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铝硅酸盐玻璃具有良好的机械性能、光学性能和化学钢化性能等,经离子交换后增强效果显著,甚至在减薄的情况下依然保持着高强度,这使得铝硅酸盐玻璃的化学增强成为前沿学科关注的热点。本文采用市面上几种不同铝含量的铝硅酸盐平板玻璃,在低于玻璃Tg温度下对其进行离子交换增强处理。测量处理后玻璃的表面应力(CS)、应力层深度(DOL)、抗折强度(σBb)和显微硬度(Hv)等,并结合XPS和EDS等微观测试手段,研究了玻璃成分、熔盐配方和离子交换制度与增强效果之间的关系,并且比较了一步处理法和两步处理法的增强效果,还探讨了高温热处理对离子交换增强玻璃的影响。研究结果表明:1.玻璃成分对增强性能的影响。 Al2O3≥5.5wt.%、Na2O≥12wt.%、同时Na2O含量大于K2O含量的铝硅酸盐玻璃具有良好的离子交换性能。其表面应力(CS)可以达到940MPa以上,应力层深度(DOL)120μm以上。从XPS和EDS对离子分布的测试分析中也可以看出,高碱铝硅酸盐玻璃的离子交换量大,交换深度深。2.最佳熔盐配方。高碱铝硅酸盐玻璃在440℃温度下交换6h,最佳熔盐配比为KNO3:K2CO3:氧化铝:硅藻土=100:4:1.5:2(wt.%),抗折强度可达到853.12MPa,是未使用添加剂时交换玻璃抗折强度(532.54MPa)的1.6倍。3.交换制度对增强性能的影响。对玻璃进行一次离子交换时,温度和时间显著地影响玻璃增强效果。随着交换时间的延长和温度的提高,玻璃的表面应力先增大后减小,应力层深度逐渐增加。玻璃的机械性能与表面应力和应力层深度均有关,合适的交换温度和时间使玻璃同时获得较高的表面应力和应力层深度,才有助于强度的提高。铝硅酸盐玻璃的最佳交换温度范围为420~460℃,最佳交换时间范围为8~12h。4.两步法与一步法的比较。玻璃进行两步离子交换后的表面应力、应力层深度和机械性能均大于一次离子交换后的玻璃。两步法先在高温下做短时处理(490℃3h)获得较深的应力层,再在低温下做长时间处理(400℃15h)获得较大的表面应力,这样就可以同时获得较大的表面应力和应力层深度,提高玻璃的机械强度,而且还减小了强度的分散性,玻璃的性能更加稳定。5.热处理对离子交换增强玻璃性能的影响。对离子交换增强的铝硅酸盐玻璃在高温下进行处理,结果表明所能承受的最大温度为360℃。