超薄玻璃化學鋼化的缺陷原因及解決方案研究

詹楠

（中國建材集團凱盛科技安徽省蚌埠華益導電膜玻璃有限公司，安徽 蚌埠 233000）

超薄玻璃化學鋼化的缺陷原因及解決方案研究

詹楠

（中國建材集團凱盛科技安徽省蚌埠華益導電膜玻璃有限公司，安徽 蚌埠 233000）

隨著電子行業(yè)、IT行業(yè)的迅速發(fā)展，超薄玻璃的需求量明顯增加，在手機、平板顯示器等電子設備中都離不開超薄玻璃，但玻璃超薄化會導致其強度降低。為了改善這一問題，可以將超薄玻璃進行化學鋼化處理，文章就超薄玻璃化學鋼化的原理，以及鋼化過程中可能會出現(xiàn)的各種缺陷進行簡單的分析總結，就如何解決這些缺陷進行討論分析。

超薄玻璃；化學鋼化原理；缺陷；原因；解決方法

厚度在0.1～1.1mm之間的玻璃即為超薄玻璃，超薄玻璃在手機、平板顯示器等電子設備中應用十分的廣泛，行業(yè)內有關專家預測，未來平板顯示器中超薄玻璃基片的需求量將會迅速增長，增長速度可以達到20%左右，玻璃超薄化之后滿足了平板顯示器自重輕、體積小、方便攜帶等要求，但同時也使得玻璃的力學強度明顯降低，與普通平板玻璃相比，超薄玻璃的表面硬度、抗折強度等都明顯較低，為了解決這一問題，化學鋼化技術應運而生。

1 玻璃鋼化的原理

超薄玻璃生產過程中，可能會受到各種因素的影響，導致玻璃的力學性能達不到預想的要求。比如玻璃原料中本身含有雜質，玻璃內部存在著不均勻區(qū)域、結石、氣孔，玻璃生產運輸過程中受到磕碰等導致玻璃表面出現(xiàn)缺陷等，這些細微的缺陷在超薄玻璃中都會被明顯放大，進而影響到超薄玻璃的力學強度。玻璃鋼化過程中則是利用離子交換的機理，在玻璃的表面產生一定的“擠壓”效應，使得玻璃表面形成表面壓應力層，從而有效的增強玻璃的強度。

超薄玻璃化學鋼化主要有高溫離子交換法、低溫離子交換法等兩種，其中低溫離子交換法就是在不高于玻璃轉換的溫度區(qū)域內，將玻璃堿離子熔鹽中，該堿離子熔鹽中堿離子的半徑應大于玻璃中堿離子的半徑。這種情況下，兩種堿離子的體積差異會導致玻璃表面形成一層壓應力層，這個應力主要是因為兩種堿離子的半徑不同產生的，應力的大小隨著離子的濃度大小不斷的變化，但應力的分布情況與離子濃度分布情況又存在一定的區(qū)別，主要是因為玻璃加熱的過程中，玻璃會出現(xiàn)應力松弛的現(xiàn)象，正是由于這一層應力層的出現(xiàn)，使得超薄玻璃鋼化之后強度明顯提升。同時，這種特殊的應力分布情況，使得經過化學鋼化之后的超薄玻璃具有無軟化變形、不會產生光學畸變、可再次切割加工等優(yōu)點。

經過化學鋼化之后，超薄玻璃的抗彎強度、抗沖擊強度都會明顯提升，一般情況下，抗彎強度可以達到普通玻璃的3～5倍，抗沖擊強度可以達到普通玻璃的5～10倍。就使用安全性能來說，化學鋼化玻璃的耐急冷急熱的性能都會明顯提升，通?？梢猿惺?50℃以上的溫度變化。

2 超薄玻璃的鋼化工藝流程以及影響玻璃鋼化效果的主要因素

玻璃化學鋼化時一般使用的基礎熔鹽主要是硝酸鉀，吸附劑選擇硅藻土，根據具體的需求，還可以在其中添加硫酸鉀、碳酸鉀、多孔氧化鋁、硝酸銫等試劑。鋼化處理過程中處理溫度要控制在370～460℃左右，處理的時間需要控制在0.5～10h左右。處理時首先需要將玻璃毛坯進行切裁、磨邊、拋光處理之后清洗、干燥、裝架、預熱，然后才能夠進行鋼化處理，處理完成之后需要及時的冷卻、清洗、干燥，檢驗合格確定鋼化超薄玻璃沒有出現(xiàn)缺陷之后才能夠包裝出廠。

由上文分析可知，超薄玻璃化學鋼化其實也就是離子交換的過程，這一過程中，影響離子交換的因素主要有離子交換溫度、交換時間以及熔鹽純度三個。有關資料信息顯示，玻璃化學鋼化過程中，隨著處理溫度不斷上升，鋼化玻璃的強度會逐漸的增大，并出現(xiàn)一個最大值。到達該值之后，溫度繼續(xù)升高，玻璃發(fā)生應力松弛，強度會緩慢減小，且高溫下熔鹽的分解形成物可能會侵蝕玻璃表面，進而影響玻璃的鋼化質量。隨著處理時間延長，玻璃的強度會逐漸的增長，但增長幅度會緩慢下降。因此，玻璃鋼化處理時并不是時間越長越好，過長時間不僅會浪費能源，還可能會導致玻璃出現(xiàn)各種質量問題。玻璃熔鹽中各種金屬離子的成分、含量也會影響到玻璃的鋼化質量，比如Mg、Ca等離子等金屬離子的半徑小于玻璃中堿離子半徑，鋼化過程中會出現(xiàn)逆向交換，使得玻璃表面疏松，嚴重影響玻璃的強度。此外，玻璃原片表面出現(xiàn)損傷，必然會降低超薄玻璃的強度，在玻璃鋼化過程中，這些表面損傷問題影響尤為突出?；瘜W鋼化玻璃中，玻璃的應力分布情況發(fā)生變化，雖然表面壓應力層能夠明顯增強玻璃的強度，但在超薄玻璃中，表面壓應力層實際上非常的淺，一旦原玻璃片表面層出現(xiàn)損傷，就會嚴重影響鋼化玻璃的強度，當原玻璃片的損傷情況超出壓應力層的厚度時，超薄玻璃的鋼化工藝就會失去其原有的作用。

3 超薄玻璃化學鋼化過程中可能會出現(xiàn)的缺陷及其原因和解決方法

玻璃鋼化加工過程中，加工工藝、加工原材料、加工時間等任何一個因素出現(xiàn)問題都可能會導致鋼化玻璃表面出現(xiàn)水紋、斑點、翹曲變形、玻璃片炸裂等缺陷，嚴重影響鋼化玻璃的加工質量。下文就這些缺陷的具體原因進行簡單的分析，并提出相應的解決方法。

3.1 玻璃片炸裂

玻璃在熔制、切割、研磨等過程中工藝不當，導致原片出現(xiàn)缺陷，化學鋼化過程中就很容易出現(xiàn)炸裂的問題；玻璃鋼化支撐架對玻璃的應力不均勻，可能會使得玻璃鋼化時出現(xiàn)炸裂的問題；玻璃鋼化過程中溫度較高或者時間比較長，使得玻璃表面的離子交換層太厚，可能會使得玻璃炸裂。實際的化學鋼化過程中，現(xiàn)場操作人員要嚴格控制玻璃毛坯制作的各項工藝參數以及工藝流程，包括鋼化的溫度、時間等，確保玻璃鋼化支架的質量滿足工藝需要，以免玻璃在支架上出現(xiàn)受力變形的不良現(xiàn)象。

3.2 表面水紋

玻璃鋼化過程中，鹽槽、熔鹽雜質、鋼化支撐架中可能會存在Fe2+、Fe3+、Ti4+、Ti3+、Cr2+、Cr3+、Cr6+、Ni2+、Ni3+等能夠著色的金屬離子，它們附著在鋼化玻璃的表面，使得玻璃表面出現(xiàn)一層水紋一樣的薄膜，影響鋼化玻璃的美觀。實際的加工過程中，現(xiàn)場工作人員要嚴格按照有關工藝要求檢查鹽槽材質、加工的質量以及鋼化支架的質量、性能、熔鹽的純度等，確保熔鹽中著色雜質離子的含量低于一定的標準。

3.3 玻璃翹曲變形

超薄玻璃鋼化處理過程中，由于熔鹽的溫度比較高，使得超薄玻璃的溫度接近轉變溫度，就很容易使得鋼化后的玻璃出現(xiàn)翹曲變形的不良現(xiàn)象。這種情況之下，現(xiàn)場工作人員要根據超薄玻璃的具體情況適當的調整離子交換溫度，或者縮短離子交換的時間。除此之外，工藝操作人員可以通過調整玻璃配方組成的方式避免玻璃鋼化后出現(xiàn)翹曲變形的不良現(xiàn)象。比如，適當提高玻璃中氧化鋁及二氧化硅的含量，使得玻璃的轉變溫度升高，從而有效的防止玻璃片出現(xiàn)變形問題。氧化鋁對于玻璃的性能影響比較大，一般情況下，氧化鋁主要有兩種結構，分別是[AlO4]和[AlO6]，其中[AlO6]的結構空間空隙比較大，K+能夠比較順利的進入到玻璃的表面，這對于提高超薄玻璃的鋼化性能十分有利。

3.4 玻璃表面附著有雪花狀晶體

玻璃鋼化時，熔鹽中碳酸鉀含量比較高，鋼化過程中，白色的碳酸鉀晶體附著在玻璃表面，會影響玻璃的美觀，且碳酸鉀晶體不溶于水，并不能通過水洗清除，用于手機等電子產品時，會影響產品屏幕的視覺效果。實際的處理過程中，可以適當的減少熔鹽中碳酸鉀的含量，或者玻璃鋼化處理完成之后，使用醋酸水溶液進行清洗，碳酸鉀晶體可以溶于稀酸，可以有效的將其清除掉。

3.5 玻璃表面存在斑點

玻璃表面斑點顏色不同，斑點產生的原因也存在細微的差別，比如黑色或者褐色斑點大多是因為玻璃鋼化支架銹蝕，鐵銹沾染到玻璃表面引起的，白色斑點可能是因為硅藻土或者熔鹽導致的，具體的處理過程中要根據斑點產生的原因選擇恰當的方法。玻璃鋼化過程中要保證鋼化支架的清潔，及時清除支架表面的銹跡，避免鋼化玻璃表面出現(xiàn)黑色或褐色斑點。熔鹽顆粒附著在玻璃表面時利用熱水浸泡后一般可以除掉，硅藻土顆粒附著在玻璃表面后需要依靠拋光進行處理。

4 結語

超薄玻璃鋼化過程中，任何一個因素都可能會影響到玻璃的加工質量。實際的鋼化處理之中，工作人員要能夠從玻璃組成制備工藝、鋼化設備、溫度、時間、熔鹽組成等多個方面綜合考慮，嚴格按照有關的工藝流程進行操作，盡可能避免各種缺陷，有效提高超薄玻璃的鋼化成品率，保證企業(yè)的經濟效益。

[1]楊國洪，陳福，續(xù)芯如.超薄玻璃化學鋼化過程中產生的缺陷原因分析及解決方案[J].玻璃，2015（1）.

[2]王沛釗，吳亞，丁小葉等.浮法超薄玻璃化學鋼化及性能研究[J].硅酸鹽通報，2016（5）.

[3]夏素旗，顧少軒，徐心怡.超薄玻璃的研究和發(fā)展[J].建材世界，2015（8）.

[4]張峙琪，李偉捷，楊修春等.超薄玻璃化學鋼化的研究進展[J].玻璃與搪瓷，2012（8）.

[5]陳志紅，王艷霞.普通薄玻璃化學鋼化[J].玻璃，2013（5）.

TQ171.65

：A

：1671-0711（2017）09（下）-0082-02