酸处理对玻璃抗折强度的影响

2020-05-18赵泓帆

生物化工 2020年2期

赵泓帆

（同济大学浙江学院，浙江嘉兴 314000）

玻璃会受到水、酸、碱和大气等的侵蚀。水对玻璃的侵蚀主要是利用了水中的氢离子与玻璃中的钠离子发生交换反应，然后进行水化、中和反应生成Si(OH)4，从而破坏玻璃表层硅氧骨架，同时大部分Si(OH)4会附着在玻璃表面形成保护膜。酸可以侵蚀玻璃，改变其强度，对其结构也会有所影响。而酸对玻璃的侵蚀实际上是通过酸溶液中的水分与玻璃接触起作用，因此浓度大的酸要弱于浓度小的酸对玻璃的侵蚀程度[1]。

为了提高玻璃的强度，可以对玻璃进行化学钢化。化学钢化是指先对玻璃进行酸的预处理，然后再通过离子交换的方式制备钢化玻璃。酸的预处理同样可以提高玻璃的抗折强度，其原理是利用了酸对玻璃的侵蚀作用，处理玻璃表面的微裂纹来提高玻璃的抗折强度；或是在原有微裂纹深度不变的前提下，通过酸的预处理使裂纹的半径增加，减少应力的集中。因此，本实验以一定浓度的HF和H2SO4为侵蚀液，利用酸处理和化学钢化原理提高玻璃强度，用控制变量法分析酸的种类、酸的浓度、侵蚀温度和侵蚀时间对玻璃抗折强度的影响效果[2]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

120 mm×60 mm×3 mm的玻璃基片，35%浓度的HF，35%浓度的H2SO4。

SKZ-10000A数显式抗折仪，无锡建仪实验器材有限公司；化学钢化炉；酸槽。

1.2 实验方法

1.2.1 溶液配制

配置7组不同浓度（2%、7%、10%、14%、21%、28%、34%）的H2SO4溶液和HF溶液分别置于酸槽中。

1.2.2 侵蚀时间对玻璃强度的影响

将玻璃基片划分成若干个小的玻璃样品，取6组放入浓度为10%的H2SO4溶液中，编号为1～6。为了确定侵蚀时间对抗折强度的影响，控制实验温度为25 ℃，侵蚀的时间分别设置为1 min、4 min、6 min、10 min、30 min和60 min。将酸处理后的玻璃样品放入化学钢化炉中，与450 ℃的混合熔盐进行离子交换后，测量其抗折强度。

1.2.3 侵蚀温度对玻璃强度的影响

取3组玻璃样品浸入相同浓度的H2SO4溶液中（硫酸浓度为7%），编号1～3。为了确定侵蚀温度对玻璃抗折强度的影响，侵蚀温度分别设置为25 ℃、30 ℃和35 ℃；控制侵蚀时间为5 min，将酸处理后的玻璃样品放入化学钢化炉中，与450 ℃的混合熔盐进行离子交换后，测量其抗折强度。

1.2.4 酸种类对玻璃强度的影响

将7组不同浓度的H2SO4溶液和HF溶液进行两两混合，编号为1～7。将7组样品浸入7组H2SO4溶液和HF溶液的混合液中；控制实验温度为25 ℃，侵蚀时间为15 min。分析酸的种类对玻璃抗折强度的影响效果，并测量其抗折强度。