K9光學玻璃化學鋼化技術研究

（華中光電技術研究所 武漢光電國家研究中心，湖北 武漢 430223）

引言

K9光學玻璃因其具備優良的光學性能、化學穩定性和性價比而得到廣泛應用。玻璃強度有限，如不進行強化處理，在一些特殊應用領域（如高承壓、溫度變化劇烈等）將無法直接使用[1-4]。

玻璃為典型脆性材料，沒有特征強度，玻璃中的微裂紋狀態及分布對玻璃的抗彎強度有著決定性影響，微裂紋缺陷集中在玻璃表面。在外加載荷作用下，處于張應力區的表面微裂紋在尖端產生集中應力，當集中應力超過材料強度極限，微裂紋擴展，使玻璃在比理論抗彎強度低得多的力作用下發生斷裂[4-7]。為避免或減輕上述現象發生，常采用物理鋼化和化學鋼化的方法，在玻璃表面形成壓應力，提高玻璃的抗彎強度。物理鋼化法工藝最高溫度在玻璃軟化點溫度附近，存在著較大的熱變形，對光學成像帶來畸變等影響，無法在光學元件中使用。低溫化學鋼化可在玻璃軟化點以下完成增強，保證玻璃不變形[6-7]。K9光學玻璃中含有一定的Na2O，采用低溫K+、Na+離子交換化學鋼化法，將K+交換至玻璃中并替換Na+位置，在玻璃表面形成壓應力，達到玻璃增強的效果。

本文從理論和實驗兩方面研究分析了化學鋼化對玻璃強度的影響，討論了化學鋼化與玻璃強度增強之間的關系，采用規格為45 mm×15 mm×5 mm的K9光學玻璃試件對化學鋼化工藝進行了優化研究，采用優化工藝對規格為220 mm×110 mm×22 mm的工程化K9光學玻璃進行化學鋼化，得出了工程化樣件的表面應力、應力層厚度、力學性能及光學性能等測試結果。……