[发明专利]一种超薄玻璃抗弯强度的测试方法

说明书

本发明提供一种超薄玻璃抗弯强度的测试方法，该方法使用现有的四点弯曲强度测试设备，通过不断缩小测试时夹具的跨距，测试玻璃抗弯强度随跨距的变化规律，直至玻璃的抗弯强度趋于稳定，进而获得超薄玻璃抗弯强度值。本发明根据现有的万能试验机，通过引进跨距可调式四点弯曲夹具来完成超薄玻璃抗弯强度的测试，很好的解决了目前对超薄玻璃测试过程中大的变形量及测试结果不准确问题，具有很好的操作性能和应用价值。

技术领域

本发明属于脆性材料抗弯强度测试技术领域，具体涉及一种超薄玻璃抗弯强度的测试方法。

背景技术

消费电子产品重量轻、厚度薄、强度高的发展趋势，对超薄玻璃的力学性能提出了较高的要求。抗弯强度是衡量材料弯曲能力的重要参数，故常用抗弯强度表示玻璃材料的力学性能。与金属材料不同，玻璃材料在断裂的过程中不存在弹塑性过程，不会产生一个相对稳定的屈服极限。玻璃材料的强度极限容易受到外界环境、应力方式、玻璃的结构和尺寸的改变而发生变化。在外界条件和应力加载方式相同时，玻璃材料的几何尺寸发生变化对测试所得的抗弯强度有较大影响，玻璃厚度越薄，影响越大。

现有针对脆性材料的测试标准，如欧洲标准BS EN 1288-3-2000、标准ISO 1288-3-2016、以及GB/T 6569-2006均是针对大尺寸玻璃或陶瓷的测试标准，测试夹具的跨距值较为固定(40mm或30mm)，难以满足现有超薄玻璃抗弯强度的测试要求。使用上述的测试标准测试超薄玻璃时，玻璃在载荷的作用下会发生较大的形变，如图1所示，m表示发生大变形的玻璃，n表示四点弯曲的左下支杆的辊棒，F表示施加的荷载，图中玻璃在发生断裂前的弯曲度非常明显，远大于玻璃的厚度，此时玻璃所承受的最大张应力出现在玻璃跨中位置的下表面附近。对于均匀脆性材料来说，破坏点是从最大张应力处开始的，但由于玻璃材料破坏点周围的微裂纹会引起不同程度的应力集中，使得玻璃材料的破坏发生在一个微型区域内，在微型区内的张应力是非线性变化的，通常用该区域的平均张应力来衡量玻璃的破坏强度。

图2所示的是弯曲过程中张应力最大区域内的应力分布示意图。在理想弹性体中，应力分布为线性分布，σ_b为与玻璃材料自身特征相关的本征拉伸强度，是一个常数。在玻璃实际弯曲测试过程中，在玻璃的拉应力表面形成的破坏发生区(Δ区)，破坏发生区CD内的应力是非线性变化的，Δ区体现了玻璃在断裂失效条件下微观结构的相互作用和相互制约的范围，反映了破碎时局部能量累积的阈值。C点被称为伪屈服应力点，是由应力线性分布转化为非线性分布的分界点，此处的伪屈服应力为σ_y，当破坏发生区内均应力达到材料拉伸破坏强(σ_t)时发生破碎。通过这个模型，得出弯曲断裂强度计算公式：

上式体现了玻璃厚度和破坏发生区Δ对玻璃弯曲强度的影响，当h很大，玻璃较厚时，玻璃弯曲断裂失效时的变形量很小，厚度方向上的应力梯度(1-Δ/h)很小，引发玻璃断裂失效的断裂发生区Δ就较小，此时玻璃的抗弯强度近似接近于其拉伸强度；当玻璃很薄时，测试抗弯强度的过程中玻璃发生较大的形变，会产生较大的应力梯度，导致破坏发生区Δ增大，从而影响玻璃的真实抗弯强度，并且玻璃变形量的增大，对其抗弯强度的影响越大。

针对超薄玻璃抗弯测试过程中的大变形问题，专利CN 104316415 B提出减少玻璃变形量的抗弯强度测试方法。通过减小玻璃断裂失效过程中的变形量来削弱应力梯度对玻璃抗弯强度的影响。测试过程使用粘结剂将玻璃片和金属块粘接在一起，然后对组合构件做弯曲测试，组合构件在荷载的作用下发生弯曲变形，粘贴在组合件下方的玻璃收到的张应力最大，率先发生断裂，万能试验机记录的荷载会骤降然后再增大，认为骤降前的荷载就是超薄玻璃的所能承受的最大荷载，将其带入到公式中计算得到玻璃的抗弯强度。这种方法通过减少了超薄玻璃的抗弯强度测试过程的变形量，从而得某种测试玻璃片的具体抗弯强度值，但在实际操作过程中较为复杂繁琐，并且金属块在长期反复的测试过程中会发生蠕变从而影响实际的测试结果。