基于二步法化强工艺的盖板玻璃组成设计与性能研究

发布时间：2020-09-12 13:01

　　本课题以碱铝硅玻璃为研究对象,使用二步法熔盐化学强化工艺对玻璃进行强化。在碱铝硅玻璃基础之上,分别在玻璃添加Li_2O、MgO、ZnO、B_2O_3、P_2O_5这五组氧化物,在1640℃熔制透明无杂质的玻璃成品,经浇铸、退火、切割、磨抛制成样品,系统探究了二步法熔盐化学强化后玻璃组成对CS(CS,Compressive stress)、DOL(DOL,Depth of layer)及抗冲击强度,以及玻璃的线热膨胀系数、表面张力和黏度性能参数的影响作用规律。研究结果表明:1、玻璃化强后性能并不是随着玻璃组成中Li_2O增加而增加,Li~+具有其特殊性(具有较小离子半径及较大场强),建议组成设计中小于5wt%。在玻璃中添加半径小、场强大的网络外体MgO、ZnO能大幅增加玻璃化学强化后的CS,其中添加MgO后CS增加70%,添加ZnO后CS增加47%,但是DOL会下降。在玻璃中添加网络形成体P_2O_5能同时使得玻璃CS与DOL提高25%以上。2、玻璃化学组成对二步法熔盐强化后玻璃抗冲击强度的影响方面,在玻璃中添加MgO、ZnO及P_2O_5能提高化学强化后玻璃抗冲击强度,其中MgO、ZnO能提高玻璃抗冲击强度60%以上,P_2O_5能提高抗冲击强度17%,在玻璃组成中添加5wt%以下的MgO、ZnO及P_2O_5能使得玻璃抗冲击性能提高。3、玻璃化学组成对线热膨胀系数、表面张力、黏度有重要影响。碱铝硅酸盐的线热膨胀系数与玻璃组成和网络结构关系密切。对玻璃线热膨胀系数作用影响从大到小顺序排列为:Li_2OZnOB_2O_3MgOP_2O_5,其中Li_2O、ZnO、MgO为增加膨胀系数,B_2O_3、P_2O_5为减小膨胀系数作用,可以根据此规律来设计玻璃的组成。组成对表面张力作用复杂,随着半径小、场强大的网络外体含量增加,玻璃表面张力增加,网络形成体能降低玻璃表面张力。玻璃黏度对玻璃生产加工有指导意义,玻璃中加入一价碱金属Li_2O能降低玻璃整体黏度,加入二价碱金属MgO和ZnO都能降低玻璃高温黏度,增加中温和低温黏度。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN873;TQ171.1
【部分图文】：

一步法,玻璃,微裂纹,工艺

璃具有高硬度、高弹性模量、高透光的特性，还）工艺增强玻璃力学强度，常用于显示设备屏幕盖板玻璃）。另外，因为该玻璃品种的 Al2O3质之为“高铝玻璃”。示终端产品的轻薄化发展，盖板玻璃厚度逐步而玻璃表面的格里菲斯微裂纹在受到力学作用时低玻璃力学强度，增加玻璃破碎的风险，因此提决技术方向[3][5]。可使玻璃表面产生一层预压应力，可抑制格里菲而传统一步法化学强化工艺的压应力深度（DOL，能满足极端条件下抵抗外力冲击的作用（如图 ressive stress）和压应力深度是表征评价玻璃化学高玻璃 CS 与 DOL 是增加玻璃强度的手段，特玻璃耐划伤与抗冲击性能。

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图 1-2 高温法离子交换示意图Fig.1-2 Schematics of high temperature ion exchange是指将玻璃放置在低于玻璃 Tg 温度之下的熔盐中对玻璃利用熔盐中的大半径离子去交换出玻璃表面的小半径离子交换离子半径较玻璃基体大，在玻璃表面会产生“挤塞”力，起到提高玻璃强度的效果[14]。其压应力大小取决于效应见式(1-2)：σ =13( 1 ) —表面压应力，MPa—弹性模量，MPa—泊松比—离子交换前后体积变化百分比是在低于玻璃转变温度 Tg 下，利用熔融硝酸钾（KNO3

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图 1-3 低温法离子交换示意图[15]Fig.1-3 Schematics of low temperatureion exchange照离子交换机制来划分，化学强化也有两种，第一种玻璃表面大半径离子（小换大）；第二种是熔盐中大径离子（大换小）。盐强化工艺主要存在三种组合方式，按第一步化学强强化温度和机制来分：1）高温强化(小换大)＋低温强用钠铝硅（Na2O-Al2O3-SiO2）玻璃进行二步法强化璃放入 80mol%硫酸锂（Li2SO4）与 20mol%氯化锂/12h，然后第二步将经过第一步处理后的玻璃在 353）熔盐中强化 1h，化学强化后玻璃的研磨强度为 )＋低温强化(大换小)，Eppler 和 Garfinkel[17]于 19-P2O5-SiO2）体系玻璃在 750℃时，放入含有 75mol%硫酸钠（Na2SO4）的混合熔盐中强化 1/6h，然后将经过

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