玻璃强化方法、玻璃、壳组件和电子装置

文档序号:182341 发布日期:2021-11-02 浏览:39次 >En<

阅读说明:本技术 玻璃强化方法、玻璃、壳组件和电子装置 (Glass strengthening method, glass, case assembly, and electronic device ) 是由 夏阳阳 于 2021-08-24 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种玻璃强化方法、玻璃、壳组件和电子装置。玻璃强化方法包括:利用第一熔盐对玻璃基板进行第一次强化;利用第二熔盐对经过第一次强化后的玻璃基板进行第二次强化。其中,第一熔盐和第二熔盐中均包括第一金属离子和第二金属离子,第一金属离子在第一熔盐中占比大于在第二熔盐中占比,第二金属离子在第一熔盐中的占比小于在第二熔盐中占比,第二熔盐中的第一金属离子占比为1%-3%,第二金属离子占比为97%-99%。如此,可提高经过两次强化后的玻璃基板的表面压应力值,有效的提高了玻璃基板的强度性能。(The application discloses a glass strengthening method, glass, a shell assembly and an electronic device. The glass strengthening method comprises the following steps: performing primary strengthening on the glass substrate by using first molten salt; and performing secondary strengthening on the glass substrate subjected to the primary strengthening by using second molten salt. The first molten salt and the second molten salt both comprise first metal ions and second metal ions, the proportion of the first metal ions in the first molten salt is larger than that in the second molten salt, the proportion of the second metal ions in the first molten salt is smaller than that in the second molten salt, the proportion of the first metal ions in the second molten salt is 1% -3%, and the proportion of the second metal ions in the second molten salt is 97% -99%. Therefore, the surface compressive stress value of the glass substrate after being strengthened twice can be improved, and the strength performance of the glass substrate is effectively improved.)

玻璃强化方法、玻璃、壳组件和电子装置

技术领域

本申请涉及玻璃技术领域,尤其涉及一种玻璃强化方法、玻璃、壳组件和电子装置。

背景技术

在相关技术中,为了提高玻璃盖板的强度,手机等电子产品的玻璃后盖可采用二次强化来提高玻璃的强度,然而,现有二次强化的参数对玻璃的表面强度提升有限,仍然存在一定的局限性。

发明内容

本申请实施方式提供了一种玻璃强化方法、玻璃、壳组件和电子装置。

本申请实施方式的玻璃强化方法,包括:

利用第一熔盐对玻璃基板进行第一次强化;

利用第二熔盐对经过第一次强化后的所述玻璃基板进行第二次强化;

其中,所述第一熔盐和所述第二熔盐中均包括第一金属离子和第二金属离子,所述第一金属离子的离子半径小于所述第二金属离子的离子半径,所述第一熔盐中的所述第一金属离子的占比大于所述第二熔盐中的所述第一金属离子的占比,所述第一熔盐中的所述第二金属离子的占比小于所述第二熔盐中的所述第二金属离子的占比;

所述第二熔盐中的所述第一金属离子的占比为1%-3%,所述第二熔盐中第二所述第二金属离子的占比为97%-99%。

在本申请实施方式的玻璃强化方法中,可利用第一熔盐和第二熔盐来依次对玻璃基板进行两次强化,第一熔盐和第二熔盐中均包括第一金属离子和第二金属离子,第一金属离子的离子半径小于第二金属离子的离子半径,第一熔盐中的第一金属离子的占比大于第二熔盐中的第一金属离子的占比,第一熔盐中的第二金属离子的占比小于第二熔盐中的第二金属离子的占比;第二熔盐中的第一金属离子的占比为1%-3%,第二熔盐中第二金属离子的占比为97%-99%。如此,可提高经过两次强化后的玻璃基板的表面压应力值,有效的提高了玻璃基板的强度性能。

本申请实施方式提出了一种玻璃,所述玻璃由上述玻璃强化方法制成

本申请实施方式提出了一种壳组件,所述壳组件包括所述玻璃。

本申请实施方式还提出了一种电子装置,所述电子装置包括所述壳组件。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1是本申请实施方式的玻璃强化方法的流程示意图;

图2是本申请实施方式的玻璃强化方法的又一流程示意图;

图3是本申请实施方式的玻璃强化方法的再一流程示意图;

图4是本申请实施方式的电子装置的立体示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本申请。此外,本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1,本申请实施方式的玻璃强化方法,包括:

S10:利用第一熔盐对玻璃基板进行第一次强化;

S20:利用第二熔盐对经过第一次强化后的玻璃基板进行第二次强化;

其中,第一熔盐和第二熔盐中均包括第一金属离子和第二金属离子,第一金属离子的离子半径小于第二金属离子的离子半径,第一熔盐中的第一金属离子的占比大于第二熔盐中的第一金属离子的占比,第一熔盐中的第二金属离子的占比小于第二熔盐中的第二金属离子的占比;

第二熔盐中的第一金属离子的占比为1%-3%,第二熔盐中第二第二金属离子的占比为97%-99%。

在本申请实施方式的玻璃强化方法中,可利用第一熔盐和第二熔盐来依次对玻璃基板进行两次强化,第一熔盐和第二熔盐中均包括第一金属离子和第二金属离子,第一金属离子的离子半径小于第二金属离子的离子半径,第一熔盐中的第一金属离子的占比大于第二熔盐中的第一金属离子的占比,第一熔盐中的第二金属离子的占比小于第二熔盐中的第二金属离子的占比;第二熔盐中的第一金属离子的占比为1%-3%,第二熔盐中第二金属离子的占比为97%-99%。如此,可提高经过两次强化后的玻璃基板的表面压应力值,有效的提高了玻璃基板的强度性能。

可以理解,在玻璃中引入金属离子可以对玻璃进行化学强化。化学强化是将玻璃基板投入高温的化学熔盐中,借助离子浓度差进行离子扩散交换,熔盐中的大离子半径的离子交换出玻璃中的小离子半径的离子的过程。

由于大离子半径的离子尺寸更大,它进入玻璃之后产生挤压,玻璃有尺寸膨胀的趋势,一般大离子半径的离子只能渗透进入玻璃一定深度,超过这个深度之后不能渗入,则玻璃的内部没有离子挤压,处于被外部玻璃向外拉的状态中,对外部(即大离子半径的离子渗透区域)的玻璃产生向里拉的力,即外部区域产生压应力;而玻璃的外部有膨胀的趋势,它有向外拉动内部玻璃的趋势,即内部(即大离子半径的离子未渗透区域)的玻璃受到张应力。玻璃的破裂基本都是表层开始,在外界张应力的作用下破裂,所以在玻璃的表层施加了压应力后,可以抵消掉一部分外界张应力,减少玻璃破裂风险。

具体地,在本申请中,第一熔盐和第二熔盐中均包括第一金属离子和第二金属离子,第一金属离子和第二金属离子皆可以渗透进入玻璃基板内部并与玻璃基板内部的小离子半径的金属离子进行置换,可通过合理地配置和调整第一熔盐和第二熔盐中的第一金属离子和第二金属离子的占比从而提高玻璃基板的表面压应力值,以使得玻璃可以具有更高的抗弯曲破裂和抗钝物冲击性能,提高玻璃基板的强度性能。

优选地,第一金属离子和第二金属离子可以为碱金属离子,例如,锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、铯离子、钫离子。第一金属离子的离子半径小于第二金属离子的离子半径,则第一金属离子为锂离子时,第二金属离子可以为钠离子或钾离子等;第一金属离子为钠离子时,第二金属离子可以为钾离子或铷离子等。本申请对于第一金属离子和第二金属离子的种类不做限制。

其中,熔盐中金属离子不可能以离子的形式单独存在,其可以通过与酸根离子结合的方式存在于熔盐内,进而才能在高温下与玻璃基板中的离子进行交换。例如,第一金属离子和第二金属离子可以通过与硝酸根离子、硫酸根离子等结合而存在于第一熔盐和第二熔盐中。相对应地,第一熔盐和第二熔盐可以为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾等或硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾的混合物等。本申请对于与金属离子相结合的酸根离子的种类不做限制。

实际处理过程中,由于小离子半径的金属离子的交换活性较高,通常可以渗入到玻璃较深的位置,随着离子半径逐渐增大,金属离子的交换活性逐渐降低,能够渗入玻璃中的深度逐渐减小,即离子半径越小的金属离子与玻璃中离子的交换深度越深,以使得玻璃具有较深的压应力深度。例如,钠离子通常可以渗入玻璃的深度超过100微米,而钾离子可以渗入玻璃的深度约为3~30微米。同时,大离子半径的金属提供的压应力较大,大离子半径的金属离子与玻璃的表面浅层的金属离子进行交换,以使得玻璃基板的表面也可以具有较大的压应力,进而玻璃基板在深度和表层皆可以具有较高的抗弯曲破裂和抗钝物冲击性能,大大提高了玻璃的强度性能。

在本申请的中,玻璃基板的具体种类没有特别限制,只要能够发生离子交换的玻璃均可,例如,玻璃基板可以为锂铝硅玻璃,如康宁公司的GG5玻璃、AGC公司的DT-Star玻璃,主要成分为硅、钙、铝、钠、锂,其中钠和锂作为强化时的离子交换成分。以玻璃基板为锂铝硅玻璃、第一金属离子为钠离子,第二金属离子为钾离子为例,在本申请中,在第一次强化过程中,主要是第一熔盐中的钠离子与玻璃基板中的锂离子进行交换从而形成Na-Li交换层,在第二次强化过程中,主要是第二熔盐中的钾离子与第一次强化过后的玻璃基板中的钠离子进行交换从而形成K-Na交换层。

需要说明的是,在本申请中,“第一金属离子的占比”所指的是第一金属离子在所有金属离子中所占的比例,也即第一金属离子的数量与第一金属离子和第二金属离子的数值之和的比值,同理,“第二金属离子的占比”第二金属离子在所有金属离子中所占的比例,也即,第二金属离子的数量与第一金属离子和第二金属离子的数值之和的比值。

在本申请的实施方式中,在进行第二次强化时,第二熔盐中的第二金属离子的占97%-99%,例如,第二金属离子为钾离子时,钾离子的浓度占比很大,可以更好地提高玻璃基板的表面压应力值(即CS值)。

在某些实施方式中,经过第二次强化后的玻璃基板的表面压应力值(CS值)为900MPa-1250MPa。例如,经本申请的玻璃强化方法强化后的玻璃基板的表面压应力值可以达到950MPa、1000MPa、1150MPa或1200MPa等。相较于现有技术中强化后的玻璃基板,本申请玻璃基板的表面压应力值得到了大大的提升,有效地提高了玻璃基板的强度性能。当然,本申请还可以根据实际情况对第一熔盐和第二熔盐中的第一金属离子和第二金属离子的占比做进一步调整再进行强化,从而得到表面压应力更高的玻璃基板,本申请对于玻璃基板的表面压应力值不做限制。

在某些实施方式中,第一熔盐中的第一金属离子的占比为38%,第一熔盐中的第二金属离子的占比为62%。

如此,可以通过对第一熔盐中的第一金属离子和第二金属离子进行合适的配比以使得在第一次强化过程中,第一金属离子能够与玻璃基板中的金属离子进行交换进而形成厚度较大的第一交换应力层。

具体地,在本申请中,第一熔盐用于第一次强化,第一次强化可以在380℃的温度下进行。第一金属离子的离子半径较小,交换活性较高,第一金属离子可以渗透进玻璃内部较深的位置进而交换出玻璃内较深金属离子,例如,可通过钠离子来对玻璃基板中的锂离子进行交换,从而对玻璃基板进行初步强化以得到厚度较深的第一交换应力层,经过初步强化后玻璃基板的表面压应力值可达到480-630MPa,以第一应力交换层为Na-Li交换层为例,第一交换应力层的深度(DOC)可为90-105um。可以理解,在第一次强化过程中,由于第一金属离子的占比适中且第一金属离子的半径比第二金属离子的半径小,在第一次强化时,其主要以第一金属离子与玻璃基板中的金属离子进行交换为主。而在第二次强化中,由于第二金属离子的占比大大提高,而第一金属离子的占比极少,此时,主要以第一金属离子与玻璃基板中的金属离子进行交换为主(例如,第二金属离子与第一次强化后玻璃基板中的第一金属离子),从而形成第二应力交换层,以第二应力交换层为K-Na交换层为例,第二应力交换层(DOL)的深度可为7-9.5um。

在本申请中,第二熔盐中的第一金属离子的占比为1%-3%,第二熔盐中第二金属离子的占比为97%-99%。优选地,第二熔盐中第一金属离子的占比可以为大于1%且小于或者等于3%,第二金属离子的占比为大于或者等于97%且小于99%。例如,第二熔盐中第一金属离子的占比为3%,第二金属离子的占比则为97%;第一金属离子的占比为1.1%,则第二金属离子的占比为98.9%。

可以理解,第二熔盐用于第二次强化,第二次强化也可以在380℃的温度下进行。相较于第一熔盐,第二熔盐内的第一金属离子占比较小,第二金属离子占比较大。第二金属离子进一步与玻璃基板内的金属离子进行交换,其中,第二金属离子甚至可以与第一次强化中交换进入的第一金属离子交换。由于第二金属离子的离子半径较大,进入玻璃基板内后与其他离子挤压,进而玻璃基板的表面压应力值进一步加强。

可以理解的是,本申请对于第一熔盐和第二熔盐中的第一金属离子和第二金属离子的占比不做限制,只需要满足上述范围要求即可。

在某些实施方式中,第一次强化的处理时间为125分钟。

如此,通过合理地设置第一次强化处理的时间可以在第一次强化时获得较深的应力交换层以及对玻璃基板的表面压应力值进行初步的提升。

具体地,第一次强化处理时,主要进行熔盐中第一金属离子和玻璃中更小半径金属离子进行交换,得到较深的强化深度,熔盐中的小半径金属离子浓度相对较高,强化采用较长的强化时间可以保证强化深度和表面压应力值提升。

在某些实施方式中,第二次强化的处理时间为20-30分钟。

如此,通过合理地设置第二次强化处理的时间可以在第一次强化的基础上进一步将表面压应力值提升至900MPa-1250MPa,同时也不会导致玻璃基板的中心张应力值(CT值)过大而导致玻璃基板出现爆裂。

具体的,第二次强化处理时,主要进行熔盐中的第二金属离子和玻璃中小半径金属离子的交换,得到高的表面压应力值,第二熔盐中的第二金属离子的浓度相对较高。

可以理解的是,在具体的强化反应过程中,第二次强化过程中,由于第一金属离子的浓度逐渐减小,玻璃的表面压应力值(CS值)会升高、压应力层深度(DOL)会升高、拐点应力值(CSK值)会降低。而随着反应时间的减少时,玻璃的CS值会升高、DOL会降低,CSK会升高。因此,在第二次强化反应过程中第二熔盐内的第一金属离子浓度的降低,会导致强化后玻璃的CSK偏下限(CSK偏下限,相同应力层对应的强度降低,玻璃强度也会减弱)。由此可知,为了在二强中避免这一问题,第二次强化时间不宜过长,通过将第二次强化时间控制在20-30分钟内可以提高第二次强化中玻璃的CSK,保证玻璃强度的稳定性。

在某些实施方式中,经过第一次强化后的玻璃基板的中心张应力为44MPa-98MPa,经过第二次强化后的玻璃基板的中心张应力为44MPa-100MPa。

如此,玻璃的中心张应力在强化过程中相对稳定,以防止玻璃的张应力过大而产生自爆。

具体地,根据化学钢化玻璃和表面和边缘理论强度公式CS×DOL=CT×(H-2DOL),H为玻璃基板的厚度,由此可以总结出:当玻璃厚度和材料确定时,本征强度已经确定,玻璃的整体强度和表面压应力值(CS)值正相关,和玻璃裂纹状态负相关;CS值越大,玻璃表面和边缘强度越高;再根据玻璃的CS和中心张应力(CT)的关系,CS增大过程中CT也增大,CT过高玻璃会存在自爆风险。而在本申请的实施方式中,通过将第二次强化的强化时间减少控制在25±5分钟内,可以提高CS值,同时DOL会有降低,从而可以保证CT值基本稳定不变,避免CT值过大而导致自爆。

请参阅图2,在某些实施方式中,在利用第一熔盐对玻璃基板进行第一次强化之前,玻璃强化方法还包括:

S01:对玻璃基板进行精抛处理。

如此,精抛可以对玻璃基板上的微裂纹进行修复,进而使得玻璃基板在第一次强化前有更好的强度,以增强熔盐强化的强度。

具体地,抛光工艺是提升玻璃强度的又一个手段。未经处理的玻璃基板表面上可能存在有很多的微裂纹,这些表面微裂纹会影响玻璃的强度导致玻璃强度失效,微裂纹越少,则玻璃基板所能承受的表面压应力值越大。

可以理解,在传统工艺中,在玻璃基板第一次强化前,通常对玻璃基板进行侧面抛光、凹面抛光、凸面抛光,初步对玻璃基板表面的微裂纹进行处理,以减少玻璃基板表面的微裂纹,提升玻璃基板的表面强度,然后进入强化阶段,在这样的工艺中,侧面抛光、凹面抛光、凸面抛光等抛光工序所用的材料可以为猪毛、尼龙、白磨皮、聚氨酯毛刷等。然而,在本申请中,上述步骤是在这些抛光阶段之后再对玻璃基板进行精抛,以使玻璃基板表面的微裂纹处理的更细致,精抛可以理解为比上述的抛光效果更好的抛光工艺。

具体地,精抛可以通过在平磨机上搭配海绵盘毛刷对玻璃基板进行打磨抛光,精抛时间可以控制在1400s-1600s之间。通过采用海绵盘毛刷进行精抛可以对玻璃基板表面的微裂纹进行更细致的处理修复,以增强玻璃基板的强度。

请参阅图3,在某些实施方式中,在利用第二熔盐对经过第一次强化后的玻璃基板进行第二次强化的步骤之后,玻璃强化方法还包括:

S02:对经过第二次强化后的玻璃基板进行返抛处理。

如此,返抛可以对经过熔盐强化后的玻璃基板表面进一步强化,去除加压后玻璃基板表面的微瑕疵,以提升玻璃强度。

具体地,返抛可以理解为在强化过程返回平磨机或者抛光机进行再次抛光处理。在玻璃基板第二次强化后,熔盐中的金属离子与玻璃基板中的小半径离子进行了交换,增强了玻璃基板的强度。玻璃基板的表面会存在一些微瑕疵,进而可以通过返抛处理来时玻璃基板进一步强化。

在本申请中,返抛通过平磨机上搭配的聚氨酯毛刷进行抛光,精抛和返抛中的抛光也可采用氧化铈(CeO2)抛光液,在氧化铈(CeO2)抛光液的作用下,CeO2微粒对玻璃表面水解的SiO3 -离子进行化学吸附,CeO2微粒和玻璃表面形成Ce-O-Si化学键,随着玻璃本身Si-O-Si键的断裂对玻璃进行抛光,用以进一步去除加压后玻璃表面的微瑕疵,达到提升强度的目的。

在某些实施方式中,对经过第二次强化后的玻璃基板进行返抛的抛光时间为130-150秒。

如此,通过合理地配置返抛的抛光时间可以保证玻璃的强度而不会由于抛光时间过长而导致玻璃的去除量过大的导致强度减弱。

具体地,氧化铈抛光具有较佳的抛光效果,切削力强、使用寿命长、抛光精度高,抛光时间可以为140s左右。抛光时间不宜过长,抛光时间过长容易对玻璃表面造成磨损而影响玻璃强度,抛光时间也不宜过短,时间过短不能很好地将表面的瑕疵完全处理,由此,将抛光时间设置在130-150秒可以兼顾两者。

在某些实施方式中,经过返抛后的玻璃基板的厚度为0.46mm-0.53mm。

如此,可以在保证玻璃基板厚度较薄的情况也能够保证玻璃的强度性能。

可以理解,目前,手机行业的玻璃后盖主要使用0.55mm+0.03/-0.04mm厚度的二次强化康宁GG5材质玻璃,随着手机功能的不断丰富和增加,对手机的堆叠结构提出更大的挑战,而且出于对手机的整机手感的重要考量,轻薄旗舰变成了手机行业的强需求。因此,从设计端将玻璃后盖厚度减薄但又不能牺牲其强度的需求显得额外重要,然而,玻璃厚度的减薄又面临强度失效的高风险。而在本申请的实施方式中,可以通过新强化参数的优化和抛光工艺的改善,可将玻璃的厚度减薄至0.5mm厚的同时也能够保证玻璃的强度性能。

具体地,经过返抛处理后,玻璃基板的厚度可以在0.46mm-0.53mm之间,例如0.47mm、0.48mm、0.5mm、0.51mm、0.52mm等,具体可以根据熔盐中的离子比例、强化时间、温度、抛光的时长、抛光材料等实际情况而定。

本申请提供了一种玻璃,玻璃由上述任一实施方式中的玻璃强化方法强化而成。通过上述玻璃强化方法强化的玻璃,在提升了玻璃强度的同时还减薄了玻璃厚度,以使得玻璃具有更好的耐钝物冲击性能、耐弯曲破裂性能以及耐异物刺穿性能等,同时使得玻璃的应用更加广泛。具体地,玻璃可以为2D平面玻璃,也可为2.5D或者3D玻璃,具体在此不作限制。

请参阅图4,本申请还提出了一种壳组件100,壳组件100可以包括上述实施方式中的玻璃。壳组件100的至少一部分是由上述玻璃组成,由此壳组件100可以兼具较好的耐钝物冲击性能、耐弯曲破裂性能以及耐异物刺穿性能。

壳组件100的具体形状、尺寸等没有特别限制,具体可以为平板结构、2.5D结构或者3D结构,具体尺寸则可以根据应用的电子装置200进行调整。可以理解,该壳组件100可以部分由前面所述的玻璃构成,例如壳组件100包括底面和与底面相连的至少一个侧面,此时底面和侧面可以均由上述玻璃构成,亦可以底面或侧面中的一个由玻璃制成,另一个由陶瓷、聚合物等其他材料构成。可以理解,壳体组件可以作为电子装置200的前盖或者后盖。

本申请还提出了一种电子装置200,电子装置200可以包括上述实施方式中的壳组件100。如此,应用有上述壳组件100的电子装置200可以具有较好的耐钝物冲击性能、耐弯曲破裂性能以及耐异物刺穿性能。

具体的,电子装置200的具体种类没有特别限制,例如可以为手机、平板电脑、可穿戴设备、游戏机、日常生活用的各种电器等等,而玻璃则可为手机等电子装置200的电池盖。另外,可以理解,除了前面所述的壳组件100,该电子装置200还可以包括其他常规电子设备必备的结构和部件,以手机为例,还可以包括显示模组、触控模组、存储器、主板、指纹模组、摄像模组、声音系统等等。

下面详细描述本申请实施方式中的实施例。

本申请实施例中的玻璃基板可以采用厚度为0.55mm的康宁GG5玻璃,经过切割、研磨、初步抛光等步骤后进行强化处理。

第一次强化可以利用由38%的硝酸钠和62%的硝酸钾组成的第一熔盐进行强化,处理温度为380℃,强化时间为120分钟。

第二次强化可以由1-3%的硝酸钠和97-99%的硝酸钾组成的第二熔盐进行强化,处理温度为380℃,强化时间为20-25分钟。

对现有技术与本申请方案强化工艺参数对比数据,如下表1所示,其中,DOC所表示的是第一次强化后的应力层深度,也即第一次强化后的Na-Li交换层的深度,DOL所表示的第二次强化的得到的K-Na交换层的深度,也即拐点应力深度。

表1

现有技术 范围 本申请 范围
一强离子比例 38%Na<sup>+</sup>,62%K<sup>+</sup> 一强离子比例 38%Na<sup>+</sup>,62%K<sup>+</sup>
一强温度/时间 380℃/120min 一强温度/时间 380℃/125min
CS 465~605MPa CS 480~630MPa
CSK 100~140MPa CSK 80~145MPa
DOL 7.7~9.2um DOL 7.8~9.4um
DOC 100~115um DOC 90~105um
CT 44~93MPa CT 44~98MPa
二强离子比例 9%Na<sup>+</sup>,91%K<sup>+</sup> 二强离子比例 1~3%Na<sup>+</sup>,99~97%K<sup>+</sup>
二强温度/时间 380℃/38min 二强温度/时间 380℃/25±5min
CS 710~880MPa CS 900~1250MPa
CSK 65~120MPa CSK 50~120MPa
DOL 8.2~10um DOL 7.0~9.5um
DOC 100~115um DOC 86~101um
CT 44~95MPa CT 44~100MPa

由上表1可知,在第一次强化过程中,增长了强化时间5分钟,进而玻璃的CS值升高、DOL值升高、CSK值降低,初步增强了玻璃的强度。在第二次强化过程中,降低了第二熔盐中钠离子的占比,提高了第二熔盐中钾离子的占比,同时缩短了第二次强化的强化时间,进而玻璃的CS值显著提高、DOL值略降低、CSK值基本保持稳定,CT值也基本保持稳定。因此,可以得知,通过本申请的玻璃强化方法进行强化过的玻璃表面压应力值(即CS值)会比现有技术中的表面压应力值(CS值)提高200-300MPa左右,同时其他参数维系在可控范围内,CT值稳定,不会产生自爆风险,使得玻璃具有更好的强度的同时也避免玻璃发生自爆。

此外,请参阅下表2,表2所示出的是分别采用现有技术中的强化参数和本申请的强化参数进行强化后的玻璃的四点弯折强度的对比示意。

表2

四点弯折强度 Mean(平均值) Min(最小中) Max(最大值)
原强化参数 650MPa 480MPa 800MPa
新强化参数 850MPa 590MPa 1022MPa

由上表1和2可知,本申请的玻璃强化方法不仅使得玻璃的表面压应力值(CS值)提升了200-300MPa,还使得玻璃的单体的四点弯折强度(4PB)提升了200MPa左右。

另外,请参阅下表3,下表3示出了采用本申请的强化参数与不同的抛光工序进行组合得到的玻璃在通过32g和110g落球实验得出玻璃的四角均值破碎高度。

表3

由上表3可以得知,采用本申请的强化参数配合精抛和返抛的抛光工序,32g落球四角破碎高度由40-50cm提升到了60cm以上,单体落球四角破碎高度由最低35cm提高到了55cm。110g落球四角破碎高度由20cm提升到了30cm左右。进而在第一次强化前增加精抛工序以及在第二次强化后增加返抛工序使得玻璃的强度得到了很大的提升,进一步增强了玻璃的强度性能。

同时,请参阅下表4,表4示出了在现有强化参数、本申请强化参数以及本申请强化参数加抛光工序的三种情况下,110g落球实验的对比数据,分别以10片玻璃为实验对象进行比对,表中数据表示在对应高度下玻璃破碎的片数。

表4

由上表4可知,使用现有强化参数进行强化后的玻璃在低于7cm时就出现破碎的风险,使用本申请中的强化参数进行强化后的玻璃在10cm时才会破裂,进一步地,在使用本申请的强化参数并增加新抛光工序的玻璃在15cm的高度下在产生破裂。整机110g落球四角破碎高度由最初的7cm提高到15cm,使用本申请的强化参数并加入抛光工序后的玻璃强度得到了大大的提升。

请参阅下表5,由上述可知,在本申请强化参数下强化的同时增加抛光工序能够使玻璃的强度得到提升,表5中示出的是在不同返抛时间下,其对应的CS值、DOL、CSK值的变化及32g落球破碎高度的对比数据。

表5

由上表5可知,不同返抛光时间对玻璃表面压应力值(CS值)是产生影响的。正常返抛工艺是聚氨酯精抛140s,CS值最低在920MPa左右,32g落球四角的均值强度大于60cm,其他参数的变异量稳定在一定范围内。返抛工艺时间加长到420s后,CS值平均在840MPa左右,32g落球四角的均值强度和最小强度全部大于70cm,明显提升了强度;凹抛时间增加到490s以后,CS平均在820MPa左右,32g落球四角的均值强度和最小强度大于60cm。通过数据可以看出,返抛时间过长,会增加抛光成本,同时会导致玻璃CS值去除量较大,落球强度会降低,所以返抛工艺时间可定为140±10s以在得到较高的CS值的同时也能够保证CSK的值不会太小。

综上所述,通过对康宁GG5材质玻璃强化工艺和抛光工艺的优化,将0.5mm厚度的玻璃的表面压应力值提高了约40%,4PB强度提升了25%;通过改善加压后抛光工艺和制程,将玻璃的32g落球强度性能提升40%以上,有效地解决了玻璃强度失效的问题。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

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