超薄高鋁蓋板玻璃強(qiáng)化性能與Na+濃度關(guān)系研究

江啟洪

（四川虹科創(chuàng)新科技有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000）

高鋁蓋板玻璃是制造觸摸屏的主要原材料，應(yīng)用于筆記本、平板、智能手機(jī)、穿戴、工控和車載等各種平板顯示終端，保護(hù)顯示屏面板不受沖擊，同時(shí)傳達(dá)鮮明影像的核心材料。采用離子交換化學(xué)增強(qiáng)方法對(duì)玻璃增強(qiáng)，主要工作原理為將玻璃置于380~430℃的硝酸鉀溶液中，利用玻璃表面離子遷移和擴(kuò)散特性，離子半徑大的K+進(jìn)入玻璃網(wǎng)絡(luò)同離子半徑相對(duì)小的Na+進(jìn)行離子交換，產(chǎn)生“擠塞”增強(qiáng)效應(yīng)，使玻璃表層微裂紋減少（小）、消失，并在玻璃表面形成壓應(yīng)力層，中間形成張應(yīng)力，從而使得玻璃增強(qiáng)，可以達(dá)到抗刮花、耐沖擊的效果。

隨著生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，熔鹽中Na+逐步增加，而且在整個(gè)離子交換過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生多種對(duì)交換過(guò)程非常不利的離子，從而降低熔鹽濃度，阻礙離子交換；同時(shí)，離子交換是一種逆向交換，會(huì)存在已置換出來(lái)的Na+置換玻璃表面半徑大的K+離子的可能性，使玻璃表面“疏松”，從而對(duì)玻璃強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)作用。因此，研究鋼化液中Na+濃度變化對(duì)蓋板玻璃表面應(yīng)力CS、交換層深度DOL、四點(diǎn)抗彎強(qiáng)度4PB等強(qiáng)化性能的影響?？偨Y(jié)同一強(qiáng)化條件下，不同Na+濃度對(duì)CS、DOL、4PB等強(qiáng)化性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而在生產(chǎn)中動(dòng)態(tài)監(jiān)控鋼化液中Na+濃度對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)非常必要。

1 試驗(yàn)條件

（1）玻璃品種：超薄高鋁玻璃0.55 mm。

（2）樣品規(guī)格：145 mm×73 mm×0.55 mm。

（3）鋼化條件：400℃/4.5 h，強(qiáng)化鹽為以色列海法硝酸鉀。

（4）測(cè)試參數(shù)：

CS/DOL：表面應(yīng)力儀（FSM-6000LE），玻璃光彈系數(shù)27.2 nm/cm/MPa，折射率1.51。

4PB：桿徑?6 mm，上跨距20 cm，下跨距40 cm，下壓速度10 mm/min。

（5）鹽液處理：通過(guò)添加不同量的硝酸鈉，測(cè)試在相同強(qiáng)化條件下CS和DOL變化情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果

按設(shè)計(jì)的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，Na+濃度與強(qiáng)化CS和DOL的關(guān)系見(jiàn)表1，CS與4PB對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2，Na+濃度與強(qiáng)化性能四大指標(biāo)關(guān)系見(jiàn)表3；CS與Na+關(guān)系折線圖如圖1所示，DOL與Na+關(guān)系折線圖如圖2所示，CS與4PB關(guān)系折線圖如圖3所示，CS與4PB B10關(guān)系折線圖如圖4所示。

圖1 CS與Na+濃度關(guān)系折線圖

圖2 DOL與Na+濃度關(guān)系折線圖

圖3 CS與4PB關(guān)系折線圖

圖4 CS與4PB B10關(guān)系折線圖

表1 Na+濃度與強(qiáng)化CS和DOL的關(guān)系

表2 CS與4PB對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3 Na+濃度與強(qiáng)化性能指標(biāo)關(guān)系

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Na+濃度對(duì)應(yīng)力層深度DOL影響甚小，DOL比較穩(wěn)定。為進(jìn)一步探索影響超薄蓋板玻璃DOL的因素，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了在Na+濃度基本不變，不同溫度不同時(shí)間的強(qiáng)化條件下試驗(yàn)，得出CS DOL試驗(yàn)結(jié)果，強(qiáng)化溫度和時(shí)間與DOL有關(guān)系，如圖5所示，強(qiáng)化溫度和時(shí)間與CS關(guān)系如圖6所示。結(jié)果表明，DOL主要受溫度和時(shí)間影響，隨溫度提升、時(shí)間延長(zhǎng)而增大。CS在380℃出現(xiàn)峰值，隨溫度提升、時(shí)間延長(zhǎng)而衰減。

圖5 強(qiáng)化溫度和時(shí)間與DOL關(guān)系折線圖

圖6 強(qiáng)化溫度和時(shí)間與CS關(guān)系折線圖

3 分析結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)及分析，鋼化液中Na+濃度與玻璃強(qiáng)化性能存在以下關(guān)系：（1）強(qiáng)化玻璃表面壓應(yīng)力CS隨著離子交換鋼化液中Na+濃度的增加而下降，Na+濃度對(duì)蓋板玻璃應(yīng)力層深度DOL影響甚小，DOL在同一強(qiáng)化條件下比較穩(wěn)定。CS同時(shí)受溫度和時(shí)間影響較大，在鋼化溫度380℃處出現(xiàn)峰值，隨溫度提升、時(shí)間延長(zhǎng)而衰減；DOL主要受溫度和時(shí)間影響，隨溫度提升、時(shí)間延長(zhǎng)而增大。

（2）同一強(qiáng)化條件下，CS與4PB、4PB B10呈正相關(guān)關(guān)系，Na+濃度增加，CS下降，4PB和4PB B10同時(shí)下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)找出Na+濃度與蓋板玻璃強(qiáng)化后CS、DOL、4PB等強(qiáng)化性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋼化爐鹽液的Na+濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管控，通過(guò)補(bǔ)充或更換新鹽的方式，控制Na+濃度在一定區(qū)間內(nèi)，確保生產(chǎn)出強(qiáng)化性能滿足客戶指標(biāo)要求的蓋板玻璃產(chǎn)品，提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。