手機玻璃面板化學鋼化若干問題的探討

齊學義

摘 要：手機面板作為手機的重要組成部分，其面板的材質不僅直接決定了手機的受保護程度，還影響著用戶的手機體驗度。我國大部分的手機都屬于智能機，其面板材質都為玻璃，與國外相比，我國手機的發展起步較晚，雖然隨著科技的不斷更新已經取得了較大的進步，但是就手機玻璃面板的化學鋼化問題依然存在很多需要探討之處。在本文中，筆者就手機玻璃面板的化學鋼化問題進行分析研究。

關鍵詞：手機玻璃；面板；化學；鋼化；問題

受各個因素的影響，我國手機的發展與國外相比起步較晚，但是隨著社會的不斷進步，我國手機在制造上和使用上都取得了巨大的成績。據相關數據統計，我國手機的生產量截止2016年為21億臺，同比增長已趨近14%。另外，我國手機用戶的使用人數截止2016年已超過13億人，其中80%的人使用的手機都為智能手機。并且我國大部分的智能手機除威圖、華為P7等高端手機的面板采用的是藍寶石之外，其余的手機面板材質均為玻璃。

人們對手機的需求從剛開始只需要通訊功能，到現在不僅要求手機內存夠大、拍照清晰等外，對手機的美觀也越來越注重，手機的發展方向逐漸從厚重更替為輕薄，手機的玻璃面板也從原來的1.2mm減至0.2mm。雖然手機的玻璃面板厚度在減少，但是它的強度一直在提高，這歸功于在手機玻璃面板的生產中使用了化學鋼化來增加手機面板強度。在本文中，筆者將從手機玻璃面板的技術、成分、配方以及制作工藝等方面對手機玻璃面板的化學鋼化問題進行分析研究。

1、手機玻璃面板的化學鋼化技術指標分析

為了滿足手機發展輕薄化的目的，必須對手機玻璃面板也同樣進行輕薄化處理。據調查顯示，手機玻璃面板的輕薄度決定于手機玻璃的密度、彈性模數量、斷裂韌性、VICKER以及泊松比值。因此，相關手機技術團隊在進行手機玻璃面板輕薄化研究時，首先應該降低手機玻璃的密度，使手機玻璃的密度保持在2.39g/cm3至2.45g/cm3之間。其次，因為手機的彈性模數量與手機玻璃鍵的強度成正比關系，為了保證手機玻璃鍵的強度符合相關要求，手機的彈性模數量應該維持在65GPA至90GPA范圍內。另外，由于手機的斷裂韌性與手機的脆性成反比關系，手機斷裂韌性越高，手機的脆性就越低。因此，為了降低手機玻璃面板被損壞的頻率，手機的斷裂韌性值應該在0.65MPa●M0.5至0.75MPa●M0.5上下。最后，VICKER（維式）硬度應該在490KGF/MM2至540KGF/MM2之間，泊松比應該在0.21至0.23上下。

手機玻璃面板的化學鋼化指標主要與CS值（表面壓應力）和DOL值（應力層深度）有關，要想使手機玻璃面板的化學鋼化強度滿足相關要求，就必須使CS值大于300MPA，DOL值大于20微米，并且滿足CS=CT（t-2DOL）/DOL公式，其中，CS表示表面壓應力，CT表示中心張應力，t表示手機玻璃的厚度，DOL表示交換層的深度。從公式中可以得出，當內部張應力過高時，手機玻璃的內部容易產生玻璃裂紋，降低手機玻璃面板強度。當CS過高時，DOL值會相應下降，增大玻璃的切裁難度。因此，適當的CS值一般在750MPA至1100MPA之間，DOL值在20微米到50微米范圍內。將CS值和DOL值保持在以上范圍內可使手機玻璃化學鋼化后的硬度提高到8787.9N/MM2至6867N/MM2。

手機的尺寸穩定與手機玻璃的熱穩定和耐熱息息相關，比如：相關手機技術團隊在制作五代高分辨率的觸摸屏時，采用的屏幕為氧化物薄膜晶體管，這種屏幕一般分辨率越高，手機觸摸屏的制作溫度也就越高。因此，在制作過程中，要求手機玻璃具有較強的熱穩定性，即手機玻璃的軟化點保持在850攝氏度至920攝氏度范圍內，手機玻璃的線膨脹系數在85*10-7℃至95*10-7℃之間，手機玻璃面板可見光透過率需在91%以上。

2、手機玻璃面板的化學鋼化主要成分分析

據調查顯示，手機玻璃面板在進行化學鋼化時，主要以低溫型的離子交換為主，在交換過程中，以硝酸鉀熔鹽中的鉀正離子交換手機玻璃中的鈉正離子，其中鉀正離子的半徑大于鈉正離子的半徑，交換完成之后，手機玻璃的表面體積會出現膨脹現象，形成壓應力。具體變化如P = （ΔV0/3V0） [E/1 -υ]公式所示，其中，P表示硝酸鉀離子交換之后產生的手機玻璃表面應力，ΔV0表示硝酸鉀離子交換之后手機玻璃體積的變化，V0表示硝酸鉀離子交換之前的手機玻璃體積，E表示手機玻璃的彈性模數量，υ表示泊松比值。

為了使硝酸鉀中的鉀離子與鈉離子交換更加容易，必須選擇適合鉀離子和鈉離子交換的玻璃成分。傳統的玻璃成分為鈉鈣硅酸鹽，這種成分主要以鈣離子在網絡外的形式呈現，會使鈉離子不易擴散，阻礙硝酸鉀中鉀離子與鈉離子的交換。因此，為了改變這種情況，需要在含有鈉鈣硅酸鹽成分的玻璃中加入三氧化二鋁，增大玻璃分子的體積，擴大玻璃結構的網絡空間，促進鉀離子和鈉離子的交換。除此之外，為了使手機玻璃面板在進行化學鋼化時更加穩定，還需要在鉀離子和鈉離子交換過程中加入MgO，并保證其含量維持在6.5%至13.5%之間。需要注意的是不要在其中加入CAO，如果不能避免CAO完全不存在，需控制其含量低于1%。

3、手機玻璃面板的化學鋼化制作工藝分析

據調查顯示，離子交換用于化學鋼化自20世紀起，主要以兩階段離子交換法以及三階段離子交換法為主，發展至今，已經轉變為一次離子交換法。即在435攝氏度至450攝氏度之間，將手機面板玻璃放置硝酸鉀熔鹽中交換6至8小時。這種交換方法，交換的時間太長，不僅會增加手機玻璃面板進行化學鋼化的成本，還會影響化學鋼化質量。因此，為了改善這種狀態，相關技術人員在傳統的兩階段離子交換法和三階段離子交換法上進行了技術改良。

傳統的兩階段離子交換法和三階段離子交換法主要是為了提高CS值、DOL值以及斷裂強度值，目前的兩階段離子交換法和三階段離子交換法不僅保留了原有的優點，還增強了手機玻璃的切裁性、手機玻璃的硬度以及彎曲強度。比如：含有鈉鈣成分的手機玻璃進行化學鋼化后不僅很難達到高鋁高鎂玻璃的CS值，并且手機玻璃還不易切裁。為了解決這個問題，國外對兩階段離子交換法進行了改革，首先將含有鈉鈣成分的玻璃放在混合了80mol%的硝酸鉀和20mol%硝酸鈉混合液中，進行鉀離子和鈉離子的交換，交換時間為2小時，然后又將其放置在100%硝酸鉀熔鹽中進行鉀離子和鈉離子的交換，交換時間為1小時。通過以上兩步可以提高手機玻璃的CS值至720MPA，DOL值至15微米。

結束語：

綜上所述，手機玻璃化學鋼化，雖然操作工藝十分簡單，但是因為其是一個較為系統的工程。在進行化學鋼化時，需要注意將手機玻璃的成分與硝酸鉀熔鹽中鉀離子和鈉離子的交換工藝相結合。并且根據相關制作要求，科學選擇離子交換方法，并使表面壓應力值（CS）、應力層的深度值（DOL）、應力的分布值以及斷裂韌性值等等達到合理范圍。

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