手表行业用国内外蓝宝石玻璃的基本性能对比研究
时间：2020-03-31 05:18:38 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：对手表行业现用的国内外蓝宝石玻璃进行性能对比研究，研究内容包括外观、尺寸精度、耐腐蚀性能、密度、透光率、耐磨硬度、钢针推拉测试、钢珠落下测试、耐冷冻试验和冷热冲击试验，共10项研究测试，比较国内外蓝宝石玻璃的性能。结果表明：国内外的蓝宝石玻璃在基本性能上均差异不大；但国内生产的蓝宝石玻璃密度较小，内部可能存在缺陷；国内生产的蓝宝石玻璃的加工精度，差于国外进口的蓝宝石玻璃。
关键词：手表行业；国内外；蓝宝石玻璃；基本性能
1 引言
自从瑞士雷达公司提出了将“永不磨损”作为手表价值的概念，便拉开了硬质材料在手表产品应用的序幕[1]。蓝宝石玻璃、二氧化锆陶瓷等在手表行业中的应用越来越广。现如今，钨钢手表[2]、蓝宝石玻璃等具有高的硬度和耐磨性，在长期的佩戴过程中，其表面不易刮花，保持长久如新的状态，因此得到了广大消费者的喜爱。蓝宝石玻璃强度高、硬度大[3]、耐高温、抗腐蚀、耐磨性能好[4]，这些突出的优势，是传统的玻璃材料无法比拟的，是替代传统的石英玻璃的最佳材料。
本试验对国内外蓝宝石玻璃进行性能对比研究，研究内容包括外观、尺寸精度、耐腐蚀性能、密度、透光率、耐磨硬度、钢针推拉测试、钢珠落下测试、耐冷冻试验和冷热冲击试验，共11项研究测试，比较国内外蓝宝石玻璃的性能。
2 试验对象、方法及设备
本试验的试验对象：国外进口的蓝宝石玻璃，记为A；国内生产的蓝宝石玻璃三种，记为B、C、D。
试验过程为：对A、B、C、D蓝宝石玻璃，检测其有无加工痕迹、划痕、镜裂等现象；利用数码显微镜，测量蓝宝石玻璃的尺寸精度；检测蓝宝石玻璃的耐人工汗腐蚀性能、密度、透光率和耐磨硬度；对蓝宝石玻璃进行钢针推拉测试，观察其表面有无划痕；对蓝宝石玻璃进行钢珠落下测试，检测其耐冲击性能；将蓝宝石玻璃置于-30℃的环境下5h，观察其有无出现镜崩、镜裂等现象；将玻璃取出，迅速将其放入60℃的水中，循环3次，再次观察其有无镜崩、镜裂现象。
所用仪器：VHX-500FE数码显微镜；MS-2型摩擦试验机；热导仪；ETT-0681透光度测试仪；HK-80L恒温恒湿箱。
3 试验结果及分析
3.1 外观检测
表1为A、B、C、D蓝宝石玻璃的外观检测数据。从表1可以看出，A、B、C、D蓝宝石玻璃的外观均无划痕，无明显加工痕迹、无镜裂、镜崩等现象，达到公司对外观的质量要求。
表1 A、B、C、D蓝宝石玻璃的外观检测数据
3.2 尺寸精度测量
表2为对A、B、C、D蓝宝石玻璃尺寸的测量。玻璃较为重要的三个尺寸分别为：玻璃厚度、毛面尺寸和倒角角度。从表2可以看出，国外进口的蓝宝石玻璃的尺寸与图纸误差较小，国内生产的三种蓝宝石玻璃均存在一定的误差。在尺寸控制上，国外进口的蓝宝石玻璃最好，国内生产的B和C次之，D最差。
3.3 耐人工汗腐蚀试验
表3为A、B、C、D蓝宝石玻璃的耐人工汗腐蚀性能结果。可以看到，A、B、C、D蓝宝石玻璃经过48h的人工汗腐蚀试验，均未出现明显的斑点和盐析现象，其耐人工汗腐蚀性能均合格。
3.4 密度测试
表4为A、B、C、D蓝宝石玻璃的密度检测结果。从表4中可以看出，A、B、C蓝宝石玻璃密度均在3.00 g/cm3左右，相差不大，而D蓝宝石玻璃的密度较小，为2.28 g/cm3。天然蓝宝石的密度为3.90～4.10 g/cm3，认为蓝宝石玻璃的密度越接近蓝宝石的密度越好，密度越大，则材料内部的缺陷越少。在检测的过程中，发现密度对蓝宝石玻璃的功能性，影响不大。
表4 A、B、C、D蓝宝石玻璃的密度检测结果
3.5 透光率测试
表5为A、B、C、D蓝宝石玻璃的透光率检测结果。透光率是衡量玻璃性能的一项重要指标，蓝宝石玻璃的透光率稍差于石英玻璃（>90%），为85%左右。从表5中可以看出，A、B、C、D蓝宝石玻璃的透光率相差不大，均在87%左右，透光率均较好。
表5 A、B、C、D蓝宝石玻璃的透光率检测结果
3.6 耐磨硬度测试
表6为A、B、C、D蓝宝石玻璃的耐磨硬度检测结果。表6中，在2N的荷载下，用淬火钢球（莫氏硬度为6.0-7.0）摩擦蓝宝石玻璃表面（莫氏硬度为9.0），时间为120min，试验结束后，发现A、B、C、D的蓝宝石玻璃均未出现明显的磨损痕迹，耐磨硬度良好。
3.7 钢针推拉测试
表7为A、B、C、D蓝宝石玻璃的钢针推拉测试结果。表7中，在30N荷载，用钢针在玻璃表面来回推动10次，发现A、B、C、D的蓝宝石玻璃均未出现明显的划痕，耐划伤性能较好。
3.8 钢珠落下测试
表8为A、B、C、D蓝宝石玻璃的钢珠落下测试结果。表8中， A、B、C、D的蓝宝石玻璃经过钢珠落下测试试验，玻璃均未出现破损，耐冲击性能良好。
表8 A、B、C、D蓝宝石玻璃的钢珠落下测试结果
3.9 耐冷冻试验和冷热冲击试验
在中国的北部地区，冬季的气温会低至零下30～50℃[5]，而玻璃必须具备在此温度甚至更加恶劣的环境下，不丧失其性能的性能。
将玻璃置于-30℃的环境下5h，A、B、C、D的蓝宝石玻璃均未出现镜崩、镜裂等现象。将玻璃取出，迅速将其放入60℃的水中，经过-30℃到60℃的一个冷热冲击试验，循环进行3次，A、B、C、D的蓝宝石玻璃均未出现镜崩、镜裂等现象，其耐冷冻性能及耐冷热冲击性能较好，数据见表9。
4 结束语
（1）国内外所生产的蓝宝石玻璃，经过外观、耐腐蚀性能、透光率、耐磨硬度、钢针推拉测试、钢珠落下测试、耐冷冻试验和冷热冲击试验，其基本功能均相差不大；其差别主要表现在尺寸精度和物理密度上；
（2）国外进口的蓝宝石玻璃的尺寸与图纸误差较小，国内生产的蓝宝石玻璃均存在一定的误差。在尺寸控制上，国外进口的蓝宝石玻璃最好，国内生产蓝宝石玻璃的厂家尺寸精度较差；
（3）国外进口和国内生产的蓝宝石玻璃密度均在3.00g/cm3左右，相差不大，而个别国内生产的蓝宝石玻璃的密度较小，为2.28g/cm3，天然蓝宝石的密度为3.90-4.10g/cm3，认为蓝宝石玻璃的密度越接近蓝宝石的密度越好，密度越大，则材料内部的缺陷越少，但在检测的过程中，发现密度对蓝宝石玻璃的功能性检测结果，影响不大；
（4）经过国内外蓝宝石玻璃的性能对比研究，发现国内外蓝宝石玻璃的基本使用性能均无明显差异，其主要的差别为加工精度的差异，这是国内蓝宝石生产厂家急需解决的问题。
随着手表市场的拓展，蓝宝石玻璃作为手表外观件的重要组成部分，某些手表生产厂家，如国内手表知名品牌罗西尼，均将其所有表款均采用蓝宝石玻璃，淘汰了传统的石英玻璃。在未来的手表市场，蓝宝石玻璃的普及将会是一种趋势，因此，对蓝宝石玻璃性能的研究势在必行。
参考文献
[1]王东祥，方坤.金属陶瓷在手表上的应用[J].钟表，2003，3：24-25.
[2]王永宁，宋鹏涛，罗斌，等.手表外观件用国内外轻质钨钢和传统钨钢的基本性能对比研究[C].广东省轻工业科学技术，2013.
[3]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.
[4]赵德才.蓝宝石连接性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.
[5]王菱，谢贤群，苏文，等.中国北方地区50年来最高和最低气温变化及其影响[J].自然资源学报，2004，19（3）：337-342.
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