CN107034405A - 玻璃热弯成型的热作模具材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃热弯成型的热作模具材料及其制备方法与应用，热作模具材料的原料组分包括纯度大于或等于99％的金属钼；其中，原料还可包括稀土氧化物La2O3，且金属钼与稀土氧化物的质量比为(95～99)：(1～5)。制备方法：将各原料组分机械混合，之后进行等静压或粉末冶金方式成型，脱模得到生坯样品；打磨后静置、进行物理和化学形式的表面处理，得到热作模具材料。本发明提供的热作模具材料选用金属制备而成，在大量减少石墨材料用量的同时有效改善了模具加工与使用及报废后对环境的破坏作用；此外，本发明使用的金属材料热传导率高，因此模具的升降温比较快，从而显著降低了热弯玻璃制备过程中的能源消耗。

Description

玻璃热弯成型的热作模具材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及曲面玻璃制造技术领域，具体涉及一种玻璃热弯成型的热作模具材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着移动互联网在全球的兴起，移动智能终端设备出货量一直呈现增长态势，同时移动终端触控输入装置需求也水涨船高，与之伴随的是触摸屏产业规模的不断扩大。近年来，随着我国移动智能终端设备产业链的不断完善和发展，显示屏幕用曲面玻璃作为我国触摸屏显示产业链中的关键环节将得到进一步发展。
众所周知，平板玻璃高温状态下折弯成曲面玻璃，成型后的尺寸精度要求特别高，玻璃表面划伤、烫伤及凹凸麻点等等异常点微小甚至趋向于无；该曲面玻璃的应用极其广泛，诸如应用于：手机屏幕盖板、手机无显示功能的后盖玻璃面板、智能穿戴设备的曲面屏幕盖板玻璃、汽车遥控器显示屏的曲面屏幕玻璃，智能家具曲面显示屏幕的曲面玻璃等，以及以上曲面玻璃的保护型曲面玻璃或各类曲面显示屏的盖板玻璃等。平板玻璃高温状态下折弯成曲面玻璃，即将平板玻璃(称之为“2D玻璃”或者“2.5D玻璃”)放置在热作模具腔体内，将热作模具放置在热弯设备中，升至高温状态，热弯设备中通常不断填充惰性气体以防止产品及模具各部件被氧化；当玻璃达到软化状态，模具压膜成型为所需的曲面玻璃(称之为“3D玻璃”)。传统玻璃热弯成型的热作模具通常采用石墨作为模具材料，然而，石墨作为模具材料制备得到的热作模具具有诸多缺点，如：(一)、石墨模具加工对环境污染大；(二)、石墨模具耗能高、效率低；(三)、采用石墨模具制备得到的玻璃质量差等。
基于此，提供一种新型的适于制备曲面玻璃的热弯成型的热作模具尤为重要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种玻璃热弯成型的热作模具材料及其制备方法与应用。本发明提供的热作模具基本选用金属材料制备而成，有效改善了模具加工与使用及报废后对环境的破坏作用，降低了热弯玻璃过程中的能源消耗，增加了热作模具的表面硬度，从而使人们在触摸或轻微碰撞不会伤及模具成型面的镜面效果，也无任何细微的脱落物。此外，采用本发明提供的热作模具制备得到的曲面玻璃，不仅具有良好的平整度、光学性能、耐热稳定性等特性，而且具有较高的机械强度、不易碎以及耐腐蚀等优点，能够有效应用于电子设备显示屏中。
为此，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种热作模具材料，热作模具材料的原料组分包括：纯度大于或等于99％的金属钼。
在本发明的进一步实施方式中，还包括稀土氧化物；其中，稀土氧化物包括La2O3，且金属钼与稀土氧化物的质量比为(95～99)：(1～5)。
在本发明的进一步实施方式中，还包括金属钨；其中，金属钼与金属钨的质量比为(50～99)：(1～50)。
在本发明的进一步实施方式中，还包括碳、金属钛和金属锆；其中，金属钛、金属锆、碳和金属钼的质量比依次为(0.1～1)：(0.01～1)：(0.01～1)：(97～100)。
在本发明的进一步实施方式中，还包括碳和金属铪；其中，碳、金属铪和金属钼的质量比依次为(0.01～1)：(0.01～1)：(90～100)。
在本发明的进一步实施方式中，各原料组分的纯度均为大于或等于99％。
第二方面，本发明提供一种热作模具材料的制备方法，包括以下步骤：S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀；S102：将S101得到的产物进行等静压或粉末冶金方式成型，之后脱模得到生坯样品；S103：将生坯样品打磨后静置，之后进行物理和化学形式的表面处理，最终得到热作模具材料。需要说明的是，本领域技术人员应当知晓：对于本发明制备得到的生坯样品，根据实际情况，在进行表面处理之前还可以包括平磨、喷砂、CNC雕刻、热处理、线切割以及车铣刨磨等加工工序。
在本发明的进一步实施方式中，S103中，进行表面处理具体包括：在打磨后的生坯样品的表面涂覆抗氧化和/或耐高温材料。
第三方面，本发明提供的热作模具材料在制备用于制作曲面玻璃的模具中的应用。众所周知，手机等电子产品玻璃热弯成型过程中，需要将玻璃经过切割、洗磨等初加工后，放置于热作模具中；之后将玻璃连同热作模具一起放于热弯炉中，随着温度的升高，玻璃在高温下达到软化点，在热作模具的作用下制备得到曲面玻璃。此处所用的热作模具，即采用本发明提供的热作模具材料制备而成。
在本发明的进一步实施方式中，在制作曲面玻璃的过程中，与曲面玻璃相接触的模具部分，大多采用热作模具材料制备而成，但不排出个别案例，与曲面玻璃接触的部分非本热作模具材料。具体地，由于金属材料密度比石墨大，同样体积的金属模具重量较重，为了减重，本发明的模具可以进一步采用金属材料和其他密度小、热导率高且耐高温的材料(如石墨、氮化硼、陶瓷等)相结合的方式，以减轻模具的总重量。
本发明提供的上述技术方案具有以下优点：
(1)申请人经过大量研究发现：本发明提供的热作模具基本选用金属材料制备而成，在大量减少石墨材料用量的同时有效改善了模具加工与使用及报废后对环境的破坏作用；此外，本发明使用的金属材料热传导率比传统模具制备过程中广泛使用的石墨材料热传导率高，因此模具的升温和降温比较快，可以降低电量消耗，即采用本发明提供的热作模具可以显著降低热弯玻璃制备过程中的能源消耗。
(2)本发明提供的热作模具基本选用金属材料制备而成，不仅提高了模具与玻璃热膨胀系数的匹配性，使得模具在反复高低温状态下，模具和产品(铝硅平面玻璃、钠钙平面玻璃)的热膨胀系数更趋于接近；此外，采用本发明提供的热作模具材料制备而成的模具，具有表面硬度高、触摸或轻微碰撞不会伤及模具成型面的镜面等优点，且模具表面不存在任何细微的脱落物；从而使得最终制备得到的曲面玻璃表面光滑、无刮伤和凹凸点。
(4)基于本发明制备得到的模具热导率高这一优点，使得本发明的模具用于曲面玻璃的制造过程中，具有升温降温速率快等优势，从而显著提高了单位时间内的生产效率。
(5)本发明制备得到的模具具有优异的抗氧化性能，其经高温表面处理而成，因此不易在高低温变换过程中氧化，从而不会脱落氧化物；此外，基于模具具有表面不易氧化，无粉尘及碰撞和触摸造成的脱落颗粒及粉尘飘荡等优势，故而采用本发明模具制备得到的曲面玻璃镜面效果良好，成型后曲面玻璃的成品合格率高；最终使得制备得到的曲面玻璃，不仅具有良好的平整度、光学性能、耐热稳定性等特性，而且具有较高的机械强度、不易碎以及耐腐蚀等优点，能够有效应用于电子设备显示屏中。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。
以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
本发明提供一种热作模具材料，热作模具材料的原料组分包括：纯度大于或等于99％的金属钼。
优选地，还包括稀土氧化物；其中，稀土氧化物包括La2O3，且金属钼与稀土氧化物的质量比为(95～99)：(1～5)。
优选地，还包括金属钨；其中，金属钼与金属钨的质量比为(50～99)：(1～50)。
优选地，还包括碳、金属钛和金属锆；其中，金属钛、金属锆、碳和金属钼的质量比依次为(0.1～1)：(0.01～1)：(0.01～1)：(97～100)。
优选地，还包括碳和金属铪；其中，碳、金属铪和金属钼的质量比依次为(0.01～1)：(0.01～1)：(90～100)。
优选地，各原料组分的纯度均为大于或等于99％。
另外，针对本发明提供的热作模具材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀。
S102：将S101得到的产物进行等静压成型，之后脱模得到生坯样品。
S103：将生坯样品打磨后静置，之后进行表面处理，最终得到热作模具材料。其中，进行表面处理具体包括：在打磨后的生坯样品的表面涂覆抗氧化和/或耐高温材料。
下面结合具体实施方式进行说明：
实施例一
本发明提供一种热作模具材料，包括纯度大于或等于99％的金属钼和La2O3，其中，金属钼与La2O3的质量比为97：3。
按上述原料组分，采用本发明提供的热作模具材料的制备方法，制备热作模具材料：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀。
S102：将S101得到的产物进行等静压成型，之后脱模得到生坯样品。
S103：将生坯样品打磨后静置，之后在打磨后的生坯样品的表面涂覆一层抗氧化和耐高温材料，最终得到热作模具材料。
实施例二
本发明提供一种热作模具材料，包括纯度大于或等于99％的金属钼和金属钨，其中，金属钼与金属钨的质量比为90：10。
按上述原料组分，采用本发明提供的热作模具材料的制备方法，制备热作模具材料：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀。
S102：将S101得到的产物进行等静压成型，之后脱模得到生坯样品。
S103：将生坯样品打磨后静置，之后在打磨后的生坯样品的表面涂覆一层抗氧化和耐高温材料，最终得到热作模具材料。
实施例三
本发明提供一种热作模具材料，包括纯度大于或等于99％的金属钼、碳、金属钛和金属锆，其中，金属钛、金属锆、碳和金属钼的质量比依次为0.5：0.08：0.02：99.4。
按上述原料组分，采用本发明提供的热作模具材料的制备方法，制备热作模具材料：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀。
S102：将S101得到的产物进行等静压成型，之后脱模得到生坯样品。
S103：将生坯样品打磨后静置，之后在打磨后的生坯样品的表面涂覆一层抗氧化和耐高温材料，最终得到热作模具材料。
实施例四
本发明提供一种热作模具材料，包括纯度大于或等于99％的金属钼、碳和金属铪，其中，碳、金属铪和金属钼的质量比依次为0.05：0.5：99.5。
按上述原料组分，采用本发明提供的热作模具材料的制备方法，制备热作模具材料：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀。
S102：将S101得到的产物进行等静压成型，之后脱模得到生坯样品。
S103：将生坯样品打磨后静置，之后在打磨后的生坯样品的表面涂覆一层抗氧化和耐高温材料，最终得到热作模具材料。
实施例五
本发明提供一种热作模具材料，采用纯度大于或等于99％的金属钼制备而成。
按上述原料组分，采用本发明提供的热作模具材料的制备方法，制备热作模具材料：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀。
S102：将S101得到的产物进行等静压成型，之后脱模得到生坯样品。
S103：将生坯样品打磨后静置，之后在打磨后的生坯样品的表面涂覆一层抗氧化和耐高温材料，最终得到热作模具材料。
另外，为了进一步评价本发明实施例一至实施例五得到的热作模具材料的性能，进行以下实验：
具体地，分别采用本发明各实施例制备得到的热作模具材料制备曲面玻璃，之后对制备得到的曲面玻璃的性能进行评估。实验发现：采用各实施例热作模具材料制备得到的曲面玻璃，合格率高达99％，且成型得到的曲面玻璃表面无刮伤和凹凸点，易于加工。
当然，除了实施例一至实施例五列举的情况，其他原料组分的种类和重量百分比、制备过程中的条件和参数等也是可以的。
本发明提供的热作模具基本选用金属材料制备而成，在大量减少石墨材料用量的同时有效改善了模具加工与使用及报废后对环境的破坏作用；此外，本发明使用的金属材料热传导率比传统模具制备过程中广泛使用的石墨材料热传导率高，因此模具的升温和降温比较快，可以降低电量消耗，即采用本发明提供的热作模具可以显著降低热弯玻璃制备过程中的能源消耗。具体地，传统模具制备过程中广泛采用的石墨材料的热膨胀系数≦4.0×10-6m/℃，普通玻璃(铝硅平面玻璃、钠钙平面玻璃)的热膨胀系数为7.0×10-6m/℃，由于热膨胀系数有一定的差别，故而匹配性比较勉强。而本发明所用金属的热膨胀系数为5.4×10-6m/℃，更接近于玻璃的热膨胀系数；此外，石墨的热传导率为119W/m·K，本发明金属的热传导率约为140W/m·K，比较可知：石墨模具升温和降温的时间长，耗能大。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。需要说明的是，本发明热作模具材料制备方法中涉及的具体参数，如无特殊说明，均采用本领域中的常规参数。
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 (10)

1.一种热作模具材料，其特征在于：
所述热作模具材料的原料组分包括：纯度大于或等于99％的金属钼。
2.根据权利要求1所述的热作模具材料，其特征在于：还包括稀土氧化物；
其中，所述稀土氧化物包括La2O3，且所述金属钼与所述稀土氧化物的质量比为(95～99)：(1～5)。
3.根据权利要求1所述的热作模具材料，其特征在于：还包括金属钨；
其中，所述金属钼与所述金属钨的质量比为(50～99)：(1～50)。
4.根据权利要求1所述的热作模具材料，其特征在于：还包括碳、金属钛和金属锆；其中，所述金属钛、金属锆、碳和金属钼的质量比依次为(0.1～1)：(0.01～1)：(0.01～1)：(97～100)。
5.根据权利要求1所述的热作模具材料，其特征在于：还包括碳和金属铪；
其中，所述碳、所述金属铪和所述金属钼的质量比依次为(0.01～1)：(0.01～1)：(90～100)。
6.根据权利要求1～5任一项所述的热作模具材料，其特征在于：
所述各原料组分的纯度均为大于或等于99％。
7.根据权利要求1～6任一项所述热作模具材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将各原料组分粉碎，之后采用机械混合的方式混合均匀；
S102：将所述S101得到的产物进行等静压或粉末冶金方式成型，之后脱模得到生坯样品；
S103：将所述生坯样品打磨后静置，之后进行表面处理，最终得到所述热作模具材料。
8.根据权利要求7所述的热作模具材料的制备方法，其特征在于：
所述S103中，所述进行表面处理具体包括：在所述打磨后的生坯样品的表面涂覆抗氧化和/或耐高温材料。
9.权利要求1～6任一项所述热作模具材料在制备用于制作曲面玻璃的模具中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：
在制作曲面玻璃的过程中，与所述曲面玻璃相接触的模具部分采用所述热作模具材料制备而成。
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