一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种手机后盖，具体涉及一种高韧性氧化锆陶瓷手机后盖的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 手机外壳既是保护机体最直接的方式，也是影响其散热效果、重量、美观度的重要 因素。因此，制作手机外壳的材料要求具有强度高，耐热耐磨性良好、具有电磁屏蔽性、尺寸 稳定、外观好等特点。目前，市场上的手机外壳大多采用工程塑料、金属、玻璃等材质制成， 这些材料仍存在硬度低、易划伤、变形、褪色、不环保、不耐热等缺点。近年来，具有外观靓 丽、玉质感、耐磨损、不变色等特点的陶瓷手机外壳逐渐得到消费者的青睐。
[0003] 陶瓷材料作为手机后盖，必须克服脆性大、易碎裂的问题；同时，手机外壳向大尺 寸、轻量、薄壁化发展的趋势也对陶瓷手机外壳的成型工艺提出了苛刻要求。因此，陶瓷 材料成功用于手机外壳领域必须同时在陶瓷材料自身性能以及其成型工艺两方面取得突 破。目前，用于制作手机后盖的陶瓷材料分为氧化锆、氧化铝、碳化硅等结构陶瓷。其中， 氧化钇稳定的四方氧化锆陶瓷（Y-TZP)凭借其独有的相变增韧机制，表现出最为优异的 综合性能。据报道，Y-TZP陶瓷的强度可达lOOOMPa，断裂韧性高于5MPa.ml/2,维氏硬度 大于12GPa，同时具有很高的半透性。因此，相对于氧化铝、碳化硅等结构陶瓷，Y-TZP陶 瓷更适合用作手机后盖。例如，专利 201410158633. 5、201410036959. (K201310384049. 7、 201010173564. 7均公布了一种氧化锆陶瓷制作手机外壳的方法，但是以上专利要么是直接 使用市售普通的氧化锆粉体，要么只是加入着色剂改变氧化锆的颜色，并没有针对手机后 盖的特殊应用要求（如高强度、高韧性、高的透光率）而专门设计研发相应的氧化锆陶瓷 材料。另外，从成型工艺上看，专利201010173564. 7 "一种彩色氧化锆陶瓷的制备方法"采 用了干压成型，201410036959. 0 "一种氧化锆陶瓷制备多种颜色手机零件的方法"和专利 201310384049. 7 "一种陶瓷外壳及其制作方法"则采用注射成型的方式制备陶瓷手机壳。 而干压成型和注射成型只适合于厚度大于Imm的厚件成型，对于大尺寸、薄壁件，这两种成 型方式都很难避免因成型压力不均而导致的材料密度不均，因此制件在烧结过程中极易变 形、甚至开裂。专利201410158633. 5 "一种陶瓷手机壳及其制备方法"提供了一种凝胶注 模的方式成型氧化锆陶瓷手机后盖，虽能解决坯体烧结过程中的变形和开裂问题，但凝胶 注模的坯体需要缓慢的干燥和排胶过程。因此，该方法效率低，不适合于大规模生产。
[0004] 氧化锆陶瓷的抗弯强度远高于玻璃、工程塑料，但其断裂韧性仍然偏低（〈lOMPa. m1/2)，抗冲击能力不足，在实际使用过程中容易在外界冲击力的作用下发生碎裂。专利 201410158633. 5、201410036959· (K201310384049. 7、201010173564· 7 均采用普通氧化锆粉 体制备氧化锆陶瓷手机壳，并未针对手机后盖对高韧性的需求而设计开发相应的氧化锆陶 瓷材料，因此断裂韧性仍然偏低。另外，以上所述专利采用的干压、注射（或注塑）等成型 方法不适合于薄壁件的成型。因此，用于手机外壳的氧化锆陶瓷材料需要进一步增韧，并且 其成型工艺需要适用于薄壁件成型。
【发明内容】
[0005] 针对以上问题，本发明通过氧化锆粉体的参杂改性，结合薄膜流延成型技术，提 供了一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法。该方法制备的氧化锆陶瓷手机后盖具有高强 度、高韧性、尺寸精度高等特点，其最大尺寸可以满足6inch手机用，厚度可以做到0. 15~ 0.8mm，并且采用不同的定型模具的制备出平板、2D、3D等复杂形状的产品，从而满足不同规 格手机的要求。
[0006] 为实现上述目的，所采取的技术方案：一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法，所述 方法包括以下步骤：
[0007] (1)用水将氧化钇稳定的高纯纳米氧化锆粉体配制成悬浊液，向所述悬浊液中加 入分散剂，添加 A1203、1102和SiO 2，混合均匀后干燥，得到参杂改性的纳米氧化锆粉体；
[0008] (2)取步骤（1)制备的参杂改性的纳米氧化锆粉体，溶于有机溶剂中，加入分散 剂、粘结剂，将以上混合液搅拌混合后进行分散，得到均匀分散的流延浆料，将所述流延浆 料过滤、真空脱泡后流延成膜带；
[0009] (3)将步骤（2)得到的流延膜带干燥、切片后放在钢模表面，真空包装密封后进行 温等静压，从而得到生坯；将所述生坯进行排胶，然后烧结成陶瓷片；
[0010] (4)将步骤（3)得到的陶瓷片经CNC加工外形、砂轮精磨、振动磨抛光后得到所述 氧化错陶瓷手机后盖。
[0011] 本发明所述氧化钇稳定的高纯纳米氧化锆粉体中的"高纯"是指该粉体中 Zr02+Y203+Hf0jt^质量百分含量 >99. 9%。
[0012] 优选地，所述步骤（1)中氧化钇的摩尔含量为所述氧化钇稳定的高纯纳米氧化锆 粉体中纳米氧化锆摩尔含量的2%~5%，Al2O3的摩尔含量为所述氧化钇稳定的高纯纳米 氧化锆粉体中纳米氧化锆摩尔含量的〇. 1 %~〇. 5%，TiO2的摩尔含量为所述氧化钇稳定的 高纯纳米氧化锆粉体中纳米氧化锆摩尔含量的0. 2%~1. 2%，5102的摩尔含量为所述氧化 钇稳定的高纯纳米氧化锆粉体摩尔含量的0. 1 %~0. 8%。
[0013] 优选地，所述步骤（1)中Al203、Ti0jPSi0 2均以可溶性盐的形式添加。更优选地， 所述步骤（1)中Al2O3的可溶性盐为AlCl 3 ·6Η20和Al (NO)3 ·9Η20中的至少一种，所述TiO2的可溶性盐为TiCl4，所述SiO2的可溶性盐为SiCl 4。
[0014] 优选地，所述步骤（1)中分散剂为聚丙烯酸铵；所述步骤（2)中有机溶剂为甲苯和 异丙醇的混合物，分散剂为聚丙烯酸铵，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛。更优选地，所述步 骤⑵中有机溶剂中甲苯和异丙醇的重量比为1:1~1:3。
[0015] 优选地，所述步骤（1)中混合方式为湿法球磨，混合时间为20h，所述干燥方式为 喷雾干燥；所述步骤（2)中分散方式为球磨，分散时间为25h。
[0016] 优选地，所述步骤（1)中分散剂的重量为所述悬浊液重量的0. 2%~1% ;所述步 骤（2)中分散剂的重量为所述步骤（2)中参杂改性的纳米氧化锆粉体与所述有机溶剂总重 量的0.3%~2.0%，所述步骤（2)中粘结剂的重量为所述步骤（2)中参杂改性的纳米氧化 锆粉体与所述有机溶剂总重量的3. 2%~7%。
[0017] 优选地，所述步骤（2)中膜带的厚度为0· 15mm~0· 8mm。
[0018] 优选地，所述步骤（3)中所述生坯为具有平板、2D或3D形状的生坯。
[0019] 优选地，所述步骤（3)中温等静压过程为先升温至80~90°C，然后放入真空包装 密封后的产品保温5min，缓慢加压至150MPa，保压20min后缓慢泄压；所述步骤（3)中排胶 温度为600°C，烧结温度为1400°C~1500°C，烧结时间为2h。
[0020] 优选地，本发明所述步骤（1)中悬浊液的固含量为40%~60% ;所述步骤⑵中 参杂改性的纳米氧化锆粉体按固含量40 %~60 %溶于有机溶剂中。
[0021] 本发明还提供了一种氧化锆陶瓷手机后盖，所述氧化锆陶瓷手机后盖是采用上述 所述方法制备而成的。
[0022] 本发明的有益效果在于：本发明提供了一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法，与 现有技术相比具有以下优点：
[0023] (1)不同于普通氧化锆粉体，本发明采用A1203、110 2和SiO2参杂改性的纳米氧化 锆粉体制备手机后盖。改性粉体烧结致密后，A1203、1102和SiO 2主要以玻璃相的形式分布 于四方氧化锆陶瓷的晶界处，从而大大增强四方氧化锆晶粒间的可滑动性，因而材料表现 出更高的断裂韧性（>15MPa · m1/2)，所制备的陶瓷手机后盖抗冲击性能显著提高，安全性更 佳。
[0024] (2)本发明采用流延成型，结合温等静压定型，可方便制备平板、2D、3D等形状的 薄壁生坯。并且，特殊的流延配方和工艺保证了成型生坯内部均匀、致密、无缺陷，在后续烧 结过程中尺寸稳定性好，大大减少了后续加工量，烧结得到的氧