影响化学钢化玻璃强度的因素
玻璃强度·
玻璃强度·玻璃强度是指玻璃材料能承受的最大外力或压力。
玻璃的强度与其成分、制造工艺、形状、表面状态、温度等因素有关。
由于玻璃具有脆性特点，其强度比金属等材料低得多。
因此，保证玻璃的强度和使用安全是玻璃制品生产和使用中必须注意的问题之一。
玻璃强度与成分有关。
玻璃是通过将各种化学元素混合熔融后快速冷却制成的。
由于不同的元素对熔融态和玻璃熔凝时的结构影响不同，因此导致了不同成分的玻璃强度差异。
例如，硼硅酸盐玻璃硬度高，强度大，抗热性好；碱镁铝硅酸盐玻璃则强度低，热稳定性差。
玻璃强度也与制造工艺有关。
玻璃加工过程中的快速冷却有利于提高玻璃强度，但也会产生内应力，进而影响玻璃的强度和使用寿命。
因此，为了保证玻璃的强度和稳定性，在制造过程中需要注意冷却速度、温度等因素的控制。
玻璃强度还与其形状有关。
玻璃强度随着其厚度的增加而增大，但是在厚度超过一定程度后，强度反而会下降。
这是因为在钢化过程中，当玻璃的厚度过大时，它的表面和内部的冷却速度差异增大，从而导致内部应力增加，形成裂纹聚集和扩展。
因此，在设计玻璃制品结构时，需要根据实际需要选择合适的厚度和形状。
玻璃强度还与表面状态有关。
制造过程中、运输中以及加工过程中玻璃表面可能存在缺陷和划痕。
这些表面缺陷会影响玻璃的强度和使用寿命。
因此，为了保证玻璃制品的强度和使用寿命，需要对玻璃表面进行钝化处理，消除表面缺陷和划痕。
玻璃强度还受温度影响。
温度升高时，玻璃强度会降低。
这是因为随着温度升高，玻璃的分子结构、密度和弹性模量等性质发生变化，导致其强度下降。
因此，在在使用过程中，需要注意玻璃所承受的温度范围，不能超出其承受温度范围，否则会导致玻璃形变、破损，甚至危及人身安全。
综上所述，玻璃强度是制造和使用玻璃制品时必须注意的一个问题。
在制造玻璃制品时，需要从成分、制造工艺、形状、表面状态等多个方面入手，控制玻璃的强度和稳定性；在使用和维护过程中，需要注意温度、荷载等因素。
钢化玻璃原理
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{TodayHot}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{HotTag}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。
化学钢化[讲解]
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化学钢化一、化学钢化的分类：化学钢化的基本原理是用改变玻璃表面的组成来提高玻璃的强度，目前有表面脱碱；涂复热膨胀系数小的玻璃，碱金属离子交换等方法；碱金属离子交换可分为；高温型离子交换和低温型离子交换两类；二、离子交换化学钢化法；把玻璃侵在高温熔融盐中，玻璃中的碱离子与熔盐中的碱离子因相互扩散而发生离子交换，因在交换层产生压应力而使强度增大。
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Na2O或K2O的玻璃侵入锂的熔盐中，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，同时；玻璃中和含有AL203、TiO2等成分时，通过离子交换，能产生膨胀系数极低的p—锂霞石（LiO、AL2O3、2SiO2）结晶，冷却后的玻璃表面将产生很大的压力，可得到强度高达700MPa的玻璃，次法的实例如下；将Sio257%—60%、AL2o313．5%—23%、Na2o3．8%—11%、Li2o10%—13%（质量）玻璃在600—750℃下侵在Li+、Na+、Ag+的熔盐中，玻璃中的Na+被Ag+或Li+置换，产生双层交换层；外侧是p—锂霞石，内侧是偏硅酸锂结晶化玻璃层，能极大的增高强度。
2、低温型离子交换法在不高于玻璃转变点的温度区域内，将玻璃侵在含有比玻璃中碱离子半径大的碱离子熔盐中。
例如；用Li+置换Na+，或用Na+置换K+，然后冷却。
由于碱离子的体积差造成表面压应力层，提高了玻璃的强度。
虽然比高温型交换速度慢，但由于钢化中玻璃不变形而具有实用价值。
3、低温型离子交换法的工艺（1）工艺流程低温型离子交换法的工艺如下；原片检验—切裁—磨边—清洗干燥—低温预热—高温预热—离子交换—高温冷却—中温冷却—低温冷却—清洗干燥—检验—包装入库。
（2）工艺参数熔盐材料： KNO3（一般用化学纯）辅助添加剂： AI2O3粉、硅酸钾、硅藻土、其它盐浴池熔盐温度: 410～500℃交换时间：根据产品增强需要而定设计炉温：低温预热 200～300℃高温预热 350～450℃离子交换炉 410～500℃高温冷却炉 350～450℃中温冷却炉 200～300℃低温冷却炉 150～200℃（3）容器的选择对一定的熔盐，必须注意选择容器材料。
浮法工艺对高铝盖板玻璃化学钢化性能的影响分析
浮法工艺对高铝盖板玻璃化学钢化性能的影响分析
龚财云
【期刊名称】《建筑玻璃与工业玻璃》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】0引言。
本文所提超薄玻璃板在化学钢化后的钢化性能表征,是指产品在化学钢化后的表面应力、交换层深度。
而决定玻璃产品化学钢化性能的因素主要与玻璃配方、钢化温度时间、盐浴组成、应力松弛有关。
其中,量产产品的配方获得路径:通过配方开发优选几组钢化性能较好的配方,进一步中试生产,通过中试生产确定玻璃的熔化成形等生产性能以及验证钢化性能、综合强度最佳的配方。
【总页数】3页(P11-12)
【作者】龚财云
【作者单位】成都光明光电股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.现代浮法高铝平板玻璃组成及性能分析
2.浅谈浮法超薄高铝硅酸盐玻璃的化学组成及性能
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5.高铝硅玻璃二次化学钢化增强工艺研究
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钢化玻璃出现问题及解决方案
总结词
光学畸变是由于玻璃的透光性能不均匀造成的，需要进 行改善。
详细描述
可以使用物理或化学方法改善光学畸变。物理方法是通 过改变加热和冷却制度，使玻璃在热处理过程中受热和 冷却更加均匀，从而改善透光性能。化学方法则是使用 相应的化学药剂对玻璃表面进行腐蚀或抛光处理，使透 光性能更加均匀。
04
预防措施
安装问题
总结词
安装问题通常是由于安装过程中对玻 璃的扭曲、切割不当或安装后固定不 牢固等原因引起的。
详细描述
在安装钢化玻璃时，如果操作不当， 如扭曲、切割不当或固定不牢固，可 能会导致玻璃受力不均，从而在使用 过程中出现开裂、变形等问题。
使用环境影响
总结词
使用环境影响主要包括温度变化、紫 外线照射和化学物质侵蚀等因素，这 些因素可能加速钢化玻璃的老化，导 致其性能下降。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
运输与存储不当
总结词
运输与存储不当可能导致钢化玻璃在运输或存储过程中受到撞击、挤压或振动等外力作用，从而引发 开裂、破损等问题。
详细描述
在运输或存储钢化玻璃时，如果操作不当，使其受到撞击、挤压或振动等外力作用，可能会导致玻璃 内部产生应力，从而在使用过程中出现开裂、破损等问题。
03
解决方案
破裂问题解决方案
要点二
详细描述
可以使用高温处理、化学处理等方法消除气泡。高温处理 是将玻璃加热到高温，使气体在玻璃中充分溶解，然后进 行缓慢冷却，使气体在冷却过程中从玻璃中析出，最后进 行抛光处理。化学处理则是使用相应的化学药剂对玻璃进 行浸泡或涂覆，使气体在玻璃中溶解度降低，从而达到消 除气泡的效果。
光学畸变问题解决方案
钢化玻璃出现问题及 解决方案
钢化玻璃断裂强度
钢化玻璃断裂强度钢化玻璃是一种通过热处理或化学处理增强强度的玻璃。
它具有较高的断裂强度，能够承受较大的外力冲击而不易破裂。
钢化玻璃在建筑、汽车、家电等领域有广泛的应用，其断裂强度是评价其质量和性能的重要指标之一。
钢化玻璃的断裂强度主要受到以下几个因素的影响：1. 玻璃原料的选择：钢化玻璃的原料主要是普通玻璃，如硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等。
不同种类的玻璃具有不同的化学成分和物理性质，因此其断裂强度也会有所差异。
2. 热处理过程：钢化玻璃是通过加热玻璃到软化点以上，然后迅速冷却使其表面形成压缩应力，内部形成张力应力的方法来提高其强度。
热处理的工艺参数，如加热温度、冷却速度等，会直接影响钢化玻璃的断裂强度。
3. 表面处理：钢化玻璃的表面往往会进行一些处理，如砂磨、酸蚀等，以提高其表面质量和强度。
表面处理的方式和质量也会对断裂强度产生影响。
4. 玻璃的厚度和尺寸：钢化玻璃的断裂强度与其厚度和尺寸有关。
一般来说，相同材质的钢化玻璃，厚度越大，断裂强度越高。
5. 外力作用：钢化玻璃的断裂强度是指在外力作用下，玻璃发生破裂的最小应力。
外力的大小和方向都会对断裂强度产生影响。
例如，当外力作用于钢化玻璃的边缘时，断裂强度会较低；而当外力作用于玻璃的中央部位时，断裂强度会较高。
钢化玻璃的断裂强度是通过一系列实验测试得出的。
在实验中，研究人员会根据相关标准和规范，设计测试方案，并使用专用的测试设备来施加外力，以确定钢化玻璃的断裂强度。
测试结果往往会包括断裂强度的数值和其对应的断裂模式。
钢化玻璃的断裂模式一般有以下几种：弯曲断裂、剪切断裂、压碎断裂等。
弯曲断裂是指玻璃在外力作用下呈曲线状破裂；剪切断裂是指玻璃在外力作用下发生剪切破裂；压碎断裂是指玻璃在外力作用下迅速破裂成小碎片。
不同断裂模式的出现会受到玻璃的性质和外力作用方式的影响。
在实际应用中，钢化玻璃的断裂强度是保证其安全性能的重要指标之一。
建筑中使用的钢化玻璃，需要能够承受强风、地震等外力冲击；汽车中使用的钢化玻璃，需要能够承受车辆行驶中的冲击和振动；家电中使用的钢化玻璃，需要能够承受使用过程中的碰撞和压力。
物理气相沉积对化学钢化玻璃弯曲强度的影响
ｌ
物 理气相沉积对化 学钢化玻璃 弯 曲强度 的影 响
口张 文 杰 ，马 磊 ，王 兆祥 。
５８５ ） １０ ５ （． １玉林师范学 院 物理科学与技术工程学院 ，广西 玉林 ５ ７ ０ ：２ 华南理工大学材 料科 学与工 ３００ ． 程 学院，广东 广州 ５ ０４ ；３ 深圳市深新 隆实业 有限公司，广 东 深圳 １６ ０ ．
分 别 采 用烘 烤 ２ ０ Ｏ ℃真 空 电 阻加热 蒸 发 、烘 烤 ２ ０Ｃ离 子源 辅助 电子 枪加 热 蒸发 和 离子 源 辅助 电子枪 加 热 ０￣
蒸发三种方法镀制硫化锌薄膜，得到样品２镀膜过程的本底真空度为５０ ０ ａ ． ． ×１ Ｐ ，充氩气后真空度为２ ０ ． ×１ Ｐ ；沉积温度为３０Ｃ ０ ａ ０ ￣，沉积速率为０ ５ ｍ ｓ ． ／ ，薄膜 的厚度大约１ ｍ． ｎ ｇ 在离子源辅助 电子束加热蒸
特 别 是 具有 特殊 功 能 的镀 膜 （ 增透 、高 反射 、半 反 射等 功 能 ）钢 化玻 璃 在 电子器 件 （ 机 、 照 手
相 机 、Ｍ ３ Ｐ 、钟 表和 显示 器等 ）的观测 窗 口材料 中倍 受青 睐．
化 学钢 化 ， 是 玻 璃 中离 子 半 径 较 小 的碱 金 属 离 子 （ 与熔 盐 中离 子 半 径 较 大 的 碱 金 属 离 子 （ Ｎａ） Ｋ） 因相 互 扩 散 而 发 生 离 子 交 换 ， 使 玻 璃 表 面 层 密 度 增 加 ，在 玻 璃 表 面 产 生 压 应 力 ，从 而 使 玻 璃 强 度 提 ． 而 杂质 、缺 陷 以及 离 子 束轰 击 、温 度等 外 界 因素 都有 可 能影 响化 学钢 化 玻璃 的强度 ，给 实 际应 然 用 带来 了 巨大 的阻碍 ． 海 风等 人 利用 高 能 离子 束对 化 学钢 化玻 璃进 行 轰击 ：离 子 束轰 击 区与 周边 存在 王 个微 小 的 “ 台阶 ” ，经 离 子束 冲刷 后 ，化 学钢 化 玻璃 表面 硬度 提 高 ，而韧 性下 降 ． 物理 气 相沉 积蒸 发粒 子 轰击化 学 钢化 玻璃 基 片后凝 结 、成核 、长 大 、成膜 ，研 究物 理气 相沉 积对 化学 钢化 玻璃 基片 的弯 曲强 度 的影 响 ，至今 罕见 报 导 ，同时也 是工 业 生产 中需要 迫切 解 决的 问题．
玻璃化学强化
1 强化理论、工艺及管控简述
2
强化后各性能参数及测试简述 影响强化性能的各类因素分析 强化各因素在各水平下的设计经验总结
3
4
一、强化理论、工艺及管控简述
• 1、强化理论
– 玻璃的强化一般分为物理强化和化学强化。 • 物理强化：将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下，经淬火法或风冷 淬火法加工处理而成。缺点：光学畸变 ；玻璃表面凹凸不平等 。 • 化学强化：是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成 分改变，使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成。 缺点：在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性。 化学钢化法又称离子交换法，根据离 子交换的机理来改变玻璃表面的化 学组成，使玻璃表面的钠离子与来 自外界的离子半径较大的碱金属离 子（一般为钾离子）进行交换，在 玻璃表面产生压应力层，从而提高 了玻璃的强度。
一、强化理论、工艺及管控简述
• 2、强化工艺简述
– 由于我司所进行的强化方式是化学强化方式，所以具体的强化工艺如下：
预热
强化
退热
二次抛光
OK
强度测试
NG
清洗
再次强化
一、强化理论、工艺及管控简述
• 3、强化工艺的具体管控
– 3.1、半自动强化炉
左预热/冷却炉 强化炉 右预热/冷却炉
控制柜
预热：玻璃化学强化前需要预先 预热 从常温缓慢升温到一定温度， 缩短强化前玻璃与强化液的温 差。若直接将玻璃从常温状态 放入强化炉中，则很容易产生 崩边及裂片不良。 预热温度：350±10℃（设定350℃） 预热时间：3h。 强化：在玻璃预热完成后，通过 强化 控制柜将预热炉移至强化炉上方， 并将产品降至强化液中。 强化温度：420℃（设定420℃）； 强化时间：7.5h。 冷却：强化完成后，吊上产品并在 冷却 强化炉上方滴完强化液，然后将预 热炉在移至边上，通过控制柜将预 热炉调至冷却。 打开炉盖温度：200℃ 降下产品温度：100℃
玻璃镜片的多种钢化方法及优缺点
用心专注服务专业玻璃镜片的多种钢化方法及优缺点1、化学钢化法通过化学方法改变玻璃表面组分，增加表面层压应力，以增加玻璃的机械强度和热稳定性的钢化方法称为化学钢化法。
由于它是通过离子交换使玻璃增强，所以又称为离子交换增强法。
根据交换离子的类型和离子交换的温度又可分为低于转变点度的离子交换法(简称低温法)和高于转变点温度的离子交换法(简称高温法)。
化学增强法的原理是：根据离子扩散的机理来改变玻璃的表面组成，在一定的温度下把玻璃浸入到高温熔盐中，玻璃中的碱金属离子与熔盐中的碱金属离子因扩散而发生相互交换，产生“挤塞”现象，使玻璃表面产生压缩应力，从而提高玻璃的强度。
根据玻璃的网络结构学说，玻璃态的物质由无序的三维空间网络所构成，此网络是由含氧的离子多面体构成的，其中心被sAl或P离子所占据。
这些离子同氧离子一起构成网络，网络中填充碱金属离子(；nNa，K)和碱土金属离子。
其中碱金属离子较活泼，很易从玻璃内部析出，化学钢化法就是基于离子自然扩散和相互扩散，以改变玻璃表面层的成分，从而形成表面压应力层的。
但离子交换法所产生的表面压应力层比较薄，对表面微缺陷十分敏感，很小的表面划伤，就足以使玻璃强度降低。
优缺点：化学增强玻璃强度与物理增强玻璃接近，热稳定性好，处理温度低，产品不易变形，且其产品不受厚度和几何形状的限制，使用设备简单，产品容易实现。
但与物理钢化玻璃相比，化学钢化玻璃生产周期长(交换时间长达数十小时)，效率低而生产成本高(熔盐不能循环利用，且纯度要求高)，碎片与普通玻璃相仿，安全性差，且其性能不稳定(化学稳定性不好)，机械强度和抗冲击强度等物理性能易于消退(也称松驰)，强度随时问衰减很快。
适用范围：化学钢化玻璃广泛应用于不同厚度的平板玻璃，薄壁玻璃和瓶罐异形玻璃产品，还可用于防火玻璃。
2、物理钢化法物理钢化的原理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。
玻璃工艺学考试复习1
玻璃工艺学考试复习1一．填空题1传统玻璃结构学说中比较典型适用的两种学说为（晶体学说）（无规则网络学说）其中前者主要反映玻璃结构的（微观有序）而后者主要反映玻璃结构的（宏观无序）。
2玻璃结构中氧化物的作用分为三类（网络形成体氧化物）（网络中间体氧化物）（网络外体氧化物）。
3玻璃的性质通常分为三类性质（迁移性质）（非迁移性质）（其他性质）4玻璃分相种类主要有（稳定分相）（亚稳分相）5石英砂的主要成分是（二氧化硅）常含有杂质，其中无害杂质主要有（Na2O,K2O,CaO）和一定量以下的（氧化铝，氧化镁）对玻璃质量并无影响，但要求（含量稳定）在粒度方面颗粒过大时（使融化困难）并且常产生（结石条纹缺陷），粒度过细时则（容易飞扬结块）混料不易均匀，（澄清费时）（堵塞格子体）等影响。
6氟化物是一种有效的助溶剂，是由于它能加速（玻璃形成的反应）降低（液化粘度）和（表面张力），促进玻璃液的澄清和均化，它可使有害杂质（Fe2O3）和（FeO）变为（FeF3）挥发排除或生成无色的（Na3FeF6）增加玻璃液得透热性。
7澄清气体是指在澄清阶段澄清剂产生的（不同）于玻璃液中也存在的气体，该气体有着很低的（分压）和很强的（扩散），易于进入已存在的气泡当中，气泡中的气体种类（很多），则每种气体的（分压小），从而吸收玻璃液中溶解气体的能力就越强，气体的排出就越容易。
8，用芒硝引入氧化钠时需加入（还原剂）在他的作用下，可将热分解温度降低到600~700度，加入量过多时会产生（硫铁化钠）着色，使玻璃呈（棕色），过少时（不能充分分解）产生过量的硝水。
9一次气泡产生的主要原因是（澄清不良）解决的主要办法是适当（调整澄清剂的用量）。
10在玻璃与金属的封接过程中，从（室温到玻璃转变点温度Tg）的温度范围内，金属和玻璃的热膨胀系数相差（不超过10%）就可以使封接应力在安全范围内。
11在成型的过程中，玻璃的粘度起着十分重要的作用，玻璃的粘度（随温度下降而增大），的特性是玻璃（成型）和（定型）的基础。
化学处理对浮法玻璃强度的影响
４ｍｉ ， ｎ １ ｎ ３ ｎ和 ６ ｎ分 别 以 ａ ｂ ｎ ５ｍｉ，０ｍｉ ，０ｍｉ ０ｍｉ ，， Ｃｄ ｅ ｆｇ和 ｈ表 示 。将 预 处 理 过 的 玻璃 放人 ４ ０ ， ，，， ５ ℃ 的混合 熔盐 中 ３ｈ进行 离子 交换 。强度 测试 方法
确 定 酸 预 处 理 工 艺 参 数 和 分 析 其 对 强度 的 影 响 。 经 过 酸 预 处 理 的 浮 法 玻 璃 化 学钢 化 后 强 度 大幅 度 提 高 。 Ｈ Ｆ酸 ： 酸预处理 ； 化学钢化 ； 破坏强度 ； 抗折 强度
Ｅｆ ｅ ｔｏ ｆ ｃ ｆ Ｃｈｅ ｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｔ ｏ ｔ ｅ ｔ ｆ Ｆｌ ａ ａ ｓ ｍ ｃ ｌＴｒ ａ ｍ ｎ ｎ Ｓ ｒ ｎｇ ｈ ｏ ｏ ｔＧｌ ｓ
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ａ ｉ ｒ ｔ ｅ ｔ ｃ ｅ ｃ ｌ ｔ ｅ ｇ ｈ ｎｎ ； ｂ ｎ ｉｇ ｓ ｒｎ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｃｄ ｔｅ ｍ ｎ ； ｈ ｍｉａ ｒ ｎ ｔ ｅ ｉ ｇ ａ ｓ ｅ ｄ ｎ ｔｅ ｇ ｈ
玻璃 具有一 系列 非 常 可 贵 的特 性 ： 明 ， 硬 ， 透 坚 良好 的耐蚀 ， 耐热 和 电 学 、 学 性 质 ； 够 用 多 种成 光 能 形 和加工 方法制 成 各 种 形 状 和 大 小 的制 品 ； 以通 可 过调整 化学组 成 改 变其 性 质 ， 以适 应 不 同 的使 用 要
Ｄ， Ｆ和 Ｇ表 示 ； 间选 择 为 １ｍｉ， ｎ ３ｍｉ， Ｅ， 时 ｎ ２ｍｉ ， ｎ
交换增 强 ） 是一种 借助 交换 离 子间 的体 积差 产生 “ 挤 塞 ” ， 面生 成 压应 力 而 提 高 玻 璃 强 度 的 增 强 方 … 表
法 。但是 ， 玻璃本 身 的缺 陷对 化 学 钢 化 玻 璃 的强 度 具有 重 大 的 影 响 。而 酸 处 理 是 常用 的 表 面 处 理 方
玻璃化学钢化
玻璃化学钢化摘要：1.玻璃化学钢化的定义和特点2.玻璃化学钢化的制作过程3.玻璃化学钢化的应用领域4.玻璃化学钢化的优势和局限性正文：一、玻璃化学钢化的定义和特点玻璃化学钢化是一种通过化学方法增强玻璃材料力学性能的技术。
这种技术改变了玻璃原有的物理和化学性质，使其在受到外力作用时，具有更高的抗冲击性和抗弯曲性能。
玻璃化学钢化相较于传统物理钢化玻璃，具有更强的强度和更好的安全性能。
二、玻璃化学钢化的制作过程玻璃化学钢化的制作过程主要分为以下几个步骤：1.表面处理：对玻璃原片进行清洗、喷砂等处理，以去除表面污垢和氧化层，为后续涂层提供良好的附着基础。
2.涂层涂覆：在处理过的玻璃表面涂覆一层或多层化学钢化剂，通常采用溶胶- 凝胶法、化学气相沉积法等技术。
3.固化：将涂有钢化剂的玻璃放入高温炉中，进行加热固化，使钢化剂与玻璃表面形成牢固的化学键。
4.后处理：固化后的玻璃进行切割、磨边等加工，以满足不同应用场景的需求。
三、玻璃化学钢化的应用领域玻璃化学钢化技术广泛应用于以下几个领域：1.建筑行业：玻璃化学钢化广泛应用于幕墙、门窗、阳光房等建筑物的内外装修，能提供良好的采光效果和安全性能。
2.家具行业：玻璃化学钢化可用于餐桌、茶几、书架等家具的表面，具有较好的耐磨、抗划伤性能。
3.交通运输领域：汽车、火车等交通工具的车窗、挡风玻璃等部件可采用玻璃化学钢化技术，以提高安全性能。
4.电子消费品：手机、平板电脑等电子消费品的盖板玻璃采用玻璃化学钢化技术，可提高抗冲击性和耐用性。
四、玻璃化学钢化的优势和局限性玻璃化学钢化技术具有以下优势：1.强度高：玻璃化学钢化后的强度和韧性明显提高，具有较好的抗冲击性和抗弯曲性能。
2.安全性能好：当玻璃破碎时，化学钢化玻璃碎片呈钝化状态，不易伤人。
3.耐候性能好：化学钢化玻璃具有较好的耐酸碱性、耐高温性能。
然而，玻璃化学钢化技术也存在一定的局限性：1.钢化剂对玻璃的涂覆均匀性影响较大，可能会导致钢化效果不稳定。
影响化学钢化玻璃强度的因素
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。
离子交换工艺对化学钢化玻璃性能的影响
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。
玻璃化学钢化方法
玻璃化学钢化方法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Na2O或K2O的玻璃侵入锂的熔盐中，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，同时;玻璃中和含有AL203、TiO2等成分时，通过离子交换，能产生膨胀系数极低的p-锂霞石(LiO、AL2O3、2SiO2)结晶，冷却后的玻璃表面将产生很大的压力，可得到强度高达700MPa的玻璃。
2、低温型离子交换法低温离子交换法在比玻璃应变点低的温度区，用比表层碱离子(如Na+)还大一些离子半径的一价阳离子(如K+)与Na+离子交换，使K+进入表层的方法。
例如Na2O+CaO+SiO2系统玻璃，在四百几十度的熔融盐中可以浸渍十几小时。
低温型离子交换法可以容易的得到高强度，具有处理方法简单、不损坏玻璃表面透明性、不变行等特点。
通常所用的化学强化玻璃是采用低温离子交换工艺制造的，所谓低温系是指交换温度不高于玻璃转变温度的范围内，是相对于高温离子交换工艺在转变温度以上，软化点以下的温度范围而言。
3、脱碱法脱碱法是在含亚硫酸气体与水分的高温气氛中，利用Pt催化剂处理玻璃，使Na+离子从玻璃表层渗出与亚硫酸反应，从而表面层成为富SiO2层，其结果由于表层成为低膨胀性玻璃，冷却时产生压应力。
脱碱法对Na2O+CaO+SiO2玻璃虽可用，但效果并不是那么明显。
4、表面结晶法表面结晶法与高温型离子交换不同的，但仅通过热处理在表层形成低膨胀系数的微晶体，从而使之强化的方法。
这种方法必须选用析出低膨胀微镜体的玻璃，组成为Li2O+Al2O3+SiO2的系统玻璃为其代表。
但熔融形成困难大，析出微晶体过程中容易变形。
5、硅酸钠强化法硅酸钠强化法是将硅酸钠(水玻璃)的水溶液中在100摄氏度以上数个大气压下处理，从而得到难以划伤表层的高强度玻璃。
玻璃强化
化学钢化
原理：通过改变玻璃表 面的化学组成来提高玻 璃的强度，将玻璃置于 熔融的碱盐中，使玻璃 表层中的离子与熔盐中 的离子交换，由于交换 后的体积变化，在玻璃 的两表面形成压应力， 内部形成张应力，从而 达到提高玻璃强度的效 果。
温度：400℃~450℃
化学钢化
化学强化炉设备 钾钠离子交换过程 内部应力结构分布
CG盖板玻璃强度分析
制作人：颜志明
目录
01 发展历史 02 特性介绍 03 钢化分类 04 钢化分析
PART 01 发展历史
钢化玻璃的发展最初可以追溯到17世纪中期，有一位叫罗伯特的莱茵国王子，曾经做过了一个有趣的实验，他把一滴熔融的玻璃 液放在冰冷的水里，结果制成了一种极坚硬的玻璃。这种高强度的颗粒状玻璃就像水滴，拖有长而弯曲的尾巴，称为“罗伯特王 子小粒”。可是当小粒的尾巴受到弯曲而折断时，令人奇怪的是整个小粒因此突然剧烈崩溃，甚至成了细粉。上述作法，很像金 属的淬火，而这是玻璃的淬火。这种淬火并没有使玻璃的成分发生任何变化，所以又叫它是物理淬火（physical tempered），因 此钢化玻璃称为淬火玻璃（tempered glass）。 玻璃钢化的第一个专利于1874年由法国人获得，钢化方法是将玻璃加热到接近软化温度后，立即投入一温度相对低的液体槽中， 使表面应力提高。这种方法即是早期液体钢化方法。德国的Frederick Siemens于1875年获得一项专利，美国马萨诸塞州的 Geovge E. Rogens于1876年将钢化方法应用于玻璃酒杯和灯柱。同年，新泽西州的HughO’heill获得了一项专利。 20世纪30年代，法国的圣戈班公司和美国的特立普勒克斯公司，以及英国的皮尔金顿公司都开始生产供给汽车作挡风用的大面积 平板钢化玻璃。日本在20世纪30年代也相继进行了钢化玻璃工业生产。从此世界开始了大规模生产钢化玻璃的时代。 1970年以后，英国的Triplex公司用液体介质钢化厚度为0.75~1.5mm的玻璃获得成功，结束了物理钢化不能钢化薄玻璃的历史， 这是钢化玻璃技术的一个重大突破。 中国的钢化玻璃历史最初始于1955年，有上海耀华玻璃厂开始试制，1958年秦皇岛市钢化玻璃厂试产成功。1965年秦皇岛耀华 玻璃厂开始生产军工用钢化玻璃，20世纪70年代洛阳玻璃厂首家引进了比利时钢化设备。同期沈阳玻璃厂化学钢化玻璃投入生产。 20世纪70年代开始钢化玻璃技术在世界范围内得到了全面的推广和普及，钢化玻璃在汽车、建筑、航空、电子等领域开始使用， 尤其在建筑和汽车方面发展最快。
JCT977-2005化学钢化玻璃
表 10 化学钢化玻璃的抗冲击性
玻璃厚度 d (mm)
冲击高度（m）
冲击后状态
d＜2
1.0
试样不得破坏
d≥2
2.0
6 试验方法 6.1 厚度测定
用符合 GB/T1216 规定的精度为 0.01mm 的外径千分尺或具有相同精度的仪器，在距玻 璃板边 15mm 内的四边中点测量。测量结果的算术平均值即为其厚度值，并修约到小数点 后一位。 6.2 尺寸测定
标准名称：化学钢化玻璃 英文名称：Chemically strengthened glass
中华人民共和国建材行业标准 中国人民共和国国家发展和改革委员会 2005-02-14 发布
2005-07-01 实施 标准编号：JC/T977-2005
前言
本标准与欧洲标准 EN 12337-1：2000《建筑用化学钢化玻璃》的一致性程度为非等效。 与 EN 12337-1：2000《建筑用化学钢化玻璃》相比, 其主要技术差异为: — 删除了对平面矩形制品方正度的测量方法，增加了对角线差的要求； — 参照 ASTM C1422-99《平板化学钢化玻璃》增加了对表面应力及压应力层深度的要 求及测量方法。 本标准为首次制订。
注：厚度不大于 2mm 及大于 12mm 的矩形化学钢化玻璃对角线差由供需双方商定。
5.5 外观质量 建筑用化学钢化玻璃外观质量应满足表 5 的规定，建筑以外用化学钢化玻璃外观质量由
供需双方商定。
表 5 化学钢化玻璃的外观质量
缺陷名称
说明
爆边 划伤
每片玻璃每米边长上允许有长度不超过 10mm，自玻璃边部 向玻璃板表面延伸深度不超过 2mm，自板面向玻璃厚度延伸
取 3 块试样进行试验，当 3 块试样全部符合规定时认为该项性能合格。当有 2 块及 2 块 以上不符合时，则认为不合格。当有 1 块不符合时，则重新追加 3 块试样，全部符合规定时 则为合格。 6.9 表面应力 6.9.1 试样
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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。
（6）熔盐中添加剂的影响
KNO3熔盐中加入KOH、K2CO3，可以促进离子交换，提高玻璃的强度。
O H--易与玻璃表面的Na+亲和，加速K+向玻璃中扩散，但KOH的加入量小于1%为宜；2%左右的K2CO3与熔盐中的杂质离子反应形成沉淀，消除杂质离子的不利影响。
表1KNO3熔盐中加入KOH前后对化学钢化玻璃强度的影响
熔盐组成处理温度/℃处理时间/min应力层厚度/m抗弯强度/MPa KNO349018040.5199.4
KNO3+KOH4901530199.4
KNO3+KOH4902552300.2
（7）外加电场、超声波、机械振动
外加电场、超声波、机械振动可以加速离子交换速度，提高化学钢化玻璃的强度。
注：上述资料均来自于文献。
参考文献：《影响化学钢化玻璃质量的因素分析》作者—王立详。