1、 曲面曲面屏手机屏手机玻璃抛玻璃抛光机理光机理及及工艺研究工艺研究手机曲面玻璃概念手机曲面玻璃概念 现阶段数码产品使用的玻璃盖板分为：2D玻璃，2.5D玻璃，还有3D曲面玻璃。 2D玻璃就是普通的纯平面玻璃，所有的点都处在同一个平面上。2.5D玻璃则为中间是平面的，但其中一面边缘是弧形设计，相对于2D玻璃，也就是在平面玻璃的基础上对边缘进行了弧度处理。而目前我们所说的3D曲面玻璃，是中间是平面，边缘两面都采用弧面设计。一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义手机曲面玻璃概念手机曲面玻璃概念 而真正意义上的3D手机屏幕应该全屏幕具有弧弯，如右图所示，但右图仅仅是概念手机，目前市面是上没有这类
2、手机发布，原因不仅仅是工艺难度问题，手机内部如何配合屏幕做成曲面也是重要原因。考虑到其严谨性，故采用曲面玻璃概念。一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义 三三星星GALAXY GALAXY S7 S7 EdgeEdge 小米小米 note note系列系列一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义 手机等数码产品蓬勃发展，手机后盖材质已由最开始的手机等数码产品蓬勃发展，手机后盖材质已由最开始的塑料到铝合金再到如今的硅酸盐玻璃，玻璃材质已经是众手塑料到铝合金再到如今的硅酸盐玻璃，玻璃材质已经是众手机行业的发展趋势，其中曲面玻璃更是有着它独有的优点，机行业的发展趋势，其中曲面玻璃更是有着它
3、独有的优点，手感更好，外观更美观。手感更好，外观更美观。 4G，5G，无线充电等新通讯技术，无线充电等新通讯技术的发明也促进了曲面玻璃在手机上的应用的发明也促进了曲面玻璃在手机上的应用， 金属外壳有电磁金属外壳有电磁屏蔽，从而影响屏蔽，从而影响4G手机的通信信号，因此需要将金属外壳隔手机的通信信号，因此需要将金属外壳隔离多段，才能保证通信质量离多段，才能保证通信质量，曲面玻璃是具有轻薄、洁净、曲面玻璃是具有轻薄、洁净、防眩光、耐候性佳等优异特质的硬物质防眩光、耐候性佳等优异特质的硬物质, 非金属材质迎来重非金属材质迎来重大机遇大机遇，玻璃材质物美价廉、手感舒适，是绝佳的替代材料玻璃材质物美价廉
4、、手感舒适，是绝佳的替代材料。一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义强烈的立体感强烈的立体感显示面积增加显示面积增加更具美感和更更具美感和更好的把握度好的把握度防眩光防眩光避免金属机身对于避免金属机身对于NFCNFC，WIFIWIFI等等无线通讯技术的屏蔽干扰无线通讯技术的屏蔽干扰 曲面玻璃生产流程曲面玻璃生产流程 手机曲面玻璃生产流程如右图所示，平面玻璃的加工流程与曲面玻璃流程相比，中间少了热弯，抛光方式不同以外，其他工序相类似。一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义曲面玻璃加工工艺难点曲面玻璃加工工艺难点 一：研究背景及研究意义一：研
5、究背景及研究意义课题研究意义课题研究意义 一：研究背景及研究意义一：研究背景及研究意义 本课题通过对手机曲面玻璃抛光机理和抛光工艺的研究，同时通过合理设计方案、优化相关条件，最终达到Ra0.02m到Ra0.04m镜面级表面粗糙度，为曲面玻璃抛光工业提供一定的参考。国内外抛光发展进程国内外抛光发展进程 二：国内外研究现状二：国内外研究现状 国内大多数企业仍然采用传统的磨轮磨具机械抛光加工工艺，经这种工艺加工过的零件，外观光亮但没有明显镜面效果，表面粗糙度只能达到Ra 0.1m 左右，直到20世纪 80 年代初，脉冲电化学抛光和化学机械抛光加工技术在我国才得到较为迅速的发展。 在国际上，超精密加工
6、技术处于领先地位的国家主要是美国、 德国、英国和日本。英国的 Cranfeild 大学的精密工程研究所最新研制的 Nanocentre可进行超精密车削、 磨削和抛光， 可达表面粗糙度 a 10 nm，代表世界领先水平。 1.平面玻璃抛光方法平面玻璃抛光方法 l 化学机械抛光 化学机械抛光（CMP）区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法，CMP 通过化学的和机械的综合运用， 从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。 二：国内外研究现状二：国内外研究现状1.平面玻璃抛光方法平面玻璃抛光方法 l 磁流变抛光 磁流变抛光是利用磁流变抛光液
7、在磁场中发生流变效应的原理，使液体迅速变硬，进而形成Bingham流体，由其中的抛光磨粒通过机械的方式去除工件的表面材料。二：国内外研究现状二：国内外研究现状2.曲面玻璃抛光方法现状曲面玻璃抛光方法现状 l 光学曲面玻璃抛光方法 目前光学曲面玻璃的抛光方式目多采用全口径抛光采用比元件大 15%比例的曲面抛光盘， 再粘附上海绵和聚氨酯抛光模， 同时使用氧化铈作为抛光液， 形成弹性抛光， 再通过调节抛光盘和零件间的相对压力摆角， 得到高精度的表面光学质量。 二：国内外研究现状二：国内外研究现状2.曲面玻璃抛光方法现状曲面玻璃抛光方法现状 l 大型曲面玻璃抛光方法 采用喷砂的方式，以压缩空气为动力，
8、用高动能的磨料流冲击带处理表面。表面受到以高速冲击的磨料粒子的摩擦作用，获得合适的粗糙度。由于抛光粒具有弹性，使得其可以在表面滑动，进行常规喷砂如金刚砂不能进行的加工。 二：国内外研究现状二：国内外研究现状2.曲面玻璃抛光方法现状曲面玻璃抛光方法现状 l 手机曲面玻璃抛光方法 手机曲面玻璃作为一种新型产品，抛光垫目前采用的有两种类型，一种是平面抛光垫，用柔性抛光材料制作，抛光过程与平面抛光过程类似，在机台里加上由抛光粉配比成的抛光液,在抛光垫的压力和弹性伸缩的特性下,紧贴弧面玻璃形面和边缘，在抛光液的作用下弧面玻璃表面和边缘被抛光扫亮。 二：国内外研究现状二：国内外研究现状2.曲面玻璃抛光方法
9、现状曲面玻璃抛光方法现状 l 手机曲面玻璃抛光方法 而另一种方法另一种方法是根据工件形状尺寸定制可以和外形贴合的异形抛光垫，通过抛光垫的旋转和工件特定走位完成平面部分和曲面部分的抛光。 二：国内外研究现状二：国内外研究现状2.曲面玻璃抛光方法现状曲面玻璃抛光方法现状 l 手机曲面玻璃抛光装夹装置 需要特质柔性抛光垫并根据工件尺寸参数定制工件安装夹具，工件抛光方式多采用托盘或真空吸附。 二：国内外研究现状二：国内外研究现状真空吸附盘 手机曲面玻璃属于硬脆材料手机曲面玻璃属于硬脆材料，并且厚度仅有并且厚度仅有0.4MM左右，左右，在在抛光抛光过程中易发生脆性破坏过程中易发生脆性破坏，而光学曲面玻璃
10、镜头厚度比较，而光学曲面玻璃镜头厚度比较高，抛光过程中不易发生断裂，所以抛光过程中压力和转速的高，抛光过程中不易发生断裂，所以抛光过程中压力和转速的控制非常关键。控制非常关键。二：国内外研究现状二：国内外研究现状目前手机曲面抛光存在的问题 三：研究内容三：研究内容l对玻璃力学性能进行分析 利用纳米压痕仪基于纳米压痕和划痕法研究玻璃力学性能与脆塑转变条件，测量其硬度和弹性模量，确定临界载荷和临界划痕深度，并与经验公式计算的临界深度进行对比分析。对脆塑转变机理的研究有助于选择材料的去除方式，从而改善加工表面质量。 三：研究内容三：研究内容l分析论证抛光工艺 通过对柔性抛光材质的特点分析，选择一款热
11、弯成型但未抛光的曲面玻璃作为研究对象，根据工件形状尺寸选择工件夹装方式，在基于曲面玻璃抛光垫的研究的基础上，设计多组不同压力、转速、抛光液浓度、抛光时间作为参数，为下一步抛光实验做理论准备。 三：研究内容三：研究内容 根据研究学者之前对平面玻璃抛光得出的结论可知： l固结磨料抛光手机面板玻璃的表面粗糙度具在某一临界值之前，随着压力、 时间和工作台转速的增大而增大，超过此临界值后随着压力、 时间和工作台转速的增大而减小。 抛光液浓度对改善工件的表面粗糙度影响不大。各因素对表面粗糙度影响因素的大小依次为工作台转速、 时间、 压力和抛光液浓度。 曲面手机玻璃参数 结论应与平面玻璃相类似，但需进一步进
12、行研究。 三：研究内容三：研究内容l曲面玻璃抛光实验 确定抛光方法后根据制定的抛光参数和方案选用高铝硅手机曲面玻璃作为对象进行多组实验抛光，抛光结束后进行超声波清洗 以保证数据准确性。 三：研究内容三：研究内容l机理分析机理分析 对抛光前后的粗糙度和三维形貌进行观察和分析，将检测数据统计成表，利用正交实验方法研究并分析各加工参数对手机玻璃抛光的材料去除率和表面粗糙度影响，并对其进行机理分析和工艺优化，并对两个指标进行分析，找出最优加工工艺。 四：研究方法及技术路线四：研究方法及技术路线技术路线 对玻璃力学性能进行检测分析根据对象的选择确定研究具体抛光工艺方案选择不同的抛光压力、抛光液浓度、转速
13、进行多组实验根据实验结果得出结论，选择一组最优的抛光工艺方案研究方法研究方法 u纳米压痕法：其原理就是压入过程中连续测量刚度值得到每个压入位移点的硬度和弹性模量等力学性能参数，实现硬度、弹性模量等力学参数随载荷或压入深度变化的函数曲线。 uCMP化学抛光法：将旋转的被抛光玻璃压在与其同方向旋转的柔性抛光垫上，而抛光浆料在玻璃与底板之间连续流动。上下盘高速反向运转，被抛光玻璃表面的反应产物被不断地剥离，新抛光浆料补充进来，反应产物随抛光浆料带走。新裸露的玻璃平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复。研究方法研究方法 力学性能检测力学性能检测使用纳米划痕仪对手机玻璃进行使用纳米划痕仪对手机玻
14、璃进行玻璃力学性能与脆塑转变条件玻璃力学性能与脆塑转变条件研究研究。纳米划痕仪研究方法研究方法 抛抛光工光工艺实验艺实验在在曲面玻璃抛光机通过改变压力转速等参数通过曲面玻璃抛光机通过改变压力转速等参数通过CMP抛光技术进行抛光技术进行分组实验。分组实验。研究方法研究方法 实验平台示意图研究方法研究方法 表面检测设备在三维白光干涉仪上进行，它是用于3D形貌定量测试和精密机械表面粗糙度检测的理想非接触式检测工具，在高速扫描状态下测量轮廓范围可以从 1nm 到 10mm。白光干涉仪五、创新点及难点五、创新点及难点创新点：创新点： 目前大部分玻璃抛光研究是在平板玻璃上进行，而曲面玻璃抛光目前大部分玻璃
15、抛光研究是在平板玻璃上进行，而曲面玻璃抛光的研究多是基于光学镜头和大型异形玻璃，基于手机曲面玻璃的研究的研究多是基于光学镜头和大型异形玻璃，基于手机曲面玻璃的研究还很少，本文在针对于手机曲面玻璃抛光机理进行分析，并选择制定还很少，本文在针对于手机曲面玻璃抛光机理进行分析，并选择制定可行的抛光工艺方案，进行多次抛光实验，并通过实验参数的优化保可行的抛光工艺方案，进行多次抛光实验，并通过实验参数的优化保证工件表面质量的同时提高材料的去除速率，对今后的手机曲面玻璃证工件表面质量的同时提高材料的去除速率，对今后的手机曲面玻璃的抛光工艺具有参考价值和意义。的抛光工艺具有参考价值和意义。五、创新点及难点五
16、、创新点及难点难点：难点： 柔性抛光垫形状是一块圆形平面抛光垫，而在抛光过程中需柔性抛光垫形状是一块圆形平面抛光垫，而在抛光过程中需要贴合整块手机曲面玻璃，而手机曲面玻璃的形状必然造成了中要贴合整块手机曲面玻璃，而手机曲面玻璃的形状必然造成了中间平面部分表面压力要大于两侧的曲面压力，这就要求压力既不间平面部分表面压力要大于两侧的曲面压力，这就要求压力既不能过大影响平面部分，也不能因为压力不足而导致曲面部分无法能过大影响平面部分，也不能因为压力不足而导致曲面部分无法充分抛光而无法达到理想粗糙度，所以对抛光压力和转速的控制充分抛光而无法达到理想粗糙度，所以对抛光压力和转速的控制是难点之处。是难点之处。
