HF_H_2SO_4溶液腐蚀时间对玻璃表面结构及其性能的影响.docx

2014年1月BULLETINOFTHECHINESECEＲAMICSOCIETYJanuary，2014HF/H2SO4溶液腐蚀时间对玻璃 表面结构及其性能的影响卢金山，刘望子，杜建亮，邓莉萍，李喜宝，冯志军(南昌航空大学材料科学与工程学院，南昌330063)摘要:以HF/H2SO4混合水溶液作为复合腐蚀剂，利用金相显微镜、原子力显微镜、接触角测量仪、紫外可见分光光 度计、电子万能试验机、维氏硬度计等测试手段，研究腐蚀时间对钠钙硅酸盐玻璃表面结构以及润湿性、光学和力学性能的影响。随着腐蚀时间延长，腐蚀速率逐渐降低，表面腐蚀坑尺寸先减小后增大，腐蚀坑分布均匀性先提高后降低;接触角逐渐增大并趋于稳定值;抗弯强度先增大后减小，断裂韧度变化不明显。腐蚀20min时腐蚀深度41μm，腐蚀坑均匀细小，表面粗糙度Ｒa达到最低值5．8nm，表面接触角和抗弯强度达到最大值，分别为71°和174MPa。关键词:玻璃;表面结构;润湿性;力学性能中图分类号:TQ173文献标识码:A文章编号:1001-1625(2014)01-0127-06EffectofEtchingTimeonSurfaceStructureandPropertiesofGlassEtchedbyHF/H2SO4SolutionLUJin-shan，LIUWang-zi，DUJian-liang，DENGLi-ping，LIXi-bao，FENGZhi-jun(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，NanchangHangkongUniversity，Nanchang330063，China)Abstract:Soda-limesilicateglasssheetswereetchedusingamixedaqueoussolutionofHFandH2SO4asthecomplexetchant．Effectsofetchingtimeonthesurfacemicrostructure，surfacewettability，opticalandmechanicalpropertiesofsoda-limesilicateglasshavebeeninvestigatedbyopticalmicroscopy，atomicforcemicroscopy，contactangleanalyzer，ultraviolet-visiblespectrophotometer，universaltestingmachineandVickersmicrohardnesstester．Astheetchingprocessproceeded，thedissolutionrateofglasssheetsis graduallydecreased．Theetchpitsizefirstlydecreasesandthenincreases，withtheinversedirectionfortheuniformityofpitdistribution．Thecontactangleisincreasedtoaconstantvalue．Thebendingstrengthfirstlyincreasedandthendecreased，whilethefracturetoughnessisfundamentlyunaltered．Astheetchingtimeis20min，theetchingdepthis41μmwithuniformlydistributedsmallpits．Meanwhile，theminimummeanroughnessＲaof5．8nm，themaximumcontactangleof71°aswellasthemaximumbendingstrengthof174MPaareobtainedconcurrently．Keywords:glass;surfacestructure;wettability;mechanicalproperty1引言玻璃表面与内部在化学键、化学成分以及微观结构等方面存在很大差异，通过改变表面形态与结构，可以显著改善其物理化学性质［1］。玻璃表面改性方法主要有物理/化学钢化、镀膜以及溶液腐蚀［2-4］，物理/化基金项目:航空科学基金(2011ZF56013);江西省教育厅科研项目(GJJ11497)作者简介:卢金山(1969-)，男，博士，教授．主要从事透明材料方面的研究．E-mail:jslu2000@sohu．com学钢化法通过引入表面压应力而强化玻璃;镀膜法利用溶胶凝胶法在玻璃表面涂覆氧化物薄膜，通过降低表面裂纹尺寸以及裂纹面桥接作用强化玻璃;溶液腐蚀法利用液相腐蚀，剥离表面缺陷层，消除