CN110143818A - 一种陶瓷壳体的制备方法及陶瓷壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷壳体的制备方法，包括如下步骤：将陶瓷粉末、溶剂和粘结剂混合形成流延浆料；通过流延工艺将所述流延浆料流延制得生胚片，将生胚片叠压得到流延素片；将所述流延素片放入3D模具，对载有流延素片的3D模具进行脱脂、烧结处理；经脱脂、烧结处理后，脱模制得3D陶瓷壳体。本发明利用流延素片的柔韧性，将流延素片与3D模具一同进行脱脂、烧结处理，然后脱模可直接得到具有3D外形的陶瓷壳体。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品壳体领域，具体涉及一种陶瓷壳体的制备方法及陶瓷壳体。
背景技术
在电子产品领域，现有的3D陶瓷壳体的成型工艺主要是干压和流延这两种工艺。干压工艺是将陶瓷粉体压制成方形坯体，将坯体烧结制得陶瓷块，再对陶瓷块进行CNC加工得到具有3D外形的电子产品壳体，最后通过打磨、抛光获得具有镜面光洁度的3D陶瓷壳体。流延工艺是依靠刮刀和基带将陶瓷浆料成型为厚度小于1mm的薄片，通过裁切、脱脂和烧结形成平面陶瓷薄片，然后通过CNC加工出产品的2.5D外形，最后通过打磨、抛光获得具有镜面光洁度的2.5D陶瓷壳体。
电子产品壳体是大面积的薄壁件，而目前干压工艺很难制备出厚度小于1mm的烧结坯体。此外，干压工艺制备出的坯体为方形，经烧结形成陶瓷块后，需要通过大量的CNC才能实现手机后壳的3D外形，加之陶瓷硬度高、脆性大，因此造成CNC耗时长和难度大。流延工艺能够直接成型厚度小于1mm的坯体，但是现阶段流延工艺成型出的坯体不具备3D曲面外形，仅仅是2D外形，后续通过CNC才能实现2.5D外形。
发明内容
本发明主要针对上述现有技术的不足，提供一种陶瓷壳体的制备方法及陶瓷壳体。所述陶瓷壳体具有3D外形，且所述陶瓷壳体的制备方法简单，能够直接成型出具有3D外形的陶瓷壳体。
本发明一方面提供一种陶瓷壳体的制备方法，包括如下步骤：
S1：将陶瓷粉末、溶剂和粘结剂混合形成流延浆料；
S2：通过流延工艺将所述流延浆料流延制得生胚片，将生胚片叠压得到流延素片；
S3：将所述流延素片放入3D模具，对载有流延素片的3D模具进行脱脂、烧结处理；经脱脂、烧结处理后，脱模制得3D陶瓷壳体。
本发明另一方面提供一种陶瓷壳体，所述陶瓷壳体由上述陶瓷壳体的制备方法制备得到。
本发明通过采用流延工艺将流延浆料流延形成生胚片，将生胚片叠压制得合适厚度的陶瓷流延素片，将流延素片放入3D模具进行脱脂烧结，脱模后直接得到具有3D外形的陶瓷壳体。本发明利用流延素片的柔韧性，将流延素片与3D模具一起进行脱脂、烧结处理，一方面3D模具型腔能够对脱脂烧结过程中流延素片的缩水变形产生限制作用；另一方面，流延素片在3D模具中脱脂烧结后能够直接成型出具有3D形状的陶瓷壳体，不需要后续大量的CNC加工处理。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式。下面描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
本发明第一方面提供一种陶瓷壳体的制备方法，包括如下步骤：
S1：将陶瓷粉末、溶剂和粘结剂混合形成流延浆料；
S2：通过流延工艺将所述流延浆料流延制得生胚片，将生胚片叠压得到流延素片；
S3：将所述流延素片放入3D模具，对载有流延素片的3D模具进行脱脂、烧结处理；经脱脂、烧结处理后，脱模制得3D陶瓷壳体。
本发明通过采用流延工艺将流延浆料流延形成生胚片，将生胚片叠压制得合适厚度的陶瓷流延素片，将流延素片放入3D模具进行脱脂烧结，脱模后直接得到具有3D外形的陶瓷壳体。本发明利用流延素片的柔韧性，将流延素片与3D模具一起进行脱脂、烧结处理，一方面3D模具型腔能够对脱脂烧结过程中流延素片的缩水变形产生限制作用；另一方面，流延素片在3D模具中脱脂烧结后能够直接成型出具有3D形状的陶瓷壳体，不需要后续大量的CNC加工处理。
本发明中，所述3D陶瓷壳体是指陶瓷壳体为立体结构，3D陶瓷壳体的外侧面与内侧面不在同一个平面，陶瓷壳体的外侧面与内侧面均具有曲面形状。当3D陶瓷壳体的两边弯曲（即两个侧边弯曲）时，该3D陶瓷壳体为双曲面形状；当3D陶瓷壳体的四边弯曲（即两个侧边和上下边均弯曲），该3D陶瓷壳体为四曲面形状。
本发明中，所述3D模具内具有与所需制得的3D陶瓷壳体的形状相适应的模具型腔。所述模具为耐高温材料，能够承受陶瓷流延素片的烧结温度；优选地，所述模具材料选自氧化铝或莫来石。所述模具型腔与产品接触的面需要具有较小的粗糙度，可以通过对模具型腔内表面进行抛光处理和/或在模具型腔内涂覆润滑层从而减小模具与陶瓷产品之间的附着和摩擦来实现。所述模具型腔厚度稍稍大于最终产品的厚度，这是由于3D陶瓷壳体在脱脂烧结后需要进行打磨、抛光，会在尺寸上有一定的下减量。
本发明中，所述生胚片的厚度为0.05-0.4mm，优选为0.2-0.3mm；在优选范围内，所述生胚片的致密度更加均匀。
本发明中，所述流延素片的厚度为0.4-1.6mm，优选为0.4-1.2mm。流延素片叠加的越厚，其尺寸精准度变差；在此优选范围内，所述流延素片的尺寸精准度更佳。
本发明中，所述步骤S2中叠压是将单片或多片生胚片叠加，并通过温等静压的方式制成流延素片。现有技术中直接流延成型厚度较厚的生胚片，再进行脱脂、烧结处理，脱脂、烧结处理过的产品会产生严重的缩水变形；本发明采用较薄的单片生胚片或多片生胚片叠压得到所需厚度的陶瓷流延素片，然后在陶瓷流延素片烧结的过程中加上模具的限制，能够有效抑制陶瓷流延素片在脱脂烧结过程中缩水变形。
本发明中，所述温等静压的压力为20-80MPa，温度为50-90℃，时间为20-90min。
本发明中，所述步骤S3将流延素片放入3D模具进行脱脂、烧结处理，所述流延素片是平面片，在进行脱脂、烧结处理之前将平面流延素片裁剪并放入模具，放入模具的流延素片弯曲成与模具型腔相适应的形状，然后流延素片和模具一同进行脱脂、烧结处理，经脱脂、烧结处理后，脱模制得3D陶瓷壳体。与现有技术中将平面流延素片先烧结成型，再进行高温弯曲处理形成的3D陶瓷壳体相比，本发明仅需一次高温（烧结）处理，即壳体成型为3D外形是与烧结过程同时进行，这样就避免了再次高温处理对陶瓷内部晶粒、四方和单斜相比例的影响，从而减弱对陶瓷物理性能的影响，同时也能提高生产效率。
本发明中，所述脱脂的温度为200-600℃，脱脂的时间为9-25h；所述烧结的温度为1300-1550℃，烧结的时间2-4h。
本发明第二方面提供一种陶瓷壳体，所述陶瓷壳体由上述陶瓷壳体的制备方法制备得到；所述陶瓷壳体具有3D外形。
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.2mm的流延生胚片；裁剪后将2片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为0.38mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（双曲面形状—两边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片一起放入炉子进行脱脂烧结；脱脂温度为450℃，脱脂时间为20h，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为2h；烧结后得到具备3D形状（双曲面形状）的陶瓷片；烧结后的3D陶瓷片形状和模具型腔吻合很好，无明显变形；将烧结得到的3D陶瓷片进行少量的CNC精修，然后进行打磨、抛光，从而得到外观具有镜面光洁度的3D陶瓷壳体。
实施例2
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.2mm的流延生胚片；裁剪后将4片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为0.76mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（双曲面形状—两边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片一起放入炉子进行脱脂烧结；脱脂温度为450℃，脱脂时间为20h，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为2h；烧结后得到具备3D形状（双曲面形状）的陶瓷片；烧结后的3D陶瓷片形状和模具型腔吻合很好，无明显变形；将烧结得到的3D陶瓷片进行少量的CNC精修，然后进行打磨、抛光，从而得到外观具有镜面光洁度的3D陶瓷壳体。
实施例3
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.2mm的流延生胚片；裁剪后将4片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为0.75mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（四曲面形状—四边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片一起放入炉子进行脱脂烧结；脱脂温度为450℃，脱脂时间为20h，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为2h；烧结后得到具备3D形状（四曲面形状）的陶瓷片；烧结后的3D陶瓷片形状和模具型腔吻合很好，无明显变形；将烧结得到的3D陶瓷片进行少量的CNC精修，然后进行打磨、抛光，从而得到外观具有镜面光洁度的3D陶瓷壳体。
实施例4
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.3mm的流延生胚片；裁剪后将4片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为1.12mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（四曲面形状—四边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片一起放入炉子进行脱脂烧结；脱脂温度为450℃，脱脂时间为20h，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为2h；烧结后得到具备3D形状（四曲面形状）的陶瓷片；烧结后的3D陶瓷片形状和模具型腔吻合很好，无明显变形；将烧结得到的3D陶瓷片进行少量的CNC精修，然后进行打磨、抛光，从而得到外观具有镜面光洁度的3D陶瓷壳体。
实施例5
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.4mm的流延生胚片；裁剪后将4片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为1.5mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（四曲面形状—四边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片一起放入炉子进行脱脂烧结；脱脂温度为450℃，脱脂时间为20h，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为2h；烧结后得到具备3D形状（四曲面形状）的陶瓷片；烧结后的3D陶瓷片形状和模具型腔吻合很好，无明显变形；将烧结得到的3D陶瓷片进行少量的CNC精修，然后进行打磨、抛光，从而得到外观具有镜面光洁度的3D陶瓷壳体。
对比例1
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.2mm的流延生胚片；裁剪后将2片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为0.38mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（双曲面形状—两边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片加热至70℃并保温20min，流延素片具有3D形状（双曲面形状），但将流延素片从模具中取出后，其形状与模具型腔的形状产生了偏离，流延素片向原本的平面片形状回弹；将流延素片再放入炉子进行脱脂和烧结；脱脂温度450℃，脱脂时间20h，烧结温度1450℃，烧结保温时间2h。烧结后得到的陶瓷片形状和模具型腔形状偏离较大，且产生了凸起或凹陷的严重变形。
对比例2
将陶瓷粉末、分散剂、粘结剂、增塑剂和有机溶剂混合，球磨16h后进行真空除泡和过筛，得到流延浆料；将流延浆料倒入流延机进行流延成型，得到0.2mm的流延生胚片；裁剪后将2片生胚片叠加进行温等静压，压力为35MPa，温度为70℃，时间为70min；温等静压后得到厚度为0.37mm的流延素片；将流延素片裁剪为与3D模具型腔（双曲面形状—两边弯曲）相适应的尺寸，并将其放置于模具中；将模具与流延素片一起放入炉子进行脱脂；脱脂温度为450℃，脱脂时间为20h，脱脂后得到具备3D形状（双曲面形状）的陶瓷片；将脱脂后的陶瓷片从模具中取出，放入炉子进行烧结，烧结温度为1450℃，烧结保温时间为2h；脱脂后未经烧结的陶瓷片强度很差，在从模具中取出时非常容易碎裂；且烧结后陶瓷片产生了凸起或凹陷的严重变形。
由实施例和对比例可以看出，本发明将流延素片裁剪为与3D模具型腔相适应的尺寸后放入3D模具，将3D模具与流延素片一起进行脱脂烧结处理，能够直接得到具有3D外形的陶瓷壳体，后续不需要大量的CNC加工处理，且由上述方法制备的陶瓷壳体外观良好，不会产生明显的变形。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将陶瓷粉末、溶剂和粘结剂混合形成流延浆料；
S2：通过流延工艺将所述流延浆料流延制得生胚片，将生胚片叠压得到流延素片；
S3：将所述流延素片放入3D模具，对载有流延素片的3D模具进行脱脂、烧结处理；经脱脂、烧结处理后，脱模制得3D陶瓷壳体。
2.根据权利要求1所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述3D模具内具有与所需制得的3D陶瓷壳体的形状相适应的模具型腔。
3.根据权利要求2所述的陶瓷壳体制备方法，其特征在于，所述3D模具的材料为氧化铝或莫来石。
4.根据权利要求2所述的陶瓷壳体制备方法，其特征在于，所述模具型腔的内表面经过抛光处理和/或涂覆有润滑层。
5.根据权利要求1所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述生胚片的厚度为0.05-0.4mm。
6.根据权利要求5所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述生胚片的厚度为0.2-0.3mm。
7.根据权利要求1所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述流延素片的厚度为0.4-1.6mm。
8.根据权利要求7所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述流延素片的厚度为0.4-1.2mm。
9.根据权利要求1所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述叠压是将单片或多片生胚片叠加，并通过温等静压的方式制成流延素片。
10.根据权利要求9所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述温等静压的压力为20-80MPa，温度为50-90℃，时间为20-90min。
11.根据权利要求1所述陶瓷壳体的制备方法，其特征在于，所述脱脂的温度为200-600℃，脱脂的时间为9-25h；所述烧结的温度为1300-1550℃，烧结的保温时间2-4h。
12.一种陶瓷壳体，其特征在于，由权利要求1-11中任一项所述陶瓷壳体的制备方法制备得到。
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