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第30卷第1期 硅 酸 盐 通 报 V o l .30 N o .1 2011年2月 B U L L E T I N O F T H E C H I N E S E C E R A M I C S O C I E T Y F e b r u a r y ,2011 物理气相沉积对化学钢化玻璃抗冲击强度的影响张文杰1,王建成2,马 磊3,程祖海4(1.玉林师范学院物理与信息科学系,玉林 537000;2.深圳市深新隆实业有限公司,深圳 518055;3.华南理工大学材料科学与工程学院,广州 510640;4.华中科技大学光电子科学与工程学院,武汉 430074)摘要:用真空热蒸发沉积、离子束辅助沉积和磁控溅射三种方法在化学钢化玻璃上分别镀制铬薄膜和硫化锌薄膜,并对镀膜的化学钢化玻璃进行落球冲击实验,结果表明:镀膜的化学钢化玻璃的抗冲击强度变弱,不同的物理气相沉积方法对化学钢化玻璃的抗冲击强度影响不同。
本文主要分析了薄膜应力和粒子束能量对化学钢化玻璃表面压应力的影响,并探讨化学钢化玻璃抗冲击强度变弱的原因,提出了解决的方法。
关键词:物理气相沉积;应力;化学钢化玻璃;玻璃表面中图分类号:T Q 171 文献标识码:A 文章编号:1001-1625(2011)01-0079-04I n f l u e n c e o f P h y s i c a l V a p o r D e p o s i t i o n o nB a l l I m p a c t R e s i s t a n c eo f C h e m i c a l l y S t r e n g t h e n e d G l a s sZ H A N GW e n -j i e 1,W A N GJ i a n -c h e n g 2,M AL e i 3,C H E N GZ u -h a i4(1.D e p a r t m e n t o f P h y s i c s a n d I n f o r m a t i o nS c i e n c e ,Y u l i nN o r m a l U n i v e r s i t y ,Y u l i n 537000,C h i n a ;2.S h e n z h e n S h e n x i n l o n g I n d u s t r y C O .,L T D ,S h e n z h e n 518055,C h i n a ;3.S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,G u a n g z h o u 510640,C h i n a ;4.S c h o o l o f O p t o e l e c t r o n i c s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,Wu h a n 430074,C h i n a )A b s t r a c t :T h eC r t h i nf i l m sa n dZ n St h i nf i l m s o nc h e m i c a l l ys t r e n g t h e n e dg l a s sw e r ep r e p a r e db y v a c u u mv a p o r -d e p o s i t e d c o a t i n g a n d i o n b e a ma s s i s t e d d e p o s i t i o n a n d m a g n e t r o n s p u t t e r i n g .B a l l i m p a c t r e s i s t a n c e o f c h e m i c a l l y s t r e n g t h e n e d g l a s s e s w i t h d e p o s i t e dC r a n d Z n S w e r e m e a s u r e d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t b a l l i m p a c t r e s i s t a n c e o f c h e m i c a l l y s t r e n g t h e n e dg l a s s e s w i t h d e p o s i t e d C r a n d Z n S i s s m a l l e r t h a n t h a t o f c h e m i c a l l y s t r e n g t h e n e dg l a s s e s .A n db a l l i m p a c t r e s i s t a n c e o f c h e m i c a l l y s t r e n g t h e n e dg l a s s e s w i t h d i f f e r e n t d e p o s i t i n g r e c i p e i s d i f f e r e n t .I t i s a n a l y z e d t h a t t h e t h i n f i l m s 'r e s i d u a l s t r e s s a n d e n e r g y o f p a r t i c l e b e a m sh a v ee f f e c t o nt h ec h e m i c a l l ys t r e n g t h e n e dg l a s si n t e r f a c es t r e s s ,a n dd i s c u s s e dt h a t c h e m i c a l l y s t r e n g t h e n e d g l a s s o f b a l l i m p a c t r e s i s t a n c e g e t s l o w ,a n d g i v e n s o m e a d v i c e .K e y w o r d s :p h y s i c a l v a p o r d e p o s i t i o n ;s t r e s s ;c h e m i c a l l y s t r e n g t h e n e d g l a s s ;g l a s s s u r f a c e基金项目:广西教育厅科研项目(200911L X 369)作者简介:张文杰(1978-),男,硕士,讲师.主要从事薄膜和无机材料方面的研究.E -m a i l :j i e w e n z @163.c o m 1 引 言化学钢化玻璃具有良好的力学性能,可切削加工以及不产生光学畸变等一系列优良性能[1],化学钢化玻璃的抗冲击强度是普通玻璃的4～5倍,常用于光学玻璃和太阳能电池盖片玻璃等的加工与制作[2],特别是具有特殊功能的镀膜钢化玻璃在电子器件的观测窗口材料中倍受青睐。
玻璃强度与玻璃应力的关系集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-玻璃强度与玻璃应力的关系发布时间:2012年06月15日浏览:1569【锦泰高温玻璃网】玻璃中的应力一般分为热应力、结构应力和机械应力。
热应力是由于温度梯度造成的。
这是因为玻璃是一种经高温熔融、快速冷却而固化的非晶态产品，所以在生产过程中，玻璃板面上各部位的温度变化不可能均匀一致，因此就会产生热应力。
热应力按其产生的特点可分为暂时应力和永久应力两类。
一部分可以经过退火而消除，这部分应力称为暂时应力。
还有一部分热应力即使温度梯度消失以后，仍然存在，这部分应力称为永久应力。
另外玻璃也会因为其中存在结石、条纹或化学成分不均匀时而产生应力，这种应力称为结构应力。
结构应力是不能够消除的，所以结构应力也属于永久应力。
机械应力是指玻璃受到外力的作用而引起的应力，外力除去时，机械应力也随之消失。
但若受到的外力过大，就会造成玻璃的破裂。
玻璃的应力直接影响到玻璃的强度。
玻璃的热炸裂是由于热应力过大而引起的；玻璃的受击破裂是由于玻璃受到机械冲击力或撞击力而产生的机械应力过大而导致的；玻璃的自爆是由于玻璃内部应力过大所致，另外，由于热钢化或化学钢化而使玻璃的强度增加，则是由于玻璃的表面压应力的增加所致。
所以，玻璃的应力与强度有着密不可分的关系。
本文将从玻璃应力的角度，讨论玻璃的强度以及与之相关的其它性质。
1、玻璃的应力与玻璃强度之间的关系1.1玻璃的应力与玻璃的强度玻璃几乎是一种理想的弹性材料，所以可以用线弹性断裂力学的理论来描述玻璃的力学行为。
在线弹性断裂力学中，可以通过观察断裂现象来研究机械材料的行为。
如果应力强度因子KI 由于裂纹尖端部位的张应力σn达到了临界值时，玻璃就会发生断裂。
这里的应力强度因子是反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，与裂纹几何尺寸及应力有关，并可以用多种方法（解析法、有限元计算、实验标定等）计算特定裂纹的应力强度因子。
盖板玻璃用高强度化学钢化玻璃的开发作者：马建强来源：《数码设计》2018年第15期摘要：化学钢化是通过离子交换形成玻璃的表面压应力。
离子交换工艺的简单原理是在400LC左右碱盐溶液中，使玻璃表层中半径较小的离子与溶液中半径较大的离子交换，比如玻璃中的锂离子与溶液中的钠离子交换，玻璃中的钠离子与溶液中的钾离子交换，利用碱离子体积上的差别产生表层压应力。
对厚玻璃的增强效果不甚明显，特别适合增2～4mm厚的玻璃。
化学钢化玻璃的优点是，其未经转变温度以上的高温过程，所以不会像物理钢化玻璃那样存在翘曲，表面平整度与原片玻璃一样，同时在强度和耐温度变化有一定提高，并可适当作切裁处理。
化学钢化的缺点是随时间易产生应力松弛现象，目前已有保护性工艺措施，使化学钢化玻璃具有其他强化玻璃品种不可替代的应用特点。
关键词：盖板玻璃;高强度;钢化玻璃;开发中图分类号：TQ171 ; 文献标识码：A ; 文章编号：1672-9129（2018）15-0075-01Abstract： chemical steelening is the surface compressive stress of glass formed by ion exchange. The simple principle of ion exchange process is that in about 400 LC alkaline salt solution， ions withsmaller radius in glass surface are exchanged with ions with larger radius in solution. For example，lithium ions in glass and sodium ions in solution， sodium ions in glass and potassium ions in solution exchange， using the difference in the volume of alkali ions to produce surface compressive stress. The enhancement effect on thick glass is not obvious. Specially suitable for increasing glass by 2 to 4 mm thick. The advantage of chemical tempered glass is that it has a high temperature process above the unconverted temperature， so it will not be warped like physical tempered glass， and the surface flatness is the same as that of the original glass. At the same time， the strength and temperature resistance can be improved， and it can be used as a cutting treatment. The disadvantage of chemical steelening is that it is prone to stress relaxation over time. At present， protective technological measures have been adopted to make chemical steeled glass have the irreplaceable application characteristics of other strengthened glass varieties.Keywords： cover glass; High intensity; Steel glass; develop1 基本原理1.1鋼化原理。
影响钢化玻璃质量的因素钢化玻璃是一种通过热处理过程增强其强度和耐冲击性的玻璃，其应用范围广泛，例如汽车、建筑、家电等。
然而，钢化玻璃的质量与生产过程中许多因素有关。
下面将介绍影响钢化玻璃质量的一些因素。
温度控制钢化玻璃加工中的关键步骤是加热和冷却。
加热过程中的温度控制非常重要。
玻璃温度太低可能会导致玻璃表面发生渗透，玻璃强化不了，从而影响其性能。
如果温度太高，将会导致玻璃裂纹和变形，从而影响钢化玻璃的质量。
加热速度加热的速度也很重要，加热速度越快，钢化玻璃的质量就会越好。
但是，如果加热速度过快，会导致玻璃表面温度和内部温度之间有很大的差异，这将导致玻璃表面和基材之间产生拉伸力，从而影响玻璃的强度和性能。
冷却速度钢化玻璃的冷却速度也很重要，过快的冷却速度可能会导致玻璃出现内部应力，从而影响玻璃的形状和大小。
而过慢的冷却速度则会导致玻璃的物理性能下降。
预加压预加压是将玻璃表面弯曲，然后再进行加热和冷却的过程。
预加压可以帮助均匀分布玻璃表面的张力，从而降低整个钢化玻璃的应力。
这对于提高钢化玻璃的性能至关重要。
玻璃表面加工钢化玻璃的起始玻璃表面必须是清洁无损的。
任何磨损、划痕、污渍等都会导致钢化玻璃的质量下降。
制造钢化玻璃的厂商必须保证在生产过程中，表面无磨损和污渍。
玻璃厚度钢化玻璃的厚度必须在允许的范围内。
厚度过大会导致加工时间增加，从而导致生产成本增加；同时，由于钢化玻璃的强度受到厚度的影响，过厚的玻璃会影响强度的均匀性。
总结上述是影响钢化玻璃质量的一些因素，温度控制、加热速度、冷却速度、预加压、玻璃表面状态、玻璃厚度等都是生产中应该注意的关键因素。
在生产钢化玻璃时，厂商需要扎实的技术、高品质的工艺和严格的管理来确保钢化玻璃的质量。
影响化学钢化玻璃强度的因素1.什么是钢化玻璃钢化玻璃又称强化玻璃，它是用物理或化学的方法，在玻璃表面形成一个应力层，当玻璃受到外力作用时，这个应力层可以抵消部分拉应力，从而避免玻璃碎裂，达到提高玻璃强度的目的。
2.化学钢化玻璃的方法3.离子交换法原理（1）高温型离子交换法在玻璃的软化点与转变点之间的温度区域内，把含Na 2O 或K 2O 的玻璃侵入含Li 的熔盐中，使玻璃中的Na +或与它们半径小的熔盐中的Li +相交换，然后冷却至室温，由于含Li+的表层与含Na +或K +内层膨胀系数不同，表面产生残余压力而强化。
（2）低温型离子交换法在不高于玻璃转变点温度区域内，将含有碱金属的硅酸盐玻璃，浸入到KNO3熔盐中，使玻璃表层的Na +离子与熔盐中的K +离子发生交换，由于K +离子半径比Na +离子，K +离子取代Na +离子后，使玻璃表面“挤塞”膨胀，产生应力，使得玻璃强度增强。
表面脱碱法涂覆热膨胀系数小的玻璃化学钢化法碱金属离子交换法高温型离子交换法低温型离子交换法低温型离子交换法高温型离子交换法4.影响化学钢化玻璃强度的因素（1）玻璃的成分同普通钠钙硅酸盐玻璃相比，含Al203多的玻璃化学钢化后，有较强、较厚的压应力层。
Al203在离子交换中起加速作用，Al203的合适用量为1%～17%。
（2）玻璃表面的损伤任何轻微的损伤，其表面的强度衰减都非常严重。
化学法增强玻璃过程时，应注意保护好玻璃表面和玻璃边部，使玻璃不受任何微小的损伤。
（3）离子交换的时间时间太短，离子交换不足，玻璃强度小；时间太长，虽然可以使交换层厚度增加，但是存在应力松弛的现象，会使玻璃强度逐渐降低。
（4）离子交换的温度应选择最佳的温度，温度过低，离子交换无法进行；温度过高，玻璃结构松弛，使得强度降低。
（5）熔盐的纯度KNO3熔盐纯度越高，则化学钢化玻璃的强度越好，如熔盐中存在Ca2+、Li+时，由于Ca2+、Li+半径小于K+，Ca2+、Li+替代K+交换了玻璃表面的Na+后，使表面强度降低。
随着世界高科技产业的不断发展，国际市场对薄型玻璃的需求正日益上升，尤其是平板显示器和手机用薄型玻璃基板。
但玻璃由于其脆性特质和微裂纹的影响，使得玻璃的应用范围受到限制。
经过钢化处理的玻璃其强度提升3～5倍以上，但同时钢化玻璃的断裂强度分散性大，使得玻璃的使用可靠性降低。
为了降低玻璃的断裂强度分散性，提高材料的使用可靠性，Green D J发明了两步离子交换制备化学钢化玻璃的方法，即将经过一次离子交换的钢化玻璃，再进行一次离子交换，第二步离子交换过程是熔盐中存在着Na+，与玻璃中的K+进行置换，从而降低玻璃表面的K+含量，即可降低表面的压应力。
从玻璃表面到内部存在着K+浓度逐渐升高的过程，K+的浓度梯度也可代表玻璃的压应力的应力梯度，说明从玻璃表面到内部存在一个应力梯度逐渐上升的趋势，并且这一应力梯度的最高峰与玻璃表面的距离要大于微裂纹的深度。
所以在微裂纹扩展时，玻璃的压应力会产生一个阻碍微裂纹向内部扩展的效果，并且裂纹扩展过程中受到的阻力会越来越大。
故玻璃的断裂强度分散性会降低，使用可靠性增加。
这种经过两步离子交换过程的化学钢化玻璃可称之为Engineered stress profile glass，简称化学钢化工程应力玻璃。
本文主要研究两步离子交换过程中第二步离子交换的时间对离子交换化学钢化玻璃的性能影响。
配备第一步熔盐组分（质量分数）：KNO3为97.78%，硅藻土为1.68%，K2CO3为0.5%，KOH为0.04 %，第一步离子交换温度分别为450 ℃，离子交换时间为30 h。
配备第二步熔盐组分（质量分数）：KNO3为72%，NaNO3为28%，第二步离子交换温度为400 ℃，时间分别为18 min、33 min、48 min、63 min。
试样由INSTＲON1341 电液伺服材料试验机进行力学性能测试。
利用日本JEOL-JXA-8230 型电子探针，采用线扫描方法，测试垂直于玻璃表面沿离子扩散方向Na+、K+分布情况。
