手表用蓝宝石玻璃鉴别方法浅析
时间：2020-03-30 05:26:22 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：介绍了现今常用的四种蓝宝石鉴别方法，并逐一验证了其可靠性；通过测试蓝宝石玻璃及石英玻璃的表面维氏硬度，发现检测蓝宝石玻璃的表面维氏硬度是目前最简单、最快速且准确度高的蓝宝石玻璃无损鉴别方法之一，现今手表用蓝宝石的表面维氏硬度约为2000HV左右，而石英表玻璃的表面维氏硬度约500HV左右。
关键词：蓝宝石玻璃；维氏硬度；光透射比；石英玻璃；无损检测
1 概述
蓝宝石玻璃强度高、硬度大[1]、耐高温、抗腐蚀、耐磨性能好[2]，这些突出的优势，使其具有优良的防刮花性能，在日常生活工作中几乎不会被刮花、磨损，因此广泛应用于当代钟表行业。
蓝宝石玻璃（英文为SAPPHIRE 或SAPPHIRE CRYSTAL）一般是指人工合成的蓝宝石，与人们平常理解的珠宝——天然蓝宝石有区别。蓝宝石玻璃是由高纯氧化铝（化学式：Al2O3）经高温（≥2200℃）熔化、过冷处理重结晶生成圆柱形的人工合成蓝宝石晶体棒，再进行切割、打磨和抛光处理得到的，因为没有加入其他元素，所以不会呈现蓝色或其他颜色，而是无色透明的，由于蓝宝石玻璃的合成工艺复杂、条件苛刻，硬度高致使其再加工难度大，因此制作蓝宝石表镜的成本较高，一般只有高档手表才会使用蓝宝石玻璃表镜。用其做手表镜面，是因为其抗磨损、防刮花和抗震性都比其他材料要好，蓝宝石玻璃镜面已经成为高档手表的一个标识符。随之而来的便是假冒的蓝宝石玻璃手表大行其道。如何快速准确的鉴别蓝宝石玻璃则显得十分必要。
2 鉴别方法
目前广传的鉴别方法主要有一下四种：（1）看标识法：如果是正规品牌手表，蓝宝石玻璃一般都会打印在手表的表盘或者后盖上面，用英文SAPPHIRE或Sapphire Crystal表示；（2）呵气法：在表面上呵一口气，雾气快速散开的为蓝宝石水晶玻璃，一般情况是当你把嘴巴从表镜上方拿开的那一刹那间就散开了，再看表面时已看不到雾气；（3）轻叩法：用指甲轻轻地敲击表面，记住，一定要是轻轻的，如果说声音沉闷则为蓝宝石水晶表面，如果是一般的水晶或是玻璃，声音就比较清脆；（4）滴水法：有条件的情况下，将一滴水滴在表面上，然后将表面竖起来，水滴不会散开，且缓缓滑落，这就是蓝宝石表镜了。这是因为蓝宝石的镜面远比其他材质的镜面光滑，因此，水滴在上面不易扩散，而其他材质则会散成一片。
3 方法验证
（1）看标识（相对可靠）。对从正规渠道购买的正规品牌手表可靠，因为打印在手表的表盘或者后盖上面的SAPPHIRE或Sapphire Crystal标识，就像万足金饰上的99.99标识，是要负法律责任的；而从非正规渠道购买的品牌手表或购买其他非品牌手表，即使在手表的表盘或者后盖上面打印有SAPPHIRE或Sapphire Crystal标识，亦不能保证为真的蓝宝石玻璃镜面。
（2）呵气法（不可靠）。因该法受环境（如温度、风速、湿度等）及人为因素的影响太大，因此呵气法是不可靠。
（3）轻叩法（不可靠）。轻叩法依据原理：蓝宝石玻璃的密度是水晶玻璃（也称石英玻璃）密度的1～2倍，分别轻叩蓝宝石玻璃和水晶玻璃表面时，蓝宝石玻璃响声沉闷，而水晶玻璃响声清脆。但手表表镜是表身的一部分，其与表壳、上套、机心、表盘等是一体的，因此轻叩手表表镜时，其声响是会受到表身结构的影响，同时也受到每个人的力度不一这一人为因素的影响，易误判，因此轻叩法是不可靠。
（4）滴水法（不可靠）。滴水法依据原理：蓝宝石玻璃密度较其他材质的玻璃大、更致密、表面更光滑、疏水性更强，因此，其“荷叶效应”（如图1所示荷叶表面与水滴的接触面非常小，水滴被完整地托起且可以轻易地滚落）更明显，水滴在蓝宝石玻璃上面不易扩散，而其他材质玻璃则会散成一片。但若其他玻璃表面经过某种特殊的处理亦会产生“荷叶效应”，如水晶玻璃表面若附有一层油膜即可产生明显的“荷叶效应”；同样若蓝宝石玻璃表面经过某种特殊的处理其“荷叶效应”亦会消失；因此水滴法不是绝对可靠的。
4 蓝宝石玻璃快速检测方法
根据GB/T 4340.1-2009 《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》，对蓝宝石玻璃和石英玻璃的表面维氏硬度进行测试，测试载荷为50gf，保荷时间为10s。测试压痕如图2所示，压痕规则，且周边无裂痕，蓝宝石玻璃的表面维氏硬度约为2000HV左右，其对应菱形压痕对角线约为6.8μm左右，测试后肉眼无法看到压痕，与试验前无异；石英玻璃的表面维氏硬度约为500HV左右，仅为蓝宝石玻璃维氏硬度的25%左右，其对应菱形压痕对角线约为13.6μm左右，测试后肉眼亦无法看到压痕，与试验前无异。
实验结果表明，若采用维氏硬度计检测出玻璃的表面维氏硬度大于或等于1800 HV0.05/10以上，则可判断为蓝宝石玻璃，因其他玻璃即使经表面硬化处理也难达到1800HV0.05/10以上的表面维氏硬度，若硬化层达到5μm以上，方有可能达到1800HV0.05/10，而在石英等玻璃表面制作5μm以上的硬化层的成本远高于蓝宝石玻璃的成本，硬化层将极大影响玻璃本身的光透射比，且硬化层的附着力较差。因此，通过检测蓝宝石玻璃的表面维氏硬度是目前最简单、最快速且准确度高的蓝宝石玻璃鉴别方法之一。该法检测设备操作简单，检测时间短（最快仅需10秒），且检测后不会留下明显的外观缺陷（检测后，在放大200倍的数码显微镜下无法观察到测试点），因此可称之为无损检测。
5 结束语
检测蓝宝石玻璃的表面维氏硬度是目前最简单、最快速且准确度高的蓝宝石玻璃无损鉴别方法之一。蓝宝石玻璃与钨钛合金和高科技陶瓷都是抗磨损的材料，其虽具有优良的抗磨损及防刮花性能，但应尽量避免强力撞击及尖锐硬物的划刻，同时一些硬度相同或更高的物质（例如：钻石饰品、砂纸（主要成分也为Al2O3），指甲挫，花岗石面，混凝土墙面及地面等）都有可能会刮花其表面，毕竟手表是装饰贵重物品，蓝宝石玻璃虽具有极好的耐磨和防刮花性能，但不像是篮球、足球等是用来打或踢的，因此采用蓝宝石镜面的手表依然因珍惜佩戴，方可永葆“青春”。
参考文献
[1]石吟馨，戴丽英，钟伟俊.透紫玻璃与蓝宝石的热压粘接工艺研究[J].光电子技术，2010，30（9）：207-210.
[2]赵德才.蓝宝石连接性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.
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