詹楠

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

超薄玻璃化學(xué)鋼化的缺陷原因及解決方案研究

詹楠

（中國建材集團(tuán)凱盛科技安徽省蚌埠華益導(dǎo)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(jī)、平板顯示器等電子設(shè)備中都離不開超薄玻璃，但玻璃超薄化會導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。為了改善這一問題，可以將超薄玻璃進(jìn)行化學(xué)鋼化處理，文章就超薄玻璃化學(xué)鋼化的原理，以及鋼化過程中可能會出現(xiàn)的各種缺陷進(jìn)行簡單的分析總結(jié)，就如何解決這些缺陷進(jìn)行討論分析。

超薄玻璃；化學(xué)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(jī)、平板顯示器等電子設(shè)備中應(yīng)用十分的廣泛，行業(yè)內(nèi)有關(guān)專家預(yù)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(dá)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(xué)強(qiáng)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(qiáng)度等都明顯較低，為了解決這一問題，化學(xué)鋼化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 玻璃鋼化的原理

超薄玻璃生產(chǎn)過程中，可能會受到各種因素的影響，導(dǎo)致玻璃的力學(xué)性能達(dá)不到預(yù)想的要求。比如玻璃原料中本身含有雜質(zhì)，玻璃內(nèi)部存在著不均勻區(qū)域、結(jié)石、氣孔，玻璃生產(chǎn)運(yùn)輸過程中受到磕碰等導(dǎo)致玻璃表面出現(xiàn)缺陷等，這些細(xì)微的缺陷在超薄玻璃中都會被明顯放大，進(jìn)而影響到超薄玻璃的力學(xué)強(qiáng)度。玻璃鋼化過程中則是利用離子交換的機(jī)理，在玻璃的表面產(chǎn)生一定的“擠壓”效應(yīng)，使得玻璃表面形成表面壓應(yīng)力層，從而有效的增強(qiáng)玻璃的強(qiáng)度。

超薄玻璃化學(xué)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(zhuǎn)換的溫度區(qū)域內(nèi)，將玻璃堿離子熔鹽中，該堿離子熔鹽中堿離子的半徑應(yīng)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(dǎo)致玻璃表面形成一層壓應(yīng)力層，這個應(yīng)力主要是因?yàn)閮煞N堿離子的半徑不同產(chǎn)生的，應(yīng)力的大小隨著離子的濃度大小不斷的變化，但應(yīng)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?yàn)椴ＡЪ訜岬倪^程中，玻璃會出現(xiàn)應(yīng)力松弛的現(xiàn)象，正是由于這一層應(yīng)力層的出現(xiàn)，使得超薄玻璃鋼化之后強(qiáng)度明顯提升。同時，這種特殊的應(yīng)力分布情況，使得經(jīng)過化學(xué)鋼化之后的超薄玻璃具有無軟化變形、不會產(chǎn)生光學(xué)畸變、可再次切割加工等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過化學(xué)鋼化之后，超薄玻璃的抗彎強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度都會明顯提升，一般情況下，抗彎強(qiáng)度可以達(dá)到普通玻璃的3～5倍，抗沖擊強(qiáng)度可以達(dá)到普通玻璃的5～10倍。就使用安全性能來說，化學(xué)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(xué)鋼化時一般使用的基礎(chǔ)熔鹽主要是硝酸鉀，吸附劑選擇硅藻土，根據(jù)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(jìn)行切裁、磨邊、拋光處理之后清洗、干燥、裝架、預(yù)熱，然后才能夠進(jìn)行鋼化處理，處理完成之后需要及時的冷卻、清洗、干燥，檢驗(yàn)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(xué)鋼化其實(shí)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(guān)資料信息顯示，玻璃化學(xué)鋼化過程中，隨著處理溫度不斷上升，鋼化玻璃的強(qiáng)度會逐漸的增大，并出現(xiàn)一個最大值。到達(dá)該值之后，溫度繼續(xù)升高，玻璃發(fā)生應(yīng)力松弛，強(qiáng)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(jìn)而影響玻璃的鋼化質(zhì)量。隨著處理時間延長，玻璃的強(qiáng)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(fèi)能源，還可能會導(dǎo)致玻璃出現(xiàn)各種質(zhì)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(zhì)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(yán)重影響玻璃的強(qiáng)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(qiáng)度，在玻璃鋼化過程中，這些表面損傷問題影響尤為突出。化學(xué)鋼化玻璃中，玻璃的應(yīng)力分布情況發(fā)生變化，雖然表面壓應(yīng)力層能夠明顯增強(qiáng)玻璃的強(qiáng)度，但在超薄玻璃中，表面壓應(yīng)力層實(shí)際上非常的淺，一旦原玻璃片表面層出現(xiàn)損傷，就會嚴(yán)重影響鋼化玻璃的強(qiáng)度，當(dāng)原玻璃片的損傷情況超出壓應(yīng)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(xué)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(dǎo)致鋼化玻璃表面出現(xiàn)水紋、斑點(diǎn)、翹曲變形、玻璃片炸裂等缺陷，嚴(yán)重影響鋼化玻璃的加工質(zhì)量。下文就這些缺陷的具體原因進(jìn)行簡單的分析，并提出相應(yīng)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(dāng)，導(dǎo)致原片出現(xiàn)缺陷，化學(xué)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(yīng)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(shí)際的化學(xué)鋼化過程中，現(xiàn)場操作人員要嚴(yán)格控制玻璃毛坯制作的各項(xiàng)工藝參數(shù)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(zhì)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(zhì)、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(shí)際的加工過程中，現(xiàn)場工作人員要嚴(yán)格按照有關(guān)工藝要求檢查鹽槽材質(zhì)、加工的質(zhì)量以及鋼化支架的質(zhì)量、性能、熔鹽的純度等，確保熔鹽中著色雜質(zhì)離子的含量低于一定的標(biāo)準(zhǔn)。

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(zhuǎn)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(jù)超薄玻璃的具體情況適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(diào)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(dāng)提高玻璃中氧化鋁及二氧化硅的含量，使得玻璃的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，分別是[AlO4]和[AlO6]，其中[AlO6]的結(jié)構(gòu)空間空隙比較大，K+能夠比較順利的進(jìn)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(jī)等電子產(chǎn)品時，會影響產(chǎn)品屏幕的視覺效果。實(shí)際的處理過程中，可以適當(dāng)?shù)臏p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(jìn)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(diǎn)

玻璃表面斑點(diǎn)顏色不同，斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因也存在細(xì)微的差別，比如黑色或者褐色斑點(diǎn)大多是因?yàn)椴Ａт摶Ъ茕P蝕，鐵銹沾染到玻璃表面引起的，白色斑點(diǎn)可能是因?yàn)楣柙逋粱蛘呷埯}導(dǎo)致的，具體的處理過程中要根據(jù)斑點(diǎn)產(chǎn)生的原因選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ā２Ａт摶^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(diǎn)。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(jìn)行處理。

4 結(jié)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(zhì)量。實(shí)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(shè)備、溫度、時間、熔鹽組成等多個方面綜合考慮，嚴(yán)格按照有關(guān)的工藝流程進(jìn)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(jīng)濟(jì)效益。

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