CN105837206B - 一种氧化锆陶瓷大型薄件器件制作方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，在氧化锆陶瓷薄壁器件压制成型后，在入炉进行烧结之前，先将氧化锆陶瓷薄壁器件放置在一内面与氧化锆陶瓷薄壁器件外表一致的，厚度大于氧化锆陶瓷薄壁器件的支撑胎具上，再在氧化锆陶瓷薄壁器件上盖上一个盖板，使得氧化锆陶瓷薄壁器件在支撑胎具和盖板内紧密贴合在一起，并一起泡油、脱脂和入炉烧结，防止氧化锆陶瓷薄壁器件变形。

Description

一种氧化锆陶瓷大型薄件器件制作方法

技术领域

本发明涉及到一种氧化锆陶瓷的制作方法，尤其是涉及一种大型薄壁氧化锆陶瓷器件的制作方法，主要用于制作手机盖板等大型薄壁器件；属于工业陶瓷制作技术领域。

背景技术：

由于氧化锆陶瓷（ZrO₂陶瓷）具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。所以现在应用越来越广泛，其中，在结构陶瓷方面，由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。主要有：Y-TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、服装纽扣、表壳及表带、手链及吊坠、滚珠轴承、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。在功能陶瓷方面，其优异的耐高温性能作为感应加热管、耐火材料、发热元件使用。氧化锆陶瓷具有敏感的电性能参数，主要应用于氧传感器、固体氧化物燃料电池(Solid OxideFuel Cell, SOFC）和高温发热体等领域。ZrO2具有较高的折射率（N-21^22），在超细的氧化锆粉末中添加一定的着色元素（V2O5, MoO3, Fe2O3等），可将它制成多彩的半透明多晶ZrO2材料，像天然宝石一样闪烁着绚丽多彩的光芒，可制成各种装饰品。另外，氧化锆在热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域正得到广泛应用。

而且由于氧化锆陶瓷具有很好的耐磨性和装饰性，现在也广泛应用与作为各种装饰材料，如手表表壳，手机盖板；目前，主流的智能机身材料包括塑料和金属。塑料外观件(聚碳酸酯)易给人一种“廉价”感，金属后盖加工成本较高，着色难且易产生信号屏蔽。苹果在其即将上市的Watch中使用陶瓷作为后盖。在苹果的示范效应下，氧化锆陶瓷有望成为继塑料、金属之后的第三大后盖材料。此外，陶瓷具备耐磨、亲肤、气密性好以及电磁屏蔽小等优点，适合用在可穿戴设备之上。采用陶瓷的后盖产品，其耐磨性普遍都较好，同时还有很高的观赏性，所以陶瓷类的后壳，还是很有价值的；然而，陶瓷材料要想作为手机后盖使用，需要具备良好的抗冲击性能，并且当前手机朝着超大、超轻、超薄的方向发展，屏幕尺寸已超过5英寸，这对陶瓷手机后盖的尺寸、形状、厚度等参数提出了更高的要求。传统的干压成型法只能生产平面产品，不适用生产有曲面的手机后盖。现有的陶瓷成型技术中，可用于生产符合要求的陶瓷手机后盖的成型方法是陶瓷粉末注射成型技术。该方法对前置工艺中有机粘结剂的种类、添加量，陶瓷粉料的形状、流动性、颗粒的粒度分布要求等工艺参数要求较高，这就决定了该方法生产手机后盖精度高，加工余量少。然而，注射成型产品脱脂烧结时，陶瓷坯体容易发生收缩，收缩应力极易使较薄的陶瓷手机后盖翘曲，导致后续加工无法进行，成品率降低，因此很有必要加以改进：

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN201310205807.4， 名称为“一种陶瓷薄片及其制备方法”的发明专利，该专利公开了一种陶瓷薄片及其制备方法。陶瓷薄片采用氧化锆及稀土氧化物为主要原料，通过热压振动烧结工艺制备而得，其中，所述陶瓷薄片的厚度为0.01~0.6mm。相应地，该发明还公开了一种陶瓷薄片的制备方法，包括：将经过预处理的粉体进行预压成型，得到半成品；将半成品进行低温热处理；将半成品进行热压振动烧结；将半成品打磨、抛光，得到厚度为0.01~0.6mm的陶瓷薄片。采用本发明，该陶瓷薄片强度可达1400MPa以上，韧性可达10MPa以上，明显高于普通ZrO2制品，可以满足薄片和超薄片制品（厚度0.01~0.6mm）的使用要求。

2、专利号为CN201510293653.8， 名称为“氧化锆超薄片抛光装置以及抛光方法”的发明专利，该专利公开了一种氧化锆超薄片抛光装置以及抛光方法，包括转轴、行星齿轮系、第一研磨盘、第二研磨盘、第一压盘、第二压盘、第一驱动电机、第二驱动电机以及驱动机构，行星齿轮系由转轴驱动转动，第一研磨盘设于靠近行星齿轮系的一面并与行星齿轮系平行，第一压盘与所述第一研磨盘远离行星齿轮系的一面连接，第二研磨盘与行星齿轮系的另一面相接触，第二压盘与第二研磨盘压紧，第一压盘与驱动机构连接，第一压盘由驱动机构带动向靠近或远离行星齿轮系的方向移动，第一研磨盘、第二研磨盘分别由第一驱动电机、第二驱动电机驱动向相反方向转动。

3、专利号为CN201510627057.9， 名称为“一种氧化锆陶瓷手机面板及其制备方法”的发明专利，该专利公开了一种氧化锆陶瓷手机面板及其制备方法，属于手机面板制备领域。该手机面板按照重量份数计，其主要由以下组份制成：氧化锆粉体和稳定剂混合物80-99.5份、有机载体0.5-20份；其中，在所述氧化锆粉体和稳定剂混合物中，稳定剂的摩尔占比为4-6％。该制备方法包括：将氧化锆粉体、稳定剂混合，得到初混料；将有机载体加入到所述初混料中混合均匀，得到混合料；将所述混合料成型，得到面板毛坯；将所述面板毛坯进行有机载体脱除后进行烧结，得到氧化锆陶瓷手机面板。

4、专利号为CN201510591221.5，名称为“具有无线充电功能的氧化锆陶瓷后盖及其制造方法”的发明专利，该专利公开了一种具有无线充电功能的氧化锆陶瓷后盖及其制造方法，所述氧化锆陶瓷后盖是由氧化锆陶瓷背板与涂覆在所述氧化锆陶瓷背板上的复合浆料共烧而获得的氧化锆陶瓷后盖，所述复合浆料经烧结形成与所述氧化锆陶瓷背板一体化的无线充电线圈，其中配制所述复合浆料的原料包括以重量百分比计的银粉70～80％、石墨烯2～5％、碳纳米管3～8％、玻璃粉15～20％。

5、专利号为CN201510309285.1，名称为“一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法”的发明专利，该专利公开了一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法，包括以下步骤：(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Al2O3、TiO2和SiO2，混合均匀后干燥，得到参杂改性的 纳米氧化锆粉体；(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；(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；(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 后得到所述氧化锆陶瓷手机后盖。

上述这些专利虽说都涉及到了氧化锆薄片的制作，但仔细分析可以发现这些专利并没有正真解决氧化锆薄片的问题，因此仍将出现前面所述的一些问题，仍有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有氧化锆陶瓷大面积薄片制作存在容易变形的不足，提出一种新的氧化锆陶瓷薄件器件制作方法及装置，该氧化锆陶瓷薄件器件制作方法及装置可以有效防止氧化锆陶瓷薄件器件制作过程中变形。

为了达到这一目的，本发明提供了一种氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，在氧化锆陶瓷薄壁器件压制成型后，在入炉进行烧结之前，先将氧化锆陶瓷薄壁器件放置在一内面与氧化锆陶瓷薄壁器件外表一致的，厚度大于氧化锆陶瓷薄壁器件的支撑胎具上，再在氧化锆陶瓷薄壁器件上盖上一个盖板，使得氧化锆陶瓷薄壁器件在支撑胎具和盖板内紧密贴合在一起，并一起泡油、脱脂和放入烧结炉内入炉脱脂烧结，防止氧化锆陶瓷薄壁器件变形。

进一步地，所述的支撑胎具为氧化锆材料制作，所述盖板也为氧化锆材料制作。

进一步地，所述的支撑胎具为与氧化锆陶瓷薄壁器件材料相同的材料制作，所述盖板也为与氧化锆陶瓷薄壁器件材料相同的材料制作。

进一步地，所述的支撑胎具和盖板为注射成型的坯体件，与氧化锆陶瓷薄壁器件坯体材料相同。

进一步地，所述的氧化锆陶瓷薄壁器件坯体安装在支撑胎具和盖板的坯体内，再一起入炉进行烧结，与氧化锆陶瓷薄壁器件一起泡油、脱脂和烧结成型。

进一步地，所述的支撑胎具和盖板坯体与氧化锆陶瓷薄壁器件坯体的收缩率一致。

进一步地，所述的氧化锆陶瓷薄壁器件坯体是采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷薄壁器件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作坯体。

进一步地，所述的支撑胎具和盖板的坯体件也是采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷板件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作成支撑胎具和盖板坯体。

进一步地，所述的支撑胎具为板状结构，支撑胎具的底面为平面，支撑胎具的厚度为氧化锆陶瓷薄壁器件厚度的3-10倍，以保证氧化锆陶瓷薄壁器件坯体在与支撑胎具坯体一起烧结时的变形在所允许的范围之内。

进一步地，所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法是采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷薄壁器件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作坯体，同时用注射成型工艺制作支撑胎具和盖板，然后将氧化锆陶瓷薄壁器件坯体盛入支撑胎具，再将盖板覆盖在氧化锆陶瓷薄壁器件坯体上，然后一起进行泡油和加热脱脂的二次脱脂处理，最后通过烧结工艺制成无变形高性能的氧化锆陶瓷薄壁器件。

本发明的优点在于：本发明采用与氧化锆陶瓷薄壁器件相同的材料制作一个带盖的支撑胎具，将氧化锆陶瓷薄壁器件与支撑胎具用同样的材料制作出坯体，再将氧化锆陶瓷薄壁器件坯体放入支撑胎具内，盖上盖板，使得氧化锆陶瓷薄壁器件坯体与支撑胎具的坯体紧密贴在一起，再一起泡油、脱脂和放入烧结炉内进行烧结成型。由于支撑胎具的内面形状与氧化锆陶瓷薄壁器件一致，且有盖板压盖在上面，支撑胎具的厚度又比氧化锆陶瓷薄壁器件厚，所以在烧结时，可以起到约束氧化锆陶瓷薄壁器件，防止氧化锆陶瓷薄壁器件变形的作用，这样就可以有效解决氧化锆陶瓷薄壁器件在烧结时容易变形的问题。这样虽说表面上看增加了一个支撑胎具的损耗，但采取该工艺后，可以大大缩减现有氧化锆陶瓷薄壁器件坯体的厚度尺寸，这样不仅节约了氧化锆陶瓷薄壁器件坯体的用料，更为重要的是可以大大减少目前的氧化锆陶瓷薄壁器件坯体烧结后的磨削量，从总体来看，不仅大大提高了产品质量和合格率，还降低了加工成本，使得氧化锆陶瓷薄壁器件总成本下降。

附图说明：

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

实施例一

如附图1所示，一种氧化锆陶瓷手机后盖板制作方法，氧化锆陶瓷手机后盖板为薄壁器件，采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷手机后盖板，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作氧化锆陶瓷手机后盖板坯体1，同时用注射成型工艺和相同的注塑料制作支撑胎具2和盖板3，然后将氧化锆陶瓷手机后盖板坯体1盛入支撑胎具2内，再将盖板3覆盖在氧化锆陶瓷手机后盖板坯体1上，然后一起进行泡油和加热脱脂的二次脱脂处理，最后通过烧结工艺制成无变形高性能的氧化锆陶瓷手机后盖板。

所述的支撑胎具2为氧化锆材料制作，所述盖板3也为氧化锆材料制作。

所述的支撑胎具2和盖板3为注射成型后的坯体件，与氧化锆陶瓷手机后盖板坯体1相同。

所述的氧化锆陶瓷手机后盖板坯体1安装在支撑胎具2和盖板3的坯体内，再一起入炉进行烧结，与氧化锆陶瓷手机后盖板一起烧结成型。

所述的支撑胎具和盖板坯体与氧化锆陶瓷手机后盖板坯体的收缩率一致。

所述的支撑胎具为板状结构，厚度为氧化锆陶瓷手机后盖板的3-10倍，以保证氧化锆陶瓷手机后盖板坯体在与支撑胎具坯体一起烧结时的变形在所允许的范围之内。

所述的氧化锆陶瓷手机后盖板生产方法的制作工艺包括：

1）混料：氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；

2）碎料：将混合好的料进行研磨，使得混合料的粒度控制在100纳米以内；并在密炼机内密炼成注塑料；

3）注射成型：采用注塑机分别注射成型氧化锆陶瓷手机后盖板坯体，以及支撑胎具坯体和盖板坯体；

4）泡油：将注射成型氧化锆陶瓷手机后盖板坯体放入支撑胎具坯体内，并用盖板坯体盖紧，使三者紧密贴合在一起，再进行泡油处理；

5）热脱脂：将泡油处理后的氧化锆陶瓷手机后盖板坯体仍装在支撑胎具坯体和盖板坯体内，一起进行热脱脂二次；

6）烧结：将热脱脂完的将泡油处理后的氧化锆陶瓷手机后盖板坯体仍装在支撑胎具坯体和盖板坯体内，一起入炉进行烧结处理，烧结成型氧化锆陶瓷手机后盖板。

实施例二

实施例二与实施例一的基本方法一样，一种氧化锆陶瓷薄壁板，所述的氧化锆陶瓷薄壁板制作方法是采用注射成型方法生产的氧化锆陶瓷薄壁器件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作坯体，同时用注射成型工艺制作支撑胎具和盖板，然后将氧化锆陶瓷薄壁板坯体盛入支撑胎具，再将盖板覆盖在氧化锆陶瓷薄壁板坯体上，然后一起进行泡油和加热脱脂的二次脱脂处理，最后通过烧结工艺制成无变形高性能的氧化锆陶瓷薄壁板。

所述的支撑胎具为与氧化锆陶瓷薄壁板材料相同的材料制作，所述盖板也为与氧化锆陶瓷薄壁器件材料相同的材料制作。所述盖板的盖板与支撑胎具为相互配合的箱体结构，在盖板上有一个箱盖口，在支撑胎具有一个向上的箱盖凸圈，盖板上的箱盖口盖在支撑胎的箱盖凸圈上，形成一个密闭的箱体，氧化锆陶瓷薄壁板装在由支撑胎具于盖板组合形成的箱体内，并一起进行泡油和加热脱脂的二次脱脂处理，最后通过烧结工艺制成无变形高性能的氧化锆陶瓷薄壁板。

所述的氧化锆陶瓷薄壁板生产方法的制作工艺包括：

1）混料：氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；

2）碎料：将混合好的料进行研磨，使得混合料的粒度控制在100纳米以内；并在密炼机内密炼成注塑料；

3）注射成型：采用注塑机分别注射成型氧化锆陶瓷薄壁板坯体，以及支撑胎具坯体和盖板坯体；

4）泡油：将注射成型氧化锆陶瓷薄壁板坯体放入支撑胎具坯体内，并用盖板坯体盖紧，使三者紧密贴合在一起，再进行泡油处理；

5）热脱脂：将泡油处理后的氧化锆陶瓷薄壁板坯体仍装在支撑胎具坯体和盖板坯体内，一起进行热脱脂二次；

6）烧结：将热脱脂完的将泡油处理后的氧化锆陶瓷薄壁板坯体仍装在支撑胎具坯体和盖板坯体内，一起入炉进行烧结处理，烧结成型氧化锆陶瓷薄壁板。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的优点在于：本发明采用与氧化锆陶瓷薄壁器件相同的材料制作一个带盖的支撑胎具，将氧化锆陶瓷薄壁器件与支撑胎具用同样的材料制作出坯体，再将氧化锆陶瓷薄壁器件坯体放入支撑胎具内，盖上盖板，使得氧化锆陶瓷薄壁器件坯体与支撑胎具的坯体紧密贴在一起，再一起泡油、脱脂和入炉烧结成型。由于支撑胎具的内面形状与氧化锆陶瓷薄壁器件一致，且有盖板压盖在上面，支撑胎具的厚度又比氧化锆陶瓷薄壁器件厚，所以在烧结时，可以起到约束氧化锆陶瓷薄壁器件，防止氧化锆陶瓷薄壁器件变形的作用，这样就可以有效解决氧化锆陶瓷薄壁器件在烧结时容易变形的问题。支撑胎具和盖板为一次性使用辅助胎具，这样虽说表面上看增加了一个支撑胎具的损耗，但采取该工艺后，可以大大缩减现有氧化锆陶瓷薄壁器件坯体的厚度尺寸，这样不仅节约了氧化锆陶瓷薄壁器件坯体的用料，更为重要的是可以大大减少目前的氧化锆陶瓷薄壁器件坯体烧结后的磨削量，从总体来看，不仅大大提高了产品质量和合格率，还降低了加工成本，使得氧化锆陶瓷薄壁器件总成本下降。

Claims (9)

1.一种氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，在氧化锆陶瓷薄壁器件压制成型后，在入炉进行烧结之前，先将氧化锆陶瓷薄壁器件放置在一内面与氧化锆陶瓷薄壁器件外表一致的，厚度大于氧化锆陶瓷薄壁器件的支撑胎具上，再在氧化锆陶瓷薄壁器件上盖上一个盖板，使得氧化锆陶瓷薄壁器件在支撑胎具和盖板内紧密贴合在一起，并一起泡油、脱脂和入炉烧结，防止氧化锆陶瓷薄壁器件变形；所述的支撑胎具为与氧化锆陶瓷薄壁器件材料相同的材料制作，所述盖板也为与氧化锆陶瓷薄壁器件材料相同的材料制作。

2.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的支撑胎具为氧化锆材料制作，所述盖板也为氧化锆材料制作。

3.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的支撑胎具和盖板为注射成型后的坯体件，与氧化锆陶瓷薄壁器件坯体相同。

4.如权利要求3所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的氧化锆陶瓷薄壁器件坯体安装在支撑胎具和盖板的坯体内，再一起泡油、脱脂和放入烧结炉内入炉进行烧结，与氧化锆陶瓷薄壁器件一起烧结成型。

5.如权利要求4所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的支撑胎具和盖板坯体与氧化锆陶瓷薄壁器件坯体的收缩率一致。

6.如权利要求5所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的氧化锆陶瓷薄壁器件坯体是采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷薄壁器件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作坯体。

7.如权利要求5所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的支撑胎具和盖板的坯体件也是采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷板件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作成支撑胎具和盖板坯体。

8.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的支撑胎具为板状结构，支撑胎具的底面为平面，支撑胎具的厚度为氧化锆陶瓷薄壁器件厚度的2-5倍，以保证氧化锆陶瓷薄壁器件坯体在与支撑胎具坯体一起烧结时不会发生变形。

9.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法，其特征在于，所述的氧化锆陶瓷薄壁器件制作方法是采用注射成型方法生产氧化锆陶瓷薄壁器件，以含有稳定剂的氧化锆粉末为主体，将氧化锆粉料和有机载体按100:10-30的重量比混合；通过密炼后获得注塑料，再采用注射成型工艺制作坯体，同时用注射成型工艺制作支撑胎具和盖板，然后将氧化锆陶瓷薄壁器件坯体盛入支撑胎具，再将盖板覆盖在氧化锆陶瓷薄壁器件坯体上，然后一起进行泡油和加热脱脂的二次脱脂处理，最后通过烧结工艺制成无变形高性能的氧化锆陶瓷薄壁器件。