Page 101 - 《摩擦学学报》2021年第2期

246 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

10 100
(a) (b)
8 80

Hardness/GPa 6 4 Pristine Reduced modulus/GPa 60 Pristine

40
Water-24 h
Water-50 h
Water-50 h Water-24 h
2 20
pH1-24 h pH1-24 h
pH1-50 h pH1-50 h
0 0
0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250
Depth/nm Depth/nm
7.8
(c) pH-1 HCl 84 (d) pH-1 HCl
DI water 78 DI water
Hardness/GPa 6.6 Reduced modulus/GPa 72
7.2

66
6.0
0 24 50 0 24 50
Immersion duration/h Immersion duration/h

Fig. 3 The (a) nanohardness and (b) reduced modulus of soda lime silica glass vary with depth，and (c) nanohardness and (d)
reduced modulus of soda lime silica glass surface change with different treatment conditions
图 3 钠钙硅玻璃的(a)纳米硬度和(b)等效弹性模量随深度的变化规律，钠钙硅玻璃表层的(c)纳米硬度和(d)等效
弹性模量随不同侵蚀处理条件的变化规律

+
弹性模量变化. 由于当Na 析出后，玻璃表层结构变成 Si-O-Si网络结构的连接度降低，在同等压力作用下，
[15]
“富SiO ”，表层的泊松比发生了变化 ，因此图3仅对 玻璃的网络结构更易出现损伤，这与Tadjiev等 [7-8] 和
2
[14]
比了等效弹性模量的变化. Amma等 的结果一致.

可以看出，经不同溶液侵蚀后，钠钙硅玻璃表层 2.3 强酸侵蚀对钠钙硅玻璃宏观维氏硬度和断裂
(<100 nm)的纳米硬度和等效弹性模量出现了明显的 韧性的影响
降低. 基于图3(a)和图3(b)的结果，图3(c)和图3(d)对比 除了玻璃表层的机械性能以外，玻璃的宏观机械
了不同侵蚀时长后玻璃表层的纳米硬度和弹性模量. 性能也可能出现变化. 图4(a)为钠钙硅玻璃表面在不
经去离子水侵蚀50 h后，钠钙硅玻璃表面的纳米硬度 同侵蚀条件下维氏硬度的变化. 原始钠钙硅玻璃表面
从最初的7.04 GPa增大到7.09 GPa，等效弹性模量从 的维氏硬度为HV562. 经过去离子水侵蚀24 和50 h
最初的75.7 GPa增大到76.5 GPa. 经强酸溶液侵蚀 后，玻璃表面的维氏硬度分别为HV560和 HV562，这
24和50 h后，钠钙硅玻璃表面的纳米硬度分别降低为 表明玻璃表面的维氏硬度变化不大. 但经过强酸溶液
6.8和6.6 GPa，等效弹性模量分别降低为73.2和67.5 GPa. 侵蚀24和50 h后，玻璃表面的维氏硬度分别减小为
结果表明：在给定的试验条件下，去离子水侵蚀对玻 HV556和HV552. 钠钙硅玻璃表面维氏硬度的变化与
璃表层微观机械性能影响不大，但强酸侵蚀能明显降 玻璃表层结构密度的变化相关 [22] . 当玻璃表层的
+
低玻璃表层的纳米硬度和等效弹性模量，而且随着侵 Na 在强酸溶液中析出后，玻璃表层的结构密度降低，
蚀时间的增加，玻璃表面的微观机械性能进一步降低. 使得玻璃表面的维氏硬度略微降低，这与图1至图3的
经强酸侵蚀50 h后，玻璃表层的纳米硬度等效弹性模 结果一致. 图4(b)为钠钙硅玻璃表面在不同侵蚀条件
量分别降低了6.25%和10.8%. 玻璃表层的纳米硬度等 下断裂韧性的变化，维氏压痕的载荷为3 N. 原始钠钙
效弹性模量的大幅降低主要由于其表层“富SiO ”结 硅玻璃表面的断裂韧性为0.73 MPa·m . 经过去离子
1/2
2
构的形成以及水含量的增大(图1和图2)，使得玻璃中 水侵蚀24和50 h后，玻璃表面的断裂韧性变化不大. 但