涉足在化學(xué)鋼化玻璃上鍍膜已經(jīng)數(shù)月,見到的現(xiàn)象和困難五花八門,但規(guī)納起來不過如下(在此姑且不談玻璃來料離散性太大之事): TA+/35^?
1.膜在下時抗沖擊性能差,膜在上時抗沖擊性能不變; ~tqNxlA
2.雙面鍍膜抗沖擊性能也差; NqN9
3.膜受壓應(yīng)力時抗沖擊性能差,膜受張應(yīng)力時抗沖擊性能也差; o6S`7uwJ*/
4.膜的附著力好時抗沖擊性能差;抗沖擊性能好時膜的附著力差。 !)uXCg9U
Y=
^o {C6
究竟是何機制導(dǎo)致了上述現(xiàn)象的發(fā)生? bpfSe
我們曾將此歸咎于膜的應(yīng)力,但這顯然不足以解釋全部而只可能部分地說明現(xiàn)象1,并且僅僅是在壓應(yīng)力情況下才可能。 `,6^eLU
[&{NgUgu"
事實上是應(yīng)力集中( stress concentration)在起決定性作用。 zfUkHL6
fU4{4M+9"
材料的斷裂強度依賴于其中的原子和分子間作用力大小。曾有過一個斷裂強度約為彈性模量的十分之一的理論上的估值。然而測量值卻要比理論值往往小上千倍。這種差異被材料的表面和內(nèi)部所存在的微小缺陷或裂紋(small flaws or cracks)造成的應(yīng)力集中所解釋。 9q"G g?
58/\
化學(xué)鋼化玻璃鍍膜體系的表面和內(nèi)部微小缺陷或裂紋首先存在于膜中。 bt?)ryu
斷裂力學(xué)所提到的幾種斷裂模式中有一個Decohesive rupture,意為“減內(nèi)聚力性裂紋”。經(jīng)常出現(xiàn)在弱材料(weak material)表面。 Nv\<>gA:
|r53>,oR<:
我們的蒸發(fā)機鍍出的膜,既使不屬于弱材料,畢竟不是很強(這種膜的致密性較差就是一個明示),而且很脆。其中必存在Decohesive ruptures ,外部沖擊力通過它們實現(xiàn)應(yīng)力集中,進而使玻璃斷裂。 \MtdT[*
從此物理圖象出發(fā),就可以解釋前述各種現(xiàn)象。至于OCS機鍍出的膜,則因具較強的壓應(yīng)力(與我們的蒸發(fā)機鍍出的膜相比),本身就先天不足(在化學(xué)鋼化玻璃鍍膜方面),而且其中也會因存在Decohesive rupture而同樣難逃宿命。 b'4r5@GO
f8L3+u
下面較為詳細(xì)地說明一下前述各種現(xiàn)象。 ^Kh>La:>O
•膜在下時抗沖擊性能差,膜在上時抗沖擊性能不變。 .t{?doOT
當(dāng)落球碰撞玻璃上表面時,玻璃會產(chǎn)生向下彎曲的應(yīng)變,即其上表面因受到壓應(yīng)力而收縮;其下表面因受到張應(yīng)力而伸長。膜在下時,其中的Decohesive ruptures 在張應(yīng)力作用下會產(chǎn)生應(yīng)力集中,當(dāng)(集中的)應(yīng)力達到其斷裂韌度時,斷裂發(fā)生, 使得整個化學(xué)鋼化玻璃鍍膜體系的抗沖擊性能低于玻璃本身的抗沖擊性能。膜在上時其中的Decohesive ruptures 受到的是壓應(yīng)力,這與使化學(xué)鋼化玻璃鍍膜體系斷裂發(fā)生的趨勢恰恰相反,因而膜在上時抗沖擊性能不變。 SwmX_F#_
^s?i&K,!
•雙面鍍膜抗沖擊性能也差 c]:@y"W5$
雙面鍍膜的實驗初衷來自于當(dāng)初歸咎于膜的應(yīng)力的認(rèn)識,試圖使兩面膜的應(yīng)力互相抵消。但如上所述,應(yīng)力并非真正元兇,故有此結(jié)果。 3hNb
?
•膜受壓應(yīng)力時抗沖擊性能差,膜受張應(yīng)力時抗沖擊性能也差 r7N%onx
必須指出,這里所說的膜受壓(張)應(yīng)力意思是襯底對膜的反作用力,它來自于鍍膜過程產(chǎn)生的熱應(yīng)力和本征應(yīng)力之和。 >Y&o2zJy
當(dāng)初歸咎于膜的應(yīng)力時,認(rèn)為膜受張應(yīng)力時抗沖擊性能會比受壓應(yīng)力時抗沖擊性能好。但是事實上,膜應(yīng)力的貢獻是很小的。化學(xué)鋼化玻璃的表面壓應(yīng)力層厚度通常為十幾微米,其壓應(yīng)力通常為數(shù)百兆帕;而膜的厚度僅為幾百納米,其應(yīng)力通常為數(shù)十兆帕,故膜應(yīng)力的總貢獻應(yīng)比化學(xué)鋼化玻璃的表面壓應(yīng)力小2至3個量級。因此,即便膜的應(yīng)力方向有差別,對化學(xué)鋼化玻璃鍍膜體系的抗沖擊性能好壞也起不了決定性作用。 edh<L/%D
•膜的附著力好時抗沖擊性能差;抗沖擊性能好時膜的附著力差。 u2Qs}FX
事實上,膜的附著力好壞決定了膜的Decohesive ruptures 所起的作用是否或在多大程度上向玻璃傳遞。 O}"fhMk
膜的附著力好時,化學(xué)鋼化玻璃鍍膜體系近乎是一個整體,膜的Decohesive ruptures 產(chǎn)生的應(yīng)力集中必然向玻璃傳遞;反之,膜的附著力差時,抗沖擊性能好就不足為怪了。