3D曲面玻璃板的成型方法、以及通过该成型方法得到的3D曲面玻璃板与流程

本发明涉及3d曲面玻璃板的成型方法、以及通过该成型方法得到的3d曲面玻璃板。更具体而言，本发明涉及能够将特定的平板玻璃成型为可适用于电子显示设备的3d曲面玻璃板的成型方法、以及通过该成型方法得到的适用于电子显示设备、尤其适宜用作电子显示设备屏幕保护用玻璃的3d曲面玻璃板。

背景技术：

近年来，非平面而具有曲面的数码产品用玻璃盖板的开发得到盛行，市面上继2d玻璃之后，已相继有2.5d、3d曲面玻璃板产品出现。

迄今为止，用于数码产品的玻璃盖板大致分为2d玻璃、2.5d玻璃及3d玻璃，其中，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、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曲面玻璃板的优势，除了轻薄、透明洁净、抗指纹、抗炫光、坚硬、耐刮伤、耐候性佳以外，特别是，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，3d曲面玻璃板与中框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，随着柔性oled对lcd的替代，柔性显示屏占比面积大幅增加，这也需要将盖板材料配合做成3d形状，而由于金属外壳有电磁屏蔽，会影响例如4g手机的通信信号，因此需要将金属外壳隔离多段才能保证通信质量。且随着5g时代到来，通信信号更为复杂，且nfc、wifi及无线充电技术都将会是未来手机的标配，金属外壳对于信号的屏蔽将进一步凸显，非金属材质迎来重大机遇。玻璃材质物美价廉、手感舒适、加工方便，是绝佳的替代材料，可以说，3d曲面玻璃是迄今为止唯一能够较好地和曲面屏幕贴合的优质材料。另外，为了与盖板3d玻璃获得对称美感，背板玻璃也趋于曲面3d化，市场规模进一步扩大。

目前，3d曲面玻璃的发展非常迅猛，其市场前景广阔。而作为3d曲面玻璃的成型方法，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。

但是，迄今为止的热弯成型方法普遍存在着由于成型温度高而导致成型模具的氧化快、无法实现材料/模具的重复利用、进而成型成本居高不下的问题。这些问题的存在阻碍了3d曲面玻璃板的工业上大规模生产/成型的发展。

如上所述，目前，在3d曲面玻璃板的成型/制造领域，亟待找到一种能够抑制成型模具的氧化、实现材料/模具的重复利用、节约能源及成本的3d曲面玻璃板的成型方法。

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明鉴于如上所述的现有技术中存在的问题点而完成的，目的在于提供一种能够抑制成型模具的氧化、实现材料/模具的重复利用、节约能源及成本的特定的3d曲面玻璃板的成型方法。

进一步，本发明的目的还在于提供通过上述成型方法得到的可适用于电子显示设备、尤其适宜用作电子显示设备屏幕保护用玻璃的3d曲面玻璃板。解决问题的方法

本发明人为了达成上述目的而进行了深入研究，结果发现，通过采取如下所述的各工序均分多段、并设计各段的温度及压力而进行成型的3d曲面玻璃板的成型方法，能够在避免成型模具的氧化的情况下将特定的平板玻璃成型为3d曲面玻璃板，并在节约能源及成本的情况下保证制得的3d曲面玻璃板的质量，从而可以将制造的3d曲面玻璃板适用于特别是电子显示设备、尤其适宜用作电子显示设备屏幕保护用玻璃的3d曲面玻璃板。

具体而言，本发明提供一种3d曲面玻璃板的成型方法，其至少包括：将原料玻璃板放入成型模具内、并装载成型模具的装载工序；经由成型模具对玻璃板进行预热升温及预压的预热工序；将原料玻璃板加热至其热弯成型温度以上之后将其压制成具有与所述成型模具相对应的3d曲面形状的曲面玻璃板的热弯成型工序；对在所述热弯成型工序中得到的所述曲面玻璃板进行退火的退火工序；对经过了所述退火的曲面玻璃板进行冷却定型的冷却工序；以及，卸载模具并输出3d曲面玻璃板卸载工序。

需要说明的是，该成型方法优选用于将下述铝硅酸盐玻璃成型为3d曲面玻璃板，所述铝硅酸盐玻璃以质量百分比计包含如下组分：

sio2：56-62％

al2o3：12-19％

na2o：11-16％

k2o：2-6％

mgo：3-8％

zro2：0-1.5％

b2o3：0-2％

zno：0-3％

li2o：0-3％。

进而，在所述铝硅酸盐玻璃中，

所述mgo和zno的总量优选为4～7％，

所述sio2、al2o3、zro2的总量优选大于72％，

所述na2o、k2o、li2o的总量优选为14～20％，

另外，优选在该铝硅酸盐玻璃中，碱金属氧化物与碱土金属氧化物、即r2o/mo(其中，r表示碱金属、m表示碱土金属)的比例大于2.6。其中，在本发明的上述铝硅酸盐玻璃中，所述碱金属氧化物包含li2o、na2o及k2o，所述碱土金属氧化物包含mgo及zno。

在本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中，在所述装载工序中，通过人工或者机械的方式将所述原料玻璃板放入所述成型模具内，并将所述成型模具及所述原料玻璃板输送至预热区。

另外，所述成型模具的材质优选为石墨或陶瓷，更优选为石墨。

在本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中，在所述预热工序中，优选采用多段加热，并以每段温度高于前一段温度的方式梯度升温至所述原料玻璃板的热弯成型温度。其中，所述多段加热更优选为6段加热，预热温度范围优选为400～730℃，进一步优选所述6段加热的各段的温度范围分别为：第1段预热400～550℃、第2段预热500～600℃、第3段预热550～650℃、第4段预热600～700℃、第5段预热640～720℃、第6段预热680～730℃。

另外，在所述预热工序中，所述预压的压力范围优选为0.01～0.50mpa。

在本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中，在所述热弯成型工序中，热弯成型过程优选采用3～8段加热成型，更优选采用3段加热成型，另外，所述热弯成型温度范围优选为660～780℃。其中，进一步优选所述3段加热成型的各段的温度范围分别为：第1段热弯成型660～715℃、第2段热弯成型680～730℃、第3段热弯成型700～780℃。

另外，在所述热弯成型工序中，优选利用加压装置对模具进行固定压力加压或逐步分段加压，其压力范围优选为0.01～1.2mpa，在采用3段加热成型且采用逐步分段加压的情况下，更优选各段的压力范围为：第1段热弯成型0.01～0.50mpa、第2段热弯成型0.05～0.75mpa、第3段热弯成型0.15～1.20mpa。

在本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中，在所述退火工序中，退火过程优选采用2～6段退火，更优选采用4段退火，另外，所述退火温度范围优选为500℃～750℃。其中，进一步优选所述4段退火的各段的温度范围分别为：第1段退火680～750℃、第2段退火620～700℃、第3段退火550～650℃、第4段退火500～600℃。

另外，在所述退火工序中，优选采取电热丝加热徐冷降温方式，

另外，在所述退火工序中，优选利用加压装置对模具进行加压，压力范围优选为0.1～1.0mpa。

在本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中，在所述冷却工序中，冷却过程优选采用2～12段冷却，更优选采用5段冷却，另外，所述冷却温度范围优选为40℃～550℃。其中，进一步优选所述5段冷却的各段的温度范围分别为：第1段冷却450～550℃、第2段冷却350～450℃、第3段冷却250～350℃、第4段冷却150～250℃、第5段冷却40～150℃。

另外，在所述冷却工序中，优选采取循环冷却水套冷却方式。

另外，在所述冷却工序中，优选利用加压装置对模具进行加压，压力范围优选为0.1～1.0mpa。

在本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中，在将该成型方法用于连续生产时，其节拍时间优选为30～150秒、更优选为35～120秒、更优选为45～90秒、进一步优选为55～80秒、最优选为75秒。

进一步，本发明提供一种3d曲面玻璃板，其是通过上述的3d曲面玻璃板的成型方法成型得到的铝硅酸盐玻璃，该铝硅酸盐玻璃以质量百分比计包含如下组分：

sio2：56-62％

al2o3：12-19％

na2o：11-16％

k2o：2-6％

mgo：3-8％

zro2：0-1.5％

b2o3：0-2％

zno：0-3％

li2o：0-3％。

另外，所述3d曲面玻璃板厚度优选为0.3～1.1mm。

在本发明的3d曲面玻璃板中，所述mgo和zno的总量优选为4～7％，所述sio2、al2o3、zro2的总量优选大于72％，所述na2o、k2o、li2o的总量优选为14～20％。

另外，优选该3d曲面玻璃板中碱金属氧化物与碱土金属氧化物、即r2o/mo(其中，r表示碱金属、m表示碱土金属)的比例大于2.6。其中，在本发明的上述3d曲面玻璃板中，所述碱金属氧化物包含li2o、na2o及k2o，所述碱土金属氧化物包含mgo及zno。

进一步，本发明的如上所述的3d曲面玻璃板优选用于电子显示设备，更优选用作电子显示设备屏幕保护用玻璃。

发明的效果

根据本发明的如上所述的3d曲面玻璃板的成型方法，在由平面玻璃板制造/成型特定的3d曲面玻璃板时，能够抑制成型模具的氧化，实现材料/模具的重复利用，节约能源及成本。进一步，通过上述成型方法而得到的3d曲面玻璃板可适用于电子显示设备，尤其可适宜用作电子显示设备屏幕保护用玻璃。

附图说明

[图1]为流程图，示出了本发明的实施方式涉及的3d曲面玻璃板的成型方法的具体流程。

[图2]利用本发明涉及的成型方法成型得到的3d曲面玻璃板的示例性的形状示意图，其中，图2(a)为立体图，图2(b)中分别为正视图(左)及侧视图(右)。

[图3]利用本发明的3d曲面玻璃板的成型方法得到的3d曲面玻璃板的弯曲部检测结果的示意图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式涉及的3d曲面玻璃板的成型方法进行具体说明。

如图1所示，本发明的3d曲面玻璃板的成型方法除了开始前的准备原料玻璃板的工序以外，至少包括下述工序：将原料玻璃板放入成型模具内、并装载成型模具的装载工序；经由成型模具对玻璃板进行预热升温及预压的预热工序；将原料玻璃板加热至其热弯成型温度以上之后将其压制成具有与所述成型模具相对应的3d曲面形状的曲面玻璃板的热弯成型工序；对在所述热弯成型工序中得到的所述曲面玻璃板进行退火的退火工序；对经过了所述退火的曲面玻璃板进行冷却定型的冷却工序；以及，卸载模具并输出3d曲面玻璃板的卸载工序。

需要说明的是，为了避免模具被氧化而影响其使用寿命和保护3d玻璃的表面质量，优选对整个工艺流程进行充氮处理。

以下，针对各工序进行详细说明。

(准备原料玻璃板)

本发明中的用于制造3d曲面玻璃板的原料玻璃板具体可如下所述地准备：按照下述的组分比例配合各原料，将各原料经混料机混合均匀后加入电熔炉中熔化，将熔融玻璃液浇注在金属模具中，将玻璃连同金属模具一起放入退火炉内进行精密退火冷却，然后进行切割而制成原料玻璃板。所述原料玻璃板通常为平面玻璃板。所述原料玻璃板的厚度可根据要制作的3d曲面玻璃板的厚度而适当选择，优选为0.3～1.1mm。

各原料组分的以质量百分比计的配比如下所述。

sio2：56-62％

al2o3：12-19％

na2o：11-16％

k2o：2-6％

mgo：3-8％

zro2：0-1.5％

b2o3：0-2％

zno：0-3％

li2o：0-3％。

进一步，上述配比优选进一步满足下述条件中的一个或多个条件：

所述mgo和zno的总量为4～7％，

所述sio2、al2o3、zro2的总量大于72％，

所述na2o、k2o、li2o的总量为14～20％。

另外，优选上述配比中的碱金属氧化物与碱土金属氧化物、即r2o/mo(其中，r表示碱金属、m表示碱土金属)的比例大于2.6。需要说明的是，在如上所述的用于制备原料玻璃板的各组分中，所述碱金属氧化物包含li2o、na2o及k2o，所述碱土金属氧化物包含mgo及zno。

按照如上所述的制备方法及配比制作的原料玻璃板通常具有如下所述的特性：

①应变点：550℃±20℃。

②退火点：605℃±20℃。

③变形点：685℃±20℃。

④软化温度：830℃±20℃。

⑤热膨胀系数：98.0±2×10^-7/℃。

(装载工序)

装载工序是装载成型模具及原料玻璃板的工序。具体而言，将原料玻璃板通过人工或者机械的方式放入成型模具内，定位固定后输送至预热区，具体是将原料玻璃板连同模具一起通过热弯设备入口输送至热弯设备预热升温区。成型模具的材质优选采用陶瓷或石墨材质，更优选采用石墨材质。成型模具的尺寸根据玻璃样品特性及所要获得的3d曲面玻璃板的形状等而确定，另外，成型模具可采用上下2段模具或上中下3段模具。

(预热工序)

在预热工序中，经由成型模具对玻璃板进行预热升温及预压。预热工序优选采用分段均匀预热，并以每段温度高于前一段温度的方式梯度升温至该玻璃的热弯成型温度。一般而言，事前制定各段预热升温梯度，从而使模具在进入该段区域后能够按照预设的升温梯度进行升温。需要说明的是，通过使原料玻璃板在预热阶段分多段地进行分段均匀预热，能够有效防止玻璃在升温过程中产生翘曲、表面变形等缺陷。另外，经过预热，使得玻璃板的温度达到其达变形点温度。

此外，作为各预热阶段的升温梯度，根据本发明的玻璃的变形点温度特性和所选择的分段模式而综合确定即可。在本发明中，优选分6段进行预热，预热温度范围优选为400～730℃，具体而言，在采用6段预热的情况下，更优选各段的温度范围分别如下：第1段预热400～550℃、第2段预热500～600℃、第3段预热550～650℃、第4段预热600～700℃、第5段预热640～720℃、第6段预热680～730℃。

另外，在预热工序中，预压的压力范围优选为0.01～0.50mpa。

(热弯成型工序)

热弯成型工序中，在将原料玻璃板加热至其热弯成型温度以上之后，通过采用分段加热加压，由热弯设备阶段性地对模具表面施加一定压力和一定温度，从而使玻璃板最终形成期待的3d曲面玻璃形态。

需要说明的是，玻璃的热弯成型温度通常在该玻璃的应变点及软化点之间。在本发明中，热弯成型温度范围优选为660～830℃。进一步，考虑到成型温度过高会导致玻璃板表面出现变形、麻面、蜂窝点等缺陷，更优选热弯成型温度为660～780℃。

另外，作为采用分段加热加压时各段的温度、压力设置，根据本发明的玻璃的变形点温度特性和所选择的分段模式而综合确定即可，而热弯设备的压力大小、下压速度、下压高度等，通过结合玻璃特性及现场工艺状况确定即可。

热弯成型过程优选采用3～8段加热成型，更优选采用3段加热成型。

另外，在热弯成型工序中，优选利用加压装置对模具进行固定压力加压或逐步分段加压，其压力范围优选为0.01～1.2mpa。另外，在热弯成型工序中，在采用周期内逐步分段加压方式时，具体而言，可采取在每加压周期施加一定压力，在一定时间后达到设定压力并保持设定压力至加压时间结束的模式。

具体而言，在采用3段热弯成型的情况下，进一步优选各段的温度、压力设置如下所述：第1段热弯成型温度660～715℃、压力0.01～0.50mpa；第2段热弯成型温度680～730℃、压力0.05～0.75mpa；第3段热弯成型温度700～780℃、压力0.15～1.20mpa。

(退火工序)

在退火工序中，为了消除热加工造成的应力，对在上述热弯成型工序中在模具内经过热弯成型而得到的3d曲面玻璃板，在应变点温度以上进行退火。其中，为了在保证应力得到有效消除的同时保持3d曲面形态，优选采取电热丝加热徐冷降温方式进行退火，另外，优选分2～6段进行退火，更优选分4段退火。根据本发明的玻璃的退火点温度及应变点温度，退火温度范围优选为500～750℃。

进一步，根据本发明的玻璃特性及退火方式，也可以对上下模温度进行适当的温差控制，由此可以更加有效地调整玻璃板的翘曲度。

另外，在退火工序中，优选利用加压装置对模具进行加压，压力范围优选为0.1～1.0mpa。

进一步，在采取4段退火的情况下，各段的温度范围分别为：第1段退火680～750℃、第2段退火620～700℃、第3段退火550～650℃、第4段退火500～600℃。

(冷却工序)

为了保证得到的3d曲面玻璃板均匀降温至出模温度，在该玻璃板在模具内完成退火工序之后，进行在应变点温度以下逐步冷却的冷却工序。在冷却工序中，优选采取循环冷却水套冷却方式进行冷却。其中，循环冷却水温度优选为10～30℃。另外，优选分2～12段进行冷却，更优选分5段进行冷却。根据本发明的玻璃的退火点温度及应变点温度，冷却温度范围优选为40～550℃。

另外，在冷却工序中，优选利用加压装置对模具进行加压，压力范围优选为0.1～1.0mpa。

进一步在采取5段冷却的情况下，各段的温度范围分别为：第1段冷却450～550℃、第2段冷却350～450℃、第3段冷却250～350℃、第4段冷却150～250℃、第5段冷却40～150℃。

(卸载工序)

本发明的3d曲面玻璃板的成型方法中的卸载工序，是在完成3d曲面玻璃板的冷却工序之后，卸载成型模具，打开模具并取出3d曲面玻璃板的过程。需要说明的是，为了实现成型模具的循环使用，通常在该卸载工序之后对模具进行清扫。

这样，经过包括如上所述的各个工序的3d曲面玻璃板的成型方法而得到的3d曲面玻璃板，弯曲部弯曲形态及良品率优于现水平，尤其是热弯良品率，远远高于目前的量产水平。需要说明的是，作为热弯良品的判定依据，可以通过①使用三坐标测量仪测量产品轮廓度、平坦度、外形尺寸与数模加以对比；②外观检测(破碎、缺角、裂纹、点缺陷)而进行判定。

另外，为了实现例如工业上的连续生产，在将本发明的3d曲面玻璃板的成型方法用于连续生产时，其节拍时间优选为30～150秒、更优选为35～120秒、更优选为45～90秒、进一步优选为55～80秒、最优选为75秒。需要说明的是，这里的所述连续生产，是在第一块成型模具送入过渡区、推送装置复位后即投入第二块成型模具的生产过程，以此类推，从而达到循环连续作业的要求。而连续生产中的节拍时间，指的是输出产品的间隔时间，在本发明中，也等于热弯加压时间与产品在两工位间的传输时间之和(即，节拍时间＝热弯加压时间+产品在两工位间的传输时间)。

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这些实施例。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)原料玻璃板的准备

将原料按照下述配比进行配合，并利用混料机混合均匀之后，加入电熔炉中熔化，将熔融玻璃液浇注在金属模具中，将玻璃连同金属模具一起放入退火炉内进行精密退火冷却，最后进行切割而制成尺寸为纵150mm×横80mm×厚0.40mm的原料玻璃板。

各原料的以质量百分比计的配比如下所述。

sio2：60.7％

al2o3：12.8％

na2o：13.2％

k2o：5.4％

mgo：6.5％

zro2：0.6％

b2o3：0.2％

zno：0.1％

li2o：0.5％

na2o+k2o+li2o：19.1％

mgo+zno：6.6％

sio2+al2o3+zro2：74.1％

r2o/mo＝2.9(其中，r表示碱金属，m表示碱土金属)。

(2)3d曲面玻璃板的成型

将如上所述地准备的原料玻璃板放入成型模具(石墨材质的2段型成型模具)内，并装载该成型模具后，依次按照下述表1～表5中的模具温度及升温或冷却的分段进行如前所述的预热工序、热弯成型工序、退火工序、冷却工序及卸载工序。

在预热工序中，其各段的温度设定如下述表1所示。需要说明的是，在本发明的实施例中，采取了6段预热。

[表1]

其中，1～6段的预热压力均为0.1mpa。另外，将加热板下压位置调整至加热板刚接触模具上表面。

进一步，在热弯成型工序中，其各段的温度设定如下述表2所示，各段的压力设定如下述表3所示。需要说明的是，在本发明的实施例中，采取了3段热弯成型。

[表2]

[表3]

需要说明的是，热弯成型工序中各段均采用周期内逐步加压方式，将加热板下压位置调整至模具上表面标高位置以下1～2mm。

需要说明的是，在各段的压力设定中，采取的是每加压周期施加一定压力，在一定时间后达到设定压力并保持设定压力至加压时间结束的模式。若以热弯3为例对热弯成型分段加压模式说明，可以如下地进行：第一段每0.25s施加0.001mpa压力，经过20s后压力达到0.08mpa，第二段在0.08mpa基础上继续加压，每0.30s施加0.001mpa压力，经过36s后压力达到0.20mpa，持续保持0.20mpa压力14s后结束加压，进行模具传输至下一工位。

进一步，在退火工序中，其各段的温度设定如下述表4所示。需要说明的是，在本发明的实施例中，采取了4段退火。

[表4]

需要说明的是，4段退火的压力均设置为0.15mpa，将加热板下压位置调整至模具上表面标高位置以下1～2mm。

进一步，在冷却工序中，其各段的温度设定如下述表5所示。需要说明的是，在本发明的实施例中，采取了5段冷却。

[表5]

需要说明的是，5段的冷却中均采用了16℃循环冷水冷却，压力均设置为0.10mpa，将冷却板下压位置调整至模具上表面标高位置以下1～2mm。

另外需要说明的是，本实施例中的3d曲面玻璃板为窄边单边弯曲，用于连续生产时的节拍时间为75s，其中，加压时间为70s，产品在两工位间的传输时间为5s。

(3)3d曲面玻璃板的输出

将上述成型模具从热弯设备中输出后，温度已降至40℃左右，打开模具后，使用真空吸笔吸住成型玻璃，随后进行后续的抛光、钢化等工艺。

(4)3d曲面玻璃板的品质

如上所述地利用本发明的3d曲面玻璃板的成型方法得到的3d曲面玻璃板的热弯良品率＞90％。需要说明的是，作为热弯良品的判定依据，可以通过①使用三坐标测量仪测量产品轮廓度、平坦度、外形尺寸与数模加以对比；②外观检测(破碎、缺角、裂纹、点缺陷)而进行判定。

另外，弯曲部弯曲形态及良品率优于现水平。其中，弯曲部检测结果如图3所示。可见，热弯良品率远远高于目前的量产水平。