本申请根据35u.s.c.§119要求于2015年10月30日提交的系列号为62/248475的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并通过引用的方式全文纳入本文。
本公开的实施方式一般涉及用于对材料进行冲击测试的设备和方法。更具体地，本公开的实施方式涉及用于模拟对手持式电子装置的盖板玻璃的损伤的设备和方法。
背景技术：
手持式电子装置(例如手机和平板电脑)包括盖板基材，该盖板基材通常为玻璃基材，其常被称为盖板玻璃。理解手持式装置在掉落时盖板玻璃的失效机制对于确定防止盖板玻璃失效和改进用于制造盖板玻璃的材料的方式是重要的。这种理解对于向更薄更轻的盖板玻璃材料发展而言尤为重要。如果与现有方法相比，更准确地再现失效机制，则可以更好地理解材料性质的变化，如离子交换变化。
对盖板基材材料进行掉落测试的一种方式是将盖板基材改造成商购手机。虽然测试结果是有用的并且能够充分区分不同的材料，但是手机昂贵并且改造过程耗费时间。也使用代表典型手机的尺寸、形状和质量的“圆盘(pucks)”。虽然比手机成本更低，但是将材料装配到圆盘中仍然是耗费时间的过程。
改造过程和掉落测试的效果很好，这是因为盖板材料的失效复制了现场常见的失效模式：当盖板凸形弯曲时，盖板受到了尖锐的接触损伤。现有的测试方法对手持式装置掉落(其将被称为“掉落事件”)时的失效机制提供了有限的理解。因此，需要用于对基材材料进行冲击测试的设备和方法，所述设备和方法更准确地再现手持式装置的盖板玻璃在掉落事件期间经历的应力。
技术实现要素：
本公开的一个或多个实施方式涉及对透明基材进行冲击测试的设备，所述设备包括用于接收透明基材的基底，所述透明基材具有至少两个端部、内表面和外表面，所述基底具有第一端部和第二端部，以及限定了在第一端部与第二端部之间的曲率半径的弯曲表面；第一固定件和第二固定件，其用于保持透明基材的所述至少两个端部并且施加力以使透明基材围绕弯曲表面弯曲并且使透明基材顺应曲率半径；具有研磨表面的研磨片材，其与透明基材的外表面接触放置；以及位于基底上方的冲击物体，从基底上方释放冲击物体以使得当透明基材围绕弯曲表面弯曲时，来自冲击物体的力对透明基材造成损伤。
本公开的另一个方面涉及一种对透明基材进行冲击测试的方法，所述方法包括将透明基材放置在本文所述设备的弯曲表面上；围绕弯曲表面弯曲透明基材；利用第一固定件和第二固定件来固定透明基材的所述至少两个端部以在透明基材的外表面上提供顶点；以及在透明基材围绕弯曲表面弯曲时，释放位于基底上方的冲击物体。
在一个或多个实施方式中，对透明片材进行冲击测试的方法包括将具有冲击表面的透明片材弯曲到一曲率半径以在冲击表面上建立顶点；以及在顶点处利用冲击物体冲击透明片材。在该实施方式的变化形式中，透明片材为玻璃并且曲率半径在某一范围内，该范围模拟手机或平板装置被手机或平板装置的用户掉落到地面上时，手机或平板装置的化学或热强化盖板玻璃的弯曲半径。在另一种变化形式中，将研磨片材与透明片材的冲击表面接触放置并且在研磨片材上放置板，然后再在顶点处冲击透明片材。在另一种变化形式中，在利用冲击物体冲击顶点之前，将透明片材固定到弯曲表面。在一些实施方式中，冲击物体为包含金属和陶瓷材料中的一种或多种的球，并且所述板包括含有金属和陶瓷材料中的一种或多种的材料。在具体的实施方式中，从真空卡盘中释放冲击物体。
附图说明
被纳入本说明书并构成说明书的一部分的附图例示了下述几个实施方式。
图1示出了本公开的一个或多个实施方式的对基材进行冲击测试的设备的透视图；
图2示出了图1的设备的侧视图；
图3示出了包括冲击物体的图2中的设备；以及
图4示出了冲击物体被释放并且朝基材掉落的图3中的设备。
具体实施方式
本公开的实施方式提供了用于对基材进行冲击测试的设备和方法，所述基材具体为透明基材，例如玻璃片。在一个或多个实施方式中，所述设备和方法模拟了手持式电子装置被手持式电子装置的用户掉落到地面上时，手持式装置的强化盖板玻璃的弯曲半径。根据一个或多个实施方式，本文所述的方法和设备能够区分不同材料、区分厚度不同的相同材料以及在离子交换化学强化玻璃材料的情况中区分离子交换处理方式不同的厚度相同的相同材料。
本文所述的设备和方法可用于对通常用作手持式电子装置的盖板基材的基材进行冲击测试。根据一个或多个实施方式，这样的手持式电子装置通常具有显示屏。手持式电子装置的非限制性实例包括手机、阅读装置、音乐装置、观看装置和导航装置。所述装置的非限制性实例为
根据一个或多个实施方式，使用所述设备和方法对用于覆盖手持式电子装置的显示器的基材进行测试。在一个或多个实施方式中，该基材是透明基材或透明片材。所述基材可以是无定形基材或结晶基材。根据一个或多个实施方式，无定形基材可选自钠钙玻璃、碱性硅铝酸盐玻璃、含碱硼硅酸盐玻璃和碱性铝硼硅酸盐玻璃。在一个或多个实施方式中，所述基材为玻璃，并且所述玻璃可以是经过强化的，例如热强化的回火玻璃或化学强化玻璃。在一个或多个实施方式中，强化玻璃基材具有压缩应力(cs)层，其中cs在化学强化玻璃中从化学强化玻璃的表面延伸到压缩应力层深度(dol)，所述压缩应力层深度为至少5μm至几十微米。在一个或多个实施方式中，玻璃基材是化学强化玻璃基材，例如康宁
图1至4示出了依据本公开的一个或多个实施方式，如上文提供的对基材进行冲击测试的测量设备100。设备100包括用于接收透明基材112的基底110，该透明基材112具有至少两个端部114、116、内表面113和外表面115。基底110具有第一端部120和第二端部122以及限定第一端部120与第二端部122之间的曲率半径的弯曲表面124。基底110可为提供平台以固定用于冲击测试的基材的任意合适的材料，这在下文将进一步描述。用于基底110的合适材料可包括木材、金属陶瓷或其组合。弯曲表面124具有顶点125。
根据一个或多个实施方式所述的测量设备100还包含第一固定件130和第二固定件132，其用于保持透明基材的所述至少两个端部114、116，并施加力以使透明基材112围绕弯曲表面124弯曲，并使透明基材顺应曲率半径。通过弯曲透明基材112，所述玻璃基材具有顺应弯曲表面124顶点125的顶点127。在一个或多个具体的实施方式中，弯曲表面124和透明基材112的曲率可为固定的半径或复合半径。
根据一个或多个实施方式所述的测量设备100还包括具有研磨表面的研磨片材136，其与透明基材的外表面接触放置。根据一个或多个实施方式所述的测量设备100还包括位于基底110上方的冲击物体138，所述冲击物体138从基底110的上方释放以在基材围绕弯曲表面124弯曲时，来自冲击物体138的力对透明基材112造成损伤。
在一个或多个实施方式中，测量设备100还包括板140，其位于研磨片材136上以使冲击物体138接触板140。根据一个或多个实施方式，透明基材112为玻璃并且曲率半径在某一范围内，该范围模拟手机或平板装置被手机或平板装置的用户掉落到地面上时，手机或平板装置的化学强化盖板玻璃的弯曲半径。在具体的实施方式中，曲率半径在0.25米(m)至1.5米的范围内；或者为0.25米至1.3米；0.25米至1.2米；或0.25米至1米；或0.5米至1.5米、0.25米至1.3米以及0.5米至1.2米；或0.5至1米。
冲击物体138通过保留固定件146保留在适当位置，所述保留固定件146将冲击物体可释放地保持在基底110上方直到准备将其释放。保留固定件146可以为保持并释放冲击物体138的任意合适的结构。在一个或多个实施方式中，保留固定件146包括架、爪形器具或夹具。在具体的实施方式中，保留固定件146包括具有真空线(未示出)的真空卡盘，所述真空线附接于保留固定件。当将冲击物体138保持在基底110上方时，施加真空以使保留固定件146施加足以防止物体掉落的力。当释放冲击物体138时，释放真空，从而允许冲击物体138掉落并撞击板140。冲击物体138和保留固定件146以在5cm至500cm范围内的距离位于基底上方。在一个或多个实施方式中，冲击物体在顶点127的2mm或1mm内撞击板140。当冲击物体138掉落时，设备100的基底应是平坦且水平的。
在盖板玻璃失效来源于表面的大多数的手持式装置现场失效中(即在实际条件中的装置失效)，失效是通过弯曲将拉伸力施加于盖板玻璃表面的同时引入损伤的结果。已经确定的是，虽然使冲击物体138掉落在围绕弯曲表面弯曲的透明基材112上更加真实地再现了掉落事件期间的力，但是在透明基材112与冲击物体138之间不具有板140的情况下对基材进行测试的失效分析显示出了由于反复掉落在同一地点上造成的透明基材表面的凹部。当对具有压缩应力(cs)层层深度(dol)的热或化学强化玻璃基材进行测试时，凹部可穿透dol，这可造成与观察到的现场失效模式不一致的失效。与冲击物体138直接掉落在透明基材112上相关的第二个问题在于：由冲击物体138造成的局部应力造成了环失效，这在典型的现场失效中是未观察到的。
利用放置在冲击物体138与透明基材112之间的板140解决了一个或多个上述问题。确定的是，板140将力分布在透明基材112的较大区域上，这通过使板140位于研磨片材136顶部上的中心来完成。根据一个或多个实施方式，冲击物体138掉落的力通过板140传递并进入到研磨片材136中，名义上进入透明基材112的短轴中心线(即，形成夹持到弯曲表面124的试样的顶点的线)中。在一个具体的实施方式中，确定的是，由于来自冲击物体掉落的力在较大的面积上分布，因此使用较大的冲击物体(例如16.3g而非4.1g)来产生所需的失效高度范围。确定的是，由于放置在适当位置的板140，因此消除了环失效，使得对于所有测试的试样来说，失效为在现场观察到的典型失效(弯曲期间的损伤引入)。
在具体的实施方式中，第一固定件130和第二固定件132间隔的距离是手机或平板电脑的盖板玻璃长度，例如在约50mm至500mm的范围内。一个极具体的实施方式提供了一种适合对110mm×57mm的基材进行测试的设备。根据一个或多个实施方式，第一固定件130和第二固定件132各自为夹具，并且在具体的实施方式中为如附图所示的肘节式夹具。在其他具体实施方式中，研磨片材包含砂纸，其粒度号可以在以下范围内：30号至400号、或100号至300号，例如180号。一种合适的砂纸是indasa
根据一个或多个实施方式所述的冲击物体138可为任意合适的形状，但是在具体的实施方式中，冲击物体138为球形，例如球。根据一个或多个实施方式所述的板140一般为矩形，但是其他形状也是可行的，例如圆形或碟形。在一个或多个实施方式中，冲击物体138和板140由选自金属或聚合物或复合物材料中的一种或多种的材料制成。复合物材料可包括金属-陶瓷复合物、金属-聚合物复合物或聚合物-陶瓷材料。在具体的实施方式中，冲击物体138由硬度大于板140的硬度的材料制成。在一个极具体的实施方式中，冲击物体138可为直径在约10mm至16mm范围内的铬钢合金e52100球。应理解的是，将取决于用于制造冲击物体的材料密度来对冲击物体138的直径进行选择。因此，密度较低的材料可以使用直径更大的冲击物体1138。冲击物体的直径可以在5mm至40mm的范围内，更具体地，在5mm至25mm的范围内。
在具体的实施方式中，对冲击物体138进行定位以使得冲击物体造成板140和研磨片材136接触透明基材顶点。
本公开的另一个方面涉及对透明基材112进行冲击测试的方法。根据一个或多个实施方式所述的方法包括：将透明基材112放置在上文所述的设备100的弯曲表面124上，围绕弯曲表面124弯曲透明基材，以及利用第一固定件和第二固定件固定透明基材的所述至少两个端部以在透明基材112的外表面上提供顶点127。所述方法还包括在透明基材112围绕弯曲表面124弯曲的同时，释放位于基底上方的冲击物体138。
在所述方法的一个或多个实施方式中，冲击物体138为球，并且所述方法还包括在透明基材与研磨片材之间设置板140。在具体的实施方式中，撞击板140的冲击物体138对透明基材112造成了尖锐的接触损伤。在其他具体的方法实施方式中，透明基材112为玻璃，并且固定透明基材112的所述至少两个端部包括夹持透明基材112的所述至少两个端部。在其他具体的实施方式中，可从如上所述的真空卡盘中释放冲击物体138。根据一个或多个实施方式，可利用合适的保持机制将板140保持在合适的位置。在一个实施方式中，保持机制可为轭架(未示出)，其被构造成使板140保持水平取向，但仍允许板140顺应基材/磨料堆叠体。保持机制可防止当冲击物体偏离中心时板140的摇晃，从而有助于将损伤集中在试样顶点上。在具体的实施方式中，轭架比板140薄，以限制在掉落事件期间的接触仅是对板140的接触。轭架和板相对于固定件的高度是可调节的以保持轭架和板的中心水平面平行。在具体的实施方式中，可利用铰链将轭架保持在合适位置，以允许板的自由移动及与磨料的完全接触。
其他方法实施方式涉及对透明片材进行冲击测试的方法，所述方法包括将具有冲击表面的透明片材弯曲到一曲率半径以在冲击表面上建立顶点；以及在顶点处利用冲击物体冲击透明片材。在具体的实施方式中，透明片材为玻璃并且曲率半径在某一范围内，该范围模拟手机或平板装置被手机或平板装置的用户掉落到地面上时，手机或平板装置的化学或热强化盖板玻璃的弯曲半径。在具体的实施方式中，所述玻璃片材为购自康宁股份有限公司(corning,incorporated)的
根据一个或多个实施方式，具体的测试方法包括提供弯曲支承表面以及将弯曲支承表面牢固附接于基底。将基材或片材(测试试样)夹持在如上所述的固定件的弯曲表面上，并且使砂纸片位于基材或片材顶部上的中心。金属板位于砂纸顶部上的中心。然后使金属球形式的冲击物体从10cm的高度掉落。如果测试试样未失效，则将球掉落高度增加10cm，并且进行第二次球掉落。如果测试试样失效，则记录失效高度并进行下一个测试试样并使用一片新的砂纸。如果测试试样未失效，则使用相同张的砂纸，增加掉落高度进行下一次测试。以这种方式继续测试直到测试试样失效或达到最大掉落高度。
如果砂纸片剩余不足量的未使用面积，则应使用新的砂纸——对于初始掉落高度为5cm并且高度增量为5cm的测试来说，这发生在100cm掉落高度时。如果达到最大掉落高度，则记录测试试样是失效或者未失效。对方法和设备的改变可包括通过使用粒度号不同的砂纸来改变损伤引入水平以调整失效高度范围。可以改变砂纸尺寸以改变施加于测试试样的每单位面积的力。可以改变球的组成/密度/质量以调整施加于顶板的力。通过改变试样胶带或弯曲的支承材料可改变支承顺从性。另外，可以调整起始掉落高度和掉落高度增量。此外，可以使用交替的板尺寸或材料，但是在掉落期间，应使板而不是冲击物体(球)承受损伤。
本文提供了一种设备和方法，其可用于精确模拟手机或平板装置被手机或平板装置的用户掉落到地面上时，手机或平板装置的化学或热强化盖板玻璃的弯曲半径。通过模拟弯曲半径以及在冲击物体和测试片材之间设置有板和研磨片材的情况下掉落冲击物体，提供了手持式电子装置的盖板玻璃所经历的力和冲击的更精确的模拟。在一个或多个实施方式中，本文所述的方法和设备对在手机和平板电脑中使用的玻璃基材进行冲击测试特别有用，尤其是对玻璃基材的外表面上具有张力并且玻璃基材的内表面上具有压缩的玻璃进行冲击测试特别有用。所述玻璃基材的一个具体实例为
虽然上述内容涉及各个实施方式，但是，可以在不偏离本公开的基本范围的情况下，对本公开的其他和进一步的实施方式进行设计，并且本公开的范围由所附权利要求书限定。