离子交换对薄玻璃性能和结构的影响研究

发布时间：2017-10-19 16:10

  本文关键词：离子交换对薄玻璃性能和结构的影响研究

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【摘要】：化学钢化是提高玻璃机械强度、改善玻璃耐磨性能的重要方法,可有效增强薄玻璃和各种异型玻璃制品。为研究适合薄玻璃化学钢化的工艺条件,本论文采用低温型离子交换法对普通钠钙硅浮法薄玻璃其进行了化学增强实验。利用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)等技术观察了玻璃样品表面化学成分、玻璃横截面处的离子交换深度和玻璃表面的微区形貌特点,并测试了钢化前后玻璃的维氏硬度。主要探讨了离子交换过程中,时间、温度、添加剂等因素对钢化玻璃的机械性能的影响。结果表明:利用纯硝酸钾做钢化剂,在450℃下离子交换反应12h,玻璃维氏硬度达到669.54kg·mm~(-2),比玻璃原片增加了19%。在硝酸钾钢化剂中添加合适的助剂,能够提高钢化硬度,改善钢化效果。硝酸钾熔盐中加入2wt%的氟化钾,维氏硬度达到697.59kg·mm~(-2),钾离子交换层深度达到32μm。加入3wt%的醋酸钾,钢化后玻璃维氏硬度达到694.87kg·mm~(-2),钾离子交换层深度达到31μm;加入5wt%的碳酸氢钾,维氏硬度达到680.32kg·mm~(-2),钾离子交换层深度达到28μm。分别加入3wt%的硝酸铷、碳酸铷,钢化后玻璃维氏硬度达到712.83kg·mm~(-2)和727.90kg·mm~(-2),钾离子交换层深度达到35μm和38μm。经过离子交换反应,玻璃整体保持透明,表面及微区都没有发生腐蚀。在离子交换过程中,升高温度、延长时间,均有利于促进钢化剂中的钾离子与玻璃表面层的钠离子之间的交换,能增加交换层的深度。钾离子交换进入玻璃,从玻璃表面到基体呈梯度分布;交换层深度与交换时间、温度及钢化剂组成均有密切关系,提高温度、延长时间,能增加离子交换层深度,但对玻璃硬度增加有限;离子交换反应随时间延长速率减慢。研究结果对于改进薄玻璃化学钢化工艺具有参考价值。
【关键词】：玻璃材料 化学钢化 离子交换 维氏硬度
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 薄玻璃的种类及应用9-11
• 1.2 玻璃的钢化方法11-16
• 1.2.1 物理钢化11-13
• 1.2.2 化学钢化13-15
• 1.2.3 其他钢化方法15-16
• 1.3 化学钢化法研究进展16-22
• 1.3.1 化学钢化基础研究16-17
• 1.3.2 加速离子交换的方法17-22
• 1.4 本论文研究内容22-23
• 1.5 论文的主要创新点23-24
• 2 实验及方法24-28
• 2.1 实验原料24
• 2.2 实验试剂24
• 2.3 主要设备24-25
• 2.4 实验流程及工艺过程25-26
• 2.4.1 玻璃化学钢化流程25
• 2.4.2 实验过程25-26
• 2.5 分析测试26-28
• 3 工艺条件对玻璃钢化效果的影响28-38
• 3.1 温度对玻璃钢化效果的影响28-33
• 3.1.1 温度对玻璃表面成分的影响28-30
• 3.1.2 温度对玻璃交换层深度的影响30-32
• 3.1.3 温度对玻璃维氏硬度的影响32-33
• 3.2 时间对玻璃钢化效果的影响33-36
• 3.2.1 时间对玻璃表面成分的影响33-34
• 3.2.2 时间对玻璃交换层深度的影响34-35
• 3.2.3 时间对玻璃维氏硬度的影响35-36
• 3.3 本章小结36-38
• 4 氟化钾对玻璃钢化效果的影响38-46
• 4.1 氟化钾对玻璃表面成分的影响38-42
• 4.2 氟化钾对玻璃交换层深度的影响42-44
• 4.3 氟化钾对玻璃维氏硬度的影响44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 碱性助剂对玻璃钢化效果的影响46-59
• 5.1 碱性助剂对玻璃表面成分的影响47-51
• 5.2 碱性助剂对玻璃交换层深度的影响51-53
• 5.3 碱性助剂对玻璃表面形貌的影响53-55
• 5.4 碱性助剂对玻璃维氏硬度的影响55-57
• 5.5 本章小结57-59
• 6 铷盐对玻璃钢化效果的影响59-73
• 6.1 铷盐对玻璃表面成分的影响60-65
• 6.2 铷盐对玻璃交换层深度的影响65-67
• 6.3 铷盐对玻璃表面形貌的影响67-69
• 6.4 铷盐对玻璃维氏硬度的影响69-72
• 6.5 本章小结72-73
• 结论与建议73-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士期间发表的学术论文81

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本文编号：1062046