盖板玻璃的四点弯曲强度影响因素研究

引言玻璃的易碎性一直是难以解决的难题，特别是手机等易于携带的设备，在跌落、撞击、划痕等情况下容易出现裂纹。因此，通过提高盖板玻璃的机械强度来降低其在日常使用过程中破损的概率尤为重要。盖板玻璃的四点弯曲（4pointbend，4PB）试验能够测试盖板玻璃的抗弯曲强度，验证盖板玻璃的质量、材料和工艺。为了更好地探究盖板玻璃的4PB影响因素。本试验采用四点弯曲测试，对比分析了玻璃料方、强化实验、CNC加工等因素对盖板玻璃的4PB的影响。样品制备实验中的试样品尺寸为66.77mm×144.94mm×0.7mm。化学强化使用熔盐成分为纯硝酸钾。将原片玻璃进行CNC加工，超声波清洗，在电热恒温鼓风干燥箱中100℃干燥；将清洗好的玻璃片在预热炉中从室温升至350℃预热，预热完成后移入纯硝酸钾钢化炉，将玻璃浸没于纯硝酸钾熔盐中进行化学强化，化学强化温度为415℃，化学强化时间为270min；强化完成后将玻璃从熔盐中取出，在预热炉中关门退火至150℃后放入60℃热水槽中洗掉玻璃表面残留的熔盐，最后用清水冲洗干净，最终获得强化后的盖板玻璃样品。结果与讨论（1）玻璃料方对盖板玻璃的4PB的影响。玻璃料方中的化学组成是影响玻璃强度的主要因素之一。网络形成体含量越大，玻璃的强度就越大；碱金属含量越大，非桥氧数量越大，断网作用越强，强度越小。盖板玻璃料方组成如表1所示。对比料方一和料方二成分组成可以看出，两个料方中网络形成体B2O3的含量相差较大，对于碱金属（Na2O、K2O）和碱土金属（MgO）的含量，料方二明显高于料方一。同时，料方二中Na2O+K2O+MgO-Al2O3-B2O3的数值增大，使得玻璃的脆性增加、韧性减少，结构疏密程度降低。表2为玻璃料方对4PB的影响，不论是强化前还是强化后，料方二的4PB值明显低于料方一。这是由于料方二的脆性增加，导致玻璃的强度降低。

表1盖板玻璃主要化学组成

单位：%（摩尔分数）表2不同料方对4PB的影响

单位：MPa（2）化学强化对盖板玻璃的4PB的影响。化学强化是增强玻璃的重要途径之一，其作用机理是基于玻璃表面离子的迁移和扩散特性，通过玻璃中小半径的碱金属离子与熔盐中大半径的碱金属离子进行置换，在玻璃表面产生挤塞效应，使玻璃表面呈预压应力状态，以防止玻璃表面裂纹受力扩展，从而达到增强的效果，同时提高玻璃的显微硬度、耐磨性、热稳定性和化学稳定性，降低玻璃表面的脆性。表3为盖板玻璃的强化性能CS和DOL。表3盖板玻璃的强化性能（3）CNC加工对盖板玻璃的4PB的影响。玻璃边缘加工质量对四点弯曲强度值有很大的影响。在玻璃边缘磨削加工时，各种加工参数对加工质量的影响较为复杂。通过实验优化工艺参数，得到较好的四点弯曲强度，获得最佳的边缘质量，是目前手机盖板玻璃边缘磨削质量的主要方法。当进给率为1000mm/min时，主轴转速对4PB的影响见表4。表4主轴转速对4PB的影响从表4中可知，随着转轴转速的提高，样品的4PB值增大。当主轴转速由36000r/min提高到40000r/min时，样品的4PB值并没有显著提高。因此，当主轴转速大于40000r/min时，主轴转速对4PB的影响较小。故为了保证加工质量，同时有效提高玻璃4PB性能，一般采用36000~40000r/min的主轴转速。结论（1）在料方中，随着网络形成体含量的降低以及碱金属和碱土金属含量的增加，样品的4PB强度降低。料方二强化前后的4PB值分别为154.3MPa和741.7MPa，比料方一分别低16.5MPa和48.2MPa。（2）对样品进行一次化学强化可以有效提高样品的4PB强度。对于料方一和料方二，强化后的4PB强