強化玻璃介紹 自曾哥

1、目目 錄錄一、強化玻璃分類二、化學(xué)強化玻璃介紹 Corning Gorilla強化玻璃 AGC Dragontrail強化玻璃日期: 2012年11月23日強化玻璃技術(shù)分類物理強化的原理: 物理強化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它時將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度（600） 時，通過自身的形變消除內(nèi)部應(yīng)力，然后將玻璃移出加熱爐，再用多頭噴嘴將高壓冷空氣吹向玻璃的兩面， 使其迅速且均勻地冷卻至室溫，即可制得強化玻璃。這種玻璃處于內(nèi)部受拉，外部受壓的應(yīng)力狀態(tài)，一旦局 部發(fā)生破損，便會發(fā)生應(yīng)力釋放，玻璃被破碎成無數(shù)小塊，這些小的碎片沒有尖銳棱角，不易傷人。化學(xué)強化的原理: 化學(xué)強化玻璃是通

2、過改變玻璃的表面的化學(xué)組成來提高玻璃的強度，一般是應(yīng)用離子交換法進行強化。 其方法是將含有堿金屬離子的硅酸鹽玻璃，浸入到硝酸鉀熔鹽中，時間從幾十分鐘到幾十小時，使玻璃表層 的Na離子與熔鹽中的K離子發(fā)生離子交換，表面形成K離子交換層，由于K離子半徑比Na+離子大， K+離子代理玻璃種的Na+離子， 使表面“擠塞”膨脹，產(chǎn)生應(yīng)力，使得玻璃強度增強。 強化玻璃又稱鋼化玻璃，是一種預(yù)應(yīng)力玻璃。它是用物理的或化學(xué)的方法，在玻璃表面上形成一個壓應(yīng)力層，玻璃本身具有較高的抗壓強度，不會造成破壞。當(dāng)玻璃受到外力作用時，這個壓力層可將部分拉應(yīng)力抵消，避免玻璃的碎裂，雖然玻璃內(nèi)部處于較大的拉應(yīng)力狀態(tài)，但玻璃的內(nèi)

3、部無缺陷存在，不會造成破壞，從而達(dá)到提高玻璃強度的目的。 眾所周知，材料表面的微裂紋是導(dǎo)致材料破裂的主要原因。因為微裂紋在張力的作用下會逐漸擴展，最后沿裂紋開裂。而玻璃經(jīng)鋼化后，由于表面存在較大的壓應(yīng)力，可使玻璃表面的微裂紋在擠壓作用下變得更加細(xì)微，甚至“愈合”。物理強化利用玻璃的熱塑性和熱膨脹特性，將玻璃加熱至玻璃化溫度以上80攝氏度左右，然后施以均勻急速物理冷卻措施，使玻璃內(nèi)產(chǎn)生很大永久應(yīng)力，此過程稱為玻璃的物理鋼化（強化）或玻璃淬火。切割磨邊清洗干燥加熱急冷檢驗包裝加熱方式：沿厚度方向均勻快速進行爐 溫：依玻璃成份550-750加熱時間：一般28-32s/mm需要均勻冷卻(風(fēng)冷，液冷，粉

4、體冷).后兩種一般用于薄板玻璃或異形玻璃鋼化影響強化的工藝因素：1：玻璃成份2：盡量選擇較低淬火溫度及較大冷卻強度（有上限）3：玻璃厚度（越厚越容易）化學(xué)強化利用玻璃表面離子遷移和擴散特性，使玻璃表面區(qū)域（一般數(shù)百微米以內(nèi)厚度）成份發(fā)生變化，此變化導(dǎo)致玻璃表面微裂紋消失或在玻璃表面形成壓應(yīng)力層，從而使得玻璃強度提高，這一技術(shù)稱為玻璃的化學(xué)強化。低溫預(yù)熱高溫預(yù)熱離子交換高溫冷卻中溫冷卻低溫冷卻熔鹽材料：KNO3,AL2O3粉，硅酸鉀，硅藻土，其他助劑工藝參數(shù)：鹽浴池溫度：380-550 交換時間：4h以上設(shè)計爐溫： 低溫預(yù)熱200-300 高溫預(yù)熱350-450 離子交換爐 410-500 高溫

5、冷卻爐350-450 中溫冷卻爐200-300 低溫冷卻爐150-200影響化學(xué)強化玻璃強度的因素玻璃成份：一般SiO2含量在60-65%。Al2O3在離子交換過程中起加速作用. Al2O3的合適用量1%17%。 含量小于1%時，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性差，含量大于17%時，生產(chǎn)玻璃時原料熔化困難。熔鹽成份：KNO3成份越純越好。Na2O雜質(zhì)超過0.5%就會對強化效果產(chǎn)生影響。 必須及時補充新溶鹽和及時凈化鹽池.處理溫度：必須采用適宜的溫度，過低造成離子交換無法進行， 過高則會造成玻璃結(jié)構(gòu)松弛，而使得強度降低.處理時間：越長強度越大，但過長時間產(chǎn)生的效益并不明顯.物理強化和化學(xué)強化對比項目化學(xué)強化玻璃

6、物理強化玻璃壓應(yīng)力值高（30-800MPa）低（10-15MPa）壓應(yīng)力層深淺（一般10-300um）深（板厚1/6左右）張應(yīng)力值低高（約為壓應(yīng)力1/2）處理時間長（30min-一周）短（5-10min）玻璃厚度及形狀無限制受限制落球測試227G鋼球從1.5M自由落至中央一次不破227G鋼球從1.5M自由落至中央一次不破表面品質(zhì)目視表面光亮度均勻，無波浪陰影，氣泡少物強后有波浪陰影，氣泡多，刮傷化學(xué)強化無刮傷，壓傷物強刮傷，壓傷比較多表面品質(zhì)表面品質(zhì)OK，翹曲度小。適用于生產(chǎn)電子級產(chǎn)品表面有點狀，易有滾輪斑，翹曲度大。較適用于工業(yè)級產(chǎn)品 (汽車玻璃等)形變（翹曲度）小等于0.5MM大于0.5M

7、M破裂狀況破裂后片狀，見附圖破裂后顆粒狀，見附圖 Corning Gorilla強化玻璃(大猩猩, 大金剛) AGC Dragontrail強化玻璃(龍跡, 龍尾, 升龍) 德國肖特Xensation 強化玻璃 NEG強化玻璃化學(xué)強化玻璃種類Corning Gorilla強化玻璃Corning Gorilla強化玻璃Corning Gorilla強化玻璃Corning Gorilla強化玻璃2007年，在第一代iPhone開賣之前的一個多月，喬布斯把眾手下都叫到了辦公室,他舉起iPhone，并憤怒地說：“我們產(chǎn)品的屏幕是不允許這樣輕易被劃傷的，我要換防劃玻璃屏幕，我要在6周之內(nèi)讓它變得完美。”

8、正是因為喬布斯的挑剔，使得康寧公司的大猩猩玻璃名聲大噪。可是誰知道大猩猩玻璃產(chǎn)生背后那曲折的故事呢?這本是一場意外提起發(fā)明創(chuàng)造，大家可能馬上就會聯(lián)想到科研人員反復(fù)進行試驗的場景。實際上不少新產(chǎn)品的誕生，卻是來自于一個意外，例如潘伯頓醫(yī)生誤把蘇打水加入一種糖漿之中，就造出了可口可樂，而大猩猩玻璃的原型微晶玻璃的誕生也是源自一場意外。1952年的一天，康寧玻璃廠的化學(xué)家唐納德斯圖基正在進行新型玻璃的研究實驗。他原本準(zhǔn)備將一塊光敏玻璃的樣本放到火爐中加熱到600。但在加熱的過程中，由于控制員的錯誤操作，將火爐的溫度提高到了900。當(dāng)時唐斯圖基以為自己把實驗弄砸了，在如此高溫之下不僅玻璃會融化，甚至是

9、進行加熱的火爐也可能因此而損壞。萬幸的是，這兩種情況都沒有發(fā)生。那塊玻璃沒有融化，而是變成了一塊白色的薄板。當(dāng)他試圖拿出這塊薄板的時候，由于鉗子未能夾緊的緣故，導(dǎo)致這塊玻璃樣本滑落在地，但卻沒有摔碎，而是彈了起來。這個意外導(dǎo)致了第一塊有機微晶玻璃的出現(xiàn)，最初斯圖基將這種材料命名為Fotoceram，后來正式命名為Pyroceram(微晶玻璃)。其強度遠(yuǎn)高于普通的鈉鈣玻璃，甚至強于高碳鋼，但是重量還比鋁輕，能夠承受瞬間450的溫度變化而不碎裂。憑借這一發(fā)明，唐納德斯圖基發(fā)了大財，微晶玻璃也被廣泛應(yīng)用于彈道導(dǎo)彈、火箭、航天飛機以及實驗室中。因價格昂貴慘遭冷藏雖然大猩猩玻璃已經(jīng)家喻戶曉了，可是其前身

10、Chemcor玻璃卻因種種因素被冷藏了34年。微晶玻璃被偶然地創(chuàng)造出來之后，康寧公司啟動了一個名為Project Muscle的大規(guī)模開發(fā)項目，繼續(xù)探索增強玻璃強度的方式。這項研究很快便取得進展，創(chuàng)造出了被命名為Chemcor的玻璃，這就是大猩猩玻璃的前身。其原理是通過在玻璃的成分中加入鋁，然后將玻璃置于400的鉀鹽熱槽中，這時更小的鈉離子會離開玻璃，而鹽槽中更大的鉀離子會替代這些空缺。這些鉀離子占據(jù)更大的空間，當(dāng)玻璃冷卻下來的時候，鉀離子便擠壓在一起，從而在玻璃表面生產(chǎn)一層壓應(yīng)力層。而通過玻璃的特殊結(jié)構(gòu)，使鉀離子可滲入到玻璃深層，因此，玻璃表面形成的高壓應(yīng)力層較厚，從而對日常損傷的抵抗性能更

11、優(yōu)。經(jīng)過大量實驗，這種Chemcor玻璃的各項性能都比傳統(tǒng)玻璃要好上不少。1962年，Chemcor玻璃正式推向市場，其雖然能吸引到很多廠商的關(guān)注，但是高昂的價格使得Chemcor玻璃的無人問津?？祵幑疽苍噲D向福特等汽車廠商推銷Chemcor玻璃，這看上去是擋風(fēng)玻璃的不錯選擇。但在膠合玻璃表現(xiàn)良好的情況下，福特等汽車企業(yè)普遍覺得這種新型強化玻璃并不值得他們多花錢。在缺乏銷路的情況下，康寧公司于1971年正式關(guān)閉了Project Muscle項目，從未大規(guī)模量產(chǎn)的Chemcor玻璃也被打入冷宮，作為一種技術(shù)儲備，等待著合適的應(yīng)用時機。QBQ: 康寧大猩猩玻璃誕生背后的故事Corning Gor

12、illa強化玻璃借助iPhone咸魚翻身可是誰知道，這個轉(zhuǎn)機直到34年之后的2005年才出現(xiàn)。那時的康寧公司日子并不好過，2000年互聯(lián)網(wǎng)泡沫的破滅，也波及到了以光纖為主要產(chǎn)品的康寧公司，其股價從10美元跌到2002年最低時的1.5美元。2005年時，摩托羅拉發(fā)布了Razr V3手機，一大特點是用玻璃顯示屏取代了傳統(tǒng)的高強度塑料。受摩托羅拉Razr V3手機的影響，康寧組織了一個不大的團隊，負(fù)責(zé)研究能否將Chemcor技術(shù)重新啟用，這個項目被命名為“Gorilla Glass”，這就是我們所熟悉的大猩猩玻璃了，其一大難點便在于能否將4mm厚的Chemcor玻璃變得更薄。當(dāng)2007年2月喬布斯要

13、求康寧提供產(chǎn)品的時候，大猩猩玻璃的研究還沒有取得顯著的進展。盡管1.3mm厚的玻璃是否能被生產(chǎn)出來，用什么工藝，這種為汽車擋風(fēng)玻璃打造的材料應(yīng)用到手機上效果會怎樣，沒人知道答案。不過康寧公司首席執(zhí)行官魏文德卻答應(yīng)了喬布斯的要求。一般來說一款新產(chǎn)品從發(fā)明到量產(chǎn)需要數(shù)年的時間，但是蘋果給的時間卻不多，只有短短幾周。于是兩名成分構(gòu)成科學(xué)家亞當(dāng)埃里森和馬特德吉內(nèi)卡接到了一項任務(wù)，負(fù)責(zé)找出并改造公司已經(jīng)使用的一種工藝，以便能在蘋果最后限定日期前制造出大猩猩玻璃。事實上，亞當(dāng)埃里森和馬特德吉內(nèi)卡的選擇只有一個，那就是“熔融下拉”工藝，就是將熔化后的玻璃從一個容器倒入耐火槽，并通過耐火槽的兩側(cè)向外溢出，然后

14、在耐火槽的下方匯聚，并按照設(shè)定一定的速度進行“下拉”，從而形成連續(xù)不斷的玻璃薄片。找到合適的工藝之后，亞當(dāng)埃里森和馬特德吉內(nèi)卡又發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)1.3mm的厚度以及更好的視覺特性，必須對Chemcor玻璃的成分進行改變，包括改變幾種氧化物的含量以及加入一種新的秘密成分等，從而提高玻璃的粘性、抗壓應(yīng)力和離子交換速度。這個研究工作進行得非常順利，大猩猩玻璃的量產(chǎn)工作5月份正式啟動，6月就生產(chǎn)出足以覆蓋7個足球場的產(chǎn)品。QBQ: 康寧大猩猩玻璃誕生背后的故事一場意外引發(fā)的變革 1952年 唐納德斯圖基偶然創(chuàng)造出微晶玻璃1959年 微晶玻璃被制成康寧餐具1962年 大猩猩玻璃的前身Chemcor玻璃被制造出

15、來1971年 Chemcor玻璃項目被凍結(jié)2005年 康寧啟動“Gorilla Glass”項目2007年2月蘋果向康寧訂購防劃玻璃2007年5月大猩猩玻璃量產(chǎn)準(zhǔn)備完成2007年6月大猩猩玻璃大規(guī)模量產(chǎn)開始Corning Gorilla強化玻璃唐納德唐納德斯圖斯圖基基介紹介紹唐納德斯圖基于1915年出生在內(nèi)布拉斯加州，1936年，在柯伊學(xué)院獲得了化學(xué)學(xué)士學(xué)位。之后于1938年在賓夕法尼亞州的拉法耶特學(xué)院獲得化學(xué)碩士學(xué)位。兩年后，又在麻省理工學(xué)院獲得化學(xué)博士學(xué)位。唐斯圖基的主要成就都是在康寧公司獲得的，他有一系列的發(fā)明，如1948年，創(chuàng)造出了光敏玻璃，這種玻璃當(dāng)時被應(yīng)用在電腦、通訊等行業(yè); 19

16、53年，他又創(chuàng)造出了微晶玻璃，1957年制成康寧鍋;隨后他制成了光致變色玻璃。不過這些發(fā)明中讓他獲得豐厚回報的只有微晶玻璃.Corning Gorilla強化玻璃AGC Dragontrail強化玻璃2011年1月20日，日本旭硝子公司宣布了自己的化學(xué)強化玻璃產(chǎn)品Dragontrail(龍尾).面向智能手機、平板機以及電視屏保玻璃市場。與康寧展開直接競爭。AGC Dragontrail強化玻璃AGC Dragontrail強化玻璃AGC Dragontrail強化玻璃AGC Dragontrail強化玻璃AGC Dragontrail強化玻璃3點彎曲強度測試表面應(yīng)力和強化深度透過率測定比較:

17、Gorilla VS DragontrailItemNormalGorillaDragontrailRemarkthickness(mm)NA0.52.00.55.0厚度2.502.422.48密度Youngs Modulus (GPa)7371.574楊氏模量, 越大越好Shear Modulus(GPa)3029.630剪切模量,越大剛性越好Poissons Ratio0.210.210.23泊松比, 越小越好Vickers Hardness (CS前)(kgf/mm2)533534595維氏硬度抗傷能力，越大越好Vickers Hardness (CS前) )(kgf/mm2)580649673CTE （x10-7/)85(50-50)81.4 (0-300)98 (50-350)Coefficient of thermal expansion 熱膨脹系數(shù)Tg()550/604Glass Transition Temperature