CN104023099A - 一种手机曲面玻璃面板及其成型方法 - Google Patents

一种手机曲面玻璃面板及其成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手机曲面玻璃面板及制备方法，所述曲面玻璃面板本体以手机面板本体的X轴向或Y轴向的中心线为中心向同侧呈弧形弯曲或以手机面板本体的中心点为中心四周向同侧呈弧形弯曲；或，所述手机曲面玻璃面板包括主面板和弯曲面板，所述弯曲面板为所述主面板的至少一侧边弯折构成，多个所述弯曲面板相对所述主面板向同一侧弯曲。其成型方法，包括：平面玻璃面板的制备、石墨模具的制作、曲面玻璃面板的成型三个步骤。本发明利用石墨良好的润滑性能，通过施加一定变形压力，实现在玻璃软化点以下温度的热变形，制品尺寸精度高，满足3D手机玻璃面板的设计要求，可实现规模化工业生产，降低生产成本，满足人们对个性化、时尚化手机需求。

Description

一种手机曲面玻璃面板及其成型方法
技术领域
本发明公开了一种手机曲面玻璃面板及其成型方法；属于手机面板制备技术领域。
背景技术
曲面玻璃面板的手机，业内通常称其为3D手机，手机的曲面玻璃面板，被称为3D玻璃面板。
传统的手机面板通常是平面玻璃的，然而这种单一的样式在当今不能满足人们时尚化和个性化追求。由于人体形状呈弧形，手机随身携带时，不能与人体贴身接触，特别是手机智能化发展，消费者越来越追逐手机的多种功能，屏幕也越来越大，放置口袋时如果不能与人体贴合紧密，使人体十分不舒适。另外，平板手机的听筒和话筒分置在手机两端，接听时听筒端贴近耳朵，话筒端贴近嘴巴，但由于手机面板为平板，话筒不能正对人嘴巴，讲话时语音有损失，传输效果不好，特别是接听方在吵闹环境里，需要较大声音才能听清对方说话。
3D手机玻璃面板通常由平面与曲面结合构成，与人体呈弧形特征相符，可以有效提升使用的舒适性，同时外观上，可以以多面的形式显示。打破传统的平面显示功能。从而张显高端、时尚、美观的独特魅力，上述两个特性十分适用于未来手机等电子触摸面板。
由于异形磨削、抛光带来工艺的复杂性，因此，3D玻璃面板通常是将平板玻璃裁切、磨削、抛光至设计要求后，最后进行热变形处理得到。平板玻璃裁切、磨削、抛光至设计要求后，表面粗糙度达到Ra2.5nm，平整度在±0.08mm以内，厚度尺寸公差±0.01mm。
业内通常采用玻璃热变形的常规工艺--模压法进行处理，即将磨削、抛光至设计要求后的平面玻璃，放置在根据弯曲弧度设计的金属模具上，加热至软化温度，降温，制得3D玻璃；这种工艺，只适应于制备一般意义上的3D玻璃，即表面粗糙度为Ra15nm的普通玻璃；但对于手机玻璃面板，由于表面粗糙度要求高，采用上述工艺，制备得到的3D玻璃表面粗糙度常常不能满足设计要求；主要表现在以下几个方面：
1、由于现有技术中，模具通常采用镍基高合金材料，如BC-8；或采用钛合金(TC-6、TC-10)、钼、镍、球墨铸铁、钨、不锈钢模具等，生产过程中，极容易出现粘模，导致产生麻点；或者在3D玻璃表面出现模具痕迹，即使在模具与玻璃接触处喷涂玻璃脱模剂，也不能克服这一现象。
2、容易导致玻璃破裂，原因是金属材料在高温条件下热变形大，且模具表面在高温下润滑效果差，玻璃高温成型后在模具内容易被粘住。且玻璃热成型后不易被取出，如强硬取出的话玻璃则容易破裂；
上述问题，导致产品合格率不高，无法实现大规模、低成本量产，影响高端智能手机产业的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种结构合理、满足个性化、时尚化手机需求，使手机与身体贴合更加紧密，贴身放置时更舒适的手机曲面玻璃面板。
本发明的另一个目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作方便、成品率高的手机曲面玻璃面板成型方法，以克服现有技术在玻璃热成型过程中玻璃粘模的问题，有效提高生产效率。降低玻璃报废率，降低生产成本。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述曲面玻璃面板本体以手机面板本体的X轴向或Y轴向的中心线为中心向同侧呈弧形弯曲或以手机面板本体的中心点为中心四周向同侧呈弧形弯曲。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述手机曲面玻璃面板本体的两侧部分在以X轴向或Y轴向中心线为对称轴弯曲时，另两侧部分的边缘相对所述手机面板本体同向弯折。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述手机曲面玻璃面板包括主面板和弯曲面板，所述弯曲面板为所述主面板的至少一侧边弯折构成，多个所述弯曲面板相对所述主面板向同一侧弯曲。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述弯曲面板设置在所述主面板的上侧或下侧。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述弯曲面板以所述主面板的中轴线为对称轴设置在所述主面板左右两侧或上下两侧。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述弯曲面板以所述主面板的中轴线为对称轴设置在所述主面板左右两侧和上侧或所述主面板左右两侧和下侧。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述弯曲面板设置在所述主面板的四个侧面。
本发明一种手机曲面玻璃面板，所述手机曲面玻璃面板的弯曲的半径为R40mm～R3000mm，弯曲的高度为0.5mm～8mm；所述手机曲面玻璃面板本体的长为40mm～300mm，宽为40mm～250mm，厚度为0.2mm～3.0mm。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，包括下述步骤：
第一步：平面玻璃面板的制备
按设计尺寸裁切玻璃，经磨削、抛光至设计要求；
第二步：模具的制作
以石墨为原材料，制作模具；模具由凹模、凸模两部分组成，凹模与凸模内腔的弧度与设计的曲面玻璃面板的弯曲弧度一致；
第三步：曲面玻璃面板的成型
将第一步得到的平面玻璃面板置于第二步得到的模具中，在模具表面施加80-120克/平方厘米的压力，在保护气氛炉中分三段加热至被加工玻璃的软化温度T以下10-30℃，保温后随炉冷却至室温，得到手机曲面玻璃面板。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第一步中，玻璃选自美国康宁(corning)公司生产的、型号分别为：2317、2318、2320的玻璃。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第一步中，玻璃经磨削、抛光至表面粗糙度至Ra2.5nm。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第二步中，石墨的平均粒度≤2μm；
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第二步中，模具的密度为1.75-1.80g/cm3，肖氏硬度为75-80，抗折强度≥80Mpa。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第三步中，在保护气氛炉中的加热工艺为：
第一段：以15-25℃/分钟的升温速率加热至630-650℃，保温15-20分钟；
第二段：以18-30℃/分钟的升温速率加热至695-715℃，保温8-12分钟；
第三段：以20-35℃/分钟的升温速率加热至被加工玻璃的软化温度T以下10--30℃，保温6-10分钟。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第三步中，控制炉冷速度为35-42℃/分钟。
本发明一种手机曲面玻璃面板的成型方法，第三步中，保护气氛炉中的保护气氛为氮气；氮气的加入量以达到炉中含氧量≤0.2％为标准。
本发明提供的一种手机曲面玻璃面板，满足个性化、时尚化手机需求，使手机与身体贴合更加紧密，贴身放置时更舒适。
本发明提供的一种手机曲面玻璃面板成形方法，选用石墨作为模具材料，由于石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构，属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其润滑性能好以及高温物理稳定性高、导热快、散热快的优点。可有效改善玻璃热变形过程中，与模具接触面之间的摩擦性能，提高变形的稳定性、可靠性，实现制品表面粗糙度、尺寸精度的完美结合。可以获得近似于镜面的表面光洁度。采用石墨模具，在不需要添加任何脱模材料的前提下，就能顺利成型、不粘模、不破裂、易脱模。通过选择石墨材料的牌号为TTK-8，保证了石墨的纯度以及粒度大小(≤2μm)，实现模具表面粗糙度的有效控制；通过控制石墨模具的密度达到1.75-1.80g/cm3，肖氏硬度达到75-80，抗折强度≥80Mpa，确保了模具满足使用过程对其强度的要求。
选用石墨作为模具材料，改变本领域长期以来认为玻璃热变形只能使用金属模具的观念。克服了之前试用过的很多不同的金属材料如：钛合金、钼、镍、球墨铸铁、钨、不锈钢等存在的共同问题，即模具与玻璃容易粘模以及玻璃破裂的问题。
另外，本发明采用氮气作为保护气氛，控制炉内氧含量≤0.2％，通过三段加热、保温，控制最终加热温度在被加工玻璃的软化温度T以下10--30℃，使玻璃处于快要软化而又未达到软化的状态，以及对模具施加一定的压力，可以实现玻璃的变形并有效减少甚至完全消除玻璃表面的麻点，克服了现有技术采用软化温度进行热变形而导致的玻璃表面麻点多的缺陷。另外，采用保护气氛工艺，可以保证模具材料在反复高温后不被氧化，有效保护模具表面光洁度不会发生变化，进而使玻璃表面光洁度得以提高。
本发明由于采用上述多方面的技术手段，利用石墨良好的润滑性能，改善玻璃与模具接触面之间的摩擦性能，有效降低弯曲变形时，玻璃变形位置与石墨模具之间的摩擦力，通过施加一定的变形压力，实现了在玻璃软化点以下温度的热变形，且制品表面粗糙度低，可以达到近似于镜面的表面光洁度，制品表面平整度±0.08mm、抛光面粗糙度≤Ra4纳米；制品尺寸精度高，完全满足3D手机玻璃面板的设计要求，可实现规模化工业生产，有效降低制品的生产成本，适于用来制备各种形式的手机曲面玻璃面板，提高人体与手机接触的舒适度。打破了现有手机触摸屏单一形状的束缚，满足人们日益增长的对个性化、时尚化手机需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明桌进一步详细说明。
本发明实施例中选用的平面玻璃材质及技术要求为：
1、玻璃：美国康宁公司生产(CORNING)；
2、玻璃外观无麻点、压痕、凹凸等不良，表面粗糙度为Ra2.5nm；
本发明实施例中，炉内氧含量采用日本新宇宙电器股份有限公司生产的氧气纯度测量仪进行测量，仪器型号为：XP-3180。
实施例1
本实施例制备单向弯的3D手机玻璃面板：
弯曲的方向(X向或Y向)：
弯曲的弧度：X向：弯曲圆弧半径R＝340mm，弯曲的高度：X向：高度T＝2.61mm、1、玻璃型号：CORNING-2317平板玻璃，软化温度T＝755℃。
2、模具制备
以牌号：TTK-8、平均粒度为2μm的石墨为原材料，制作凹模、凸模，凹模与凸模内腔的弧度与设计的曲面玻璃面板的弯曲弧度一致；制备的模具的密度为1.75g/cm3，肖氏硬度为75，抗折强度80Mpa，凹模及凸模内腔表面粗糙度：Ra0.08以下，达到镜面效果；
3、曲面玻璃面板的成型
将CORNING-2318平板玻璃置于石墨凹模与凸模之间，在模具表面施加80克/平方厘米的压力，在保护气氛炉中，向炉内通入氮气，控制炉内氧含量≤0.2％，分三段加热，保温后随炉冷却至室温，得到手机曲面玻璃面板；炉内氧含量按每30-40分钟进行一次检测。
具体加热工艺为：
第一段：以15-18℃/分钟的升温速率加热至630℃，保温10分钟；
第二段：以18-22℃/分钟的升温速率加热至695℃，保温10分钟；
第三段：以20-30℃/分钟的升温速率加热至715℃，保温8分钟；
控制炉冷速度为35-42℃/分钟。
本实施例制备的单面弯双向弯曲的3D玻璃，玻璃外观无模具印、压痕等不良；成品的表面粗糙度为Ra3.0nm以下，表面平整度达到±0.05mm，圆弧轮廓度≤0.05mm。满足3D手机玻璃面板设计要求。
实施例2
本实施例制备双向弯曲的3D手机玻璃面板：
弯曲的方向(X向和Y向同时朝Z轴方向弯曲)；
弯曲的弧度：X向：弯曲圆弧半径R＝140mm，Y向：弯曲圆弧半径R＝3000mm；弯曲的高度：X向：高度T＝5.0mm、Y向：T＝0.5mm；
1、玻璃型号：CORNING-2318平板玻璃2318，软化温度T＝768℃。
2、模具制备
以牌号：TTK-8、平均粒度为1.8μm的石墨为原材料，制作凹模、凸模，凹模与凸模内腔的弧度与设计的曲面玻璃面板的弯曲弧度一致；制备的模具的密度为1.80g/cm3，肖氏硬度为80，抗折强度83Mpa，凹模及凸模内腔表面粗糙度：Ra5nm以下，达到镜面效果；
3、曲面玻璃面板的成型
将CORNING-2318平板玻璃置于石墨凹模与凸模之间，在模具表面施加120克/平方厘米的压力，在保护气氛炉中，向炉内通入氮气，控制炉内氧含量≤0.2％，分三段加热，保温后随炉冷却至室温，得到手机曲面玻璃面板；炉内氧含量按每30-40分钟进行一次检测。
具体加热工艺为：
第一段：以18-22℃/分钟的升温速率加热至640℃，保温10分钟；
第二段：以23-26℃/分钟的升温速率加热至710℃，保温10分钟；
第三段：以26-30℃/分钟的升温速率加热至735℃，保温8分钟；
控制炉冷速度为35-42℃/分钟。
本实施例制备的单面弯双向弯曲的3D玻璃，玻璃外观无模具印、压痕等不良；成品的表面粗糙度为Ra3.0nm以下，表面平整度达到±0.05mm，圆弧轮廓度≤0.05mm。满足3D手机玻璃面板设计要求。
实施例3
本实施例制备两面弯曲的3D手机玻璃面板：
弯曲的方向X：以玻璃最外边起距，朝中心方向取15的距离为弯曲中心线；
弯曲的弧度：X向：弯曲圆弧半径R＝15mm，弯曲的高度：Z向：高度T＝2.30mm、
1、玻璃型号：CORNING-2320平板玻璃2320，软化温度＝789℃。
2、模具制备
以牌号：TTK-8、平均粒度为1.9μm的石墨为原材料，制作凹模、凸模，凹模与凸模内腔的弧度与设计的曲面玻璃面板的弯曲弧度一致；制备的模具的密度为1.78g/cm3，肖氏硬度为78，抗折强度81Mpa，凹模及凸模内腔表面粗糙度：Ra5.0nm以下，达到镜面效果；
3、曲面玻璃面板的成型
将CORNING-2318平板玻璃置于石墨凹模与凸模之间，在模具表面施加100克/平方厘米的压力，在保护气氛炉中，向炉内通入氮气，控制炉内氧含量≤0.2％，分三段加热，保温后随炉冷却至室温，得到手机曲面玻璃面板；炉内氧含量按每30-40分钟进行一次检测。
具体加热工艺为：
第一段：以23-250℃/分钟的升温速率加热至640℃，保温10分钟；
第二段：以28-30℃/分钟的升温速率加热至710℃，保温10分钟；
第三段：以32-35℃/分钟的升温速率加热至745℃，保温8分钟；
控制炉冷速度为35-42℃/分钟。
本实施例制备的单面弯双向弯曲的3D玻璃，玻璃外观无模具印、压痕等不良；成品的表面粗糙度为Ra3.0以下，表面平整度达到±0.05mm，圆弧轮廓度≤0.05mm。满足3D手机玻璃面板设计要求。

Claims (15)

1.一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述曲面玻璃面板本体以手机面板本体的X轴向或Y轴向的中心线为中心向同侧呈弧形弯曲或以手机面板本体的中心点为中心四周向同侧呈弧形弯曲。
2.根据权利要求1所述的一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述手机曲面玻璃面板本体的两侧部分在以X轴向或Y轴向中心线为对称轴弯曲时，另两侧部分的边缘相对所述手机面板本体同向弯折。
3.一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述手机曲面玻璃面板包括主面板和弯曲面板，所述弯曲面板为所述主面板的至少一侧边弯折构成，多个所述弯曲面板相对所述主面板向同一侧弯曲。
4.根据权利要求3所述的一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述弯曲面板设置在所述主面板的上侧或下侧。
5.根据权利要求3所述的一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述弯曲面板以所述主面板的中轴线为对称轴设置在所述主面板左右两侧或上下两侧。
6.根据权利要求3所述的一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述弯曲面板以所述主面板的中轴线为对称轴设置在所述主面板左右两侧和上侧或所述主面板左右两侧和下侧。
7.根据权利要求3所述的一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述弯曲面板设置在所述主面板的四个侧面。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种手机曲面玻璃面板，其特征在于：所述手机曲面玻璃面板的弯曲的半径为R40mm～R3000mm，弯曲的高度为0.08mm～8mm；所述手机曲面玻璃面板本体的长为40mm～300mm，宽为40mm～250mm，厚度为0.2mm～3.0mm。
9.如权利要求8所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，包括下述步骤：
第一步：平面玻璃面板的制备
按设计尺寸裁切玻璃，经磨削、抛光至设计要求；
第二步：模具的制作
以石墨为原材料，制作模具；模具由凹模、凸模两部分组成，凹模与凸模内腔的弧度与设计的曲面玻璃面板的弯曲弧度一致；
第三步：曲面玻璃面板的成型
将第一步得到的平面玻璃面板置于第二步得到的模具中，在模具表面施加80-120克/平方厘米的压力，在保护气氛炉中分三段加热至被加工玻璃的软化温度T以下10-30℃，保温后随炉冷却至室温，得到手机曲面玻璃面板。
10.根据权利要求9所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，其特征在于：第一步中，玻璃经磨削、抛光至表面粗糙度至Ra2.5nm。
11.根据权利要求9所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，其特征在于：第二步中，石墨的平均粒度≤2μm；
12.根据权利要求11所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，其特征在于：第二步中，模具的密度为1.75-1.80g/cm3，肖氏硬度为75-80，抗折强度≥80Mpa。
13.根据权利要求9所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，其特征在于：第三步中，在保护气氛炉中的加热工艺为：
第一段：以15-25℃/分钟的升温速率加热至630-650℃，保温15-20分钟；
第二段：以18-30℃/分钟的升温速率加热至695-715℃，保温8-12分钟；
第三段：以20-35℃/分钟的升温速率加热至被加工玻璃的软化温度T以下10--30℃，保温6-10分钟。
14.根据权利要求13所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，其特征在于：第三步中，控制炉冷速度为35-42℃/分钟。
15.根据权利要求14所述的一种手机曲面玻璃面板的成型方法，其特征在于：第三步中，保护气氛炉中的保护气氛为氮气；氮气的加入量以达到炉中含氧量≤0.2％为标准。
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