浅谈镀膜对化学钢化玻璃抗冲击性能的影响

涉足在化学钢化玻璃上镀膜已经数月，见到的现象和困难五花八门，但规纳起来不过如下（在此姑且不谈玻璃来料离散性太大之事）：
1.膜在下时抗冲击性能差，膜在上时抗冲击性能不变；
2.双面镀膜抗冲击性能也差；
3.膜受压应力时抗冲击性能差，膜受张应力时抗冲击性能也差；
4.膜的附着力好时抗冲击性能差；抗冲击性能好时膜的附着力差。

究竟是何机制导致了上述现象的发生？
我们曾将此归咎于膜的应力，但这显然不足以解释全部而只可能部分地说明现象1，并且仅仅是在压应力情况下才可能。

事实上是应力集中( stress concentration)在起决定性作用。

材料的断裂强度依赖于其中的原子和分子间作用力大小。曾有过一个断裂强度约为弹性模量的十分之一的理论上的估值。然而测量值却要比理论值往往小上千倍。这种差异被材料的表面和内部所存在的微小缺陷或裂纹（small flaws or cracks）造成的应力集中所解释。

化学钢化玻璃镀膜体系的表面和内部微小缺陷或裂纹首先存在于膜中。
断裂力学所提到的几种断裂模式中有一个Decohesive rupture，意为“减内聚力性裂纹”。经常出现在弱材料（weak material）表面。

我们的蒸发机镀出的膜，既使不属于弱材料，毕竟不是很强（这种膜的致密性较差就是一个明示），而且很脆。其中必存在Decohesive ruptures ，外部冲击力通过它们实现应力集中，进而使玻璃断裂。
从此物理图象出发，就可以解释前述各种现象。至于OCS机镀出的膜，则因具较强的压应力（与我们的蒸发机镀出的膜相比），本身就先天不足（在化学钢化玻璃镀膜方面），而且其中也会因存在Decohesive rupture而同样难逃宿命。

下面较为详细地说明一下前述各种现象。
•膜在下时抗冲击性能差，膜在上时抗冲击性能不变。
当落球碰撞玻璃上表面时，玻璃会产生向下弯曲的应变，即其上表面因受到压应力而收缩；其下表面因受到张应力而伸长。膜在下时，其中的Decohesive ruptures 在张应力作用下会产生应力集中，当（集中的）应力达到其断裂韧度时，断裂发生，使得整个化学钢化玻璃镀膜体系的抗冲击性能低于玻璃本身的抗冲击性能。膜在上时其中的Decohesive ruptures 受到的是压应力，这与使化学钢化玻璃镀膜体系断裂发生的趋势恰恰相反，因而膜在上时抗冲击性能不变。

•双面镀膜抗冲击性能也差
双面镀膜的实验初衷来自于当初归咎于膜的应力的认识，试图使两面膜的应力互相抵消。但如上所述，应力并非真正元凶，故有此结果。
•膜受压应力时抗冲击性能差，膜受张应力时抗冲击性能也差
必须指出，这里所说的膜受压（张）应力意思是衬底对膜的反作用力，它来自于镀膜过程产生的热应力和本征应力之和。
当初归咎于膜的应力时，认为膜受张应力时抗冲击性能会比受压应力时抗冲击性能好。但是事实上，膜应力的贡献是很小的。化学钢化玻璃的表面压应力层厚度通常为十几微米，其压应力通常为数百兆帕；而膜的厚度仅为几百纳米，其应力通常为数十兆帕，故膜应力的总贡献应比化学钢化玻璃的表面压应力小2至3个量级。因此，即便膜的应力方向有差别，对化学钢化玻璃镀膜体系的抗冲击性能好坏也起不了决定性作用。
•膜的附着力好时抗冲击性能差；抗冲击性能好时膜的附着力差。
事实上，膜的附着力好坏决定了膜的Decohesive ruptures 所起的作用是否或在多大程度上向玻璃传递。
膜的附着力好时，化学钢化玻璃镀膜体系近乎是一个整体，膜的Decohesive ruptures 产生的应力集中必然向玻璃传递；反之，膜的附着力差时，抗冲击性能好就不足为怪了。

hzgd2006	2006-10-24 15:36
化学钢化层的厚度与应力分布对玻璃的冲击强度有很大影响。

aaoe	2006-11-01 14:03
长知识.继续.

mimikao	2008-06-30 16:42
好文章，能不能传授些关于化学钢化的知识

wym87	2011-09-03 20:32
不错的文章哦

wym87	2011-11-14 21:42
不错的资料，

查看本帖完整版本: [-- 浅谈镀膜对化学钢化玻璃抗冲击性能的影响 --] [-- top --]