CN110395981B - 2.5d或3d陶瓷壳体及其制备方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了2.5D或3D陶瓷壳体及其制备方法和电子设备。制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法包括：将陶瓷浆料流延形成陶瓷膜片；对陶瓷膜片进行第一烧结处理，得到平板陶瓷；将平板陶瓷放置在2.5D或3D模具中；对平板陶瓷进行第二烧结处理，得到2.5D或3D陶瓷壳体。由此，通过两次烧结可以最大程度的将2.5D或3D陶瓷壳体中的有机物排除，改善2.5D或3D陶瓷壳体的强度和抗冲击性；而且，采用流延工艺，不仅2.5D或3D陶瓷壳体生产的连续性增强，生产速度快、自动化程度高、效率高，便于大规模生产，且得到的2.5D或3D陶瓷壳体的组织结构均匀、产品质量佳。

Description

2.5D或3D陶瓷壳体及其制备方法和电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，具体的，涉及2.5D或3D陶瓷壳体及其制备方法和电子设备。

背景技术

近年来，陶瓷后盖以其温润的物理特性，成为手机壳体的主要材料之一。但目前常用的陶瓷后盖材料为氧化锆材料，其3D造型的制备工艺较为繁琐，先将掺杂其他氧化物的氧化锆粉末与粘结剂、消泡剂、增塑剂等添加剂混合造粒，然后将现有的混合粉体放置于3D模具中，在液压机中干压成型，再将干压后的胚体分别放置于排胶烧结炉中，烧结成瓷，再CNC加工成所需形状，最后研磨抛光得到成品。但是，上述制备方法不仅工艺繁琐，而且制备成本较高，不利于提升其市场竞争力。

因此，关于3D陶瓷壳体的研究有待深入。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法，该方法制备的3D陶瓷壳体的强度较佳。

在本申请的一个方面，本申请提供了一种制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法。根据本申请的实施例，制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法包括：将陶瓷浆料流延形成陶瓷膜片；对所述陶瓷膜片进行第一烧结处理，得到平板陶瓷；将所述平板陶瓷放置在2.5D或3D模具中；对所述平板陶瓷进行第二烧结处理，得到2.5D或3D陶瓷壳体。由此，通过两次烧结可以最大程度的将2.5D或3D陶瓷壳体中的有机物排除，改善2.5D或3D陶瓷壳体的强度和抗冲击性；而且，采用流延工艺，不仅2.5D或3D陶瓷壳体生产的连续性增强，生产速度快、自动化程度高、效率高，便于大规模生产，且得到的2.5D或3D陶瓷壳体的组织结构均匀、产品质量佳。

在本申请的另一个方面，本申请提供了一种2.5D或3D陶瓷壳体。根据本申请的实施例，2.5D或3D陶瓷壳体是利用前面所述的方法制备的。由此，该2.5D或3D陶瓷壳体的强度和抗冲击性能较佳，且生产成本较低，从而可以提升2.5D或3D陶瓷壳体的市场竞争力。

在本申请的又一个方面，本申请提供了一种电子设备。根据本申请的实施例，电子设备包括：前面所述的2.5D或3D陶瓷壳体；显示屏组件，所述显示屏组件与所述陶瓷壳体相连，所述显示屏组件和所述陶瓷壳体之间限定出安装空间；以及主板，所述主板设置在所述安装空间内且与所述显示屏组件电连接。由此，该电子设备具有2.5D或3D结构的陶瓷壳体，且该2.5D或3D陶瓷壳体的强度和抗冲击性能较佳，生产成本较低，从而提升电子设备的市场竞争力。

附图说明

图1是本申请一个实施例中制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法流程图。

图2是本申请另一个实施例中制备2.5D或3D陶瓷壳体的结构示意图。

图3是本申请又一个实施例中制备2.5D或3D陶瓷壳体的结构示意图。

图4是本申请又一个实施例中电子设备的结构示意图。

图5是本申请实施例1中3D陶瓷壳体的断面的扫描电镜图。

图6是本申请对比例1中3D陶瓷壳体的断面的扫描电镜图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本申请的一个方面，本申请提供了一种制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法。根据本申请的实施例，制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法包括：

S100：将陶瓷浆料流延形成陶瓷膜片。

其中，陶瓷浆料满足以下条件至少之一：黏度为500～2000cps(比如黏度为500cps、600cps、800cps、1000cps、1200cps、1400cps、1600cps、1800cps、2000cps)；固含量为45％～65％(比如固含量为45％、47％、49％、51％、53％、55％、57％、59％、61％、63％、65％)。由此，上述范围内的黏度可以保证采用流延工艺制备陶瓷膜片时，提升陶瓷膜片的厚度均匀性和力学性能；若黏度过大，陶瓷浆料的流动性差，相对不利于提高陶瓷膜片的厚度均匀性，也相对不利于陶瓷浆料中的陶瓷粉末的均匀性分散；若黏度过小，陶瓷浆料的流动性过大，不便于对陶瓷浆料流动的控制，难以保证流延厚度和厚度的均匀性，甚至在流延中出现无法粘附基膜的现象。上述范围内的固含量，可以确保陶瓷膜片具有较佳的力学性能和使用性能；若固含量的较低，则无法保证制备的陶瓷膜片具有较佳的力学性能和使用性能；若固含量较高，则相对不利于陶瓷粉末的均匀性分散。

在步骤S100中，陶瓷浆料包括陶瓷粉末、粘结剂、消泡剂、增塑剂和有机溶剂，其中上述各个组分的具体百分含量没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需求灵活选择。在一些实施例中，基于陶瓷浆料的总质量，按照质量百分比计算，陶瓷浆料包括7％～10％的粘结剂、2％～5％的消泡剂、5％～10％的增塑剂以及适量的陶瓷粉末和有机溶剂，将上述组分混合搅拌、脱泡，得到陶瓷浆料，其中陶瓷粉末和有机溶剂的含量可以根据上述对陶瓷浆料的黏度和固含量的限定来调节。

其中，粘结剂选自PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PVB(聚乙烯醇缩丁醛)中的至少一种；消泡剂可以选择二甲基硅氧烷；增塑剂选自邻苯二甲基二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的至少一种；有机溶剂选自无水乙醇、甲苯和乙二醇中的至少一种；陶瓷粉末为掺杂有其他氧化物的氧化锆，其中，其他氧化物选自氧化钇、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化镍、氧化铒和氧化锌中的至少一种。由此，有利于制备力学性能较佳的陶瓷壳体。

进一步的，如前所述，陶瓷浆料包括陶瓷粉末，基于陶瓷粉末的总质量，陶瓷粉末中的氧化锆的含量大于或等于85％，比如85％、87％、89％、90％、92％、94％。由此，在后续的第二烧结处理中，有利于平板陶瓷的热弯成型。

其中，采用流延机对陶瓷浆料进行流延得到陶瓷膜片，具体的：首先将陶瓷浆料加热至45～55℃，以此来保证陶瓷浆料的黏度，同时还具有排泡的功效；将陶加热后的瓷浆料投入流延机的浆料箱中，调整流延机的流延压力和速度，并将流延机的烘箱温度设置为70～90℃，在烘箱中对初步流延成片的膜片进行加热，使其中的溶剂蒸发，从而得到陶瓷膜片。

另外，在本申请的一些实施例中，流延得到的陶瓷膜片的厚度为0.6～0.8mm。由此，有利于制备得到厚度较薄的2.5D或3D陶瓷壳体。

S200：对陶瓷膜片进行第一烧结处理，得到平板陶瓷。

进一步的，在第一烧结处理之前，对陶瓷膜片进行排胶处理，排胶处理的温度为300～320℃(比如300℃、305℃、310℃、315℃、320℃)，时间为40～45小时(比如40小时、41小时、42小时、43小时、44小时、45小时)。由此，可以将陶瓷膜片中的绝大部分有机物排除掉，以保证陶瓷壳体的形状、尺寸和质量。

更进一步的，第一烧结处理的条件为：温度为1400～1450℃(比如1400℃、1410℃、1420℃、1430℃、1440℃、1450℃)，时间为36～48小时(比如36小时、38小时、40小时、42小时、44小时、46小时、48小时)。由此，通过第一烧结处理可以得到致密性佳、力学性能良好的平板陶瓷；而且有利于后续第二烧结处理中平板陶瓷的热弯成型；再者，第一烧结处理可以更进一步的排出有机物，降低产品中的残胶含量(含胶量可低至0.1wt％以下)，从而改善陶瓷壳体的力学性能。

其中，在进行排胶处理之前，可预先将陶瓷膜片切割成预定尺寸的外形，由于在后续的排胶烧结中，陶瓷膜片会发生收缩，所以本领域技术人员可以根据陶瓷膜片的收缩率和最终2.5D或3D陶瓷壳体的尺寸确定预定尺寸。

S300：将平板陶瓷10放置在2.5D或3D模具20中，结构示意图参照图2。

在一些具体实施例中，模具(2.5D模具或3D模具)包括上模22和下模21，其中，平板陶瓷10夹持在上模和下模之间，即平板陶瓷10放在的下模21(或称为凹模)的上方，将3D模具20的上模22放在平板陶瓷10的上方，结构示意图参照图2。

其中，本领域技术人员可以理解，为了得到2.5D或3D陶瓷壳体，平板陶瓷的尺寸是要大于凹模开口的大小，如图2所示。

S400：对平板陶瓷进行第二烧结处理，得到2.5D或3D陶瓷壳体。在第二烧结处理中平板陶瓷发生热弯，通过借助模具(2.5D模具或3D模具)的上模的自重压力，进而得到2.5D或3D结构的陶瓷壳体，具体的：在第二烧结处理中，烧结温度高于陶瓷粉末中主要陶瓷氧化物组分的相变温度，平板陶瓷发生高温蠕变，在上模22的自然重力下，发生高温蠕变的平板陶瓷发生热弯，并贴合模具20的内壁，自然冷却后2.5D或3D陶瓷定型，即得到2.5D或3D陶瓷壳体100，结构示意图参照图3；而且，由于在第一烧结处理中仍有有机物排出，从而导致平板陶瓷中具有气孔，严重影响陶瓷的强度和抗冲击性，所以，通过第二烧结处理，平板陶瓷重新蠕变成型，在此过程中可以大大缩小上述气孔的孔径，从而提升2.5D或3D陶瓷壳体的抗冲击性和耐跌落性能。

在一些具体实施例中，陶瓷粉末中主要陶瓷氧化物组分为氧化锆(质量百分比大于或等于85％)，所以在第二烧结处理中，烧结温度高于氧化锆的相变温度，从而平板陶瓷发生高温蠕变，且在上模22的自然重力下，发生高温蠕变的平板陶瓷贴合2.5D或3D模具20的内壁，自然冷却后陶瓷定型，即得到2.5D或3D陶瓷壳体100。

其中，第二烧结处理的条件为：温度为1400～1450℃(比如1400℃、1410℃、1420℃、1430℃、1440℃、1450℃)，时间为10～14小时(10小时、11小时、12小时、13小时、14小时)。由此，在上述温度下进行第二烧结处理，不仅可以使平板陶瓷发生高温蠕变，得到2.5D或3D陶瓷壳体，而且有利于得到致密性较佳、力学性能优异的2.5D或3D陶瓷壳体。

进一步的，在第二烧结处理中，烧结炉内的气压为10～15MPa(比如10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、16MPa)。由此，烧结炉内的气压在上述范围内，气压作用于模具，可以有助于陶瓷与模具的内壁紧密贴合；若气压低于10MPa，则陶瓷与模具的内壁的贴合相对较差；若气压大于15MPa，不仅陶瓷与模具内壁之间的贴合情况改善不明显，而且成本大大提高。

其中，模具具有微孔结构，微孔结构的孔径为500～1200微米，比如500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1000微米、1100微米或1200微米。由此，烧结炉内的气压通过微孔结构可以作用于模具内的陶瓷，进而可进一步的有助于陶瓷与模具内壁之间的紧密贴合，得到形形貌较佳、致密性较好、力学性能较佳的陶瓷壳体；若孔径小于500微米，则气压对陶瓷的作用相对不明显，不能较好的改善陶瓷与模具内壁之间的贴合情况；若孔径大于1200微米，则相对不利于形成表面光滑均匀的陶瓷壳体。

更进一步的，模具的内壁的粗糙度Ra为0.02～0.5微米，比如0.02微米、0.03微米、0.04微米、0.05微米、0.1微米、0.15微米、0.2微米、0.25微米、0.3微米、0.35微米、0.4微米、0.45微米或0.5微米。由此，制备的2.5D或3D陶瓷壳体的表面光滑，表面粗糙度较低，进而提升2.5D或3D陶瓷壳体的外观效果。在一些实施例中，制备的2.5D或3D陶瓷壳体的表面粗糙度Ra为0.02～0.05微米，比如0.02微米、0.03微米、0.04微米、0.05微米，如此，该2.5D或3D陶瓷壳体具有较光滑的表面，保证陶瓷壳体较佳的外观效果。

其中，由于第二烧结处理的温度较高，模具可以选择耐火模具，比如氧化铝基耐火模具。由此，不仅耐火温度较高，而且在高温下稳定性高。

目前，在制备2.5D或3D陶瓷壳体时，通常采用干压成型工艺，即将陶瓷粉末投入2.5D或3D模具中，在一定的压力下合成生坯，然后再排胶、烧结、CNC加工减薄，在该方法中陶瓷不仅容易开裂，而且所需CNC加工减薄的厚度较大(即CNC加工余量较大)，通常是将0.9～1.1毫米的陶瓷素坯减薄为0.25～0.45毫米的陶瓷壳体，由此可见，CNC加工余量较大，从而会大大增加2.5D或3D陶瓷壳体的制作成本，然而本申请中的制备方法可以大大降低减薄余量，具体的：

制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法还包括：在第二烧结处理之后，还包括减薄处理(比如可以采用CNC加工处理)，其中，平板陶瓷在第二烧结处理之后的厚度为0.48～0.64mm(由于在排胶烧结的过程中陶瓷膜片会发生收缩，故烧结后陶瓷的厚底比陶瓷膜片的厚度(0.6～0.8mm)薄)，减薄处理之后得到的2.5D或3D陶瓷壳体的厚度为0.25～0.45毫米。由此可见，所需减薄处理的厚度较薄，即减薄处理的加工余量较低，可以有效的降低制备成本。尤其采用CNC进行减薄处理时，降低CNC加工余量，可以明显降低加工成本，而且，CNC加工时容易因为刀路不合理而产生应力翘曲，严重影响3D陶瓷壳体的外观效果和应用，所以当CNC加工余量较低时，可以大大降低上述风险。

根据本申请的实施例，制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法还可以进一步包括：在减薄处理后的产品的内表面进行真空镀膜，和/或在在减薄处理后的产品的外表面形成高透防指纹膜(AF膜)。由此，通过真空镀膜可以提升2.5D或3D陶瓷壳体的外观效果，通过形成AF膜可以防止指纹在电子设备的表面留下指纹，影响其美观。

在本申请的另一个方面，本申请提供了一种2.5D或3D陶瓷壳体。根据本申请的实施例，2.5D或3D陶瓷壳体是利用前面所述的方法制备的。由此，该2.5D或3D陶瓷壳体的强度和抗冲击性能较佳，且生产成本较低，从而可以提升2.5D或3D陶瓷壳体的市场竞争力。

进一步的，2.5D或3D陶瓷壳体的表面粗糙度Ra为0.02～0.05微米，比如0.02微米、0.03微米、0.04微米、0.05微米，如此，该2.5D或3D陶瓷壳体具有较光滑的表面，保证陶瓷壳体较佳的外观效果。

在本申请的又一个方面，本申请提供了一种电子设备。根据本申请的实施例，参照图4，电子设备1000包括：前面所述的2.5D或3D陶瓷壳体100；显示屏组件200，显示屏组件200与陶瓷壳体(即2.5D陶瓷壳体或3D陶瓷壳体)100相连，显示屏组件200和陶瓷壳体100之间限定出安装空间；以及主板(图中未示出)，主板设置在安装空间内且与显示屏组件电连接。由此，该电子设备具有2.5D或3D结构的陶瓷壳体，且该2.5D或3D陶瓷壳体的强度和抗冲击性能较佳，生产成本较低，从而提升电子设备的市场竞争力。

其中，上述电子设备的具体种类没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际需求灵活选择，比如可以为手机(参照图4)、iPad、笔记本等电子设备。

实施例

实施例1

制备3D陶瓷壳体的方法包括：

将陶瓷浆料流延形成陶瓷膜片，其中，陶瓷浆料的粘度为1500cps，固含量为60％，陶瓷浆料包括陶瓷粉末，基于陶瓷粉末的总质量，陶瓷粉末中的氧化锆的含量等于85％；

对陶瓷膜片依次进行排胶处理和第一烧结处理，得到平板陶瓷，其中，排胶处理的温度为310℃，时间为45小时，第一烧结处理的温度为1440℃，时间为40小时；

将平板陶瓷放置在3D模具中；

对平板陶瓷进行第二烧结处理，其中，第二烧结的温度为1440℃，时间为12小时，烧结炉内的气压为12MPa；

对第二烧结处理之后的陶瓷进行CNC加工，得到3D陶瓷壳体，其厚度为0.25毫米。

对得到的3D陶瓷壳体的断面进行电镜扫描(SEM)，扫描电镜图参照图5(放大倍数*30K)，由此可见，通过两次烧结，断面晶粒尺寸较均匀，无气孔。

对得到的3D陶瓷壳体进行落球测试：采用32g钢球砸3D陶瓷壳体的同一位置点，连续5次陶瓷无碎裂，提高5cm重复上述操作，3D陶瓷壳体在落球高度为65cm时发生碎裂。

对比例1

制备3D陶瓷壳体的方法包括：

将陶瓷浆料流延形成陶瓷膜片，其中，陶瓷浆料的粘度为1500cps，固含量为60％，陶瓷浆料包括陶瓷粉末，基于陶瓷粉末的总质量，陶瓷粉末中的氧化锆的含量等于85％；

将陶瓷膜片放置在3D模具中；

对陶瓷膜片依次进行排胶处理和烧结处理，其中，排胶处理的温度为310℃，时间为45小时，烧结处理的温度为1440℃，时间为40小时；

对排胶和烧结处理之后的陶瓷进行CNC加工，得到3D陶瓷壳体，其厚度为0.25毫米。

对得到的3D陶瓷壳体的断面进行电镜扫描(SEM)，扫描电镜图参照图6(放大倍数*30K)，由此可见，通过一次烧结，断面晶粒尺寸的均匀性较差，且有气孔。

对得到的3D陶瓷壳体进行落球测试：采用32g钢球砸3D陶瓷壳体的同一位置点，连续5次陶瓷无碎裂，提高5cm重复上述操作，3D陶瓷壳体在落球高度为60cm时发生碎裂。

通过实施例1和对比例1的测试结果可知，通过两次烧结得到的3D陶瓷壳体的断面无气孔，具有较好的强度和抗冲击性。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请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)

1.一种制备2.5D或3D陶瓷壳体的方法，其特征在于，包括：

将陶瓷浆料流延形成陶瓷膜片；

对所述陶瓷膜片进行第一烧结处理，得到平板陶瓷；

将所述平板陶瓷放置在2.5D模具或3D模具中，所述2.5D模具或所述3D模具具有微孔结构；

对所述平板陶瓷进行第二烧结处理，在所述第二烧结处理中所述平板陶瓷发生热弯，通过借助所述2.5D模具或所述3D模具的上模的自重压力，得到2.5D或3D陶瓷壳体，

其中，在所述第二烧结处理中，烧结炉内的气压为10～15MPa。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷浆料满足以下条件至少之一：

黏度为500～2000cps；固含量为45％～65％。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述陶瓷浆料包括陶瓷粉末，基于所述陶瓷粉末的总质量，所述陶瓷粉末中的氧化锆的含量大于或等于85％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一烧结处理之前，对所述陶瓷膜片进行排胶处理，所述排胶处理的温度为300～320℃，时间为40～45小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一烧结处理的条件为：温度为1400～1450℃，时间为36～48小时。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述第二烧结处理的条件为：温度为1400～1450℃，时间为10～14小时。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔结构的孔径为500～1200微米。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述模具的内壁的粗糙度为0.02～0.5微米。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第二烧结处理之后，还包括减薄处理，其中，所述平板陶瓷在第二烧结处理之后的厚度为0.48～0.64mm，所述减薄处理之后得到的所述2.5D或3D陶瓷壳体的厚度为0.25～0.45毫米。

10.一种2.5D或3D陶瓷壳体，其特征在于，是利用权利要求1～9中任一项所述的方法制备的。

11.根据权利要求10所述的2.5D或3D陶瓷壳体，其特征在于，所述2.5D或3D陶瓷壳体的表面粗糙度Ra为0.02～0.05微米。

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求10或11所述的2.5D或3D陶瓷壳体；

显示屏组件，所述显示屏组件与所述陶瓷壳体相连，所述显示屏组件和所述陶瓷壳体之间限定出安装空间；以及

主板，所述主板设置在所述安装空间内且与所述显示屏组件电连接。

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