CN110293720A - 一种玻璃制品及其制备方法和电子设备壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及玻璃制造领域，公开了一种玻璃制品及其制备方法和电子设备壳体，所述玻璃制品包括依次层叠的强化玻璃、缓冲层和光学膜层；所述缓冲层为聚合物层，所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa。本发明通过在强化玻璃和光学膜层之间设置缓冲层，缓冲层的弹性模量小，当受到外力冲击时，缓冲层会随着强化玻璃的应力应变方向同步变化，强化玻璃与光学膜层间的应力减小，强化玻璃表面受到的破坏减小，从而提高强化玻璃的抗冲击强度。

Description

一种玻璃制品及其制备方法和电子设备壳体
技术领域
本发明涉及玻璃制造领域，具体涉及一种玻璃制品及其制备方法和电子设备壳体。
背景技术
智能手机外壳的发展日新月异，从当初的塑料外壳，再到金属壳，发展到现在的玻璃壳和陶瓷外壳。如今手机市场上，玻璃外壳已经在呈指数形式的迅速发展中。相比于以往的金属和塑料外壳，玻璃外壳要比它们都要脆弱，因此出现了玻璃强化技术，经过一些化学的离子交换，玻璃表面会形成强化层，强化层会产生压应力，增加玻璃的抗冲击强度。尽管有了强化技术，玻璃的强度仍然无法与金属和塑料相比。目前只能尽可能的提高玻璃的强度来满足消费者的需求。然而，为了满足消费者的手机外观需求，在玻璃外壳表面会制作一些光学膜层，以此来完成不同颜色外观的产品。可是在玻璃表面镀光学膜层后，会造成玻璃的强度降低，极大的降低了玻璃的抗冲击性能，这使得本来强度不是特别高的玻璃在性能上大打折扣。
专利申请CN201210005692公开了一种在钢化玻璃表面和增透膜之间设置一层缓冲层的方案。该方案是根据增透膜的应力特性，将缓冲层膜层的应力特性设置成与增透膜的应力特性相反，缓冲层的应力大小等于增透膜层的应力大小±5%，可以防止增透膜对光学窗口器件的钢化强度造成的破坏，其缓冲层的材料选自SiO2 。该方案只论了增透膜与缓冲层之间的应力作用，但其忽略了缓冲层与玻璃的应力作用，缓冲层材料SiO2 本身硬度较高，当它作为缓冲层沉积在玻璃表面时，如果玻璃受到外力发生形变，那么SiO2 层会和玻璃出现较大的形变应力，结果就会破坏玻璃的强化应力层，玻璃强度会大大降低。
发明内容
本发明主要针对上述现有技术中存在的不足，提供一种玻璃制品及其制备方法和电子设备壳体，所述玻璃制品具有较高的强度和抗冲击性能。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种玻璃制品，所述玻璃制品包括依次层叠的强化玻璃、缓冲层和光学膜层；所述缓冲层为聚合物层，所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa。
本发明第二方面提供一种玻璃制品的制备方法，该方法包括以下步骤：
S10：在强化玻璃表面附着聚合物，经高温处理形成缓冲层；所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa；
S20：在缓冲层上沉积光学膜层。
本发明第三方面提供了一种由上述玻璃制品的制备方法制得的玻璃制品。
本发明的第四方面提供了一种电子设备壳体，所述电子设备壳体包括上述玻璃制品或上述玻璃制品的制备方法制得的玻璃制品。
本发明通过在强化玻璃和光学膜层之间设置缓冲层，缓冲层的弹性模量小，当受到外力冲击时，缓冲层会随着强化玻璃的应力应变方向同步变化，强化玻璃与光学膜层间的应力减小，强化玻璃表面受到的破坏减小，从而提高强化玻璃的抗冲击强度。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式。下面描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
本发明第一方面提供一种玻璃制品，所述玻璃制品包括依次层叠的强化玻璃、缓冲层和光学膜层；所述缓冲层为聚合物层，所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa。
本发明在强化玻璃和光学膜层之间设置缓冲层，缓冲层的弹性模量小，当受到外力冲击时，缓冲层会随着强化玻璃的应力应变方向同步变化，强化玻璃与光学膜层间的应力减小，强化玻璃表面受到的破坏减小，从而提高强化玻璃的抗冲击强度。
本发明中，优选地，所述缓冲层的硬度低，柔韧性好，当玻璃制品受到外力作用时，缓冲层能够有效减小强化玻璃与光学膜层间的应力作用。
本发明中，优选地，所述缓冲层的厚度为20-300 nm。缓冲层的厚度在上述优选范围内，能够更好的实现缓冲作用，缓冲层与强化玻璃和光学膜层之间的结合力更佳，且不会影响玻璃制品的光学性能。
本发明中，优选地，所述缓冲层为透明硅胶层或透明聚氨酯层。一方面硅胶/聚氨酯本身的韧性好，与玻璃和光学膜层的结合性好，在强化玻璃与光学膜层之间能够起到很好的缓冲作用；另一方面硅胶/聚氨酯是透明的，在一定厚度的情况下，硅胶或聚氨酯的透光率大于90%，对后续光学薄膜的颜色影响较小。
本发明中，优选地，所述强化玻璃表面具有强化层，所述强化层厚度为5-25 μm。强化后的玻璃表面存在着压应力，玻璃的强度得到提高。
本发明中，优选地，所述光学膜层的材料选自Nb2O5、MgF2、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4和AlN中的至少一种；所述光学膜层的厚度为100-500 nm。所述光学膜层材料的折射率不同，稳定性不同，可以根据不同的使用场景，选择不同稳定性的光学膜层材料制作光学膜层。更优选地，光学膜层为SiO2和TiO2交替排列形成的多层结构，光线透过多层膜时产生干涉，会产生不同的视觉效果。
本发明中，优选地，所述玻璃制品还包括位于光学膜层表面的油墨层；所述油墨层的厚度为15-25 μm。所述油墨可选为各种颜色，油墨层所起的作用主要为衬色，可以根据需要调节进行调节，从而做出不同颜色的玻璃。
本发明第二方面提供了一种玻璃制品的制备方法，该方法包括以下步骤：
S10：在强化玻璃表面附着聚合物，经高温处理形成缓冲层；所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa；
S20：在缓冲层上沉积光学膜层。
本发明中，优选地，所述缓冲层的厚度为20-300 nm；所述高温处理的温度为150-200℃，所述高温处理的时间为0.5-2 h。
本发明中，优选地，所述聚合物的透过率>90%，且具有较低的硬度；所述聚合物经高温处理形成的缓冲层具有良好的柔韧性，当玻璃制品受到外力作用时，缓冲层能够有效减小强化玻璃与光学膜层间的应力作用；且所述缓冲层与玻璃和光学膜层的结合力较好。更优选地，所述聚合物为透明硅胶或透明聚氨酯。
本发明中，优选地，所述强化玻璃表面具有强化层，所述强化层厚度为5-25 μm；所述强化玻璃的弹性模量平均为72000 MPa。所述强化玻璃是通过用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理得到的，所述离子交换处理的时间为4-8 h。
本发明中，优选地，所述步骤S20是采用真空蒸发镀膜的方式在所述缓冲层表面沉积光学膜层，所述光学膜层材料包括Nb2O5、MgF2、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4和AlN中的至少一种。进一步优选地，所述光学膜层材料选自TiO2、SiO2 ；更进一步优选地，所述光学膜层为TiO2层与SiO2层交替排列形成多层结构光学膜层。所述光学膜层的厚度为100-500 nm，不同厚度的光学膜层会显示相应的光学颜色。
本发明中，优选地，所述真空蒸发镀膜的蒸镀速率为1-2 Å/S，真空度＜10-4Torr。
本发明中，优选地，所述步骤S20之后还包括步骤S30：在光学膜层表面印刷油墨层。所述油墨层的厚度为15-25 μm。所述油墨可以根据需要选择不同颜色，油墨层所起的作用主要为衬色，可以根据需要调节进行调节，从而做出不同颜色的玻璃。
本发明中，优选地，所述步骤S10之前包括步骤S1：清洗强化玻璃。对强化玻璃表面进行清洗，确保其表面无杂质脏污。更优选地，为了能够让后续聚合物缓冲层更好的附着在强化玻璃表面，可以在清洗强化玻璃完成后再对强化玻璃进行等离子处理，达到深层次清洗强化玻璃表面效果，等离子处理时间控制在0.5-1分钟。
本发明中，优选地，所述步骤S20之前包括步骤S2：清洗缓冲层。在缓冲层上沉积光学膜层前对缓冲层进行等离子清洗，所述等离子清洗时间为1-3分钟，在保证能够有效清洁缓冲层的同时，还可以防止等离子体过多损伤缓冲层结构。
本发明第三方面提供了一种由上述玻璃制品的制备方法制得的玻璃制品。
本发明第四方面提供了一种电子设备壳体，所述电子设备壳体包括上述玻璃制品或上述所述玻璃制品的制备方法制得的玻璃制品。优选地，所述电子设备壳体可以为手机壳体。
通过上述技术方案，本发明在强化玻璃和光学膜层之间设置缓冲层，缓冲层的弹性模量小，当受到外力冲击时，缓冲层会随着强化玻璃的应力应变方向同步变化，强化玻璃与光学膜层间的应力减小，强化玻璃表面受到的破坏减小，从而提高强化玻璃的抗冲击强度。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为15 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明聚氨酯（弹性模量为500 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为20 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为100 nm），得到玻璃制品S1。
实施例2
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为1000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为20 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积Nb2O5/Al2O3/SiO2光学膜层（总厚度为200 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S2。
实施例3
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为2000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为50 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S3。
实施例4
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为4000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为100 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S4。
实施例5
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为3000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为150 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S5。
实施例6
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为5000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为200 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S6。
实施例7
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为4000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为300 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S7。
实施例8
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为3000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为10 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S8。
实施例9
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面附着厚度均匀的透明硅胶（弹性模量为4000 MPa），经过180℃恒温烤箱烘烤1 h形成厚度为500 nm的缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品S9。
对比例1
选取厚度为0.8 mm，透过率为95%的玻璃；用高纯度KNO3对玻璃进行离子交换处理，获得强化层厚度为20 μm的强化玻璃；在强化玻璃表面镀覆一层厚度为150 nm的SiO2缓冲层，在缓冲层表面依次沉积TiO2/SiO2/TiO2/SiO2光学膜层（总厚度为300 nm）；在光学膜层表面印刷油墨并烘干（油墨层厚度为18 μm），得到玻璃制品D1。
性能测试
1. 落球测试：将玻璃制品的光学膜层/油墨层朝上，固定于落球测试治具，用32 g的钢球进行自由落体撞击测试，选取不同高度对玻璃表面测试，每片玻璃表面测试9个固定点，测试高度由低到高依次进行，当玻璃表面出现裂痕时结束测试，记录玻璃表面9个固定点均通过测试的钢球高度的最大值，测试5次后取钢球高度最大值的平均值；
2. 结合力测试：采用百格刀在玻璃制品上形成10×10个连续的1×1 mm2的正方形小格；然后把3M610胶带在网格区上方的部位压平，确保胶带与膜层接触良好，拿住胶带悬空的一端，并在尽可能接近60°的角度，在0.5-1.0 s内迅速拉下胶带；检查膜层脱落状况，具体的评定标准如下：
0级：完全光滑，无任何方格分层；
1级：交叉处有小块的剥离，影响面积小于5%；
2级：交叉点沿边缘剥落，影响面积为5-15%；
3级：沿边缘整条剥落，和/或部分或全部不同的格子，影响面积为15-35%；
4级：沿边缘整条剥落，有些格子部分或部剥落，影响面积为35-65%；
5级：任何大于4级的剥落级别；
其中0级和1级视为合格，其他视为不合格。
实施例及对比例的测试结果如表1所示：
表1
样品 测试高度（cm） 结合力
S1 94.6 合格
S2 87 合格
S3 103.4 合格
S4 108.4 合格
S5 110.8 合格
S6 115.6 合格
S7 119.2 合格
S8 73.8 合格
S9 120.3 不合格
D1 33.6 合格
由实施例和对比例的测试结果可以看出，本发明在强化玻璃和光学膜层之间设置缓冲层，缓冲层的弹性模量小，当受到外力冲击时，缓冲层会随着强化玻璃的应力应变方向同步变化，强化玻璃与光学膜层间的应力减小，强化玻璃表面受到的破坏减小，从而提高强化玻璃的抗冲击强度。所述缓冲层的厚度在20-300nm范围内，既可以保证缓冲层与强化玻璃和光学膜层之间的结合力，又能够再强化玻璃与光学膜层之间起到较好的缓冲作用，保证强化玻璃的强度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品包括依次层叠的强化玻璃、缓冲层和光学膜层；所述缓冲层为聚合物层，所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa。
2.根据权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述缓冲层的厚度为20-300 nm。
3.根据权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述缓冲层为透明硅胶层或透明聚氨酯层。
4.根据权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述强化玻璃表面具有强化层，所述强化层厚度为5-25 μm。
5.根据权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述光学膜层的材料选自Nb2O5、MgF2、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4和AlN中的至少一种；所述光学膜层的厚度为100-500 nm。
6.根据权利要求1所述的玻璃制品，其特征在于，所述玻璃制品还包括位于光学膜层表面的油墨层；所述油墨层的厚度为15-25 μm。
7.一种玻璃制品的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S10：在强化玻璃表面附着聚合物，经高温处理形成缓冲层；所述聚合物的弹性模量小于5000 MPa；
S20：在缓冲层上沉积光学膜层。
8.根据权利要求7所述玻璃制品的制备方法，其特征在于，所述缓冲层的厚度为20-300nm；所述高温处理的温度为150-200℃，所述高温处理的时间为0.5-2 h。
9.根据权利要求7所述玻璃制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S10中的聚合物包括透明硅胶或透明聚氨酯。
10.根据权利要求7所述玻璃制品的制备方法，其特征在于，所述强化玻璃表面具有强化层，所述强化层厚度为5-25 μm。
11.根据权利要求7所述玻璃制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S20是采用真空蒸发镀膜的方式在所述缓冲层表面沉积光学膜层；所述光学膜层的材料包括Nb2O5、MgF2、Al2O3、TiO2、SiO2、Si3N4和AlN中的至少一种；所述光学膜层的厚度为100-500 nm。
12.根据权利要求11所述玻璃制品的制备方法，其特征在于，所述真空蒸发镀膜的蒸镀速率为1-2 Å/S，真空度＜10-4Torr。
13.根据权利要求7所述玻璃制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S20之后还包括步骤S30：在光学膜层表面印刷油墨层；所述油墨层的厚度为15-25 μm。
14.根据权利要求7-13中任意一项所述玻璃制品的制备方法制得的玻璃制品。
15.一种电子设备壳体，其特征在于，所述电子设备壳体包括权利要求1-6和14中任意一项所述的玻璃制品。
16.根据权利要求15所述的电子设备壳体，其特征在于，所述电子设备壳体为手机壳体。
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