超薄玻璃化学钢化的缺陷原因及解决方案研究

詹楠

（中国建材集团凯盛科技安徽省蚌埠华益导电膜玻璃有限公司，安徽 蚌埠 233000）

超薄玻璃化学钢化的缺陷原因及解决方案研究

詹楠

（中国建材集团凯盛科技安徽省蚌埠华益导电膜玻璃有限公司，安徽 蚌埠 233000）

随着电子行业、IT行业的迅速发展，超薄玻璃的需求量明显增加，在手机、平板显示器等电子设备中都离不开超薄玻璃，但玻璃超薄化会导致其强度降低。为了改善这一问题，可以将超薄玻璃进行化学钢化处理，文章就超薄玻璃化学钢化的原理，以及钢化过程中可能会出现的各种缺陷进行简单的分析总结，就如何解决这些缺陷进行讨论分析。

超薄玻璃；化学钢化原理；缺陷；原因；解决方法

厚度在0.1～1.1mm之间的玻璃即为超薄玻璃，超薄玻璃在手机、平板显示器等电子设备中应用十分的广泛，行业内有关专家预测，未来平板显示器中超薄玻璃基片的需求量将会迅速增长，增长速度可以达到20%左右，玻璃超薄化之后满足了平板显示器自重轻、体积小、方便携带等要求，但同时也使得玻璃的力学强度明显降低，与普通平板玻璃相比，超薄玻璃的表面硬度、抗折强度等都明显较低，为了解决这一问题，化学钢化技术应运而生。

1 玻璃钢化的原理

超薄玻璃生产过程中，可能会受到各种因素的影响，导致玻璃的力学性能达不到预想的要求。比如玻璃原料中本身含有杂质，玻璃内部存在着不均匀区域、结石、气孔，玻璃生产运输过程中受到磕碰等导致玻璃表面出现缺陷等，这些细微的缺陷在超薄玻璃中都会被明显放大，进而影响到超薄玻璃的力学强度。玻璃钢化过程中则是利用离子交换的机理，在玻璃的表面产生一定的“挤压”效应，使得玻璃表面形成表面压应力层，从而有效的增强玻璃的强度。

超薄玻璃化学钢化主要有高温离子交换法、低温离子交换法等两种，其中低温离子交换法就是在不高于玻璃转换的温度区域内，将玻璃碱离子熔盐中，该碱离子熔盐中碱离子的半径应大于玻璃中碱离子的半径。这种情况下，两种碱离子的体积差异会导致玻璃表面形成一层压应力层，这个应力主要是因为两种碱离子的半径不同产生的，应力的大小随着离子的浓度大小不断的变化，但应力的分布情况与离子浓度分布情况又存在一定的区别，主要是因为玻璃加热的过程中，玻璃会出现应力松弛的现象，正是由于这一层应力层的出现，使得超薄玻璃钢化之后强度明显提升。同时，这种特殊的应力分布情况，使得经过化学钢化之后的超薄玻璃具有无软化变形、不会产生光学畸变、可再次切割加工等优点。

经过化学钢化之后，超薄玻璃的抗弯强度、抗冲击强度都会明显提升，一般情况下，抗弯强度可以达到普通玻璃的3～5倍，抗冲击强度可以达到普通玻璃的5～10倍。就使用安全性能来说，化学钢化玻璃的耐急冷急热的性能都会明显提升，通常可以承受150℃以上的温度变化。

2 超薄玻璃的钢化工艺流程以及影响玻璃钢化效果的主要因素

玻璃化学钢化时一般使用的基础熔盐主要是硝酸钾，吸附剂选择硅藻土，根据具体的需求，还可以在其中添加硫酸钾、碳酸钾、多孔氧化铝、硝酸铯等试剂。钢化处理过程中处理温度要控制在370～460℃左右，处理的时间需要控制在0.5～10h左右。处理时首先需要将玻璃毛坯进行切裁、磨边、抛光处理之后清洗、干燥、装架、预热，然后才能够进行钢化处理，处理完成之后需要及时的冷却、清洗、干燥，检验合格确定钢化超薄玻璃没有出现缺陷之后才能够包装出厂。

由上文分析可知，超薄玻璃化学钢化其实也就是离子交换的过程，这一过程中，影响离子交换的因素主要有离子交换温度、交换时间以及熔盐纯度三个。有关资料信息显示，玻璃化学钢化过程中，随着处理温度不断上升，钢化玻璃的强度会逐渐的增大，并出现一个最大值。到达该值之后，温度继续升高，玻璃发生应力松弛，强度会缓慢减小，且高温下熔盐的分解形成物可能会侵蚀玻璃表面，进而影响玻璃的钢化质量。随着处理时间延长，玻璃的强度会逐渐的增长，但增长幅度会缓慢下降。因此，玻璃钢化处理时并不是时间越长越好，过长时间不仅会浪费能源，还可能会导致玻璃出现各种质量问题。玻璃熔盐中各种金属离子的成分、含量也会影响到玻璃的钢化质量，比如Mg、Ca等离子等金属离子的半径小于玻璃中碱离子半径，钢化过程中会出现逆向交换，使得玻璃表面疏松，严重影响玻璃的强度。此外，玻璃原片表面出现损伤，必然会降低超薄玻璃的强度，在玻璃钢化过程中，这些表面损伤问题影响尤为突出。化学钢化玻璃中，玻璃的应力分布情况发生变化，虽然表面压应力层能够明显增强玻璃的强度，但在超薄玻璃中，表面压应力层实际上非常的浅，一旦原玻璃片表面层出现损伤，就会严重影响钢化玻璃的强度，当原玻璃片的损伤情况超出压应力层的厚度时，超薄玻璃的钢化工艺就会失去其原有的作用。

3 超薄玻璃化学钢化过程中可能会出现的缺陷及其原因和解决方法

玻璃钢化加工过程中，加工工艺、加工原材料、加工时间等任何一个因素出现问题都可能会导致钢化玻璃表面出现水纹、斑点、翘曲变形、玻璃片炸裂等缺陷，严重影响钢化玻璃的加工质量。下文就这些缺陷的具体原因进行简单的分析，并提出相应的解决方法。

3.1 玻璃片炸裂

玻璃在熔制、切割、研磨等过程中工艺不当，导致原片出现缺陷，化学钢化过程中就很容易出现炸裂的问题；玻璃钢化支撑架对玻璃的应力不均匀，可能会使得玻璃钢化时出现炸裂的问题；玻璃钢化过程中温度较高或者时间比较长，使得玻璃表面的离子交换层太厚，可能会使得玻璃炸裂。实际的化学钢化过程中，现场操作人员要严格控制玻璃毛坯制作的各项工艺参数以及工艺流程，包括钢化的温度、时间等，确保玻璃钢化支架的质量满足工艺需要，以免玻璃在支架上出现受力变形的不良现象。

3.2 表面水纹

玻璃钢化过程中，盐槽、熔盐杂质、钢化支撑架中可能会存在Fe2+、Fe3+、Ti4+、Ti3+、Cr2+、Cr3+、Cr6+、Ni2+、Ni3+等能够着色的金属离子，它们附着在钢化玻璃的表面，使得玻璃表面出现一层水纹一样的薄膜，影响钢化玻璃的美观。实际的加工过程中，现场工作人员要严格按照有关工艺要求检查盐槽材质、加工的质量以及钢化支架的质量、性能、熔盐的纯度等，确保熔盐中着色杂质离子的含量低于一定的标准。

3.3 玻璃翘曲变形

超薄玻璃钢化处理过程中，由于熔盐的温度比较高，使得超薄玻璃的温度接近转变温度，就很容易使得钢化后的玻璃出现翘曲变形的不良现象。这种情况之下，现场工作人员要根据超薄玻璃的具体情况适当的调整离子交换温度，或者缩短离子交换的时间。除此之外，工艺操作人员可以通过调整玻璃配方组成的方式避免玻璃钢化后出现翘曲变形的不良现象。比如，适当提高玻璃中氧化铝及二氧化硅的含量，使得玻璃的转变温度升高，从而有效的防止玻璃片出现变形问题。氧化铝对于玻璃的性能影响比较大，一般情况下，氧化铝主要有两种结构，分别是[AlO4]和[AlO6]，其中[AlO6]的结构空间空隙比较大，K+能够比较顺利的进入到玻璃的表面，这对于提高超薄玻璃的钢化性能十分有利。

3.4 玻璃表面附着有雪花状晶体

玻璃钢化时，熔盐中碳酸钾含量比较高，钢化过程中，白色的碳酸钾晶体附着在玻璃表面，会影响玻璃的美观，且碳酸钾晶体不溶于水，并不能通过水洗清除，用于手机等电子产品时，会影响产品屏幕的视觉效果。实际的处理过程中，可以适当的减少熔盐中碳酸钾的含量，或者玻璃钢化处理完成之后，使用醋酸水溶液进行清洗，碳酸钾晶体可以溶于稀酸，可以有效的将其清除掉。

3.5 玻璃表面存在斑点

玻璃表面斑点颜色不同，斑点产生的原因也存在细微的差别，比如黑色或者褐色斑点大多是因为玻璃钢化支架锈蚀，铁锈沾染到玻璃表面引起的，白色斑点可能是因为硅藻土或者熔盐导致的，具体的处理过程中要根据斑点产生的原因选择恰当的方法。玻璃钢化过程中要保证钢化支架的清洁，及时清除支架表面的锈迹，避免钢化玻璃表面出现黑色或褐色斑点。熔盐颗粒附着在玻璃表面时利用热水浸泡后一般可以除掉，硅藻土颗粒附着在玻璃表面后需要依靠抛光进行处理。

4 结语

超薄玻璃钢化过程中，任何一个因素都可能会影响到玻璃的加工质量。实际的钢化处理之中，工作人员要能够从玻璃组成制备工艺、钢化设备、温度、时间、熔盐组成等多个方面综合考虑，严格按照有关的工艺流程进行操作，尽可能避免各种缺陷，有效提高超薄玻璃的钢化成品率，保证企业的经济效益。

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：1671-0711（2017）09（下）-0082-02