[发明专利]一种力学敏感导电玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种力学敏感导电玻璃制备方法。

背景技术

硅酸盐玻璃具有很多优异的物理性能，如透光性良好，加工成型工序简单，具有高强度、 高硬度等优良特性从而可在建筑、汽车、航天等领域有着广泛的应用。但是，随着应用和产 业不断发展，对硅酸盐玻璃在强度、抗热震等方面的要求越来越高。而玻璃材料本身所具有 的脆性、绝缘性等性能局限了其材料性能的发展要求。通过化学键强的理论计算得出的玻璃 理论强度约为7000MPa，而实际中玻璃的实际强度不超过100MPa，相差2-3个数量级。这 其中影响玻璃强度的最大因素是玻璃中存在的微裂纹，在受力情况下，玻璃的脆性性质使得 微裂纹不能像金属一样通过位错对微裂纹进行钉扎或者应力释放，应力集中在微裂纹尖端， 使得裂纹快速扩展。这需要制造一种玻璃从而提高其抗拉强度，我们称之为离子交换玻璃。 而为了达到离子交换玻璃的抗拉强度水平均匀一致，可以通过两步离子交换的方式来获得力 学敏感玻璃。但力学敏感玻璃仅具有高强度、高透光率等性能不具有导电性，难以应用于光 电子等半导体领域，为此可以再经过磁控溅射的镀膜方式来获得一种力学敏感导电玻璃。这 种力学敏感导电玻璃，可作为半导体仪器中的电子元件存在，主要作用为电导特性，传输电 流。当仪器受到一般的撞击时，由于其抗拉强度较大，不易破坏；但当仪器受到主动打击或 剧烈冲击超出抗拉强度时，由于其具有较一致的抗拉强度水平，敏感玻璃会全部断裂破碎， 失去导电性能，从而起到了保护仪器主机的作用。

通过对玻璃进行化学离子交换的方式来可提高玻璃的抗拉强度。化学钢化，即化学离子 交换，是将玻璃浸于熔盐中保持恒定温度和一定交换时间的钢化处理方式。由于玻璃的脆性 特性使得玻璃材料本身抗压强度大而抗拉强度小，玻璃的破碎、断裂均来自于其玻璃表面的 微裂纹所承受的表面拉应力，沿着裂纹尖端处开始扩展，从而使得玻璃出现破碎或断裂的现 象。而化学离子交换法将使得玻璃表面在熔盐中预先获得了一定程度的压应力，其原理是由 于玻璃中离子半径较小的金属离子(M⁺，M²⁺，如Na⁺)与熔盐中离子半径较大的金属离子(M⁺， M²⁺，如K⁺)相互扩散发生交换，熔盐中半径较大的离子占据了玻璃中半径较小的离子位置， 产生了“挤塞”效应，使得玻璃表面层密度增大，产生内压应力。当玻璃材料再次受到外界 拉应力时，首先要克服玻璃表面压应力，才可出现拉应力状态，即表面预加压应力可以提高 玻璃所承受的外界拉应力大小，提高玻璃的抗拉强度。

而仅仅提高玻璃表面压应力是不够的，由于微裂纹的存在，使得玻璃本身最薄弱的环节 在微裂纹的尖端处。微裂纹深度参次不齐，有的玻璃裂纹深度较浅，而有的可能会达到距离 玻璃表面50μm范围处，而并非玻璃最外层表面。经过一次离子交换处理过后的玻璃其最外 层表面所预加的压应力最大，随着玻璃厚度的增加，内层压应力越来越小，到70μm范围处 几乎为零。经过同样化学离子交换工艺制度处理的玻璃样品，可能会由于其每个试样微裂纹 深度的不同导致其最终的抗拉强度的不同，故需将最大压应力值向玻璃内部移动，才能保证 在微裂纹尖端处有着较大的压应力值，从而保证相同的化学离子交换工艺处理所获得的玻璃 试样其抗拉强度基本一致。

这里引入Weibull模数的概念，Weibull模数表征了材料强度的均匀性和可靠性，Weibull 模数越大，强度离散性越小，变异系数越小，可靠性越好。经过一次离子交换处理后的玻璃 虽然抗拉强度明显增大，但其Weibull模数并未得到很大的提高。

并且目前一般玻璃均属于绝缘性物体，不具有导电性。传统磁控溅射技术并没有在工程 应力分布玻璃中进行镀膜工艺。能够目前现有的技术并未做到在未受到撞击时产生导电性而 受到撞击时失去导电性。而将工程应力分布玻璃进行镀膜后可以获得很多的优良特性，可以 使得玻璃材料能够同时获得导电性，高透光性以及高强度和高Weibull模数等力学性能。所以 发明出一种具有力学敏感特性的导电玻璃是十分必要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种抗折强度高，Weibull模数高，具有力学敏感特性的导电玻璃制， 能够满足力学和电学双重性能，并提供制备该力学敏感导电玻璃的制备方法。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：