化学钢化玻璃强度影响因素控制_贲静
TP盖板玻璃强度分析上课讲义
■ 本文还对不同厚度玻璃的落球冲击强度及四点弯曲强度的差异进行分析，为后续TP玻璃 的选择提供了依据
对于表面强度，X与DOL, CT, 厚度及裂纹形貌等 因素有关
对于边缘强度，X与DOL, CT及裂纹形貌等因素有 关 注：化学钢化玻璃强度影响因素繁多，无法用具体的公 式来衡量；CT如何影响玻璃强度尚未收集到相关资料
■ 各大厂家TP玻璃主要为铝硅酸盐玻璃，组分差别不大，影响本征强度的主要是微裂纹尺寸
DOL
CS：表面压应力值 DOL：压应力层深度 CT：中心张应力值
CS
厚
CT
度
国际大厂TP玻璃参数 CS>700MPa DOL>40um CT在40 ～80Mpa之间
CS
DOL
化学钢化玻璃厚度方向应力分布图
化学钢化玻璃
化学钢化玻璃表面和边缘理论许用强度
f
KIC CSX Yc
σf：失效应力 KIC/(Y*√c)：玻璃本征强度，受微裂纹尺寸最大值和 尖端曲率半径影响，与裂纹数量无关 CS：表面压应力 CT：中心张应力 X：未知量
编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 均值 标准差
实测弹力 40.5 40.9 41.4 41.5 41.3 41.5 41.18 0.4
加压距离 （mm）
1
模拟用弹性 模量（GPa）
71.5
实测弹力 均值（N）
模拟弹力（N） 误差（%）
41.18
41.76
1
物理气相沉积对化学钢化玻璃抗冲击强度的影响
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精编版
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。
化学钢化玻璃
ｇｉｅｓ ｆｏｒ ｇｌａｓｓ—ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｗｅｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ缸ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｇｌａｓｓ ｗｅｒｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌＯＷ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｏｎ—ｅｘｃｈａｎｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｇｌａｓｓ ｉｓ ２．５～１０ ｔｉｍｅｓ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｇｌａｓｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ
（３）Ｂ／Ａ１复合材料经时效处理后．界面反应导 致性能的下降，试验表明该材料能在低于３００Ｃ下较
长时间工作，而更高温度，性能下降明豇
参考文献
［１］Ｔ Ｗ ＣＬＹＮＥ，Ｐ Ｊ ＷＩＴＨＥＲＳ垒属基复音材料导论．北京：冶
金工业出版１９９６．
［２］ 张国定，赵昌正编著叠属基复音材料．上海变通大学出板杜，
１９９６．
摘要：总结了玻璃强度降低的原因，分析了目前应用比较广泛的几种玻璃增强技术的特点和应用方向，利用低温离子 交换增强技术对普通平板玻璃进行了增强处理，获得了非常好的增强教果。根据工艺条件的不同．可以将玻璃强度提 高１．５～１０倍左右，可以满足不同使用环境的需求．设计了一些玻璃表面处理方面的实验．解决增强玻璃的强度分散 性问腰。在实验室中取得了初步成效，太大降抵了强度分教性。 关麓诃；玻璃；强化玻璃｝化学钢化；离子交换
利用物理原理在玻璃表面产生预压应力层，称为 物理增强技术。其原理是：首先将玻璃加热到变性温 度以上，然后使热玻璃表面均匀地快速冷却，致使表 面的热状态结构冻结，当玻璃内部逐步降温时，先期
盖板玻璃用高强度化学钢化玻璃的开发
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
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。
钢化玻璃自爆原因及对策
对流加热的效果依赖于热空气在炉内的循环路线，因此均质炉内的气体流股必须经过精心 设计，总的原则是尽可能地使炉内气流通畅、温度均匀。即使发生玻璃破碎，碎片也不能堵 塞气流通路。
#1
样 σ(Mpa) Dc(µ
品
m)
号
#2 σ(Mpa) Dc(µ
m)
#3 σ(Mpa) Dc(µ
m)
#4 σ(Mpa) Dc(µ
m)
#5 σ(Mpa) Dc(µ
m)
批 次
第 90 一 批
68 82
78 86
73 94
64
109
51
次
第 90 二 批 次
68 94
64
109
51
99
59 115
47
图 1. 自爆碎片形态图 玻璃碎片呈放射状分布，放射中心有二块形 似蝴蝶翅膀的玻璃块，俗称 “蝴蝶斑”。NiS 结石位于二块“蝴蝶斑”的界面上。
图 2. NiS 结石扫描电镜照片 粗糙的表面是硫化镍结石的一个主要特 征。
Bordeaux 和 Kasper 通过对 250 例自爆的研究[3]，发现引起自爆的硫化镍直径在 0.04—0.65 mm 之间，平均粒径为 0.2 mm(图 3)。 硫化镍在玻璃中一般位于张应力区，大部分集中在板 芯部位的高张应力区(图 4)。处在压应力区的 NiS，一般不会导致自爆。
2.自爆机理及影响因素 2.1 硫化镍(NiS) NiS 是一种晶体，存在二种晶相: 高温相 α-NiS 和低温相 β-NiS，相变温度为 379 oC . 玻璃 在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，NiS 全部转变为 α 相。然而在随后的淬冷 过程中， α-NiS 来不及转变为 β-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，α-NiS 是 不稳定的，有逐渐转变为 β-NiS 的趋势。这种转变伴随着约 2--4%的体积膨胀，使玻璃承受 巨大的相变张应力，从而导致自爆。典型的 NiS 引起的自爆碎片见图 1。图 2 是从自爆后玻 璃碎片中提取的 NiS 结石的扫描电镜照片，其表面起伏不平、非常粗糙。
影响化学钢化玻璃强度的因素_赵国华
３ 熔盐成分对玻璃强度的影响
用于离子交换处理的熔盐主要有ＫＮＯ３，其它多 为辅助添加剂。长期处于高温状态下的ＫＮＯ３会发生 少量分解，其浓度降低会造成成品的抗冲击强度下 降。
ＫＮＯ３熔盐的纯度高时，二价离子的含量少，当 ＫＮＯ３纯 度 不 高 时 ， 杂 质 中 就 会 带 入 Ｃａ 、 ２＋ Ｓｒ 、 ２＋ Ｍｇ 等 ２＋ 离 子 ， 这 些 离 子 的 半 径 为 ： Ｃ ａ２＋ ０．０９９ ｎｍ、 Ｓｒ２＋ ０．１１２ ｎｍ、 Ｍｇ２＋ ０．０７２ ｎｍ。 而 Ｎａ＋为 ０．１０２ ｎｍ、 Ｋ＋为０．１３８ ｎｍ。由于Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋离子半径与Ｎａ＋离子半 径接近，易于与Ｎａ＋离子进行置换，从而妨碍了Ｋ＋与 Ｎａ＋的置换。因为二价离子的半径比Ｋ＋半径小，因而 置换之后表面产生的压应力也就小，以致增强效果 降低，玻璃的强度增加不明显。
玻璃深加工
假如仅仅是一种碱离子扩散进入玻璃中，离子
扩散活化能可用下式来计算：
式中：
F＝F０＋∆Es
（３）
F —离子扩散活化能；
F０—Ｋ＋到邻近Ｋ＋位置的活化能；
∆Es—应变能量。 通 过 合 适 的 工 艺 条 件 ， 几 乎 对 含 碱 （ Ｎ ａ２Ｏ、
Ｌｉ２Ｏ）玻璃，都可以用Ｋ＋交换，取得一定的增强效 果 。 其 中 以 Ｎａ２Ｏ－ＣａＯ－ＳｉＯ２及 Ｎ ａ２Ｏ － Ａ ｌ２Ｏ３－ Ｓ ｉ Ｏ２玻 璃 为基体的化学钢化玻璃使用最为广泛。
碱金属氧化物含量对离子交换有很大影响。 Ｎａ２Ｏ含量在１０％以下时，交换效果不好。Ｎａ２ Ｏ含量 增 加 ， 交 换 层 厚 度 相 应 增 加 ， 但 Ｎａ２Ｏ 含 量 达 到 １５％以上时，化学稳定性下降。Ｎａ２ Ｏ与Ｌｉ２ Ｏ并用， 离子交换的效果较好，但Ｌｉ２Ｏ在２％以下时，增强效 果差。