CN107599536A - 高韧性陶瓷、其制备方法以及应用 - Google Patents

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本发明公开了高韧性陶瓷、其制备方法以及应用。该高韧性陶瓷包括若干陶瓷层与若干纤维层，所述纤维层夹设于所述陶瓷层之间；所述纤维层为氧化锆纤维层或氧化铝纤维层；所述纤维层中的纤维包括长纤维与短纤维，所述短纤维包括短切纤维和晶须；其制备方法包括：通过流延法制备成柔软的陶瓷流延片，陶瓷流延片与纤维层叠置，模压成型，得到样品生坯；将样品生坯等静压处理，然后脱脂、烧结，形成高性能陶瓷；该高性能陶瓷应用于电子产品的外壳。本发明所述高韧性陶瓷，在陶瓷之间设置陶瓷纤维，可以明显提高陶瓷材料的韧性，增加其抗冲击破坏如跌落破坏的性能。

Description

高韧性陶瓷、其制备方法以及应用
技术领域
本发明涉及陶瓷新材料技术领域，具体涉及高韧性陶瓷、其制备方法以及应用。
背景技术
陶瓷材料具有硬度高、耐磨耐划性好、不易腐蚀、无电磁屏蔽效应等优点，很适合做手机等电子产品的外壳材料。目前，陶瓷已经在手机等电子产品的外壳领域有少量应用。在使用过程中发现，陶瓷属于脆性材料，抗跌落破坏能力较差，且陶瓷较硬，加工成本较高，因而目前还未能在电子产品外壳上得到大规模地应用。
发明内容
基于此，本发明提供一种高韧性陶瓷，在陶瓷之间设置陶瓷纤维，可以明显提高陶瓷材料的韧性，增加其抗冲击破坏如跌落破坏的能力。
本发明还提供所述高韧性陶瓷的制备方法。
本发明还提供所述高韧性陶瓷的应用。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种高韧性陶瓷，包括若干陶瓷层与若干纤维层，所述纤维层夹设于所述陶瓷层之间。
在其中一些实施例中，所述纤维层为氧化锆纤维层或氧化铝纤维层。
在其中一些实施例中，所述纤维层中的纤维包括长纤维与短纤维，所述短纤维包括短切纤维和晶须。
本发明还采用如下技术方案：
一种高性能陶瓷的制备方法，其包括如下步骤：
通过流延法制备陶瓷流延片；
将长纤维做成纤维布或纤维毡；
将所述陶瓷流延片与所述纤维布或纤维毡交替叠置，保证最外层为陶瓷流延片，在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；
将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；
将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；
将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。
在其中一些实施例中，所述长纤维做成纤维毡。
本发明还采用如下技术方案：
一种高性能陶瓷的制备方法，其包括如下步骤：
通过流延法制备陶瓷流延片；
将短纤维与预设比例的陶瓷粉混合，形成混合物；
将所述混合物均匀撒在陶瓷流延片上，形成混合坯，用一层所述混合坯或多层所述混合坯叠加，并将最上层混合坯的混合物用陶瓷流延片盖住，保证最外层为陶瓷流延片；在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；
将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；
将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；
将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。
在其中一些实施例中，所述短纤维与陶瓷粉以以下质量比例混合：短纤维1％-10％、陶瓷粉90％-99％。
本发明还采用如下技术方案：
一种高性能陶瓷的应用，所述高韧性陶瓷包括若干陶瓷层与若干纤维层，所述纤维层夹设于所述陶瓷层之间，所述高性能陶瓷应用于电子产品的外壳，形成陶瓷外壳。
在其中一些实施例中，所述纤维层为氧化锆纤维层或氧化铝纤维层。
在其中一些实施例中，所述纤维层中的纤维包括长纤维与短纤维，所述短纤维包括短切纤维和晶须。
本发明所述高韧性陶瓷，包括若干陶瓷层与若干纤维层，所述纤维层夹设于所述陶瓷层之间，可与陶瓷材料紧密地压合在一起，纤维层可以将冲击能量分散，避免应力集中导致的开裂，纤维从陶瓷基体拔出过程中会吸收能量，从而可以明显提高陶瓷材料的韧性，达到增韧的效果，增加陶瓷材料抗冲击破坏如跌落破坏的能力；不仅如此，用该工艺制备的陶瓷产品不仅保证了表面的陶瓷效果，还增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例所述高韧性陶瓷的结构示意图；
图2是本发明另一较佳实施例所述高韧性陶瓷的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参照图1与图2，本发明所述的高韧性陶瓷，包括若干陶瓷层10与若干纤维层20，上述的纤维层20夹设于陶瓷层10之间。这种结构因加入陶瓷纤维，可以起到增韧的作用，且陶瓷纤维可与陶瓷材料紧密地压合在一起，纤维层可以将冲击能量分散，避免应力集中导致的开裂，纤维从陶瓷基体拔出过程中会吸出能量，从而达到增韧的效果，可以明显提高陶瓷材料的韧性，增加陶瓷材料抗冲击破坏如跌落破坏的性能。
其中，纤维层为氧化锆纤维层或氧化铝纤维层。纤维层中的纤维包括长纤维与短纤维，所述短纤维包括短切纤维和晶须。长纤维与短纤维均可达到上述的作用，只是在制备时方法稍有区别。
制备上述的高性能陶瓷的方法是：采用长纤维时，通过流延法制备陶瓷流延片；将长纤维做成纤维布或纤维毡；将所述陶瓷流延片与所述纤维布或纤维毡交替叠置，保证最外层为陶瓷流延片，在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。
其中，长纤维优选做成纤维毡，在与陶瓷叠加时形状更稳定。
采用短纤维时，制备方法为：
通过流延法制备陶瓷流延片；将短纤维与预设比例的陶瓷粉混合，形成混合物；将所述混合物均匀撒在陶瓷流延片上，形成混合坯，将所述混合物均匀撒在陶瓷流延片上，形成混合坯，用一层所述混合坯或多层所述混合坯叠加，并将最上层混合坯的混合物用陶瓷流延片盖住，保证最外层为陶瓷流延片；在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。
其中，短纤维与陶瓷粉以以下质量比例混合：短纤维1％-10％、陶瓷粉90％-99％。
上述的高性能陶瓷，可以应用于电子产品的外壳，形成陶瓷外壳。
以下将通过几个实施例来进一步说明本发明的实施方式。
实施例一
请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括三层陶瓷层10与两层纤维层20，纤维层20夹设于陶瓷层10之间，其中，纤维层20为氧化锆的长纤维层。
该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的总厚度为0.5mm，陶瓷层10与纤维层20厚度均为0.1mm。
制备上述的高性能陶瓷的方法是：
通过流延法制备成柔软的陶瓷流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料制备成陶瓷流延片；将氧化锆的长纤维做成纤维毡；依次将陶瓷流延片、纤维毡、陶瓷流延片、纤维毡、陶瓷流延片交替叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；取10片脱脂后的样品生坯进行叠置，在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是手机壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷手机壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷手机壳成品。
实施例二
请参照图2，本发明所述的高韧性陶瓷，包括两层陶瓷层10与一层纤维层20，纤维层20夹设于陶瓷层10之间，其中，纤维层20为氧化锆的短纤维层。
该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的总厚度为0.5mm，陶瓷层10厚度为0.2mm，纤维层20厚度为0.1mm。
制备上述的高性能陶瓷的方法是：
通过流延法制备成柔软的陶瓷流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料制备成陶瓷流延片；将氧化锆的短纤维与陶瓷粉以1：9的质量比例混合，形成混合物；将上述混合物均匀撒在陶瓷流延片上，形成混合坯，将混合坯上层的混合物用陶瓷流延片盖住，保证纤维夹设于陶瓷流延片之间，且最外层为陶瓷流延片，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。
模压成型用的是pad壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷pad壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷pad壳成品。
实施例三
请参照图2，本发明所述的高韧性陶瓷，包括两层陶瓷层10与一层纤维层20，纤维层20夹设于陶瓷层10之间，其中，纤维层20为氧化铝的长纤维层。
该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的总厚度为0.3mm，陶瓷层10与纤维层20厚度均为0.1mm。
制备上述的高性能陶瓷的方法是：
通过流延法制备成柔软的陶瓷流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料制备成陶瓷流延片；将氧化铝的长纤维做成纤维布；依次将陶瓷流延片、纤维布、陶瓷流延片交替叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；取10片脱脂后的样品生坯进行叠置，在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是手机壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷手机壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷手机壳成品。
实施例四
请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括三层陶瓷层10与两层纤维层20，纤维层20夹设于陶瓷层10之间，其中，纤维层20为氧化铝的短纤维层。
该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的总厚度为0.5mm，陶瓷层10厚度为0.1mm，纤维层20厚度为0.1mm。
制备上述的高性能陶瓷的方法是：
通过流延法制备成柔软的陶瓷流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料制备成陶瓷流延片；将氧化铝的短纤维与陶瓷粉以1：9.9或5:9.5的质量比例混合，形成混合物；将上述混合物均匀撒在陶瓷流延片上，形成混合坯，依次叠加两层混合坯，将最上层的混合坯上的混合物用陶瓷流延片盖住，保证纤维夹设于陶瓷流延片之间，且最外层为陶瓷流延片，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高韧性陶瓷，其特征在于，包括若干陶瓷层与若干纤维层，所述纤维层夹设于所述陶瓷层之间。
2.根据权利要求1所述的高韧性陶瓷，其特征在于：所述纤维层为氧化锆纤维层或氧化铝纤维层。
3.根据权利要求1或2所述的高韧性陶瓷，其特征在于：所述纤维层中的纤维包括长纤维与短纤维，所述短纤维包括短切纤维与晶须。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的高性能陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过流延法制备陶瓷流延片；
将长纤维做成纤维布或纤维毡；
将所述陶瓷流延片与所述纤维布或纤维毡交替叠置，保证最外层为陶瓷流延片，在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；
将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；
将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；
将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。
5.根据权利要求4所述的高性能陶瓷的制备方法，其特征在于：所述长纤维做成纤维毡。
6.一种如权利要求1～3任一项所述的高性能陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过流延法制备陶瓷流延片；
将短纤维与预设比例的陶瓷粉混合，形成混合物；
将所述混合物均匀撒在陶瓷流延片上，形成混合坯，用一层所述混合坯或多层所述混合坯叠加，并将最上层混合坯的混合物用陶瓷流延片盖住，保证最外层为陶瓷流延片；在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；
将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；
将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；
将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。
7.根据权利要求6所述的高性能陶瓷的制备方法，其特征在于：所述短纤维与陶瓷粉以以下质量比例混合：短纤维1％-10％、陶瓷粉90％-99％。
8.一种高性能陶瓷的应用，其特征在于：所述高韧性陶瓷包括若干陶瓷层与若干纤维层，所述纤维层夹设于所述陶瓷层之间，所述高性能陶瓷应用于电子产品的外壳，形成陶瓷外壳。
9.根据权利要求8所述的高性能陶瓷的应用，其特征在于：所述纤维层为氧化锆纤维层或氧化铝纤维层。
10.根据权利要求8或9所述的高韧性陶瓷的应用，其特征在于：所述纤维层中的纤维包括长纤维与短纤维，所述短纤维包括短切纤维和晶须。
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