创视智能科普 | 高硬度涂层与手机玻璃厚度的复合结构设计与性能研究

传统的手机玻璃，如铝硅酸盐玻璃，通过化学强化工艺虽然显著提升了其抗冲击和抗弯性能，但在面对日常使用中的硬物划伤时，仍然存在一定局限性。为解决这一痛点，高硬度涂层与化学强化玻璃基板结合的复合结构设计应运而生。这种复合结构旨在通过涂层提供出色的抗划伤能力，同时利用玻璃基板的强度来承受冲击载荷。然而，复合结构的性能并非简单地叠加，而是玻璃涂层、玻璃基板以及两者厚度比例协同作用的复杂结果。

高硬度涂层主要负责提供表面硬度和抗划伤能力。常见的材料包括类金刚石碳（DLC）、氮化硅（SiN）和氧化铝（Al₂O₃）等。这些材料具有极高的硬度——通常在Hv 2000以上，能够有效抵抗日常使用中的硬质颗粒划伤。然而，涂层本身的脆性和内应力是设计中需要考虑的关键挑战。过厚的涂层容易产生裂纹，甚至剥落。

化学强化玻璃基板是复合结构的主体，提供主要的结构强度。通过离子交换工艺，玻璃表层形成一层预压应力层，有效抑制微裂纹的扩展，从而显著提升抗弯强度和抗冲击性能。手机玻璃的厚度在这里扮演着核心角色。较厚的玻璃基板能提供更好的抗冲击性能，但会增加手机的整体重量和厚度，降低柔韧性。

用于将玻璃盖板与显示面板粘接在一起，提供缓冲作用，并在一定程度上影响复合结构的整体性能。

手机玻璃的厚度对复合结构的力学性能有着深远的影响，其作用机制主要体现在以下几个方面：

玻璃厚度的微小增加会显著提升其抗弯能力。在手机跌落冲击时，玻璃基板需要吸收和分散大部分冲击能量，较厚的玻璃能提供更大的变形抵抗力，降低瞬时应力集中，从而有效防止碎裂。反之，超薄玻璃的抗冲击能力较弱，更易因冲击而产生大面积弯曲变形，此时，高硬度涂层虽然能抵抗表层划伤，但无法根本上解决玻璃基板的碎裂问题。

抗划伤性能主要由涂层决定，但玻璃厚度仍有间接影响。在划伤过程中，涂层首先抵抗外部硬物的压入。如果涂层过薄，划痕可能穿透涂层，直接接触到玻璃表面。此时，玻璃基板的强度就起到了关键作用。较厚的玻璃基板能更好地承受来自划痕的应力集中，延缓裂纹的扩展。同时，玻璃厚度也影响了复合结构的整体刚度，进而影响划痕测试中样品的弯曲变形。

手机屏幕在使用过程中会不断受到微小的应力循环，例如按压、弯曲。这些应力循环会引起微裂纹的萌生和扩展，最终导致疲劳失效。玻璃厚度的减小会使得其对微应力的响应更为敏感，尤其是在存在表面缺陷时。高硬度涂层可以有效保护玻璃表面，延缓疲劳裂纹的萌生；但如果涂层与玻璃的粘附性不佳，涂层本身在疲劳应力下也可能产生裂纹，并传递给玻璃基板。

为了准确评估和优化手机玻璃的性能与使用体验，高精度、非接触式的测量技术至关重要。白光干涉仪作为一种先进的非接触式测量工具，在此类研究中发挥着不可替代的作用。

在手机玻璃生产中，白光干涉仪可集成于生产线，实时监控玻璃厚度，反馈至生产设备以调节工艺参数。根据反馈的参数，生产厂商便可通过实践标准来对其进行科学评估，从而提升手机玻璃的良品率，促进其极大程度达到生产标准。

手机玻璃常为多层结构，一般是由超薄玻璃与光学膜组成。白光干涉仪可同时测量多层材料厚度，根据测量多层材料的厚度，便可精细化、科学化分析出每层材料的具体参数，从而帮助玻璃厂商精确找到因生产所产生的问题所在。