蓋板玻璃的四點彎曲強(qiáng)度影響因素研究

引言玻璃的易碎性一直是難以解決的難題，特別是手機(jī)等易于攜帶的設(shè)備，在跌落、撞擊、劃痕等情況下容易出現(xiàn)裂紋。因此，通過提高蓋板玻璃的機(jī)械強(qiáng)度來降低其在日常使用過程中破損的概率尤為重要。蓋板玻璃的四點彎曲（4pointbend，4PB）試驗?zāi)軌驕y試蓋板玻璃的抗彎曲強(qiáng)度，驗證蓋板玻璃的質(zhì)量、材料和工藝。為了更好地探究蓋板玻璃的4PB影響因素。本試驗采用四點彎曲測試，對比分析了玻璃料方、強(qiáng)化實驗、CNC加工等因素對蓋板玻璃的4PB的影響。樣品制備實驗中的試樣品尺寸為66.77mm×144.94mm×0.7mm。化學(xué)強(qiáng)化使用熔鹽成分為純硝酸鉀。將原片玻璃進(jìn)行CNC加工，超聲波清洗，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中100℃干燥；將清洗好的玻璃片在預(yù)熱爐中從室溫升至350℃預(yù)熱，預(yù)熱完成后移入純硝酸鉀鋼化爐，將玻璃浸沒于純硝酸鉀熔鹽中進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化，化學(xué)強(qiáng)化溫度為415℃，化學(xué)強(qiáng)化時間為270min；強(qiáng)化完成后將玻璃從熔鹽中取出，在預(yù)熱爐中關(guān)門退火至150℃后放入60℃熱水槽中洗掉玻璃表面殘留的熔鹽，最后用清水沖洗干凈，最終獲得強(qiáng)化后的蓋板玻璃樣品。結(jié)果與討論（1）玻璃料方對蓋板玻璃的4PB的影響。玻璃料方中的化學(xué)組成是影響玻璃強(qiáng)度的主要因素之一。網(wǎng)絡(luò)形成體含量越大，玻璃的強(qiáng)度就越大；堿金屬含量越大，非橋氧數(shù)量越大，斷網(wǎng)作用越強(qiáng)，強(qiáng)度越小。蓋板玻璃料方組成如表1所示。對比料方一和料方二成分組成可以看出，兩個料方中網(wǎng)絡(luò)形成體B2O3的含量相差較大，對于堿金屬（Na2O、K2O）和堿土金屬（MgO）的含量，料方二明顯高于料方一。同時，料方二中Na2O+K2O+MgO-Al2O3-B2O3的數(shù)值增大，使得玻璃的脆性增加、韌性減少，結(jié)構(gòu)疏密程度降低。表2為玻璃料方對4PB的影響，不論是強(qiáng)化前還是強(qiáng)化后，料方二的4PB值明顯低于料方一。這是由于料方二的脆性增加，導(dǎo)致玻璃的強(qiáng)度降低。

表1蓋板玻璃主要化學(xué)組成

單位：%（摩爾分?jǐn)?shù)）表2不同料方對4PB的影響

單位：MPa（2）化學(xué)強(qiáng)化對蓋板玻璃的4PB的影響?；瘜W(xué)強(qiáng)化是增強(qiáng)玻璃的重要途徑之一，其作用機(jī)理是基于玻璃表面離子的遷移和擴(kuò)散特性，通過玻璃中小半徑的堿金屬離子與熔鹽中大半徑的堿金屬離子進(jìn)行置換，在玻璃表面產(chǎn)生擠塞效應(yīng)，使玻璃表面呈預(yù)壓應(yīng)力狀態(tài)，以防止玻璃表面裂紋受力擴(kuò)展，從而達(dá)到增強(qiáng)的效果，同時提高玻璃的顯微硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，降低玻璃表面的脆性。表3為蓋板玻璃的強(qiáng)化性能CS和DOL。表3蓋板玻璃的強(qiáng)化性能（3）CNC加工對蓋板玻璃的4PB的影響。玻璃邊緣加工質(zhì)量對四點彎曲強(qiáng)度值有很大的影響。在玻璃邊緣磨削加工時，各種加工參數(shù)對加工質(zhì)量的影響較為復(fù)雜。通過實驗優(yōu)化工藝參數(shù)，得到較好的四點彎曲強(qiáng)度，獲得最佳的邊緣質(zhì)量，是目前手機(jī)蓋板玻璃邊緣磨削質(zhì)量的主要方法。當(dāng)進(jìn)給率為1000mm/min時，主軸轉(zhuǎn)速對4PB的影響見表4。表4主軸轉(zhuǎn)速對4PB的影響從表4中可知，隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的提高，樣品的4PB值增大。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速由36000r/min提高到40000r/min時，樣品的4PB值并沒有顯著提高。因此，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速大于40000r/min時，主軸轉(zhuǎn)速對4PB的影響較小。故為了保證加工質(zhì)量，同時有效提高玻璃4PB性能，一般采用36000~40000r/min的主軸轉(zhuǎn)速。結(jié)論（1）在料方中，隨著網(wǎng)絡(luò)形成體含量的降低以及堿金屬和堿土金屬含量的增加，樣品的4PB強(qiáng)度降低。料方二強(qiáng)化前后的4PB值分別為154.3MPa和741.7MPa，比料方一分別低16.5MPa和48.2MPa。（2）對樣品進(jìn)行一次化學(xué)強(qiáng)化可以有效提高樣品的4PB強(qiáng)度。對于料方一和料方二，強(qiáng)化后的4PB強(qiáng)