强化玻璃介绍 自曾哥

1、目目 录录一、强化玻璃分类二、化学强化玻璃介绍 Corning Gorilla强化玻璃 AGC Dragontrail强化玻璃日期: 2012年11月23日强化玻璃技术分类物理强化的原理: 物理强化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它时将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600） 时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面， 使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得强化玻璃。这种玻璃处于内部受拉，外部受压的应力状态，一旦局 部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。化学强化的原理: 化学强化玻璃是通

2、过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进行强化。 其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃，浸入到硝酸钾熔盐中，时间从几十分钟到几十小时，使玻璃表层 的Na离子与熔盐中的K离子发生离子交换，表面形成K离子交换层，由于K离子半径比Na+离子大， K+离子代理玻璃种的Na+离子， 使表面“挤塞”膨胀，产生应力，使得玻璃强度增强。 强化玻璃又称钢化玻璃，是一种预应力玻璃。它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内

3、部无缺陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。 众所周知，材料表面的微裂纹是导致材料破裂的主要原因。因为微裂纹在张力的作用下会逐渐扩展，最后沿裂纹开裂。而玻璃经钢化后，由于表面存在较大的压应力，可使玻璃表面的微裂纹在挤压作用下变得更加细微，甚至“愈合”。物理强化利用玻璃的热塑性和热膨胀特性，将玻璃加热至玻璃化温度以上80摄氏度左右，然后施以均匀急速物理冷却措施，使玻璃内产生很大永久应力，此过程称为玻璃的物理钢化（强化）或玻璃淬火。切割磨边清洗干燥加热急冷检验包装加热方式：沿厚度方向均匀快速进行炉 温：依玻璃成份550-750加热时间：一般28-32s/mm需要均匀冷却(风冷，液冷，粉

4、体冷).后两种一般用于薄板玻璃或异形玻璃钢化影响强化的工艺因素：1：玻璃成份2：尽量选择较低淬火温度及较大冷却强度（有上限）3：玻璃厚度（越厚越容易）化学强化利用玻璃表面离子迁移和扩散特性，使玻璃表面区域（一般数百微米以内厚度）成份发生变化，此变化导致玻璃表面微裂纹消失或在玻璃表面形成压应力层，从而使得玻璃强度提高，这一技术称为玻璃的化学强化。低温预热高温预热离子交换高温冷却中温冷却低温冷却熔盐材料：KNO3,AL2O3粉，硅酸钾，硅藻土，其他助剂工艺参数：盐浴池温度：380-550 交换时间：4h以上设计炉温： 低温预热200-300 高温预热350-450 离子交换炉 410-500 高温

5、冷却炉350-450 中温冷却炉200-300 低温冷却炉150-200影响化学强化玻璃强度的因素玻璃成份：一般SiO2含量在60-65%。Al2O3在离子交换过程中起加速作用. Al2O3的合适用量1%17%。 含量小于1%时，玻璃的化学稳定性差，含量大于17%时，生产玻璃时原料熔化困难。熔盐成份：KNO3成份越纯越好。Na2O杂质超过0.5%就会对强化效果产生影响。 必须及时补充新溶盐和及时净化盐池.处理温度：必须采用适宜的温度，过低造成离子交换无法进行， 过高则会造成玻璃结构松弛，而使得强度降低.处理时间：越长强度越大，但过长时间产生的效益并不明显.物理强化和化学强化对比项目化学强化玻璃

6、物理强化玻璃压应力值高（30-800MPa）低（10-15MPa）压应力层深浅（一般10-300um）深（板厚1/6左右）张应力值低高（约为压应力1/2）处理时间长（30min-一周）短（5-10min）玻璃厚度及形状无限制受限制落球测试227G钢球从1.5M自由落至中央一次不破227G钢球从1.5M自由落至中央一次不破表面品质目视表面光亮度均匀，无波浪阴影，气泡少物强后有波浪阴影，气泡多，刮伤化学强化无刮伤，压伤物强刮伤，压伤比较多表面品质表面品质OK，翘曲度小。适用于生产电子级产品表面有点状，易有滚轮斑，翘曲度大。较适用于工业级产品 (汽车玻璃等)形变（翘曲度）小等于0.5MM大于0.5M

7、M破裂状况破裂后片状，见附图破裂后颗粒状，见附图 Corning Gorilla强化玻璃(大猩猩, 大金刚) AGC Dragontrail强化玻璃(龙迹, 龙尾, 升龙) 德国肖特Xensation 强化玻璃 NEG强化玻璃化学强化玻璃种类Corning Gorilla强化玻璃Corning Gorilla强化玻璃Corning Gorilla强化玻璃Corning Gorilla强化玻璃2007年，在第一代iPhone开卖之前的一个多月，乔布斯把众手下都叫到了办公室,他举起iPhone，并愤怒地说：“我们产品的屏幕是不允许这样轻易被划伤的，我要换防划玻璃屏幕，我要在6周之内让它变得完美。”

8、正是因为乔布斯的挑剔，使得康宁公司的大猩猩玻璃名声大噪。可是谁知道大猩猩玻璃产生背后那曲折的故事呢?这本是一场意外提起发明创造，大家可能马上就会联想到科研人员反复进行试验的场景。实际上不少新产品的诞生，却是来自于一个意外，例如潘伯顿医生误把苏打水加入一种糖浆之中，就造出了可口可乐，而大猩猩玻璃的原型微晶玻璃的诞生也是源自一场意外。1952年的一天，康宁玻璃厂的化学家唐纳德斯图基正在进行新型玻璃的研究实验。他原本准备将一块光敏玻璃的样本放到火炉中加热到600。但在加热的过程中，由于控制员的错误操作，将火炉的温度提高到了900。当时唐斯图基以为自己把实验弄砸了，在如此高温之下不仅玻璃会融化，甚至是

9、进行加热的火炉也可能因此而损坏。万幸的是，这两种情况都没有发生。那块玻璃没有融化，而是变成了一块白色的薄板。当他试图拿出这块薄板的时候，由于钳子未能夹紧的缘故，导致这块玻璃样本滑落在地，但却没有摔碎，而是弹了起来。这个意外导致了第一块有机微晶玻璃的出现，最初斯图基将这种材料命名为Fotoceram，后来正式命名为Pyroceram(微晶玻璃)。其强度远高于普通的钠钙玻璃，甚至强于高碳钢，但是重量还比铝轻，能够承受瞬间450的温度变化而不碎裂。凭借这一发明，唐纳德斯图基发了大财，微晶玻璃也被广泛应用于弹道导弹、火箭、航天飞机以及实验室中。因价格昂贵惨遭冷藏虽然大猩猩玻璃已经家喻户晓了，可是其前身

10、Chemcor玻璃却因种种因素被冷藏了34年。微晶玻璃被偶然地创造出来之后，康宁公司启动了一个名为Project Muscle的大规模开发项目，继续探索增强玻璃强度的方式。这项研究很快便取得进展，创造出了被命名为Chemcor的玻璃，这就是大猩猩玻璃的前身。其原理是通过在玻璃的成分中加入铝，然后将玻璃置于400的钾盐热槽中，这时更小的钠离子会离开玻璃，而盐槽中更大的钾离子会替代这些空缺。这些钾离子占据更大的空间，当玻璃冷却下来的时候，钾离子便挤压在一起，从而在玻璃表面生产一层压应力层。而通过玻璃的特殊结构，使钾离子可渗入到玻璃深层，因此，玻璃表面形成的高压应力层较厚，从而对日常损伤的抵抗性能更

11、优。经过大量实验，这种Chemcor玻璃的各项性能都比传统玻璃要好上不少。1962年，Chemcor玻璃正式推向市场，其虽然能吸引到很多厂商的关注，但是高昂的价格使得Chemcor玻璃的无人问津。康宁公司也试图向福特等汽车厂商推销Chemcor玻璃，这看上去是挡风玻璃的不错选择。但在胶合玻璃表现良好的情况下，福特等汽车企业普遍觉得这种新型强化玻璃并不值得他们多花钱。在缺乏销路的情况下，康宁公司于1971年正式关闭了Project Muscle项目，从未大规模量产的Chemcor玻璃也被打入冷宫，作为一种技术储备，等待着合适的应用时机。QBQ: 康宁大猩猩玻璃诞生背后的故事Corning Gor

12、illa强化玻璃借助iPhone咸鱼翻身可是谁知道，这个转机直到34年之后的2005年才出现。那时的康宁公司日子并不好过，2000年互联网泡沫的破灭，也波及到了以光纤为主要产品的康宁公司，其股价从10美元跌到2002年最低时的1.5美元。2005年时，摩托罗拉发布了Razr V3手机，一大特点是用玻璃显示屏取代了传统的高强度塑料。受摩托罗拉Razr V3手机的影响，康宁组织了一个不大的团队，负责研究能否将Chemcor技术重新启用，这个项目被命名为“Gorilla Glass”，这就是我们所熟悉的大猩猩玻璃了，其一大难点便在于能否将4mm厚的Chemcor玻璃变得更薄。当2007年2月乔布斯要

13、求康宁提供产品的时候，大猩猩玻璃的研究还没有取得显著的进展。尽管1.3mm厚的玻璃是否能被生产出来，用什么工艺，这种为汽车挡风玻璃打造的材料应用到手机上效果会怎样，没人知道答案。不过康宁公司首席执行官魏文德却答应了乔布斯的要求。一般来说一款新产品从发明到量产需要数年的时间，但是苹果给的时间却不多，只有短短几周。于是两名成分构成科学家亚当埃里森和马特德吉内卡接到了一项任务，负责找出并改造公司已经使用的一种工艺，以便能在苹果最后限定日期前制造出大猩猩玻璃。事实上，亚当埃里森和马特德吉内卡的选择只有一个，那就是“熔融下拉”工艺，就是将熔化后的玻璃从一个容器倒入耐火槽，并通过耐火槽的两侧向外溢出，然后

14、在耐火槽的下方汇聚，并按照设定一定的速度进行“下拉”，从而形成连续不断的玻璃薄片。找到合适的工艺之后，亚当埃里森和马特德吉内卡又发现要实现1.3mm的厚度以及更好的视觉特性，必须对Chemcor玻璃的成分进行改变，包括改变几种氧化物的含量以及加入一种新的秘密成分等，从而提高玻璃的粘性、抗压应力和离子交换速度。这个研究工作进行得非常顺利，大猩猩玻璃的量产工作5月份正式启动，6月就生产出足以覆盖7个足球场的产品。QBQ: 康宁大猩猩玻璃诞生背后的故事一场意外引发的变革 1952年 唐纳德斯图基偶然创造出微晶玻璃1959年 微晶玻璃被制成康宁餐具1962年 大猩猩玻璃的前身Chemcor玻璃被制造出

15、来1971年 Chemcor玻璃项目被冻结2005年 康宁启动“Gorilla Glass”项目2007年2月苹果向康宁订购防划玻璃2007年5月大猩猩玻璃量产准备完成2007年6月大猩猩玻璃大规模量产开始Corning Gorilla强化玻璃唐纳德唐纳德斯图斯图基基介绍介绍唐纳德斯图基于1915年出生在内布拉斯加州，1936年，在柯伊学院获得了化学学士学位。之后于1938年在宾夕法尼亚州的拉法耶特学院获得化学硕士学位。两年后，又在麻省理工学院获得化学博士学位。唐斯图基的主要成就都是在康宁公司获得的，他有一系列的发明，如1948年，创造出了光敏玻璃，这种玻璃当时被应用在电脑、通讯等行业; 19

16、53年，他又创造出了微晶玻璃，1957年制成康宁锅;随后他制成了光致变色玻璃。不过这些发明中让他获得丰厚回报的只有微晶玻璃.Corning Gorilla强化玻璃AGC Dragontrail强化玻璃2011年1月20日，日本旭硝子公司宣布了自己的化学强化玻璃产品Dragontrail(龙尾).面向智能手机、平板机以及电视屏保玻璃市场。与康宁展开直接竞争。AGC Dragontrail强化玻璃AGC Dragontrail强化玻璃AGC Dragontrail强化玻璃AGC Dragontrail强化玻璃AGC Dragontrail强化玻璃3点弯曲强度测试表面应力和强化深度透过率测定比较:

17、Gorilla VS DragontrailItemNormalGorillaDragontrailRemarkthickness(mm)NA0.52.00.55.0厚度2.502.422.48密度Youngs Modulus (GPa)7371.574杨氏模量, 越大越好Shear Modulus(GPa)3029.630剪切模量,越大刚性越好Poissons Ratio0.210.210.23泊松比, 越小越好Vickers Hardness (CS前)(kgf/mm2)533534595维氏硬度抗伤能力，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 热膨胀系数Tg()550/604Glass Transition Temperature