玻璃強化

玻璃強化是一種玻璃二次加工工藝，一般是指化學玻璃。

基本介紹

• 中文名：玻璃強化
• 玻璃強化：玻璃的表面的化學組成來提高強度

簡介

玻璃強化是一種玻璃二次加工工藝，一般是指化學玻璃，是通過改變玻璃的表面的化學組成來提高玻璃的強度，一般是套用離子交換法進行強化。其成品有強度高的特點，主要用來製造電子產品觸控螢幕蓋板。

基本原理

基本原理是用改變玻璃表面的組成來提高玻璃的強度，其方法是的用其它鹼金屬離子與玻璃表層的Na+或K+離子發生交換，表面形成離子交換層，當冷卻到常溫後，玻璃處於內層受拉，外層受壓的狀態，從而達到增加強度的目的，其效果類似於鋼化玻璃。

方法分類

化學鋼化法一般有5種方法：高溫型離子交換法、低溫型離子交換法、脫鹼法、表面結晶法、矽酸鈉強化法

1、高溫型離子交換法

在玻璃的軟化點與轉變點之間的溫度區域內，把含Na2O或K2O的玻璃侵入鋰的熔鹽中，使玻璃中的Na+或與它們半徑小的熔鹽中的Li+相交換，然後冷卻至室溫，由於含Li+的表層與含Na+或K+內層膨脹係數不同，表面產生殘餘壓力而強化，同時；玻璃中和含有AL203、TiO2等成分時，通過離子交換，能產生膨脹係數極低的p—鋰霞石（LiO、AL2O3、2SiO2）結晶，冷卻後的玻璃表面將產生很大的壓力，可得到強度高達700MPa的玻璃。

2、低溫型離子交換法

低溫離子交換法在比玻璃應變點低的溫度區，用比表層鹼離子（如Na+）還大一些離子半徑的一價陽離子（如K+）與Na+離子交換，使K+進入表層的方法。例如Na2O+CaO+SiO2系統玻璃，在四百幾十度的熔融鹽中可以浸漬十幾小時。低溫型離子交換法可以容易的得到高強度，具有處理方法簡單、不損壞玻璃表面透明性、不變行等特點。

通常所用的化學強化玻璃是採用低溫離子交換工藝製造的，所謂低溫系是指交換溫度不高於玻璃轉變溫度的範圍內，是相對於高溫離子交換工藝在轉變溫度以上，軟化點以下的溫度範圍而言。

3、脫鹼法

脫鹼法是在含亞硫酸氣體與水分的高溫氣氛中，利用Pt催化劑處理玻璃，使Na+離子從玻璃表層滲出與亞硫酸反應，從而表面層成為富SiO2層，其結果由於表層成為低膨脹性玻璃，冷卻時產生壓應力。脫鹼法對Na2O+CaO+SiO2玻璃雖可用，但效果並不是那么明顯。

4、表面結晶法

表面結晶法與高溫型離子交換不同的，但僅通過熱處理在表層形成低膨脹係數的微晶體，從而使之強化的方法。這種方法必須選用析出低膨脹微鏡體的玻璃，組成為Li2O+Al2O3+SiO2的系統玻璃為其代表。但熔融形成困難大，析出微晶體過程中容易變形。

5、矽酸鈉強化法

矽酸鈉強化法是將矽酸鈉（水玻璃）的水溶液中在100攝氏度以上數個大氣壓下處理，從而得到難以劃傷表層的高強度玻璃。

比較

下表比較了物理鋼化法與離子交換法的特點。

項目	物理鋼化	化學強化
壓應力值	低（10～15）	高（30～80）
壓應力層深	深（板厚的1/6左右）	淺（一般是10～300um）
張應力值	高（約為壓應力的1/2）	低
處理時間	短（5～10min）	長（30min～1周）
處理後變行	稍有	幾乎沒有
玻璃厚度及形狀	受限制	沒有限制

要得到有實用價值的足夠深的壓應力層，離子交換法需要較長的時間，故比物理鋼化法成本高很多。但是，對下列情況，則必須使用離子交換法：①要求強度高；②薄壁或型狀複雜的玻璃；③使用物理鋼化時不易固定的小片；④尺寸要求高等等。

離子交換鋼化玻璃與物理鋼化玻璃的應力分布不同，前者表面層的壓應力厚度較小，與其平衡的內部拉應力不大，這是化學鋼化玻璃的內部拉應力層達到破壞時也不像物理鋼化玻璃那樣碎成小片的原因。

由於離子交換層較薄，所以化學鋼化玻璃方法用於增強薄玻璃效果顯著。