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干货!离子交换温度对济南钢化玻璃的离子浓度分布的影响

文章来源:钢化玻璃 作者:钢化玻璃厂家 发布时间:2019-01-25 13:46 浏览次数:

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相信大家对于济南钢化玻璃制作过程中的离子交换法都很好奇,今天钢化玻璃厂家为大家分享实实在在的干货--离子交换温度对钢化玻的璃离子浓度分布的影响。

K+-Na+的交换过程实质上是K+、Na+两种离子互相扩散的过程。在离子交换过程中,玻璃基体中K+、Na+的扩散是经过离子间的跃迁完成的,即K+跃迁到临近Na+空穴或K+空穴,并在原有K+位置产生K+空穴,相应的Na+跃迁到临近空穴K+或Na+空穴,并在原有Na+位置产生Na+空穴,实现熔盐中的K+向玻璃中的扩散和玻璃中的Na+向熔盐中的扩散,并在济南钢化玻璃的表面形成K+和Na+具有相反浓度梯度的表面应力层。

将EPMA测得的K+-Na+离子浓度曲线(图1(a),1(c))作平滑处理和Boltzmann拟合,获得垂直于玻璃表面、沿K+离子扩散方向不同离子交换温度下玻璃中K+、Na+的含量分布曲线(图1(b),1(d))。

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由图1可知,不同离子交换温度下K+含量由高到低逐渐减小,K+在靠近玻璃表面处浓度较高;相反Na+含量则由低到高逐渐增大,Na+在靠近玻璃表面处浓度较低。这一离子浓度分布趋势表明玻璃的化学钢化过程正是K+-Na+互相扩散、交换的过程。不同离子交换温度下玻璃中K+含量较低时的扩散深度和Na+含量较高时的扩散深度分别代表了K+和Na+的最大扩散深度,如表2所示。

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离子交换温度为350摄氏度时K+含量在玻璃表面为13.0mol%,随着扩散深度的增加逐渐下降,到50.0μm时降至5.5mol%,且随着扩散深度的增加,K+含量不再变化(图1(b))。说明原始玻璃中固有的K+含量为5.5mol%,K+在玻璃表面的扩散深度为50.0μm。相应的Na+含量在扩散深度0~5.0μm的范围内为0,扩散深度45.5μm时达较高值29.5mol%,且扩散深度的增加,Na+含量也不再变化(图1(d))。说明原始玻璃中固有的Na+含量为29.5mol%,Na+在玻璃表面的扩散深度为45.5μm,在玻璃表面5.0μm厚度的范围内玻璃中的Na+全部被K+所交换;在离玻璃表面45.5~50.0μm处约4.5μm厚度的区域,原始玻璃中的Na+含量没有被交换,只有扩散进来的K+挤入到玻璃网络的空隙中。因此,350摄氏度时玻璃表面从外到内存在三个离子交换层,厚度依次为5.0μm、40.5μm和4.5μm。我们将它们依次命名为全K+层、K+-Na+层和富K+层。

离子交换温度提高到380摄氏度时,全K+层基本消失,K+在玻璃表面的扩散深度增加到75.0μm,而Na+在玻璃表面的扩散深度为82.5μm,说明K+-Na+层厚度为75.0μm,在离玻璃表面75.0~82.5μm处约7.5μm厚度的区域,玻璃网络中的Na+已经向玻璃表面方向扩散了,但没有K+扩散进来并与之交换,这将使玻璃网络中空穴数量增加。我们把这个区域命名为贫Na+层。

离子交换温度进一步提高,在200.0μm厚的扩散深度范围内,济南钢化玻璃表面的离子交换层基本只剩下了K+-Na+层和贫Na+层,且随着温度的提高,K+-Na+层和贫Na+层厚度都有所增加。

离子交换温度440摄氏度时的玻璃有点反常,其K+-Na+层厚度后面跟的是一个5.0μm厚的富K+层而不是贫Na+层。

现在大家对于离子交换法的应该有了很清晰的认识了吧。济南钢化玻璃的制备过程中,正是各离子之间的相互作用,保证了钢化玻璃质量。

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