CN106495691A - 一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
氧化锆陶瓷指纹识别薄片及其制备和使用方法，包括主体材料和辅助材料，其中主体材料为氧化锆粉末，辅助材料为粘结剂、增塑剂、分散剂和溶剂。制备过程如下：将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理后，均匀混合得到可进行流延成型的浆料；将浆料进行真空除泡处理，流延成型成膜带；将流延膜带干燥后裁切，放于模具中进行冲压成型，制得具有所需形状的冲压坯，通过温等静压得到生坯；将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片；将陶瓷片经加工外形、抛光后即得到氧化锆陶瓷指纹识别薄片。本发明制备的氧化锆陶瓷薄片强度高、韧性高、尺寸精度高。采用流延成型加工方式，后续加工量少，且制备生产效率高，可满足大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷薄片及其制备方法，具体说涉及一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片及其制备方法，主要用于安装在指纹识别系统的指纹采集面板中，属于特种陶瓷制品制造技术。
背景技术
目前，指纹识别已经成为智能手机的标配，据统计，2016年6月全球发布的智能手机共达到27款，其中，搭载指纹识别功能的智能手机达到20款，占比达到74%。同时，在移动支付应用逐渐扩大化的推动下，指纹识别的应用范畴也得到延展，不仅是手机指纹解锁，还在指纹支付领域形成一股热潮。
现在的市面上的指纹手机几乎全部都采用了电容式指纹模块，电容纹识别模组主要由芯片(硅晶元)、保护层、金属环、软板、载板等组成，其中芯片也就是传感器部分。而保护层的作用是对传感器起到防护作用，防止因划伤导致传感器失灵或是灵敏度降低。这就要求保护层在厚度很薄的同时，具有高强度、高韧性等特点，且有较高的介电常数。
当前常用指纹识别方案有蓝宝石盖板正面按压式指纹识别方案和涂覆式背面指纹识别方案。成本和性能方面，蓝宝石方案硬度高，耐腐蚀，但存在成本较高，抗摔能力不强的弱点，而涂覆式背面指纹识别方案由于涂层硬度不高，存在容易磨损和受汗水腐蚀等缺点。外观方面，背面式涂覆指纹识别的质感稍差，也容易破坏背面的整体美观，而将指纹放在正面不仅可以让手机的背面更为美观，同时更符合用户的使用习惯和审美。综合而言，正面指纹是更受用户欢迎的，但成本偏高。
另一方面，氧化锆陶瓷材料介电常数是蓝宝石的 3倍，此特性使指纹识别更灵敏，成功率更高， 又由于韧性高于蓝宝石3倍以上，氧化锆保护层在保证抗摔强度下，目前最薄量产厚度低至0.1mm，而如果厚度做到和蓝宝石相同时，此时强度、抗摔性将显著优于蓝宝石。更重要的是，氧化锆的总成本却只有蓝宝石的 1/4，是替代蓝宝石高性价比方案。据了解，氧化锆陶瓷薄片作为保护层目前已在多家知名品牌手机中得到应用，未来有机会在智能手机应用中逐渐普及，但是采用氧化锆陶瓷薄片作为指纹识别面板的尚未发现。
传统的氧化锆陶瓷制备方法主要有：热压铸法、注射成型法、等静压法等，其对于大尺寸或大截面的薄部件无法克服脱模困难、坯体密度不均匀等问题。
针对上述问题，流延成型相比较而言，适于成型大型薄板陶瓷部件。而且通过流延成型制造各种尺寸和形状的坯体则十分容易,同时可以保证坯体质量。
流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分,得到分散均匀的稳定浆料,在流延机上制得所需厚度薄膜的一种成型方法,具有以下优点:
1.可制备单相或复相陶瓷薄片材料; 后续加工余量少
2.产品成分起伏小,性能稳定;
3.生产效率高,可连续操作，可大、小批量生产,适于工业生产;
然而，传统的流延成型工艺存在如下缺陷
1.坯体内气泡问题；
2.坯体流延不均匀，有颗粒凸起的问题；
3.几种不同原料的分散均匀问题；
尤其是采用现有的流延成型工艺方法不能直接制作氧化锆陶瓷指纹识别薄片，因此需要改进。
通过国内专利检索，有将氧化锆用于识别方面的相关专利，举例如下：
1.专利申请号CN201410660356.8，名称为“一种改性氧化锆陶瓷材料及其应用”的发明专利公开了一种改性氧化锆陶瓷材料，按摩尔百分比浓度计，包括以下组分：氧化钇0-6mol％，氧化铈0-15mol％，氧化钛0.02-1mol％，氧化铝0-20mol％，钛酸钡0-5mol％，余量为氧化锆。本发明还公开了一种由该改性氧化锆陶瓷材料制得的氧化锆陶瓷及介电盖板。本发明的改性氧化锆陶瓷材料制得的介电盖板具有硬度高、韧性好，强度高、介电常数高的优点。
2. 专利申请号CN201610018319.6，名称为“一种陶瓷材料及其制备方法”的发明专利公开了一种陶瓷材料，所述陶瓷材料包含陶瓷层和涂覆在所述陶瓷层背面的覆盖层，所述陶瓷层包含第一相和第二相，所述第一相包含氧化锆和氧化钇，所述第二相包含氧化铝本发明所述陶瓷材料，利用氧化钇稳定氧化锆，以氧化铝为异质增白剂，所述陶瓷材料兼具高硬度和高强度，且具有较高的介电常数和较好的遮光效果，可用于指纹识别电子设备领域。同时，本发明还公开了所述陶瓷材料的制备方法。
以上专利虽然都涉及到含氧化锆的可用于指纹识别的陶瓷，但依然不能全部解决前述问题，本发明将对以进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是为满足当前指纹识别发展的需要提供一种具有高强度、高韧性、高尺寸精度的氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
本发明的另一个目的是针对现有氧化锆陶瓷流延成型技术的不足，提供一种新的，利用流延成型工艺制作氧化锆陶瓷指纹识别薄片的方法。
本发明的另一个目的是将所制成的氧化锆陶瓷指纹识别薄片应用到手机上，作为指纹识别薄片。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片，包括主体材料和辅助材料，其中主体材料为氧化锆粉末，辅助材料为粘结剂、增塑剂、分散剂和溶剂；各材料占总重量百分比如下：氧化锆粉末：50-60%，粘结剂：3-10%，增塑剂：3-10%，分散剂：1-10%，溶剂：25-35%
进一步地，粘结剂为聚乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯中的一种或几种。
进一步地，增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种
进一步地，分散剂为油酸、硬脂酸、三油酸甘油酯、鲱鱼鱼油中的一种或几种。
进一步地，溶剂为乙醇、丁酮中的一种或两种。
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，制备过程如下：将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理后，均匀混合得到可进行流延成型的浆料，将浆料进行真空除泡处理，流延成型成膜带；将流延膜带干燥后裁切，放于设计好的模具中进行冲压成型，制得具有所需形状的冲压坯；之后将冲压坯放入真空包装机内进行真空包装密封，通过温等静压得到生坯；将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片；将陶瓷片经加工外形、抛光后即得到氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
进一步地，将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理即采用湿法球磨，具体是指将氧化锆粉末和分散剂、溶剂加入球磨罐中混合球磨，时间为24-48小时，得分散好的悬浊液，再将粘结剂和增塑剂加入悬浊液中继续球磨12-24小时 ，得到可进行流延的浆料。
进一步地，流延成型的膜带厚度为0.05mm-3mm。
进一步地，将真空包装后的产品通过温等静压得到生坯，即先将容器升温至60-80℃，保温5min；然后缓慢加压至10-100MPa，保压10-30min后，缓慢泄压得到生坯。
进一步地，通过温等静压得到的生坯为具有平板、2D或3D形状的生坯。
进一步地，将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片中脱脂的温度为600℃，脱脂时间为24-72h，烧结温度为1400℃-1500℃，烧结时间为24-72h。
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片作为指纹识别薄片应用到手机上的方法，将制作好的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，通过研磨制成适合手机应用的指纹识别薄片，再将氧化锆陶瓷指纹识别薄片镶嵌在手机指纹识别处，通过氧化锆陶瓷指纹识别薄片进行指纹识别。
本发明的有益效果是：
1. 本发明采取氧化锆陶瓷指纹识别薄片作为面板，具有介电常数高的特点，指纹识别更灵敏，成功率更高， 且韧性高于蓝宝石3倍以上，强度、抗摔性将显著优于蓝宝石。
2.本发明制备的氧化锆陶瓷薄片强度高、韧性高、尺寸精度高。
3.本发明采用的流延成型加工方式，后续加工量少，且制备的生产效率高，可满足大规模生产。
具体实施方式
实施例一
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片，包括主体材料和辅助材料，其中主体材料为氧化锆粉末，辅助材料为粘结剂、增塑剂、分散剂和溶剂；各材料占总重量百分比如下：氧化锆粉末：50%，粘结剂：10%，增塑剂：10%，分散剂：5%，溶剂：25%。
进一步地，粘结剂为聚乙烯和聚乙烯醇缩丁醛。
进一步地，增塑剂为聚乙二醇。
进一步地，分散剂为油酸和硬脂酸。
进一步地，溶剂为乙醇。
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，制备过程如下：将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理后，均匀混合得到可进行流延成型的浆料，将浆料进行真空除泡处理，流延成型成膜带；将流延膜带干燥后裁切，放于设计好的模具中进行冲压成型，制得具有所需形状的冲压坯；之后将冲压坯放入真空包装机内进行真空包装密封，通过温等静压得到生坯；将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片；将陶瓷片经加工外形、抛光后即得到氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
进一步地，将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理即采用湿法球磨，具体是指将氧化锆粉末和分散剂、溶剂加入球磨罐中混合球磨，时间为24小时，得分散好的悬浊液，再将粘结剂和增塑剂加入悬浊液中继续球磨12小时 ，得到可进行流延的浆料。
进一步地，流延成型的膜带厚度为0.05mm。
进一步地，将真空包装后的产品通过温等静压得到生坯，即先将容器升温至60℃，保温5min；然后缓慢加压至10MPa，保压30min后，缓慢泄压得到生坯。
进一步地，通过温等静压得到的生坯为具有平板、2D或3D形状的生坯。
进一步地，将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片中脱脂的温度为600℃，脱脂时间为24h，烧结温度为1400℃，烧结时间为72h，制得氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
将该中氧化锆陶瓷指纹识别薄片作为指纹识别薄片应用到手机上的方法是：将制作好的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，通过研磨制成适合手机应用的指纹识别薄片，再将氧化锆陶瓷指纹识别薄片镶嵌在手机指纹识别处，通过氧化锆陶瓷指纹识别薄片进行指纹识别。
实施例二
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片，包括主体材料和辅助材料，其中主体材料为氧化锆粉末，辅助材料为粘结剂、增塑剂、分散剂和溶剂；各材料占总重量百分比如下：氧化锆粉末：60%，粘结剂：3%，增塑剂：6%，分散剂：1%，溶剂： 30%。
进一步地，粘结剂为聚氯乙烯。
进一步地，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
进一步地，分散剂为三油酸甘油酯和鲱鱼鱼油。
进一步地，溶剂为丁酮。
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，制备过程如下：将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理后，均匀混合得到可进行流延成型的浆料，将浆料进行真空除泡处理，流延成型成膜带；将流延膜带干燥后裁切，放于设计好的模具中进行冲压成型，制得具有所需形状的冲压坯；之后将冲压坯放入真空包装机内进行真空包装密封，通过温等静压得到生坯；将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片；将陶瓷片经加工外形、抛光后即得到氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
进一步地，将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理即采用湿法球磨，具体是指将氧化锆粉末和分散剂、溶剂加入球磨罐中混合球磨，时间为48小时，得分散好的悬浊液，再将粘结剂和增塑剂加入悬浊液中继续球磨24小时 ，得到可进行流延的浆料。
进一步地，流延成型的膜带厚度为3mm。
进一步地，将真空包装后的产品通过温等静压得到生坯，即先将容器升温至80℃，保温5min；然后缓慢加压至100MPa，保压10min后，缓慢泄压得到生坯。
进一步地，通过温等静压得到的生坯为具有平板、2D或3D形状的生坯。
进一步地，将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片中脱脂的温度为600℃，脱脂时间为72h，烧结温度为1500℃，烧结时间为24h，制得氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
将该中氧化锆陶瓷指纹识别薄片作为指纹识别薄片应用到手机上的方法是：将制作好的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，通过研磨制成适合手机应用的指纹识别薄片，再将氧化锆陶瓷指纹识别薄片镶嵌在手机指纹识别处，通过氧化锆陶瓷指纹识别薄片进行指纹识别。
实施例三
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片，包括主体材料和辅助材料，其中主体材料为氧化锆粉末，辅助材料为粘结剂、增塑剂、分散剂和溶剂；各材料占总重量百分比如下：氧化锆粉末：55%，粘结剂：7%，增塑剂：3%，分散剂：10%，溶剂：25%。
进一步地，粘结剂为聚乙烯和聚氯乙烯。
进一步地，增塑剂为聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯。
进一步地，分散剂为油酸、硬脂酸和鲱鱼鱼油。
进一步地，溶剂为乙醇和丁酮。
一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，制备过程如下：将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理后，均匀混合得到可进行流延成型的浆料，将浆料进行真空除泡处理，流延成型成膜带；将流延膜带干燥后裁切，放于设计好的模具中进行冲压成型，制得具有所需形状的冲压坯；之后将冲压坯放入真空包装机内进行真空包装密封，通过温等静压得到生坯；将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片；将陶瓷片经加工外形、抛光后即得到氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
进一步地，将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理即采用湿法球磨，具体是指将氧化锆粉末和分散剂、溶剂加入球磨罐中混合球磨，时间为36小时，得分散好的悬浊液，再将粘结剂和增塑剂加入悬浊液中继续球磨18小时 ，得到可进行流延的浆料。
进一步地，流延成型的膜带厚度为1.7mm。
进一步地，将真空包装后的产品通过温等静压得到生坯，即先将容器升温至70℃，保温5min；然后缓慢加压至60MPa，保压20min后，缓慢泄压得到生坯。
进一步地，通过温等静压得到的生坯为具有平板、2D或3D形状的生坯。
进一步地，将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片中脱脂的温度为600℃，脱脂时间为48h，烧结温度为1450℃，烧结时间为48h，制得氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
将该中氧化锆陶瓷指纹识别薄片作为指纹识别薄片应用到手机上的方法是：将制作好的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，通过研磨制成适合手机应用的指纹识别薄片，再将氧化锆陶瓷指纹识别薄片镶嵌在手机指纹识别处，通过氧化锆陶瓷指纹识别薄片进行指纹识别。
本发明还具有以下有益效果：
1. 本发明采取氧化锆陶瓷指纹识别薄片作为面板，具有介电常数高的特点，指纹识别更灵敏，成功率更高， 且韧性高于蓝宝石3倍以上，强度、抗摔性将显著优于蓝宝石。
2.本发明制备的氧化锆陶瓷薄片强度高、韧性高、尺寸精度高。
3.本发明采用的流延成型加工方式，后续加工量少，且制备的生产效率高，可满足大规模生产。
Claims (10)
1.一种氧化锆陶瓷指纹识别薄片，其特征在于：包括主体材料和辅助材料，其中主体材料为氧化锆粉末，辅助材料为粘结剂、增塑剂、分散剂和溶剂；各材料占总重量百分比如下：氧化锆粉末：50-60%，粘结剂：3-10%，增塑剂：3-10%，分散剂：1-10%，溶剂：25-35%。
2.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，其特征在于：所述粘结剂为聚乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，其特征在于：所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，其特征在于：所述分散剂为油酸、硬脂酸、三油酸甘油酯、鲱鱼鱼油中的一种或几种；所述溶剂为乙醇、丁酮中的一种或两种。
5.一种权利要求1所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，其特征在于：制备过程如下：将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理后，均匀混合得到可进行流延成型的浆料，将浆料进行真空除泡处理，流延成型成膜带；将流延膜带干燥后裁切，放于设计好的模具中进行冲压成型，制得具有所需形状的冲压坯；之后将冲压坯放入真空包装机内进行真空包装密封，通过温等静压得到生坯；将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片；将陶瓷片经加工外形、抛光后即得到氧化锆陶瓷指纹识别薄片。
6.如权利要求5所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，其特征在于：所述将氧化锆粉末主体材料、粘接剂、增塑剂、分散剂和溶剂进行分散处理即采用湿法球磨，具体是指将氧化锆粉末和分散剂、溶剂加入球磨罐中混合球磨，时间为24-48小时，得分散好的悬浊液，再将粘结剂和增塑剂加入悬浊液中继续球磨12-24小时 ，得到可进行流延的浆料。
7.如权利要求5所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，其特征在于：所述流延成型的膜带厚度为0.05mm-3mm。
8.如权利要求5所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，其特征在于：所述通过温等静压得到生坯即先将容器升温至60-80℃，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后缓慢泄压得到生坯；得到的生坯为具有平板、2D或3D形状的生坯。
9.如权利要求5所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片的制备方法，其特征在于：所述将生坯进行脱脂排胶，然后烧结成陶瓷片中脱脂的温度为600℃，脱脂时间为24-72h，烧结温度为1400℃-1500℃，烧结时间为24-72h 。
10.一种权利要求1所述的氧化锆陶瓷指纹识别薄片的使用方法，其特征在于：将制作好的氧化锆陶瓷指纹识别薄片，通过研磨制成适合手机应用的指纹识别薄片，再将氧化锆陶瓷指纹识别薄片镶嵌在手机指纹识别处，通过氧化锆陶瓷指纹识别薄片进行指纹识别。
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