一種氧化鋯陶瓷手機后蓋的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種手機后蓋，具體涉及一種高韌性氧化鋯陶瓷手機后蓋的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 手機外殼既是保護機體最直接的方式，也是影響其散熱效果、重量、美觀度的重要 因素。因此，制作手機外殼的材料要求具有強度高，耐熱耐磨性良好、具有電磁屏蔽性、尺寸 穩定、外觀好等特點。目前，市場上的手機外殼大多采用工程塑料、金屬、玻璃等材質制成， 這些材料仍存在硬度低、易劃傷、變形、褪色、不環保、不耐熱等缺點。近年來，具有外觀靚 麗、玉質感、耐磨損、不變色等特點的陶瓷手機外殼逐漸得到消費者的青睞。
[0003] 陶瓷材料作為手機后蓋，必須克服脆性大、易碎裂的問題；同時，手機外殼向大尺 寸、輕量、薄壁化發展的趨勢也對陶瓷手機外殼的成型工藝提出了苛刻要求。因此，陶瓷 材料成功用于手機外殼領域必須同時在陶瓷材料自身性能以及其成型工藝兩方面取得突 破。目前，用于制作手機后蓋的陶瓷材料分為氧化鋯、氧化鋁、碳化硅等結構陶瓷。其中， 氧化釔穩定的四方氧化鋯陶瓷（Y-TZP)憑借其獨有的相變增韌機制，表現出最為優異的 綜合性能。據報道，Y-TZP陶瓷的強度可達lOOOMPa，斷裂韌性高于5MPa.ml/2,維氏硬度 大于12GPa，同時具有很高的半透性。因此，相對于氧化鋁、碳化硅等結構陶瓷，Y-TZP陶 瓷更適合用作手機后蓋。例如，專利 201410158633. 5、201410036959. (K201310384049. 7、 201010173564. 7均公布了一種氧化鋯陶瓷制作手機外殼的方法，但是以上專利要么是直接 使用市售普通的氧化鋯粉體，要么只是加入著色劑改變氧化鋯的顏色，并沒有針對手機后 蓋的特殊應用要求（如高強度、高韌性、高的透光率）而專門設計研發相應的氧化鋯陶瓷 材料。另外，從成型工藝上看，專利201010173564. 7 "一種彩色氧化鋯陶瓷的制備方法"采 用了干壓成型，201410036959. 0 "一種氧化鋯陶瓷制備多種顏色手機零件的方法"和專利 201310384049. 7 "一種陶瓷外殼及其制作方法"則采用注射成型的方式制備陶瓷手機殼。 而干壓成型和注射成型只適合于厚度大于Imm的厚件成型，對于大尺寸、薄壁件，這兩種成 型方式都很難避免因成型壓力不均而導致的材料密度不均，因此制件在燒結過程中極易變 形、甚至開裂。專利201410158633. 5 "一種陶瓷手機殼及其制備方法"提供了一種凝膠注 模的方式成型氧化鋯陶瓷手機后蓋，雖能解決坯體燒結過程中的變形和開裂問題，但凝膠 注模的坯體需要緩慢的干燥和排膠過程。因此，該方法效率低，不適合于大規模生產。
[0004] 氧化鋯陶瓷的抗彎強度遠高于玻璃、工程塑料，但其斷裂韌性仍然偏低（〈lOMPa. m1/2)，抗沖擊能力不足，在實際使用過程中容易在外界沖擊力的作用下發生碎裂。專利 201410158633. 5、201410036959· (K201310384049. 7、201010173564· 7 均采用普通氧化鋯粉 體制備氧化鋯陶瓷手機殼，并未針對手機后蓋對高韌性的需求而設計開發相應的氧化鋯陶 瓷材料，因此斷裂韌性仍然偏低。另外，以上所述專利采用的干壓、注射（或注塑）等成型 方法不適合于薄壁件的成型。因此，用于手機外殼的氧化鋯陶瓷材料需要進一步增韌，并且 其成型工藝需要適用于薄壁件成型。
【發明內容】
[0005] 針對以上問題，本發明通過氧化鋯粉體的參雜改性，結合薄膜流延成型技術，提 供了一種氧化鋯陶瓷手機后蓋的制備方法。該方法制備的氧化鋯陶瓷手機后蓋具有高強 度、高韌性、尺寸精度高等特點，其最大尺寸可以滿足6inch手機用，厚度可以做到0. 15~ 0.8mm，并且采用不同的定型模具的制備出平板、2D、3D等復雜形狀的產品，從而滿足不同規 格手機的要求。
[0006] 為實現上述目的，所采取的技術方案：一種氧化鋯陶瓷手機后蓋的制備方法，所述 方法包括以下步驟：
[0007] (1)用水將氧化釔穩定的高純納米氧化鋯粉體配制成懸濁液，向所述懸濁液中加 入分散劑，添加 A1203、1102和SiO 2，混合均勻后干燥，得到參雜改性的納米氧化鋯粉體；
[0008] (2)取步驟（1)制備的參雜改性的納米氧化鋯粉體，溶于有機溶劑中，加入分散 劑、粘結劑，將以上混合液攪拌混合后進行分散，得到均勻分散的流延漿料，將所述流延漿 料過濾、真空脫泡后流延成膜帶；
[0009] (3)將步驟（2)得到的流延膜帶干燥、切片后放在鋼模表面，真空包裝密封后進行 溫等靜壓，從而得到生坯；將所述生坯進行排膠，然后燒結成陶瓷片；
[0010] (4)將步驟（3)得到的陶瓷片經CNC加工外形、砂輪精磨、振動磨拋光后得到所述 氧化錯陶瓷手機后蓋。
[0011] 本發明所述氧化釔穩定的高純納米氧化鋯粉體中的"高純"是指該粉體中 Zr02+Y203+Hf0jt^質量百分含量 >99. 9%。
[0012] 優選地，所述步驟（1)中氧化釔的摩爾含量為所述氧化釔穩定的高純納米氧化鋯 粉體中納米氧化鋯摩爾含量的2%~5%，Al2O3的摩爾含量為所述氧化釔穩定的高純納米 氧化鋯粉體中納米氧化鋯摩爾含量的〇. 1 %~〇. 5%，TiO2的摩爾含量為所述氧化釔穩定的 高純納米氧化鋯粉體中納米氧化鋯摩爾含量的0. 2%~1. 2%，5102的摩爾含量為所述氧化 釔穩定的高純納米氧化鋯粉體摩爾含量的0. 1 %~0. 8%。
[0013] 優選地，所述步驟（1)中Al203、Ti0jPSi0 2均以可溶性鹽的形式添加。更優選地， 所述步驟（1)中Al2O3的可溶性鹽為AlCl 3 ·6Η20和Al (NO)3 ·9Η20中的至少一種，所述TiO2的可溶性鹽為TiCl4，所述SiO2的可溶性鹽為SiCl 4。
[0014] 優選地，所述步驟（1)中分散劑為聚丙烯酸銨；所述步驟（2)中有機溶劑為甲苯和 異丙醇的混合物，分散劑為聚丙烯酸銨，所述粘結劑為聚乙烯醇縮丁醛。更優選地，所述步 驟⑵中有機溶劑中甲苯和異丙醇的重量比為1:1~1:3。
[0015] 優選地，所述步驟（1)中混合方式為濕法球磨，混合時間為20h，所述干燥方式為 噴霧干燥；所述步驟（2)中分散方式為球磨，分散時間為25h。
[0016] 優選地，所述步驟（1)中分散劑的重量為所述懸濁液重量的0. 2%~1% ;所述步 驟（2)中分散劑的重量為所述步驟（2)中參雜改性的納米氧化鋯粉體與所述有機溶劑總重 量的0.3%~2.0%，所述步驟（2)中粘結劑的重量為所述步驟（2)中參雜改性的納米氧化 鋯粉體與所述有機溶劑總重量的3. 2%~7%。
[0017] 優選地，所述步驟（2)中膜帶的厚度為0· 15mm~0· 8mm。
[0018] 優選地，所述步驟（3)中所述生坯為具有平板、2D或3D形狀的生坯。
[0019] 優選地，所述步驟（3)中溫等靜壓過程為先升溫至80~90°C，然后放入真空包裝 密封后的產品保溫5min，緩慢加壓至150MPa，保壓20min后緩慢泄壓；所述步驟（3)中排膠 溫度為600°C，燒結溫度為1400°C~1500°C，燒結時間為2h。
[0020] 優選地，本發明所述步驟（1)中懸濁液的固含量為40%~60% ;所述步驟⑵中 參雜改性的納米氧化鋯粉體按固含量40 %~60 %溶于有機溶劑中。
[0021] 本發明還提供了一種氧化鋯陶瓷手機后蓋，所述氧化鋯陶瓷手機后蓋是采用上述 所述方法制備而成的。
[0022] 本發明的有益效果在于：本發明提供了一種氧化鋯陶瓷手機后蓋的制備方法，與 現有技術相比具有以下優點：
[0023] (1)不同于普通氧化鋯粉體，本發明采用A1203、110 2和SiO2參雜改性的納米氧化 鋯粉體制備手機后蓋。改性粉體燒結致密后，A1203、1102和SiO 2主要以玻璃相的形式分布 于四方氧化鋯陶瓷的晶界處，從而大大增強四方氧化鋯晶粒間的可滑動性，因而材料表現 出更高的斷裂韌性（>15MPa · m1/2)，所制備的陶瓷手機后蓋抗沖擊性能顯著提高，安全性更 佳。
[0024] (2)本發明采用流延成型，結合溫等靜壓定型，可方便制備平板、2D、3D等形狀的 薄壁生坯。并且，特殊的流延配方和工藝保證了成型生坯內部均勻、致密、無缺陷，在后續燒 結過程中尺寸穩定性好，大大減少了后續加工量，燒結得到的氧