低溫離子交換鋼化工藝是耐高溫玻璃化學(xué)強(qiáng)化的一種,其一離子半徑較大的離子置換耐高溫玻璃中半徑較小的離子,使玻璃表面產(chǎn)生“擠塞”膨脹,產(chǎn)生壓應(yīng)力。其壓應(yīng)力的大小取決于這一對交換離子的體積效應(yīng):
б=1/3(E/1-μ)△V/V
式中:б——表面壓應(yīng)力,MPa;
E——彈性模量,MPa;
μ——泊松比;
△V/V——離子交換前后的體積變化百分比。
通常采用含Na+玻璃在含K+熔鹽中進(jìn)行交換;含Li+玻璃在含Na+熔鹽中進(jìn)行離子交換。一般在退火溫度以下進(jìn)行,所以是低溫離子交換工藝。由于在此溫度下應(yīng)力松弛速度很慢,表面壓應(yīng)力的大小與熱處理時(shí)間的平方成正比,適當(dāng)離子交換時(shí)間可以提供強(qiáng)化效果。
玻璃組成比工藝條件的變化對玻璃強(qiáng)度的影響更大。試驗(yàn)表面,通過相同的化學(xué)強(qiáng)度處理,鋁硅玻璃比普通鈉鈣玻璃具有較強(qiáng)、較厚的壓應(yīng)力層;瘜W(xué)強(qiáng)化的鈉鈣玻璃的壓應(yīng)力層,嘴歪表面壓應(yīng)力為7000~10000nm/cm,應(yīng)力層厚度20~40μm,而鋁硅玻璃最外表層的應(yīng)力強(qiáng)度在10000nm/cm以上,應(yīng)力層厚度達(dá)100μm。由于較厚的壓應(yīng)力層,即使玻璃表面因摩擦而受傷了,玻璃仍能保持高的強(qiáng)度。