1.3.2玻璃表面的离子交换
把玻璃涂覆某些盐类或浸在某些盐类的熔融物中,玻璃中某些离子就会与熔盐中的离子进行交换。进行交换的离子主要是一价正离子。交换现象通常是从表面开始的,通过交换,玻璃中原有的较小离子被熔盐中的较大离子所置换,则在玻璃表面上产生压应力,从而使玻璃的强度增加。例如,把Na2O-Al2O3-SiO2玻璃浸在熔融的KNO3中,温度623℃,时间24h。可使玻璃的机械强度提高。
玻璃中的离子交换,一般可用式(1-5)表示,属于互扩散反应。
A^+(玻璃)+ B^+(熔盐)=B^+(玻璃)十 A^+(熔盐) (1-5)
在实际生产中,常用半径较大的阳离子交换半径较小的阳离子,由于这种类型的离子交换在转变点以下进行,因此,一般不会产生任何结构松弛。表面压应力的产生系大离子挤压的结果。由大离子挤压效应产生的压应力大小主要与以下因素有关:
①交换离子的离子半径比;
②产生交换的程度;
③热膨胀系数的变化;
④表面结构重组所产生的应力松弛情况;
⑤压应力层的厚度。
这些因素中,压应力层的厚度是主要因素,如果厚度很小将无法抵御机械磨伤,裂纹就深入在表面层内。卡斯特勒( Kistler)发现,强度高的压缩应力层深度是30~50μm