Chemical Strengthening of Soda Lime Glasses via Ion Exchange Method

断裂韧性 化学 维氏硬度试验 复合材料 离子交换 苏打石灰玻璃 离子 苏打石灰 渗透(战争) 抗压强度 抗弯强度 材料科学 微观结构 运筹学 工程类 有机化学
作者
Simay Yanık,Mehtap Arslan,Güldem Kartal Şireli
出处
期刊:Journal of the Turkish Chemical Society, Section A: Chemistry [Turkish Chemical Society]
卷期号:11 (3): 1237-1244 被引量:1
标识
DOI:10.18596/jotcsa.1378346
摘要

The aim of this study is to improve the mechanical properties of glasses by the chemical strengthening method via the ion-exchange technique. For this purpose, KNO3 salt baths were utilized for commercial soda-lime glasses. The diffusion-controlled strengthening mechanism is based on creating the compressive stress on the surface of glass by displacing the larger potassium ions with sodium ions. SEM-EDS line scan and XRF analysis, four-point bending, and Vickers hardness tests were performed for the structural and mechanical characterization of ion-exchanged glasses. The optimization of parameters led to a treatment duration of 24 hours at 400°C, resulting in a penetration depth of K+ ions reaching 85 µm. After ion exchange process, the improvement in the hardness, fracture toughness as well as bending strength values ​​of the glasses was observed. The strengthened glasses exhibited notable enhancements in mechanical properties, specifically, hardness increased from 517 HV to 612 HV, and the fracture toughness increased to 3.14 MPa.m1/2 compared to the untreated glass, which displayed the fracture toughness of 1.09 MPa.m1/2. Furthermore, the bending strength of treated specimens significantly improved to 421.6 MPa, representing a five-fold increase over the untreated sample's bending strength of 79 MPa.

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