CN106932430B - 3d曲面玻璃热弯温度参数的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3D曲面玻璃热弯温度参数的快速、准确的确定方法、以及采用通过该方法确定的最优热弯温度而进行的3D曲面玻璃的热弯成型方法。该3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法至少包括：将已知最优热弯成型温度的玻璃样品作为标准玻璃样品，通过进行测定而确定其在最优热弯成型温度下对应的伸长速率，并将该伸长速率作为最优热弯成型粘度值；针对待测玻璃样品，测定其在达到所述最优热弯成型粘度值时对应的温度，将该温度作为该待测玻璃样品的最优热弯成型温度。
Description
技术领域
本发明涉及在3D曲面玻璃的成型中采用的3D曲面玻璃热弯温度参数的快速、准确的确定方法，以及采用通过该方法确定的最优热弯温度而进行的3D曲面玻璃的热弯成型方法。更具体而言，本发明涉及根据已知热弯温度参数的标准玻璃样品的最优热弯成型粘度值来反推地确定待测玻璃样品的最优热弯成型温度的方法，以及采用通过该方法确定的最优热弯温度而进行的3D曲面玻璃的热弯成型方法。
背景技术
自2008年以来，开发非平面而具有曲面的数码产品用玻璃盖板的想法得到盛行，市面上已相继有2D、2.5D产品出现，进一步，经IPHONE创办人贾伯斯构思3D曲面玻璃发展蓝图后，相继有厂商投入3D产品各种成型技术研发。
迄今为止，用于数码产品的玻璃盖板分为2D玻璃、2.5D玻璃及3D玻璃。2D玻璃即普通的纯平面玻璃，没有任何弧形设计；2.5D玻璃则为中间是平面的、但边缘采用弧形设计的玻璃盖板；而3D玻璃，是无论在中间还是在边缘均采用弧形设计的玻璃盖板。而作为采用3D曲面玻璃的优势，除了轻薄、透明洁净、抗指纹、抗炫光、耐候性佳以外，特别是，3D曲面玻璃在用于数码产品用显示屏时，由于曲面屏幕的弧面边缘高于中框，使得整个屏幕显得饱满，无论在产品颜值上还是视觉效果上均明显优于2D及2.5D产品；并且，曲面玻璃与中框180度平滑对接，更符合人体工程学原理，从而大幅提高了滑动屏幕的手感体验；再者，其还能够方便解决例如手机等的天线布置空间不足的问题，从而可带来增强收讯功能等额外的性能增益。
另一方面，关于如上所述的3D曲面玻璃的成型，目前已被采用的包括机械数控机床加工、热弯成型、化学溶液刻蚀成型等。其中，机械数控机床加工方法的加工难度大且形状受限、抛光成本高，化学溶液刻蚀成型方法的成本高昂、环境污染大、形状也受限，因此，目前业内主流采用的加工方式是形状设计自由度高、基本无污染、且抛光量小的热弯成型方法。热弯成型方法是对例如平面玻璃进行加热软化并在模具中成型之后，经过退火而制成曲面玻璃的方法。
需要说明的是，热弯成型属热加工范畴，因而，在进行3D曲面玻璃的加工成型之前，首先需要确定其成型温度。根据现有技术文献的记载可知，3D曲面玻璃成型温度介于该玻璃的退火点温度和软化点温度之间(例如，参见专利文献1的记载)，但是，不同玻璃因其制造工艺、成分含量等的不同，在进行3D曲面玻璃成型时的最优成型温度大相径庭，即使是同种玻璃，其退火点温度和软化点温度之间相差也可达数百摄氏度，因此，对于一种未知热弯温度的玻璃，生产厂家在进行3D曲面玻璃成型工序之前通常需要花费大量的时间和精力才能摸索出适合的3D曲面玻璃热弯温度参数。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：《玻璃工艺学》(赵彦召、殷海荣主编)，化学工业出版社，2006
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，目前，在整个行业内尚未能找到一种可快速、准确地确定3D曲面玻璃热弯成型中的最优热弯温度的方法，即，开发出3D曲面玻璃热弯温度参数的快速、准确的确定方法的需求迫在眉睫。
本发明是鉴于如上所述的在3D曲面玻璃的热弯成型中存在的问题点而完成的，目的在于提供一种3D曲面玻璃热弯温度参数的快速、准确的确定方法，该方法能够准确地确定玻璃成型加工的温度参数，缩短/减少在对未知最优热弯成型温度的玻璃进行3D曲面玻璃的加工成型时所花费的摸索时间和物资消耗，从而对3D曲面玻璃热弯工艺的参数设定提供指导性意义。
进一步，本发明的目的还在于提供通过采用如上所述的确定方法而确定的最优热弯温度进行成型、从而缩短/减少了所花费的摸索时间和物资消耗的3D曲面玻璃的热弯成型方法。
解决问题的方法
本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，结果发现，利用根据已知最优热弯温度的标准玻璃样品在其最优热弯温度下对应的最优热弯成型粘度值(即伸长速率)来反推地确定待测玻璃样品的最优热弯成型温度的方法，能够快速、准确地确定玻璃成型加工的温度参数，缩短在对未知最优成型温度的玻璃进行3D曲面玻璃的加工成型时所花费的摸索时间和物资消耗。
具体而言，本发明提供一种3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其至少包括：将已知最优热弯成型温度的玻璃样品作为标准玻璃样品，通过进行测定而确定其在最优热弯成型温度下对应的伸长速率，并将该伸长速率作为最优热弯成型粘度值；针对待测玻璃样品，测定其在达到所述最优热弯成型粘度值时对应的温度，并将该温度作为该待测玻璃样品的最优热弯成型温度。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，对所述标准玻璃样品及待测玻璃样品进行的所述测定包括：使温度从室温升温至玻璃样品的退火点温度的预热阶段、和使温度从玻璃样品的退火点温度升温至软化点温度的测试阶段，并且，优选所述预热阶段的升温速度大于所述测试阶段的升温速度。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，所述测试阶段的升温速度为10℃/分钟以下，优选为2～8℃/分钟，更优选为3～7℃/分钟，进一步优选为4～6℃/分钟，最优选为5℃/分钟。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，所述预热阶段的升温速度为8℃以上/分钟，优选为10～30℃/分钟，更优选为12～20℃/分钟，进一步优选为13～18℃/分钟，最优选为15℃/分钟。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，在对所述标准玻璃样品及待测玻璃样品进行的所述测定中使用的是至少具备加热机构和直线位移传感机构的测定装置。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，在对所述标准玻璃样品及待测玻璃样品进行的所述测定中使用的测定装置是退火点应变点仪。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，在进行所述测定时，将所述标准玻璃样品及所述待测玻璃样品制成玻璃丝而进行测定，所述玻璃丝的直径范围优选为0.4～1mm，更优选为0.5～0.8mm，进一步优选为0.55～0.75mm，最优选为0.65mm。
在本发明的如上所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法中，所述玻璃丝的受热伸长部分、即测定部分的长度为50～400mm，优选为70～300mm，更优选为80～180mm，进一步优选为100～130mm，最优选为110mm。
另外，本发明提供一种3D曲面玻璃的热弯成型方法，其包括：采用通过权利要求1～8中任一项所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法而确定的玻璃的最优热弯温度来进行3D曲面玻璃的热弯成型。
发明的效果
根据本发明的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，能够快速、准确地确定玻璃成型加工的温度参数，缩短在对未知最优成型温度的玻璃进行3D曲面玻璃的加工成型时所花费的摸索时间和物资消耗，从而对3D曲面玻璃热弯工艺的参数设定提供指导性意义，进一步，可提供基于通过该确定方法确定的最优热弯温度进行成型、从而缩短/减少了所花费的摸索时间和物资消耗的3D曲面玻璃的热弯成型方法。
附图说明
[图1]示出了本发明中用于测定标准玻璃样品及待测玻璃样品在不同温度下对应的伸长速率(粘度值)的测试原理的测试原理图。
[图2]示出了基于本发明的测试原理对示例玻璃样品进行测定而得到的升温时间-伸长速率(粘度值)曲线的示例图。
发明内容
本发明涉及的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法至少包括：测定已知最优热弯成型温度的标准玻璃样品在其最优热弯成型温度下对应的伸长速率、即最优热弯成型粘度值；进而，测定待测玻璃样品在达到上述最优热弯成型粘度值时对应的温度，并将该温度作为该待测玻璃样品的最优热弯成型温度。
需要说明的是，基于本领域的公知技术常识可知，3D曲面玻璃热弯温度参数实际上直接反应的是玻璃低温粘度性能，因此，本发明人从玻璃低温粘度的角度着眼对3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法进行了研究。其结果，本发明人发现，通过运用玻璃在一定温度下受力作用时的伸长速率来表征该玻璃的粘度值，并绘制该粘度值随着温度升高的曲线，从而可通过比对标准玻璃样品与待测玻璃样品的伸长速率(粘度值)曲线而根据标准玻璃样品的已知的最优热弯成型温度来反推出待测玻璃样品的最优热弯成型温度。
为此，作为用于测定本发明的标准玻璃样品及待测玻璃样品的伸长速率(粘度值)曲线的测定装置，只要是至少具备加热机构和直线位移传感机构的测定装置则没有特殊限制。作为这样的测定装置的测试原理的一例，例如，可以将标准玻璃样品及待测玻璃样品分别制成玻璃丝，并如图1所示地，利用至少包括直线位移传感器(LVDT)2、砝码3、及玻璃丝加热段4的测定装置进行测定。作为符合如上所述的要求的常用的测定装置，可列举例如退火点应变点仪。即，在本发明中，可以利用这样的测定装置，由样品玻璃丝在某一温度下受砝码重力作用时玻璃丝伸长的速率来表征粘度。这里，以伸长速率表示的粘度值越大则表示玻璃粘度越低。
作为测试样品的玻璃丝的制作可以如下所述地进行。首先，按照仪器要求的样品规格制作测试样品，用制样火头熔化玻璃测试样品(标准玻璃样品或待测玻璃样品)，将熔融状态下的玻璃拉成长度为例如450mm(±5mm)、直径为0.4～1mm的玻璃丝，并使玻璃丝的两端均有一个直径例如约为2mm的玻璃球。这里，从容易操作性、测试的准确性等角度出发，所制作的玻璃丝的直径优选为0.4～1mm，更优选为0.5～0.8mm，进一步优选为0.55～0.75mm，最优选为0.65mm。选取整个长度范围内玻璃丝的直径变化在±0.015mm内且无气泡的玻璃丝用于测定。
另外，作为玻璃丝加热段4，如图1所示，可以选取玻璃丝上从距离上段玻璃球隔开一定距离的位置开始向下的一部分作为加热段，该部分的长度可以为50～400mm，优选为70～300mm，更优选为80～180mm，进一步优选为100～130mm，最优选为110mm。
此外，作为利用如上所述的测定装置对玻璃样品(标准玻璃样品或待测玻璃样品)进行测定时的升温程序，至少包括使温度从室温升温至玻璃样品的退火点温度的预热阶段、和使温度从玻璃样品的退火点温度升温至该玻璃样品的软化点温度的测试阶段。在此，考虑到操作性、测试准确性等，优选使所述预热阶段的升温速度大于所述测试阶段的升温速度。并且，优选使测试阶段的升温速度为10℃/分钟以下，优选为2～8℃/分钟，更优选为3～7℃/分钟，进一步优选为4～6℃/分钟，最优选为5℃/分钟。另外，优选使预热阶段的升温速度为8℃/分钟以上，优选为10～30℃/分钟，更优选为12～20℃/分钟，进一步优选为13～18℃/分钟，最优选为15℃/分钟。
作为经过如上所述的测定而得到的玻璃样品的伸长速率(粘度值)曲线的一例，可列举如图2所示的对作为示例玻璃样品的Panda玻璃(四川旭虹光电科技有限公司制造)进行以5℃/分钟的升温速度连续升温而得到的升温时间-伸长速率(粘度值)曲线。需要说明的是，根据玻璃的退火点温度、升温速率及横坐标的升温时间，可推算出曲线上的任一伸长速率(粘度值)下对应的温度。
由此，通过分别对标准玻璃样品及待测玻璃样品按照如上所述的升温程序进行升温而得到各自的升温时间-伸长速率(粘度值)曲线，并根据所得曲线，首先由标准玻璃样品的已知的最优热弯成型温度确定对应的最优热弯成型粘度值，再从对待测玻璃样品的升温时间-伸长速率(粘度值)曲线上找到该最优热弯成型粘度值所对应的温度，由此即可快速、准确地将该温度确定为该待测玻璃样品的最优热弯成型温度。
实施例
以下，结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明并不限定于此。需要说明的是，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换、而不脱离本发明技术方案的精神和范围的技术方案，均应涵盖在本发明的保护范围中。
1、所需设备及工具如下述表1所示。
[表1]
2、制作样品
(2.1)从标准玻璃样品及各待测玻璃样品上分别切取至少10块样品(纵25mm×横25mm×厚0.7mm)。其中，标准玻璃样品使用了美国康宁公司生产的第三代大猩猩玻璃(Gorilla Glass 3)，已知其退火点温度为603℃、软化点温度为905℃、最优热弯成型温度为700℃)，待测玻璃样品使用的是旭虹光电科技有限公司生产的三种玻璃，它们各自的退火点温度及软化点温度分别如表3所示)。
(2.2)拧开甲烷气瓶和氧气瓶阀门，打开排风系统。
(2.3)打开火头上的燃气阀门，点燃火焰；调节助燃气阀门，使火焰大小达到适中(火焰颜色为纯蓝色)。
(2.4)用镊子夹紧各玻璃样品放于火焰上熔化后，与第一根玻璃棒粘接，将玻璃样品烧成一个透明、无气泡的球体后，与第二根玻璃棒粘接。
(2.5)将球体玻璃拉成一根长丝后，将玻璃丝平摊到操作台上，用镊子将玻璃丝两端拧断。
(2.6)对于标准玻璃样品及各待测玻璃样品，分别选取3根长度为450mm(±5mm)、直径在0.55mm～0.75mm之间、且直径均匀(偏差不超过0.015mm)的玻璃丝(用厚度规测量玻璃丝直径)用于测定。
(2.7)将玻璃丝两端分别熔成直径大约为2mm的小球。
(2.8)关闭火头上的氧气阀门、甲烷气阀门，关闭氧气瓶总阀、甲烷气瓶总阀，并关闭排风管电源。
3、测定
使用退火点应变点仪(美国Orton公司制，型号SP-1000)，对标准玻璃样品及各个待测玻璃样品分别进行了测定。
各个玻璃样品的测定过程如下：
打开温控仪电源开关“POWER ON”按键、“STBY RUN”按键，打开软件“ANS-1000”，点选主操作界面上“ON”按钮，开始进行升温。
预热阶段：首先，使温度以15℃/分钟的速度从室温升温至各个玻璃样品的退火点温度(标准玻璃样品及各个待测玻璃样品的退火点温度分别如下述表2及表3所示)。
测试阶段：当炉温达到表2及表3中记载的各样品的退火点温度之后，输入玻璃丝的直径，将样品竖直放入测试样品小孔中，将玻璃上端小球放入卡子中固定，下端挂上直线位移传感器(LVDT)和砝码，传感器和砝码总重量为1kg，点击“开始(Start)”按键，进入测试程序。
测试阶段的升温速度为5℃/分钟，随着温度的升高，玻璃伸长速率也加快，在标准玻璃样品达到最优热弯成型温度后，或者，在各个待测玻璃样品的伸长速率达到最优热弯成型粘度值后，结束测定，分别从得到的各个样品的升温时间-伸长速率(粘度值)曲线上记录数据。
对于每种样品(标准玻璃样品及各个待测玻璃样品)，利用选取的3根玻璃丝分别重复进行三次如上所述的测定。
4、实验结果
对标准玻璃样品(表2中记作“标样”)进行三次如上所述的测定而得到的在最优热弯成型温度下对应的伸长速率、即最优热弯成型粘度值分别如表2所示。取这三次测定的平均值，作为该标准玻璃样品的最优热弯成型粘度值。如表2所示，该标准玻璃样品的最优热弯成型粘度值(平均值)为12.1mm/min。
针对各个待测玻璃样品(表2中分别记作“试样A”、“试样B”及“试样C”)，分别进行三次如上所述的测定而得到的在达到上述测定到的标准玻璃样品的最优热弯成型粘度值时的最优热弯成型温度分别如表3所示。取这三次测定的平均值，作为该待测玻璃样品的最优热弯成型温度，结果分别如表3所示。
[表2]
[表3]
5、结果评价
如表3所示，通过进行如上所述测定而得到的作为待测玻璃样品的试样A、B及C的最优热弯成型温度的结果分别为584℃、619℃及686℃，这些结果与直接使用3D热弯机的方法摸索到的结果相近(差别在±2℃以内)。可见，利用本发明的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，能够快速、准确地确定进行3D曲面玻璃的热弯成型时的最优热弯成型温度。
进一步，根据上述测定到的最优热弯成型温度，对如上所述的这三种玻璃样品分别进行了3D曲面玻璃的热弯成型，其结果，均具有较高的加工良率。
Claims (7)
1.一种3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其至少包括：
将已知最优热弯成型温度的玻璃样品作为标准玻璃样品，通过进行测定而确定其在最优热弯成型温度下对应的伸长速率，并将该伸长速率作为最优热弯成型粘度值；
针对待测玻璃样品，测定其在达到所述最优热弯成型粘度值时对应的温度，并将该温度作为该待测玻璃样品的最优热弯成型温度；
其中，对所述标准玻璃样品及待测玻璃样品进行的所述测定包括：
使温度从室温升温至玻璃样品的退火点温度的预热阶段和
使温度从玻璃样品的退火点温度升温至软化点温度的测试阶段，
并且，所述预热阶段升温速度为15℃/分钟，所述测试阶段的升温速度为5℃/分钟；
在对所述标准玻璃样品及待测玻璃样品进行的所述测定中使用的是至少具备加热机构、直线位移传感机构和砝码的测定装置；
其中，在进行所述测定时，将所述标准玻璃样品及所述待测玻璃样品制成玻璃丝而进行测定，所述玻璃丝的受热伸长部分即测定部分的长度为110mm。
2.根据权利要求1所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其中，在对所述标准玻璃样品及待测玻璃样品进行的所述测定中使用的测定装置是退火点应变点仪。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其中，所述玻璃丝的直径范围为0.4～1mm。
4.根据权利要求1或2所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其中，所述玻璃丝的直径范围为0.5～0.8mm。
5.根据权利要求1或2所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其中，所述玻璃丝的直径范围为0.55～0.75mm。
6.根据权利要求1或2所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法，其中，所述玻璃丝的直径为0.65mm。
7.一种3D曲面玻璃的热弯成型方法，其包括：
采用通过权利要求1～6中任一项所述的3D曲面玻璃热弯温度参数的确定方法而确定的玻璃的最优热弯温度来进行3D曲面玻璃的热弯成型。
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