離子交換法制備玻璃鋼

玻璃具有透明、堅(jiān)硬、良好的耐腐蝕性、耐、耐、光學(xué)性等特點(diǎn)?？梢杂酶鞣N加工方法制作不同形狀和大小的產(chǎn)品?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整化學(xué)組成來(lái)改變性質(zhì)，滿足不同的使用要求，得到廣泛應(yīng)用。隨著人們對(duì)生活環(huán)境的要求不斷提高,人們已經(jīng)不再滿足于普通浮法玻璃的性能,對(duì)玻璃又有了更高的要求。在目前的研究中,玻璃表面改性的方法很多,如物理鋼化,熱鋼化,化學(xué)鋼化和酸處理增強(qiáng)等?；瘜W(xué)鋼化(又稱離子交換增強(qiáng))是一種借助交換離子間的體積差產(chǎn)生“擠塞”,表面生成壓應(yīng)力而提高玻璃強(qiáng)度的增強(qiáng)方法。但是,玻璃本身的缺陷對(duì)化學(xué)鋼化玻璃的強(qiáng)度具有重大的影響。而酸處理是常用的表面處理方法,通過(guò)腐蝕除掉含有裂紋或其他缺陷的表面層,消除造成降低強(qiáng)度的因素,恢復(fù)或提高玻璃的強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)結(jié)合了酸處理增強(qiáng)和化學(xué)鋼化法2種方法來(lái)改善玻璃的強(qiáng)度,并希望獲得較好的增強(qiáng)效果。1材料的預(yù)處理和強(qiáng)度測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)用玻璃原片為洛陽(yáng)玻璃有限責(zé)任公司生產(chǎn)的3mm厚平板玻璃,品種為白玻。所使用的預(yù)處理方式是通過(guò)酸溶液對(duì)玻璃表面進(jìn)行處理。處理溶液是用40%HF和98%H2SO4配制而成的。把玻璃片放入不同濃度的HF和H2SO4和混合酸溶液中進(jìn)行處理,處理時(shí)間也不同。濃度選擇為3%,5%,8%,10%,15%,20%和30%,分別以A,B,C,D,E,F和G表示;時(shí)間選擇為1min,2min,3min,4min,5min,10min,30min和60min分別以a,b,c,d,e,f,g和h表示。將預(yù)處理過(guò)的玻璃放入450℃的混合熔鹽中3h進(jìn)行離子交換。強(qiáng)度測(cè)試方法采用三點(diǎn)彎曲法,使用的儀器是SKZ數(shù)顯式抗折儀。樣品規(guī)格L×a×b=60mm×24mm×3mm。2結(jié)果和討論2.1玻璃的離子交換對(duì)強(qiáng)度的影響將玻璃片經(jīng)清洗干燥后直接放入硝酸鉀的熔鹽中進(jìn)行離子交換,不經(jīng)過(guò)其他處理,使其成為鋼化玻璃,交換溫度為450℃,交換時(shí)間不同,以此作為預(yù)處理后再鋼化的玻璃的對(duì)比將玻璃片經(jīng)清洗干燥后直接放入硝酸鉀的熔鹽中進(jìn)行離子交換,不經(jīng)過(guò)其他處理,使其成為鋼化玻璃,交換溫度為450℃,交換時(shí)間不同,以此作為預(yù)處理后再鋼化的玻璃的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中可以發(fā)現(xiàn)交換時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)鋼化玻璃強(qiáng)度的影響很大。隨著離子交換時(shí)間的延長(zhǎng),玻璃的抗折強(qiáng)度都在增加。特別是在交換時(shí)間為4h時(shí),強(qiáng)度為交換時(shí)間8h的1/2還不到。這說(shuō)明了,玻璃中的Na+與熔鹽中的K+交換需要一定時(shí)間來(lái)完成。隨著時(shí)間延長(zhǎng),交換得越充分,強(qiáng)度也越大。2.2與s-a-g性能比較,對(duì)檢測(cè)效果好。在早玻璃在不同濃度的硫酸溶液中,處理不同的時(shí)間,溫度為室溫(25℃)。然后將玻璃片取出,清洗干燥,進(jìn)行離子交換。強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表2所示。與原始玻璃的強(qiáng)度(80.68MPa)相比,強(qiáng)度得到大幅度的提高。由于這組實(shí)驗(yàn)中,所實(shí)施的離子交換時(shí)間為3h,就將其與S-1組的強(qiáng)度相比較。從表2和圖1中不難看出,經(jīng)過(guò)硫酸預(yù)處理后再離子交換的玻璃,比單純的用離子交換來(lái)制出的鋼化玻璃的強(qiáng)度要大。S-A-g在處理30min時(shí)強(qiáng)度增加的最多,其他幾組都可以在比原離子交換時(shí)間縮短的情況下,達(dá)到相同強(qiáng)度,甚至使強(qiáng)度有所增加。這也可以看出,為了達(dá)到一定的強(qiáng)度,可以通過(guò)預(yù)處理的方式來(lái)縮短交換時(shí)間。2.3玻璃的強(qiáng)度和厚度玻璃片在不同濃度的HF酸溶液中,處理不同的時(shí)間,溫度為室溫(25℃)。然后將玻璃片取出,清洗干燥,進(jìn)行離子交換和強(qiáng)度測(cè)試。強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表3和表4所示。由表3、表4和圖2、圖3可以觀察出,用HF酸預(yù)處理過(guò)的鋼化玻璃片的強(qiáng)度與原始玻璃和只用離子交換來(lái)使玻璃增強(qiáng)的玻璃相比較,除F-B-f之外都得到了較大的提高。F-A-c、F-A-d、F-B-b、F-B-c、F-B-d這幾組使玻璃的強(qiáng)度較原始玻璃S-0和S-1有了很大程度的提高,還達(dá)到了S-2組的強(qiáng)度。用8%的HF酸處理,處理時(shí)間為1min和2min所得到的玻璃強(qiáng)度有較大的區(qū)別,使用5%和8%的HF酸都會(huì)使強(qiáng)度有不同程度的改變。濃度過(guò)高或處理時(shí)間太長(zhǎng),酸腐蝕厚度增加,玻璃的結(jié)構(gòu)受到破壞。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)15%的HF酸處理過(guò)5min的玻璃表面有一層白色物質(zhì),這是玻璃表面結(jié)構(gòu)破壞,造成強(qiáng)度下降。,雖然HF酸處理能使玻璃增強(qiáng),但要對(duì)時(shí)間和濃度進(jìn)行嚴(yán)格控制。2.4璃的強(qiáng)度由以上數(shù)據(jù)顯示,用硫酸和HF混合酸預(yù)處理同樣會(huì)使原始玻璃和化學(xué)鋼化玻璃的強(qiáng)度增加。當(dāng)HF的濃度在3%和5%的時(shí)候可以較好的增強(qiáng)玻璃,而使用20%的HF則對(duì)化學(xué)鋼化增加不明顯,基本是沒(méi)有效果,甚至還可能會(huì)因?yàn)闈舛雀吆吞幚頃r(shí)間長(zhǎng)而使化學(xué)鋼化玻璃降低強(qiáng)度,所以更應(yīng)該控制好濃度和時(shí)間。3預(yù)處理和酸處理對(duì)玻璃的作用a.酸預(yù)處理工藝的控制對(duì)于玻璃的強(qiáng)度具有很大的影響。在使用酸處理時(shí)必須嚴(yán)格把握酸的濃度,處理時(shí)間。尤其是使用氫氟酸時(shí),大濃度和長(zhǎng)時(shí)間會(huì)破壞玻璃表面,當(dāng)時(shí)間超過(guò)10min,將大大降低玻璃的強(qiáng)度。b.用不同酸處理的玻璃片的增強(qiáng)的效果:HF酸>混合酸>硫酸。預(yù)處理能夠很大程度上的對(duì)玻璃進(jìn)行增強(qiáng)。酸處理得到的新鮮表面,表面能