KOH对离子交换增强硼硅酸盐玻璃性能的影响

采用低温型离子交换法对硼硅酸盐玻璃进行增强。以掺有添加剂KOH的KNO3混合熔盐作为离子交换源,研究KOH掺入量对硼硅酸盐玻璃抗折强度、显微硬度和透过率的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)观察离子交换后试样的表面形貌和结构。研究结果表明:KNO3熔盐中的WKOH/WKNO3为0.5时,硼硅酸盐玻璃的抗折强度和显微硬度都取得了最大值。     

熔盐添加剂对玻璃离子交换和增强的影响

在工业纯KNO3中分别添加KOH,K3PO4,K2CO3,K2SiO3与Al2O3的混合物,研究了熔盐添加剂对浮法玻璃离子交换和增强的影响.用电子探针测试了玻璃表而的K+浓度;测定了样品的表面应力、弯曲强度和显微硬度.结果表明:上述添加剂町以增加离了交换层深度,缩短离子交换时间,明显提高玻璃的力学性能,其增强效果与分析纯KNO3的增强效果相当,甚至比后者好:在交换温度为450℃下,玻璃交换层厚度大于29μm,玻璃的力学性能为:表面应力>480MPa,弯曲强度>400MPa.显微硬度为6.49GPa.     

硼硅酸盐玻璃结构与其熔体性质研究

对硼硅酸盐玻璃结构及其熔体性质展开研究,通过红外光谱分析了Al2O3对硼硅酸盐玻璃结构的影响,测试了玻璃熔体的高温粘度和抗折强度.研究结果表明:当玻璃中Al2O3/SiO2物质的量比在1.2％～6.5％,(R2O-Al2O3)/B2O3的物质的量比在0.04 ～0.41范围内时,Al3+全部以[AlO4]形式存在,是玻璃网络形成体,B3+大部分以[BO3]的形式存在,是玻璃网络外体,少部分以[BO4]形式存在,是玻璃网络形成体.增加玻璃熔体中Al2O3的含量,玻璃中游离氧含量和[BO4]含量减少,[BO3]含量增加,玻璃的高温粘度增大,熔制温度升高,抗折强度降低.     

离子交换温度对化学钢化玻璃结构和性能的影响

离子交换法制备钠铝硅系化学钢化玻璃,分析测试玻璃表面K+和Na+的分布情况、玻璃的表面应力及应力层深度、弯曲强度、Weibull模量和显微硬度,研究离子交换温度对化学钢化玻璃在结构和性能上的影响.结果表明:经过离子交换后,玻璃的表面应力、弯曲强度、Weibull模量和显微硬度均显著提高.提高离子交换温度,玻璃表面应力、弯曲强度和显微硬度逐渐下降,应力层深度逐渐加厚.温度350℃时,玻璃表面离子交换层具有全K+层、K+-Na+层和富K+层三层结构.温度升高,全K+层消失和富K+层,K+-Na+层加厚并出现贫Na+层.温度410℃时玻璃的强度分散性最小,可靠性最高.     

Ag-Cu双金属纳米颗粒在硅酸盐玻璃中的形成过程

利用两步离子交换结合H2气氛热处理的方法,制备出Ag-Cu双金属纳米颗粒/硅酸盐玻璃复合材料.结合吸收光谱和X射线光电子能谱研究了不同工艺条件下Ag、Cu在玻璃中的深度分布、价态变化及其玻璃网络结构的变化.结果表明:掺杂后的玻璃中银和铜的含量随深度不同有所不同.Ag+-Na+离子交换过程中,Ag+与非桥氧结合形成Si-O-Ag键,样品中的银主要以离子状态存在.H2气氛中热处理后,大部分与非桥氧相连的Ag+被还原,H+随即取代Ag+位置,与非桥氧形成-OH结构,还原出来的Ag0经成核和生长形成银纳米颗粒.第二次Cu+-Na+离子交换后,Cu+被引入硅酸盐玻璃,并有二价铜离子存在,再经过H2热处理后,铜离子被还原,在表层聚集生成铜纳米颗粒.     

离子交换工艺对ESP玻璃的影响

使用两步离子交换法制备工程应力分布玻璃( ESP玻璃)。两步离子交换中第一步交换时间较长,第二步交换时间较短。主要研究经过不同第一步离子交换工艺制度后的ESP玻璃性能上的区别。本文对ESP玻璃测试了弯曲强度,显微硬度,K+分布状态,并根据弯曲强度,K+分布状态计算得出Weibull模量以及离子扩散系数。结果表明：第二步离子交换会降低第一步离子交换玻璃的弯曲强度,而两步离子交换后的ESP玻璃其Weibull模量有所升高。显微硬度趋势与弯曲强度趋势一致。结合抗折强度以及K+分布状态,可知第一步离子交换最佳温度为450℃,时间30 h;第二步离子交换最佳温度为400℃,时间33 min。     

碱金属氧化物引入量对MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃结构及其化学增强效果的影响

采用K2 O、Li2 O取代玻璃中的Na2 O,通过"熔融-整体析晶"法制备了MgO-Al2 O3-SiO2系统微晶玻璃,并于450℃的KNO3熔盐中强化6 h.运用DSC、XRD、表面应力测试仪、显微硬度仪等测试方法和仪器,研究碱金属氧化物引入量对微晶玻璃微观结构和离子交换工艺的影响.研究结果表明:750℃晶化处理之后,含4wt％K2 O的微晶玻璃样品与不含K2 O样品相比,离子交换后表面应力深度由19.78μm提高至42.21μm,但表面应力却由786.34 MPa降低至580.57 MPa,玻璃硬度由762.10 Hv降至694.12 Hv;含有1wt％K2 O及1wt％Li2 O的微晶玻璃样品,离子交换后应力深度为19.56μm,应力大小为779.71 MPa,与不含K2 O样品相近,但硬度较低,为745.80 Hv.     

熔盐K2CO3含量对超薄玻璃化学钢化性能的影响研究

采用一步离子交换法制备离子交换钢化玻璃.研究熔盐K2CO3含量对钢化玻璃的性能影响.离子交换时间设定在20 h,离子交换温度设定为380℃,熔盐的K2CO3含量分别设定为0％、1％、2％、3％、4％.离子交换工艺完成后,对化学钢化玻璃进行电子探针测试,表面应力测试,抗折强度测试,显微硬度测试,以分析熔盐K2 CO3含量的改变对化学钢化玻璃所产生的影响.数据结果显示:熔盐的K2CO3含量的变化会对化学钢化玻璃的机械性能产生较大影响.在离子交换过程中K+的扩散系数随着K2CO3含量的增大先增大后减小,Na+的扩散系数随着K2 CO3含量的增大逐渐增大.应力层深度DOL在K2CO3含量为1％时有最大应力深度;表面应力CS在K2CO3含量为3％时有最大值.抗折强度随着K2CO3含量的增大先升高后下降,最大值在K2CO3含量为2％处;显微硬度呈现先升高后下降的趋势,最大值在K2CO3含量为3％处.将交换熔盐的K2CO3含量控制在2％至3％之间能够得到最佳的综合力学性能.     

Al2O3对硼硅酸盐玻璃热膨胀和分相的影响

通过红外光谱分析了Al2O3取代SiO2后硼硅酸盐玻璃结构的变化,测试了玻璃的热膨胀系数和膨胀软化温度,通过扫描电子显微镜分析硼硅酸盐玻璃的分相,并结合X射线能谱分析了富硅相的组成.结果表明:硼硅酸盐玻璃中引入Al2O3后,随着Al2O3取代量的增加,玻璃结构中[BO3]增多,[BO4]减少;玻璃的热膨胀系数增大,转变温度和软化温度提高;硼硅酸盐玻璃中引入Al2O3后对玻璃的分相没有明显的改善作用.     

铝硼硅酸盐玻璃纤维结构与耐水动力学

采用红外光谱、示差扫描量热分析等手段研究了氧化硼对铝硼硅酸盐玻璃结构及转变温度的影响,并用粉末法测试了玻璃的耐水性。结果发现,随着氧化硼含量增加,玻璃转变温度先降低后升高。玻璃与水反应初期受硼酸盐的水解动力学控制,后期主要为水分子对硅氧骨架的侵蚀和Ca2 与H 离子的离子交换过程。分析认为,引入少量的B2O3主要与碱性的CaO结合,生成含有非桥氧的端氧键B-O-Ca,破坏了玻璃网络结构,B2O3过量时,更多的硼酸盐基团与硅酸盐基团结合,生成桥氧键B-O-Si键,增强了玻璃结构。     

离子交换玻璃表面性质研究

针对离子交换增强玻璃稳定性问题,详细研究了由钾离子作为增强离子的玻璃表面性质.利用光学显微镜观察玻璃表面在加速风化条件下表面被侵蚀的情况,并用原子吸收光谱(AAS)研究玻璃在该加速风化条件下,表面K+偏析的情况.通过场发射扫描电子显微镜(FEGSEM)测试K+离子交换深度,用X射线光电子能谱(XPS)研究玻璃在离子交换前后表面元素含量的变化.研究表明,在加速风化条件下,离子交换增强玻璃表面较普通玻璃更容易受到侵蚀,K+离子向表面偏析明显.研究发现造成此种现象的原因是:在交换过程中,处于KNO3电解质中的玻璃表面吸附一层K+离子,形成Sterm紧密层,由于Stern层的距离只有几纳米,玻璃表面对K+的吸附力非常大,离开溶液后,表面层的活性大量K+离子依旧存在玻璃表面,致使离子交换玻璃表面稳定性降低.     

Ion Exchange in Sodium Borosilicate Glasses

The kinetics of K⁺-Na⁺ exchange in sodium borosilicate glasses containing 20 mol% Na₂O were studied as a function of glass composition and exchange time and temperature. The distribution of K in the glass after exchange in molten KNO₃ was determined using an electron microprobe. In those specimens which were not chemically attacked by the molten salt, the K profiles were consistent with Fickean behavior. The calculated interdiffusion coefficients varied with local composition in each specimen. This composition dependence and its variation with temperature could be fitted approximately to a mixed-alkali model using the Nernst-Planck relation for diffusive fluxes. However, some deviation from this behavior, presumably as a result of the generation of microscopic stresses around an exchange site, was observed. The dependence of the apparent activation energy, , on the B/Si ratio was analogous to that of the activation energy for ionic conduction in these glasses: decreased with increasing fraction of nonbridging oxygen. This result disagrees with the presumed behavior in sodium aluminosilicate glasses.     

Influence of Strain Energy on Kinetics of Ion Exchange in Glass

The kinetics of the K⁺⇌ Na⁺ exchange in Na₂O·3SiO₂ glass at 350°C were studied. The distribution of K in the glass specimens after exchange in molten KNO₃ was determined with an electron microprobe. The calculated interdiffusion coefficients, which varied with the local composition in the glass, were compared with those obtained using the Nernst-Planck equation and Fleming and Day's self-diffusion data for xNa₂O. (1-x)K₂O·3SiO₂ glasses. Deviations of the observed interdiffusion coefficient from the Nernst-Planck formula were noted. These deviations are explained on the basis of changes in the average size of the alkali ion sites and in the strain energy that occur during ion exchange.     

Electric field-assisted ion exchange strengthening of borosilicate and soda lime silicate glass

In this study, we investigate the effects of electric field-assisted ion exchange (EF-IE) on potassium for sodium ion exchanges of soda borosilicate and soda lime silicate glasses. The results show that applying an electric field (E-field) with the intensity of 1000 V cm⁻¹ for few minutes produces an exchanged layer with a thickness comparable to the conventional chemical strengthening for 4 hours. There is a critical E-field that increases the mobility and, therefore, the diffusion coefficient of the potassium ions in the glasses. The increase is, perhaps, related to the evolution of the glass structure due to the penetration of potassium ions under an E-field. Vickers indentations showed that strong compression is generated in the glass by EF-IE; however, the bending strength improvement is limited because of the presence of large surface defects and the stress distribution inhomogeneity.     

P2O5含量对铝硅酸盐玻璃离子交换性能的影响

通过对玻璃进行了离子交换实验,研究P2O5含量变化对铝硅酸盐玻璃离子交换性能的影响.利用显微硬度仪、表面应力仪、微区X射线荧光光谱仪和场发射扫描电子显微镜线扫分别表征了离子交换玻璃的硬度、表面应力、元素含量变化和离子交换深度等性能.结果表明:离子交换后玻璃表面的K+含量明显增加,Na+含量降低,玻璃表面发生了明显的离子交换.此外,随着P2O5含量的增加,离子交换后的玻璃的硬度、表面应力和离子交换层深度逐渐增加.实验结果证明P2O5的引入能有效促进铝硅酸盐玻璃离子交换.     

酸处理对浮法玻璃抗折强度的影响

通过用一定浓度的硫酸、氢氟酸溶液对4 mm厚的浮法玻璃进行预处理,再采用离子交换的方法来制备钢化玻璃。然后通过测量玻璃试样的抗折强度,分析酸处理中不同因素对玻璃抗折强度的影响。实验发现氢氟酸的效果最好。     

Novel ion-exchangeable nepheline glass-ceramics for dental application

Ion exchange of a glass-ceramic system with a specific crystalline phase can lead to materials with superior chemical, physical and mechanical properties. The aim of this study is to characterize newly synthesised nepheline glass-ceramics for dental restorative applications. Four novel experimental glasses based on the nepheline composition were ground into fine powders and then sinter-crystallized into monolithic glass-ceramics. The developed glass-ceramics were characterized before and after ion exchange in a potassium nitrate bath using X-ray diffraction, EDX-SEM, and biaxial flexural strength, hardness and solubility testing in accordance with ISO-6872. The ion exchange process of nepheline containing glass-ceramic Al20 increased the characteristic strength by more than 163 % compared to the starting value. The experimental glass-ceramics increased in strength after ion exchange compared to their as-sintered values by 139 %, 24 % and 123 %. The strength scatter decreased after ion exchange for the nepheline-containing glass-ceramics by 10 %. The characterised glass-ceramics in this work require further investigation and have the potential to be developed into layered glass powders, which can be ion exchanged after sinter-crystallization to produce dental restorations with superior mechanical and chemical properties.