超薄高铝盖板玻璃强化性能与Na+浓度关系研究

2022-04-29江启洪

科技创新与应用 2022年10期

江启洪

（四川虹科创新科技有限公司，四川绵阳 621000）

高铝盖板玻璃是制造触摸屏的主要原材料，应用于笔记本、平板、智能手机、穿戴、工控和车载等各种平板显示终端，保护显示屏面板不受冲击，同时传达鲜明影像的核心材料。采用离子交换化学增强方法对玻璃增强，主要工作原理为将玻璃置于380~430℃的硝酸钾溶液中，利用玻璃表面离子迁移和扩散特性，离子半径大的K+进入玻璃网络同离子半径相对小的Na+进行离子交换，产生“挤塞”增强效应，使玻璃表层微裂纹减少（小）、消失，并在玻璃表面形成压应力层，中间形成张应力，从而使得玻璃增强，可以达到抗刮花、耐冲击的效果。

随着生产的不断进行，熔盐中Na+逐步增加，而且在整个离子交换过程中还会产生多种对交换过程非常不利的离子，从而降低熔盐浓度，阻碍离子交换；同时，离子交换是一种逆向交换，会存在已置换出来的Na+置换玻璃表面半径大的K+离子的可能性，使玻璃表面“疏松”，从而对玻璃强度产生负作用。因此，研究钢化液中Na+浓度变化对盖板玻璃表面应力CS、交换层深度DOL、四点抗弯强度4PB等强化性能的影响。总结同一强化条件下，不同Na+浓度对CS、DOL、4PB等强化性能的对应关系，从而在生产中动态监控钢化液中Na+浓度对指导生产非常必要。

1 试验条件

（1）玻璃品种：超薄高铝玻璃0.55 mm。

（2）样品规格：145 mm×73 mm×0.55 mm。

（3）钢化条件：400℃/4.5 h，强化盐为以色列海法硝酸钾。

（4）测试参数：

CS/DOL：表面应力仪（FSM-6000LE），玻璃光弹系数27.2 nm/cm/MPa，折射率1.51。

4PB：杆径Ø6 mm，上跨距20 cm，下跨距40 cm，下压速度10 mm/min。

（5）盐液处理：通过添加不同量的硝酸钠，测试在相同强化条件下CS和DOL变化情况。

2 试验结果

按设计的试验条件进行试验，得出试验数据和结果，Na+浓度与强化CS和DOL的关系见表1，CS与4PB对应关系见表2，Na+浓度与强化性能四大指标关系见表3；CS与Na+关系折线图如图1所示，DOL与Na+关系折线图如图2所示，CS与4PB关系折线图如图3所示，CS与4PB B10关系折线图如图4所示。

图1 CS与Na+浓度关系折线图

图2 DOL与Na+浓度关系折线图

图3 CS与4PB关系折线图

图4 CS与4PB B10关系折线图

表1 Na+浓度与强化CS和DOL的关系

表2 CS与4PB对应关系

表3 Na+浓度与强化性能指标关系

根据试验结果，发现Na+浓度对应力层深度DOL影响甚小，DOL比较稳定。为进一步探索影响超薄盖板玻璃DOL的因素，试验设计了在Na+浓度基本不变，不同温度不同时间的强化条件下试验，得出CS DOL试验结果，强化温度和时间与DOL有关系，如图5所示，强化温度和时间与CS关系如图6所示。结果表明，DOL主要受温度和时间影响，随温度提升、时间延长而增大。CS在380℃出现峰值，随温度提升、时间延长而衰减。

图5 强化温度和时间与DOL关系折线图

图6 强化温度和时间与CS关系折线图

3 分析结论

通过试验及分析，钢化液中Na+浓度与玻璃强化性能存在以下关系：（1）强化玻璃表面压应力CS随着离子交换钢化液中Na+浓度的增加而下降，Na+浓度对盖板玻璃应力层深度DOL影响甚小，DOL在同一强化条件下比较稳定。CS同时受温度和时间影响较大，在钢化温度380℃处出现峰值，随温度提升、时间延长而衰减；DOL主要受温度和时间影响，随温度提升、时间延长而增大。

（2）同一强化条件下，CS与4PB、4PB B10呈正相关关系，Na+浓度增加，CS下降，4PB和4PB B10同时下降。