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（A⁺）_玻璃 +（B⁺）_熔鹽=（B⁺）_玻璃 +（A⁺）_熔鹽——（1）

離子交換前　         　 　離子交換后

互擴(kuò)散過(guò)程是化學(xué)擴(kuò)散形式中的一種，也叫離子交換。由于大離子占據(jù)了玻璃亞表面層中小離子的位置，使得玻璃表面體積膨脹的趨勢(shì)產(chǎn)生“擠塞”現(xiàn)象，在玻璃表面上產(chǎn)生具有很大應(yīng)力值的壓應(yīng)力層。如圖1所示。

置于壓應(yīng)力之下，而內(nèi)部則產(chǎn)生起補(bǔ)償作用的張應(yīng)力，這種方式與物理鋼化的方式很相似。一般情況下，我們將“離子交換鋼化”方法又細(xì)分為：“高溫型離子交換”和“低溫型離子交換”方法。

1.高溫型離子交換

高溫型離子交換是指在高溫條件下（溫度在轉(zhuǎn)變溫度以上至軟化點(diǎn)以下的范圍內(nèi)），玻璃與熔鹽間的離子通過(guò)充分的交換，在玻璃表面形成膨脹系數(shù)比玻璃基體小的薄層。當(dāng)進(jìn)入冷卻階段時(shí)，由于玻璃表面層的收縮與基體的收縮程度不同，玻璃表面會(huì)產(chǎn)生具有很大應(yīng)力值的壓應(yīng)力層，從而實(shí)現(xiàn)玻璃增強(qiáng)的效果。該應(yīng)力值的大小可以通過(guò)下式計(jì)算。

s ＝E（1- v）^-1(a₁ – a₂ ）△T——（2）

式中：

s —表面應(yīng)力；

E—玻璃彈性模量；

v—泊松比；

a₁ ，a ₂—內(nèi)外層玻璃的膨脹系數(shù)；

△T—溫度差。

從式（2）可以看出，“內(nèi)外層玻璃的膨脹系數(shù)的差值”和“溫度差”與表面應(yīng)力值成正比關(guān)系，也就是說(shuō)，可以通過(guò)熔鹽成份、濃度以及溫度等外界條件的改變，而獲得適宜的玻璃表面應(yīng)力值。

2.低溫型離子交換

低溫型離子交換是指交換溫度不超出玻璃轉(zhuǎn)變溫度的范圍，玻璃與熔鹽間的離子通過(guò)充分的交換，熔鹽中的大體積離子K⁺置換玻璃中的小體積離子Na⁺，利用離子體積上的差別在玻璃表層形成嵌擠壓應(yīng)力層，達(dá)到玻璃增強(qiáng)的效果。該應(yīng)力值的大小可以通過(guò)下式計(jì)算。

1 E DV

s＝1/3×E/1-v×△V/V——（3）

式中：

s —表面應(yīng)力；

E—玻璃彈性模量；

v —泊松比；

V—離子交換前玻璃的體積；

△V—離子交換產(chǎn)生的體積差。

從式（3）可以看出，離子交換產(chǎn)生的體積差與表面應(yīng)力值成正比關(guān)系，也就是說(shuō)，可以通過(guò)改變離子交換產(chǎn)生時(shí)的體積差，得到理想的玻璃表面應(yīng)力值。

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