见的处理工艺，通过在玻璃表面形成压应力层，可以增强玻璃的强度和耐磨性，提高其安全性和耐用性。

这种处理工艺广泛应用于玻璃制品的生产中，如建筑玻璃、家用电器玻璃等领域。

1. 强化玻璃的原理强化玻璃的原理是利用热处理或化学处理的方法，在玻璃表面形成压应力层。

通过加热玻璃至软化温度，然后迅速冷却，或者将玻璃浸泡在离子盐溶液中进行化学处理，使玻璃表面形成压应力，从而增强玻璃的强度和耐磨性。

2. 强化玻璃的优点（1）增强玻璃的强度和耐磨性，提高其抗冲击能力和安全性；（2）提高玻璃的耐用性和使用寿命，减少维护成本；（3）改善玻璃的光学性能，减少变形和畸变；（4）可以在一定程度上防止玻璃破碎后产生尖锐的碎片，减少伤害。

3. 强化玻璃的应用（1）建筑玻璃：大型建筑中常使用强化玻璃作为幕墙、窗户、隔断等，能够提高建筑的安全性和美观性；（2）家用电器玻璃：电视机、微波炉、冰箱等家用电器中常使用强化玻璃，可以减少意外碎裂的风险，提高产品的安全性；（3）汽车玻璃：汽车前挡风玻璃和侧窗玻璃一般都采用强化玻璃，能够提高汽车的安全性和抗冲击能力。

4. 强化玻璃的加工工艺（1）热处理：热处理是常见的强化玻璃加工工艺，利用加热和冷却的方法在玻璃表面形成压应力。

主要步骤包括加热、急冷和回火。

（2）化学处理：化学处理是另一种常用的强化玻璃加工工艺，通过将玻璃浸泡在离子盐溶液中，使玻璃表面发生离子交换反应，形成压应力层。

5. 强化玻璃的质量控制（1）原材料控制：选择优质的玻璃原材料，确保玻璃的成分和性能符合要求；（2）加工工艺控制：严格控制热处理或化学处理过程中的温度、时间和环境等参数，保证形成的压应力层均匀和稳定；（3）质量检测：对强化玻璃进行质量检测，包括强度、耐磨性、光学性能等指标的检测，确保产品符合标准要求。

6. 强化玻璃的未来发展随着科技的进步和工艺的改进，强化玻璃的工艺将更加成熟和先进，产品的性能和品质将得到进一步提升。

化学强化玻璃的基本原理
化学强化玻璃的基本原理是通过控制玻璃表面的离子交换使其变得更加耐用和强化。

具体原理如下：
1. 离子交换：在化学强化过程中，玻璃表面会接触到一种离子交换介质，通常是钠离子（Na+）和钾离子（K+）。

这些离子会与玻璃表面的钠离子发生交换反应，将表面的钠离子替换为更大的钾离子，使玻璃表面形成一个压缩层。

2. 压缩层形成：通过离子交换，形成的压缩层可以增加玻璃表面的压缩应力。

压缩层的存在可以增加玻璃的强度和耐冲击性能。

3. 热处理：经过离子交换后，玻璃会经过热处理。

在高温下，玻璃表面的改变会扩散到整个玻璃体，进一步增加玻璃的强度和耐用性。

这个过程被称为热强化。

化学强化玻璃的基本原理是利用离子交换和热处理来增强玻璃的性能，使其更加耐用和强化。

这种玻璃常用于高档电子设备的屏幕和手机的保护层等需要高度耐刮和耐冲击的应用场合。

第43卷第4期2024年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.4April,2024柔性玻璃的化学强化及其力学性能研究毛婧怡1,刘㊀冰1,郭振强2,张家昌1,袁㊀坚1,2(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉㊀430070;2.河北省沙河玻璃技术研究院,邢台㊀054199)摘要:具有高弯曲强度的柔性玻璃是柔性电子显示的重要组成部分,但柔性玻璃本质是脆性材料,因此其力学性能仍然不能满足使用要求㊂化学强化是提高柔性玻璃弯曲半径㊁抗划伤性等力学性能的有效途径,本文采用一步化学强化法,将90μm 超薄高铝柔性玻璃在纯硝酸钾熔盐中进行强化,研究离子交换工艺对样品表面应力㊁维氏硬度及弯曲半径的影响规律㊂结果表明:在380ħ进行1h 的离子交换后,样品的表面压应力达834.1MPa,应力层深度为15.91μm,此时玻璃具有最佳的弯曲性能和耐划伤性;经化学强化后,90μm 柔性玻璃的最小弯曲半径可由(29.8ʃ0.73)mm 降低至(6.94ʃ0.99)mm;随着继续升高交换温度和延长时间,柔性玻璃的力学性能会有所降低㊂关键词:化学强化;柔性玻璃;表面应力;离子交换深度;弯曲半径;维氏硬度中图分类号:TQ171㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)04-1359-07Chemical Strengthening and Mechanical Properties of Flexible GlassMAO Jingyi 1,LIU Bing 1,GUO Zhenqiang 2,ZHANG Jiachang 1,YUAN Jian 1,2(1.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China;2.Shahe Research Institute of Glass Technology,Xingtai 054199,China)Abstract :Flexible glass with high bending strength is a remarkable component of flexible electronic displays.However,flexible glass is a brittle material inherently,and its mechanical properties still do not meet the requirements of application.To address this challenge,the application of chemical strengthening stands out as a viable approach to significantly bolster scratch resistance and bending strength in flexible glass.90μm ultra-thin high-aluminum flexible glass was reinforced in the molten potassium nitrate using a conventional one-step chemical strengthening method.The effect laws of chemical strengthening temperature and time on the surface stress,Vickers hardness and bending radius of the strengthened flexible glass were investigated.The results indicate that,after ion-exchange at 380ħfor 1h,the compressive stress of sample reaches 834.12MPa,and the depth of stress layer is 15.91μm,at which time the glass samples have the best bending performance and scratch resistance.After chemical strengthening,the bending radiu of 90μm flexible glass reduces from (29.8ʃ0.73)mm to (6.94ʃ0.99)mm.As the overly increasing exchange temperature and excessive prolongation of time,the mechanical properties of flexible glass are weakened.Key words :chemical strengthening;flexible glass;surface stress;ion-exchange depth;bending radiu;Vickers hardness 收稿日期:2023-11-03;修订日期:2024-01-02基金项目:国家重点研发计划(2022YFB3603300)作者简介:毛婧怡(1999 ),女,硕士研究生㊂主要从事柔性玻璃的研究㊂E-mail:1489970205@通信作者:袁㊀坚,博士,教授㊂E-mail:janeyuan@0㊀引㊀言厚度低于100μm 的超薄柔性玻璃(ultra-thin glass,UTG)不仅具有良好的化学稳定性㊁优异的表面及光学质量等基本特性,还具有易弯曲㊁质量轻等特点,因此近年来在柔性显示㊁OLED 照明㊁光电转换等诸多领域得到越来越广泛的应用,同时对柔性玻璃的使用性能,尤其临界弯曲半径和抗表面划伤等,提出了更高的要求[1-3]㊂众所周知,玻璃作为脆性材料,通常条件下实际强度比理论强度低2~3个数量级,这是由于玻璃表面存在微裂纹[4]㊂当玻璃厚度低于100μm 时,微裂纹及其他玻璃缺陷对玻璃机械强度的影响会更大,从1360㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷而导致柔性玻璃比普通玻璃更容易破碎[5]㊂化学强化是通过离子交换产生的 挤塞效应 ,在玻璃表面预制压应力,从而抑制玻璃表面微裂纹的扩展,抵消导致材料破坏的张应力而使玻璃获得较高的强度[6]㊂玻璃的化学强化在理论和实践上均有大量研究,美国康宁公司开发的第五代Gorilla Glass[7]是化学强化应用于玻璃强度提升的典型案例,经化学强化后,玻璃表面压应力可达900MPa,应力层深度可达150μm,从1.6m高度跌落到坚硬粗糙表面的完好率可达80%㊂Bgboiyi等[8]研究了化学强化参数与化学强化玻璃断裂韧性之间的关系,发现化学强化玻璃的最佳抗断裂性能需要适当的化学强化参数(表面压应力和应力层深度)组合,并证实了化学玻璃的断裂韧性不是一个恒定的材料参数,而是取决于初始裂纹/缺口长度㊂实验数据得到了基于线弹性断裂力学的解析计算和基于相场断裂理论的数值模拟的支持㊂Macrelli等[9]发展了扩散与应力耦合的一般理论,得到了一个单一通量方程,其相互扩散系数与浓度和应力有关,其中压应力会阻碍扩散动力学,而拉应力会加速扩散㊂但是,迄今为止,对于超薄柔性玻璃的化学强化则鲜有报道㊂因为柔性玻璃并不太容易在常规玻璃制备条件下获得,所以,目前相关的研究常采用数值模拟方法,以获得对柔性玻璃弯曲性能的规律性认识㊂Schott公司[10]虽然报道了生产的70μm厚超薄铝硅酸盐玻璃AS87eco,经化学强化后玻璃的安全弯曲半径可以低至3mm,但是未发表相关的研究工作㊂因此,研究柔性玻璃在化学强化过程中的力学性能变化及规律,对于柔性玻璃产品开发及应用具有重要意义㊂本文以厚度为90μm的超薄高铝柔性玻璃为研究对象,采用一步化学强化法,在纯硝酸钾熔盐中进行强化,研究了化学强化条件对强化后样品力学性能的影响㊂1㊀实㊀验1.1㊀样品制备及化学强化采用浮法制备的商用高铝硅酸盐玻璃原片,经热态二次下拉获得厚度为90μm的UTG样品,玻璃的氧化物组成如表1所示㊂将拉制获得的UTG卷材用金刚石切割刀切割成80mmˑ40mm的样片,并用1200㊁1500目的细砂纸仔细打磨切割边缘,以避免切割断面的裂口造成样品的破损㊂将磨抛后的样品依次放入无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min后烘干备用㊂表1㊀玻璃的氧化物组成Table1㊀Oxide composition of glassComposite SiO2Na2O Al2O3MgO K2O ZrO P2O5BaO CaO Fe2O3 Mass fraction/%61.2612.9612.87 6.40 5.540.910.020.020.010.01化学强化时采用国药集团化学试剂有限公司的分析纯试剂(AR)硝酸钾制备盐浴,平行处理10个样品㊂为获得更好的温度均匀性,在室温下,将玻璃样品与纯硝酸钾盐浴同时放入马弗炉中,以6ħ/min速率升温,待炉内温度达到设定温度后保温90min,使硝酸钾全部熔化,将样品浸入熔盐中按照设定的保温时间保温后取出,经洗净烘干后进行测试㊂试验中采用的盐浴温度分别为370㊁380㊁390㊁400㊁410ħ,采用的保温时间分别为0.25㊁0.5㊁1㊁2㊁3㊁4㊁5h㊂1.2㊀测试与表征采用FSM-6000LE钢化玻璃表面应力仪测量强化后玻璃的表面压应力(compressive stress,CS)及应力层深度(depth of layer,DOL),分别测量样品两个表面的中部和边部各5个位置并取平均值㊂通过日本电子株式会社JAX-8230电子探针X射线显微分析仪(EPMA)提供的线扫描分析,测试离子交换后玻璃样品断面上K+-Na+的分布情况㊂将强化后的样品粘在两片厚玻璃之间,固定后进行边缘抛光,然后进行测试㊂采用山东山材试验仪器有限公司HVS-1000维氏硬度计测试样品的维氏硬度,测试条件为:载荷200g,保压时间30s,样品厚度为90μm,分别对样品两个表面各进行5次测试,取10次测试的平均值为测量值㊂采用自研的弯曲半径测试仪测量样品最小弯曲半径,测试原理如图1所示㊂采用两点弯曲法[11-12]测量样品的弯曲半径,将样品放置在两块平行板之间,样品两端接触挡板,随着挡板以2mm/s的速度向中间靠第4期毛婧怡等:柔性玻璃的化学强化及其力学性能研究1361㊀图1㊀弯曲半径测试示意图Fig.1㊀Schematic diagram of bending radius test 拢,样品逐渐弯曲变形,直到在一定距离H 处破碎,得到样品的最小弯曲半径H /2,对每组样品进行10次测试以减少误差㊂2㊀结果与讨论2.1㊀表面压应力与应力层深度表面压应力与应力层深度是衡量玻璃化学强化效果的重要指标㊂图2为样品在380ħ下经不同时间强化后的表面压应力㊁应力层深度与中心张应力(central tension,CT)㊂由此可见,随强化时间从0.25h 延长至4h,应力层深度持续加深,从6.70μm 逐渐增加至31.94μm;表面压应力随时间延长呈递减趋势,从865.2MPa 降低到701.6MPa;中心张应力由75.7MPa(0.25h)持续增加至860.0MPa(5h)㊂图3为不同温度下经1h 化学强化后样品的表面压应力㊁应力层深度与中心张应力㊂可见,随着温度从370ħ提升至410ħ,应力层深度逐渐从13.52μm 增加到22.53μm;表面压应力从820.5MPa(370ħ)先增加到834.1MPa(380ħ),再逐渐降低到755.1MPa(410ħ);中心张应力从172.2MPa(370ħ)持续增加到378.9MPa(410ħ)㊂图2㊀380ħ下离子交换后样品的表面压应力与应力层深度及中心张应力Fig.2㊀CS,DOL and CT of specimens after ion-exchange at 380ħ图3㊀不同温度下经1h 离子交换后样品的表面压应力与应力层深度及中心张应力Fig.3㊀CS,DOL and CT of specimens after ion-exchange for 1h at different temperatures 一般而言,在玻璃表面的化学强化过程中,在离子交换初期,随着离子交换过程的进行,熔盐中半径较大1362㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷的K+替换玻璃中半径较小的Na+,交换进入玻璃表面的K+浓度逐渐增加,形成挤塞效应,导致表面压应力相应增加,并伴随一定的应力层深度[13]㊂但是随着交换时间的持续延长或者交换温度的提高,玻璃网络膨胀引起的应力松弛占主导地位,会导致表面压应力降低[14],即CS曲线出现极值㊂对于普通厚度高铝玻璃的离子交换,即使在410ħ时进行离子交换,也需要4.5h才能出现CS极大值[13]㊂而在本试验中,样品表面压应力随时间从0.25h延长至4h呈持续降低的趋势,并未测到CS极值,因此,可以认为,对厚度仅为90μm的柔性玻璃而言,样品表面的离子交换过程是非常快的,试验中在交换时间为0.25h之前应当已经达到了CS极值,但由于玻璃很薄,达到CS极值时的应力层深度很浅,试验条件下很难表征㊂这一结果提示化学强化过程中,柔性玻璃中的应力弛豫现象大于普通厚度的玻璃㊂理论上,较高的CS能够抑制玻璃表面微裂纹扩展从而提高玻璃的弯曲强度和抗冲击强度,同时DOL对于抵抗来自尖锐和坚硬材料的表面接触损伤是必要的㊂当DOL在较高CS下加深时,CT变大,而高CT的玻璃极易破碎㊂故当玻璃厚度变薄时,应考虑对DOL的限制,一般被限制在每一面玻璃厚度的1/4~1/6[15]㊂在此基础上,柔性玻璃强化的设计准则应是具有尽可能高的CS和DOL㊂2.2㊀离子交换深度图4为380ħ下不同交换时间下K+与Na+在截面上的分布,可见,K+含量在玻璃表面最高,这是由于玻璃表面与熔盐中K+浓度梯度较大,玻璃网络的阻碍较小,K+与Na+交换相对容易㊂但随着时间的延长,交换离子向玻璃内部迁移,浓度梯度逐渐减小,玻璃的网络阻碍作用增强,K+扩散的难度不断增加,此时K+的进一步扩散需要消耗更多的能量,所以K+的含量随着深度的延长而逐渐减少[16]㊂与之相反的是,Na+含量在表面较低,随着深度的增加而升高,最终趋于稳定,在平衡时,其浓度与母玻璃中的Na+浓度相等㊂图4㊀不同交换时间下K+与Na+在截面上的分布Fig.4㊀Distribution of K+and Na+in cross-sections at different exchange times随着交换时间的延长,K+-Na+交换深度逐渐加深,玻璃表面K+浓度逐渐升高㊂表2为应力层深度的测量结果,可见EPMA测得的K+扩散深度与钢化玻璃表面应力仪测得的应力层深度基本一致㊂　第４期毛婧怡等：柔性玻璃的化学强化及其力学性能研究１３６３表２　应力层深度测量结果Ｔａｂｌｅ２　ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｅｐｔｈｏｆｌａｙｅｒＥｘｃｈａｎｇｔｉｍｅｔ／ｈ０．２５０．５１２３４Ｄｅｐｔｈｏｆｌａｙｅｒ／μｍ６．７０１１．６３１５．９１２２．２７２８．３７３１．９４Ｅｘｃｈａｎｇｅｄｅｐｔｈ／μｍ６．７８１１．８９１６．０１２２．５３２８．８０３２．２３２．３　维氏硬度图５为９０μｍ厚的样品在离子交换前后分别测量维氏硬度时产生的压痕照片，根据压痕对角线长度可以计算出相应的维氏硬度。

钢化玻璃(强化玻璃)强化原理及性能介绍钢化玻璃又称强化玻璃，是一种预应力玻璃。

它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。

当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。

众所周知，材料表面的微裂纹是导致材料破裂的主要原因。

因为微裂纹在张力的作用下会逐渐扩展，最后沿裂纹开裂。

而玻璃经钢化后，由于表面存在较大的压应力，可使玻璃表面的微裂纹在挤压作用下变得更加细微，甚至“愈合”。

钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。

物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。

它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600℃）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。

这种玻璃处于内部受拉而外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。

在钢化玻璃的生产过程中，对产品质量影响最大的当是如何使玻璃形成较大而均匀的内应力。

而对产量影响最大的则是如何防止炸裂和变形。

不论是上述哪个影响因素都与玻璃的加热和冷却条件密切相关。

当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时，由于内外层降温速度的不同，表层急剧冷却收缩，而内层降温收缩迟缓。

结果内层因被压缩受压应力，表层受张应力。

随着玻璃的继续冷却，表层已经硬化停止收缩，而内层仍在降温收缩，直至到达室温。

这样表层因受内层的压缩形成压应力，内层则形成张应力，并被永久的保留在钢化玻璃中。

由于玻璃是抗压强而抗拉弱的脆性材料，当超过抗张强度时玻璃即行破碎，所以内应力的大小及其分布形式是影响玻璃强度及炸裂的主要原因。

另一种情况是玻璃在可塑状态下冷却时，不论是加热不均，还是冷却不均，只要在同一块玻璃上有温差，就会有不同的收缩量。

玻璃钢化原理
玻璃钢化是一种使用特殊工艺对玻璃进行强化的过程。

玻璃本身
就是一种脆性材料，容易破碎。

玻璃钢化通过增加其强度和韧性，使
其在外界的冲击和压力下不易破裂或破碎，具有更好的安全性能和可
靠性。

下面就具体介绍玻璃钢化的原理。

玻璃钢化的主要原理是利用热处理和化学反应来增加玻璃的强度。

在玻璃钢化的过程中，先将玻璃材料加热至一定温度，然后再急速降温。

这样做可以使玻璃表面形成一层紧密的压缩层。

由于压缩层对玻
璃的表面施加了特殊的压力，从而增加其强度和韧性。

在玻璃表面形成的压缩层，可以抵抗外部力量的侵蚀，从而防止
玻璃的破裂或破碎。

同时，在玻璃表面的压缩层和颠覆层之间，还存
在着拉伸层，可以吸收和分散外部力量的冲击力，从而进一步增强了
玻璃的安全性能。

除了热处理，玻璃钢化还可以采用化学处理来增强玻璃的强度。

化学处理主要是对玻璃表面进行特殊的化学处理，形成一种状如山峰
的微小结构。

这些微小的结构可以增加玻璃表面的摩擦力，从而防止摩擦力产生的破裂或破碎。