CN107685418A - 陶瓷和塑料复合材料的制备方法以及电子设备的外壳 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷和塑料复合材料的制备方法以及电子设备的外壳。该制备方法包括以下步骤:对陶瓷基体进行粗化处理,以形成纳米级粗化表面;将塑料材料注塑到所述纳米级粗化表面上,以形成复合材料。由于在陶瓷基体的表面形成纳米级粗化表面,该复合材料的陶瓷基体与塑料材料的结合力大大增强。在跌落时,塑料材料不容易与陶瓷基体分离。此外,该复合材料的防水性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域,更具体地,涉及一种陶瓷和塑料复合材料的制备方法以及电子设备的外壳。
背景技术
随着陶瓷制备技术的快速发展和人们审美的要求,越来越多的生产商选择陶瓷材料制作电子产品的外壳。
为了安装电子元件,用户需要在陶瓷外壳的内壁上进行加工,例如打孔等。由于陶瓷本身的韧性低、强度高,故这些加工会导致陶瓷外壳损坏、破裂,导致陶瓷外壳的良品率降低。
于是,人们在陶瓷外壳的内壁上复合塑料层,以便于进行加工。现有的陶瓷外壳和塑料复合体通常采用粘合剂粘结、卡扣卡合等方法制作。然而,这些方法得到的陶瓷外壳和塑料复合体的结合强度过低,无法通过电子产品的跌落测试以及防水测试。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种陶瓷和塑料复合材料的制备方法的新技术方案。
根据本发明的第一方面,提供了一种陶瓷和塑料复合材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤:对陶瓷基体进行粗化处理,以形成纳米级粗化表面;将塑料材料注塑到所述纳米级粗化表面上,以形成复合材料。
可选地,所述陶瓷基体选自氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化钛陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷和碳化硅陶瓷中的一种或者多种复合陶瓷。
可选地,所述纳米级粗化表面的粗糙度为5-800纳米。
可选地,采用酸性溶液腐蚀的方法对所述陶瓷基体进行粗化处理,以形成所述粗化表面。
可选地,所述酸性溶液的酸选自硫酸、氢氟酸、盐酸、磷酸和草酸中的至少一种。
可选地,所述酸性溶液中酸的浓度大于或等于5g/L,酸性溶液的温度为10-120℃,腐蚀时间为60-36000s。
可选地,在注塑塑料材料时,注塑模具的模温为90-320℃,注射压力10-280MPa,注射速度为20-300mm/s。
可选地,所述塑料材料包括主体材料和改性材料,所述主体材料和所述改性材料混合在一起;所述主体材料包括聚亚苯基硫醚树脂、聚对苯二甲酸丁二醇脂和聚酰胺树脂中的一种;所述改性材料包括玻璃纤维、碳纤维、玻璃片、碳酸钙、碳酸镁、二氧化硅和滑石中的至少一种。
可选地,所述改性材料在所述塑料材料中的质量百分比为10-50%。
根据本发明的另一个方面,提供了一种电子设备的外壳。该外壳所述外壳根据本发明提供的所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法制备而成,所述外壳被构造为用于围合形成容纳腔,所述外壳的靠近所述容纳腔的一侧为所述塑料材料,所述外壳的远离所述容纳腔的一侧为所述陶瓷基体。
本发明的发明人发现,在现有技术中,陶瓷外壳和塑料复合体通常采用粘合剂粘结、卡扣卡合等方法制作。然而,这些方法得到的陶瓷外壳和塑料复合体的结合强度过低。因此,本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的,故本发明是一种新的技术方案。
本发明提供的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,简单,易操作。由于在陶瓷基体的表面形成纳米级粗化表面,相对于粘结剂直接粘接到陶瓷表面的方法,该复合材料的陶瓷基体与塑料材料的结合力大大增强。在跌落时,塑料材料不容易与陶瓷基体分离。
此外,与卡接方法相比,该方法不需要在陶瓷基体上开孔,从而使复合材料具有良好的防水性能。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施例的陶瓷和塑料复合材料的制备方法的流程图。
图2是根据本发明的一个实施例的纳米级粗化表面的电镜图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1是根据本发明的一个实施例的陶瓷和塑料复合材料的制备方法的流程图。
如图1所示,该陶瓷和塑料复合材料的制备方法包括以下步骤:
S1、对陶瓷基体进行粗化处理,以形成纳米级粗化表面。
可选地,陶瓷基体选自氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化钛陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷和碳化硅陶瓷中的一种或者多种复合陶瓷。上述陶瓷基体的强度高,成型后的收缩率低。
当然,陶瓷基体的种类不限于此,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
纳米级粗化表面,即在陶瓷基体上形成纳米级尺寸的上凸、下凹结构的表面。在注塑时,塑料材料能够填充到纳米级粗化表面的孔隙中,使得纳米级粗化表面与塑料材料的结合力增强,提高了塑料材料的附着力。
优选地,纳米级粗化表面的粗糙度为5-800纳米。该范围内的粗糙度使得塑料材料的附着力更强。
在一个例子中,采用酸性溶液腐蚀的方法对陶瓷基体进行粗化处理,以形成粗化表面。酸性溶液对陶瓷基体具有腐蚀作用。这样,能够在陶瓷基体的表面形成纳米孔隙。本领域技术人员可以采用本领域常用的酸性溶液进行粗化处理。
可选地,酸性溶液的酸选自硫酸、氢氟酸、盐酸、磷酸和草酸中的至少一种。上述酸的来源广泛,并且容易配制成溶液。
优选地,酸性溶液中酸的浓度大于或等于5g/L,即1L酸性溶液中纯酸的质量大于或等于5g。在使用时,酸性溶液的温度为10-120℃,腐蚀时间为60-36000s。
该粗化处理条件能够形成均匀、细密的纳米级粗化表面。
当然,酸的种类不限于此,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在其他示例中,采用喷砂的方法作为辅助手段对陶瓷基体的表面进行预处理。在预处理后,陶瓷基体得到的粗化表面的粗糙度较大,通常为微米级。
在喷砂之后还要采用酸性溶液进行处理,以得到纳米级的粗化表面。
通过喷砂方法的预处理,陶瓷基体的表面的孔隙变得多样化,从而有效提高了塑料材料的结合力。
S2、将塑料材料注塑到所述纳米级粗化表面上,以形成复合材料。本领域技术人员应当理解的是,塑料材料在固化后获得强度,并与纳米级粗化表面形成结合力。通过注塑成型,塑料材料附着在纳米级粗化表面上,二者的结合力强。
在一个例子中,塑料材料包括主体材料和改性材料,主体材料和改性材料混合在一起。
主体材料包括聚亚苯基硫醚树脂、聚对苯二甲酸丁二醇脂和聚酰胺树脂中的一种。上述材料与陶瓷基体的结合力强。
改性材料包括玻璃纤维、碳纤维、玻璃片、碳酸钙、碳酸镁、二氧化硅和滑石中的至少一种。
在混合时,将改性材料添加到热熔后的主体材料中进行混炼,以使二者充分混合。
优选地,改性材料占塑料材料中的质量百分比为10-50%。该比例范围使得塑料材料的强度有效提高。在成型后,当其他元器件,例如PCB、摄像头模组、扬声器模组、天线模组等被安装到塑料材料上时,元器件与塑料材料的结合力强。
在一个例子中,在注塑塑料材料时,注塑模具的模温为90-320℃,注射压力10-280MPa,注射速度为20-300mm/s。在该注塑条件下,塑料材料能够均匀地注塑到粗化表面上,并且填充到粗化表面的孔隙中。这使得塑料材料在成型后与陶瓷基体的结合力更强。
本发明提供的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,简单,易操作。由于在陶瓷基体的表面形成纳米级粗化表面,相对于采用粘结剂直接粘接到陶瓷表面的方法,该复合材料的陶瓷基体与塑料材料的结合力大大增强。在跌落时,塑料材料不容易与陶瓷基体分离。
此外,与卡接方法相比,该方法不需要在陶瓷基体上开孔,从而使复合材料具有良好的防水性能。
实施例1
在本发明的一种具体实施方式中。首先,制备厚度为1.5mm,长度为40mm、宽度为18mm的氧化锆陶瓷基体;经机械打磨,脱脂除油后,得到洁净的表面。
然后,将氧化锆陶瓷基体置于20%硫酸的酸性溶液中,在80℃温度下腐蚀2400s。取出后,经去离子水冲洗干净,并烘干。在烘干后,进行SEM测试。如图2所示,在氧化锆陶瓷基体上形成纳米级粗化表面。
最后,将粗化处理后的氧化锆陶瓷基体置于注塑模具中,使用注塑机将含有80%聚丁二酸二醇酯、20%玻璃纤维的塑料材料注射到粗化表面,其中,注射压力为100MPa,注射速度为180mm/s,模温为120℃。氧化锆陶瓷基体和塑料材料通过氧化锆陶瓷基体的纳米级粗化表面连接在一起。经测试,塑料材料和氧化锆陶瓷基体的结合强度约40.7Mpa。
实施例2
在该例子中,酸性溶液采用10%氢氟酸,在65℃时对氧化锆陶瓷基体腐蚀300s,同样得到了纳米级粗化表面。
在该例子中,塑料材料、注塑条件与实施例1中的相同。经测试,塑料材料与氧化锆陶瓷基体的结合强度约40.0Mpa。
根据本发明的另一个实施例,提供了一种电子设备的外壳。电子设备可以是但不局限于手机、平板电脑、笔记本电脑、耳机、智能手表等。
该外壳根据本发明提供的陶瓷和塑料复合材料的制备方法制备而成。外壳被构造为用于围合形成容纳腔。外壳的靠近容纳腔的一侧为塑料材料。外壳的远离容纳腔的一侧为陶瓷基体。
由于外壳的内层为塑料材料,故在该外壳的塑料材料上开设螺纹孔或者挡壁等结构时变得十分容易。这使得其他元器件在容纳腔内的组装变得容易。
此外,该外壳具有重量轻,防水性能良好的特点。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,包括以下步骤:
对陶瓷基体进行粗化处理,以形成纳米级粗化表面;
将塑料材料注塑到所述纳米级粗化表面上,以形成复合材料。
2.根据权利要求1所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,所述陶瓷基体选自氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化钛陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷和碳化硅陶瓷中的一种或者多种复合陶瓷。
3.根据权利要求1所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,所述纳米级粗化表面的粗糙度为5-800nm。
4.根据权利要求1所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,采用酸性溶液腐蚀的方法对所述陶瓷基体进行粗化处理,以形成所述粗化表面。
5.根据权利要求4所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,所述酸性溶液的酸选自硫酸、氢氟酸、盐酸、磷酸和草酸中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,所述酸性溶液中酸的浓度大于或等于5g/L,酸性溶液的温度为10-120℃,腐蚀时间为60-36000s。
7.根据权利要求1所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,在注塑塑料材料时,注塑模具的模温为90-320℃,注射压力10-280MPa,注射速度为20-300mm/s。
8.根据权利要求1所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,所述塑料材料包括主体材料和改性材料,所述主体材料和所述改性材料混合在一起;
所述主体材料包括聚亚苯基硫醚树脂、聚对苯二甲酸丁二醇脂和聚酰胺树脂中的一种;
所述改性材料包括玻璃纤维、碳纤维、玻璃片、碳酸钙、碳酸镁、二氧化硅和滑石中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法,其中,所述改性材料在所述塑料材料中的质量百分比为10%-50%。
10.一种电子设备的外壳,其中,所述外壳根据权利要求1-9中的任意一项所述的陶瓷和塑料复合材料的制备方法制备而成,所述外壳被构造为用于围合形成容纳腔,所述外壳的靠近所述容纳腔的一侧为所述塑料材料,所述外壳的远离所述容纳腔的一侧为所述陶瓷基体。
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