铅玻璃的机械强度如何强化
信息来源:本站 | 发布日期:
2025-10-08
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关键词:铅玻璃的机械强度如何强化
铅玻璃可通过物理钢化、化学钢化(离子交换)、表面处理与涂层、微晶化及复合材料等技术强化机械强度,其中化学钢化法因其高强度和透明度优势成为主流工艺。以下为具体强化方法及原理:
一、物理钢化法
原理:将铅玻璃制品加热到转变温度以上50~60℃,然后在冷却介质中急速均匀冷却(如风冷、液冷等)。在此过程中,玻璃的内层和表面层会产生很大的温度梯度,由此引起的应力由于玻璃的黏滞流动而被松弛,冷却到最后,温度梯度逐渐消除,松弛的应力即转化为永久的应力,造成玻璃表面均匀分布的压应力层,玻璃内部分布均匀的张应力,从而大大提高玻璃的机械强度和热稳定性。
效果:这种工艺可使玻璃的机械强度提高4~6倍,达到392MPa左右,热稳定性提高105~310℃。
二、化学钢化法(离子交换法)
原理:利用外部碱金属离子置换玻璃表层的钠或钾离子,形成外层受压、内层受拉的应力结构,从而增强整体强度。化学钢化法一般分为高温型离子交换法、低温型离子交换法、脱碱法、表面结晶法及硅酸钠强化法五类。其中,低温型离子交换法通过大半径离子(如K+)置换钠离子,兼具高强度和透明度优势,成为主流工艺。
效果:化学钢化玻璃的表面压应力值较高,可达30~80MPa,但压应力层深度较浅,一般为10~300μm。
三、表面处理与涂层
原理:在高温下,将玻璃表面覆盖一层热膨胀系数小的玻璃,冷却后,由于本体玻璃与覆盖玻璃的热膨胀系数不同,使玻璃表面收缩小而玻璃内部收缩大,玻璃表面产生均匀分布的压应力,而玻璃内部形成均匀分布的张应力,从而提高玻璃的强度。
效果:通过表面处理与涂层,可以显著提高玻璃的表面硬度和抗划伤能力。
四、微晶化
原理:通过热处理在玻璃表层形成低膨胀系数的微晶体,从而使之强化。这种方法必须选用析出低膨胀微晶体的玻璃,组成为Li2O+Al2O3+SiO2的系统玻璃为其代表。
效果:微晶化处理可以提高玻璃的机械强度和热稳定性,但熔融形成困难大,析出微晶体过程中容易变形。
五、与其他增强材料制成复合材料
原理:将玻璃与其他增强材料(如金属、塑料等)制成复合材料,可以大大提高玻璃的强度。
效果:复合材料结合了玻璃和其他材料的优点,具有更高的机械强度和更好的综合性能。