玻璃化學(xué)強(qiáng)化翹曲影響因素及改善方法

黃軍

摘 要：隨著人們越來越追求高品質(zhì)的生活，玻璃的應(yīng)用范圍也日益廣泛，對玻璃的外觀、韌性及強(qiáng)度等提出了更加嚴(yán)格的要求，而玻璃化學(xué)強(qiáng)化已成為增大玻璃強(qiáng)度一種最常見的方法。然而，在玻璃生產(chǎn)及化學(xué)強(qiáng)化的過程中，在多種因素的影響下，會致使玻璃化學(xué)強(qiáng)化后表面出現(xiàn)翹曲，而翹曲會給玻璃的外觀造成直接影響，影響玻璃的正常使用，從而嚴(yán)重浪費(fèi)了人力與物力。為此，本文主要分析了改善玻璃化學(xué)強(qiáng)化翹曲的方法。

關(guān)鍵詞：玻璃；化學(xué)強(qiáng)化；翹曲

化學(xué)強(qiáng)化玻璃是常見的材料之一，它以其抗壓性強(qiáng)及不易碎等優(yōu)點(diǎn)獲得了十分廣泛的應(yīng)用范圍，目前人們也越來越重視這種材料的應(yīng)用。然而，化學(xué)強(qiáng)化玻璃卻具有易翹曲的缺陷，只有不斷對工藝進(jìn)行改進(jìn)，才能盡可能地避免發(fā)生鋼化翹曲現(xiàn)象。

1 概述化學(xué)強(qiáng)化玻璃

玻璃化學(xué)強(qiáng)化是指玻璃中較小的堿金屬離子與鹽浴中較大的堿金屬離子在一定溫度和時間條件下進(jìn)行離子交換，從而在玻璃表面形成較大的壓應(yīng)力CS和應(yīng)力層深度DOL。經(jīng)過化學(xué)強(qiáng)化的玻璃，其表面的壓應(yīng)力可以抵消外力對玻璃影響，提高玻璃的耐磨性和抗沖擊性。同時，應(yīng)力層深度可以提高玻璃的可靠性。

化學(xué)強(qiáng)化玻璃不可以再進(jìn)行切割或磨削等，否則，化學(xué)強(qiáng)化玻璃會破壞掉。因此，玻璃板切割為所需尺寸，再經(jīng)過化學(xué)強(qiáng)化，然后快速均勻冷卻便制得化學(xué)強(qiáng)化玻璃。通過化學(xué)強(qiáng)化處理的玻璃強(qiáng)度提高至少為普通玻璃的4倍以上。

2 化學(xué)強(qiáng)化玻璃的特性

2.1 高強(qiáng)度、高強(qiáng)度

當(dāng)施加外部負(fù)載時，表面壓應(yīng)力能夠抑制了裂紋的擴(kuò)展，從而提高了抗斷裂性能。鈉鈣玻璃是由二氧化硅形成網(wǎng)絡(luò)骨架，在骨架之間加入氧化鈣和氧化鈉等，強(qiáng)化難度高，壓應(yīng)力也僅分布在550～750MPa的水平，鈉鈣玻璃表面易劃傷，易壓碎，主要用于低端產(chǎn)品。高鋁玻璃則由二氧化硅和氧化鋁共同形成網(wǎng)絡(luò)骨架，一方面可以增加玻璃本身的強(qiáng)度，另一方面也可以降低強(qiáng)化難度，壓應(yīng)力也在750MPa以上，性能優(yōu)勢明顯。

2.2 較高的耐熱耐冷度

與普通玻璃相比，化學(xué)強(qiáng)化玻璃具有的耐急冷急熱性能提高了3～5倍。化學(xué)強(qiáng)化玻璃通常能承受300度的溫差，能切實(shí)避免出現(xiàn)熱炸裂現(xiàn)象，明顯提高了在熱環(huán)境中施工人員安全性。作為一種安全玻璃，化學(xué)強(qiáng)化玻璃的這一性質(zhì)能切實(shí)確保高層建筑的施工安全性，它是一種優(yōu)質(zhì)的施工材料。

2.3 較高的安全性

離子交換層深度是評判防護(hù)玻璃優(yōu)劣一個重要的標(biāo)準(zhǔn)。深的離子交換層深度能為玻璃提供良好的可靠性。鈉鈣玻璃的強(qiáng)化深度最多做到20μm，而高鋁玻璃的強(qiáng)化深度最高可以達(dá)到80μm以上。同時，化學(xué)強(qiáng)化玻璃的熱穩(wěn)定性，也有助于避免熱炸裂發(fā)生。這種化學(xué)強(qiáng)化玻璃是一種安全性較高的合格高層建筑材料。

3 區(qū)分普通玻璃和化學(xué)強(qiáng)化玻璃

從表面角度，對比普通玻璃和化學(xué)強(qiáng)化玻璃后，發(fā)現(xiàn)它們幾乎相同。然而，這兩種玻璃的制造原理卻不一樣。以下介紹了幾種常見的區(qū)分方法：

大部分化學(xué)強(qiáng)化玻璃的生產(chǎn)廠家一般都有自身的鋼化標(biāo)志，有些是自身注冊的商標(biāo)，有些是國家水平的標(biāo)志。它們都是采用特殊處理后，在化學(xué)強(qiáng)化玻璃上加印而成的，所以，不容易被擦掉。

仔細(xì)觀察玻璃的具體邊沿，化學(xué)強(qiáng)化玻璃一般沒有小缺口，即使有摸起來也很柔和，不會將手劃傷。但普通玻璃通常會有一定的小缺口且很鋒利，較易劃傷手。

觀看太陽底下的玻璃，化學(xué)強(qiáng)化玻璃通常已經(jīng)過特殊處理，正對著太陽，會呈云霧狀。但普通玻璃未通過特殊處理，一般是透明的。

通過用手指關(guān)節(jié)對玻璃進(jìn)行敲打，若聲音清脆，則為化學(xué)強(qiáng)化玻璃，若聲音沉悶，則為普通玻璃。采用聲音的判別方法，具有很好的效果。

最后的方法是可以將其摔碎，由于化學(xué)強(qiáng)化玻璃被進(jìn)行了特殊處理，所以，在破碎玻璃時，會產(chǎn)生一些顆粒狀的細(xì)碎片，但普通玻璃被摔碎后，則會產(chǎn)生一些尖刀狀的鋒利碎片。

4 導(dǎo)致化學(xué)強(qiáng)化玻璃翹曲的因素

4.1玻璃原片翹曲

玻璃原片翹曲對化學(xué)強(qiáng)化的翹曲有著重要影響，一般情況下，玻璃原片翹曲越大，化學(xué)強(qiáng)化翹曲也越大，化學(xué)強(qiáng)化翹曲值約為原片翹曲值的2～3倍，如圖1所示。

4.2玻璃鋼化工藝

影響玻璃化學(xué)強(qiáng)化翹曲的工藝參數(shù)主要有化學(xué)強(qiáng)化溫度和時間，化學(xué)強(qiáng)化溫度越高，強(qiáng)化后的玻璃翹曲越大，如圖2所示。一般采用低溫進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化。

4.3玻璃加工結(jié)構(gòu)

隨著觸摸屏顯示設(shè)備的快速發(fā)展，顯示屏結(jié)構(gòu)的差異化已經(jīng)成為重要趨勢之一。2.5D玻璃已經(jīng)被廣泛應(yīng)用手機(jī)顯示屏，2.5D玻璃四周為弧邊結(jié)構(gòu)。弧邊結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致玻璃化學(xué)強(qiáng)化后的應(yīng)力分布發(fā)生變化。一般情況下，具有弧邊結(jié)構(gòu)的玻璃會向上形成翹曲。弧邊尺寸越大，玻璃化學(xué)強(qiáng)化的翹曲也會越大。

5 化學(xué)強(qiáng)化玻璃翹曲的改善方法

5.1改善玻璃原片翹曲

為了化學(xué)強(qiáng)化玻璃翹曲問題改善，則必須將工藝改善。優(yōu)化成型和退火溫度工藝制度，降低玻璃原片翹曲，才能有效避免化學(xué)強(qiáng)化玻璃發(fā)生翹曲。

5.2 優(yōu)化玻璃化學(xué)強(qiáng)化工藝

針對采用不同配方生產(chǎn)的玻璃制品，通過DOE實(shí)驗(yàn)，確定出最優(yōu)玻璃化學(xué)強(qiáng)化工藝。為了降低玻璃化學(xué)強(qiáng)化翹曲，一般會降低玻璃化學(xué)強(qiáng)化時間，增加玻璃化學(xué)強(qiáng)化時間。

5.3 設(shè)計(jì)合適的弧邊結(jié)構(gòu)

在滿足下游客戶加工需求的情況下，盡量做小弧邊結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)語

總之，近年來，化學(xué)強(qiáng)化玻璃逐漸被應(yīng)用在各個行業(yè)中。然而，在使用化學(xué)強(qiáng)化玻璃的過程中，化學(xué)強(qiáng)化玻璃會發(fā)生翹曲，所以，還需要努力優(yōu)化玻璃的加工工藝，規(guī)范使用安全玻璃，通過合理的設(shè)計(jì)避免化學(xué)強(qiáng)化玻璃發(fā)生翹曲。另外，還一定要重視施工的精確性，按照不同材料的的化學(xué)強(qiáng)化玻璃以及不同長度的化學(xué)強(qiáng)化玻璃，實(shí)施不一樣的施工作業(yè)，充分利用化學(xué)強(qiáng)化玻璃自身的一些優(yōu)勢，將其在日常生活中，加以更好地推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]詹楠.超薄玻璃化學(xué)鋼化的缺陷原因及解決方案研究[J].中國設(shè)備工程，2017（18）.

[2]陳陽.轎車玻璃檢具CAD/CAM及消失模鑄造技術(shù)的研究[D].華中科技大學(xué)，2005.

[3]韓麗.離子交換法制備顯示器件用化學(xué)化學(xué)強(qiáng)化玻璃基板[J].材料導(dǎo)報，2010，24（18）.

（作者單位：清遠(yuǎn)南玻節(jié)能新材料有限公司）