CN110436921A - 陶瓷制品及其制备方法和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷制品及其制备方法和电子设备。该陶瓷制品中,制备该陶瓷制品的原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1份~0.5份的氧化锌、0.1份~0.5份的氧化铝、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01份~0.5份的氧化钛及0.01份~0.1份的氧化镍。上述陶瓷制品具有较高的透过率。

Description

陶瓷制品及其制备方法和电子设备
技术领域
本发明涉及材料技术领域,特别是涉及一种陶瓷制品及其制备方法和电子设备。
背景技术
氧化锆(化学式为ZrO2)是锆的主要氧化物,化学性质不活泼,具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质,能够作为耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。然而,一般的氧化锆材料制成的陶瓷制品的透过率较低,约为20%,严重限制陶瓷制品的使用。
发明内容
基于此,有必要提供一种透过率较高的陶瓷制品。
此外,还提供一种陶瓷制品的制备方法和电子设备。
一种陶瓷制品,以质量份数计,制备所述陶瓷制品的原料包括:
上述陶瓷制品的原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1份~0.5份的氧化锌、0.1份~0.5份的氧化铝、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01份~0.1份的氧化镍及0.01份~0.5份的氧化钛,配比合理,使得陶瓷制品具有较高的透过率较高。经试验验证,采用上述陶瓷制品的透过率大于40%,具有较高的透过率。
在其中一个实施例中,所述氧化锆与所述氧化钇的质量比为20:1~22:1。
在其中一个实施例中,所述二氧化硅与所述氧化铝的质量比为2:1~2.5:1。
一种陶瓷制品的制备方法,包括如下步骤:
将原料混合,得到混合料,其中,所述原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1份~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01份~0.1份的氧化镍及0.01份~0.5份的氧化钛;及
将所述混合料成型,得到陶瓷制品。
在其中一个实施例中,所述将原料混合,得到混合料的步骤之后,将所述混合料成型的步骤之前,还包括对所述混合料进行球磨的步骤。
在其中一个实施例中,所述将原料混合,得到混合料的步骤包括:将所述原料、消泡剂、增塑剂、粘接剂和有机溶剂混合,得到所述混合料。
在其中一个实施例中,所述混合料中,所述原料的质量份数为65份~81份,所述消泡剂的质量份数为2份~5份,所述增塑剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂的质量份数为7份~10份,所述有机溶剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种,所述将所述混合料成型的步骤中,成型的方式为干压成型。
在其中一个实施例中,所述将所述混合料成型的步骤中,干压压力为180MPa~240MPa,干压温度为40℃~80℃,保压时间为5s~500s。
在其中一个实施例中,所述混合料中,所述原料的质量份数为60份~78份,所述消泡剂的质量份数为2份~5份,所述增塑剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂的质量份数为10份~15份,所述有机溶剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂包括石蜡及聚丙烯,所述石蜡及所述聚丙烯的质量比为6:4~9:1,所述将所述混合料成型的步骤包括:将所述混合料依次进行造粒和注射成型。
在其中一个实施例中,将所述混合料进行造粒的步骤中,造粒形成的颗粒的长度为3cm~5cm;
及/或,将所述混合料造粒形成的颗粒进行注射成型的步骤中,注射温度为150℃~180℃,注射压力为75MPa~90MPa。
在其中一个实施例中,所述混合料中,所述原料的质量份数为55份~76份,所述消泡剂的质量份数为2份~5份,所述增塑剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂的质量份数为7份~10份,所述有机溶剂的质量份数为10份~20份,所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种,所述将所述混合料成型的步骤中,成型的方式为流延成型。
在其中一个实施例中,其特征在于,所述将所述混合料成型的步骤之后,还包括如下步骤:将所述混合料成型得到的坯体进行排胶烧结。
在其中一个实施例中,将所述混合料成型得到的坯体进行排胶烧结的步骤中,排胶温度为300℃~600℃,排胶时间为36h~72h,烧结温度为1300℃~1500℃,烧结时间为36h~72h。
一种陶瓷制品,由上述陶瓷制品的制备方法制备得到。
一种电子设备,包括:
壳体组件,包括基底,所述基底由上述所述的陶瓷制品的制备方法制备得到;
显示组件,与所述壳体组件连接,所述显示组件和所述壳体组件之间限定出安装空间;及
电路板,设置在所述安装空间内且与所述显示组件电连接。
附图说明
图1为一实施方式的电子产品的结构示意图;
图2为另一实施方式的电子产品的壳体组件的截面示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关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的实施例。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。
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。
一实施方式的陶瓷制品具有较高的透过率,能够用于制备外观效果较好的电子产品的外壳。制备该陶瓷制品的原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1份~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01份~0.1份的氧化镍及0.01份~0.5份的氧化钛。
一些研究通过共沉淀方式在氧化锆粉体中掺杂氧化铝,提升其力学特性。由于氧化铝为乳白色,氧化铝的添加导致陶瓷制品的透过率较低,通常厚度为0.45mm的陶瓷制品的透过率为20%左右,严重限制陶瓷制品的使用。上述陶瓷制品的原料配比合理,使得陶瓷制品具有较高的透过率,并且使得陶瓷制品具有较优的力学性能较好。
氧化锆即ZrO2,为陶瓷制品的基料,具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质,使得陶瓷制品能够耐高温,且具有较好绝缘性。进一步地,制备陶瓷制品的原料中氧化锆的质量份数为87份~93份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中氧化锆的质量份数为85份、87份、90份、93份或者95份。
氧化钇即Y2O3能够使得陶瓷粉体粒子半径减小,能够抑制陶瓷粉体粒子的长大趋势,但是能够加剧陶瓷粉体粒子的团聚,且团聚强度较好,陶瓷粉体的晶粒尺寸增大,晶界减少,以降低对光线的折射和吸收,而提高透过率;并且氧化钇能够使陶瓷粉体的相组成成分从单斜相和四方相转变为四方相,再转变为四方相与立方相的混合,而立方相的透过率较高,以增加陶瓷制品的透过率。
进一步地,制备陶瓷制品的原料中氧化钇的质量份数为2.5份~4.5份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中氧化钇的质量份数为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或者5份。
在其中一个实施例中,氧化锆与氧化钇的质量比为20:1~22:1。此种设置既能够提高陶瓷制品的透过率,又能够使得陶瓷制品具有较强的韧性和较好的加工特性。
铪与锆为同族元素,化学性质相似。添加质量份数为1份~2.5份的氧化铪(即HfO2)能够保证陶瓷制品的力学性能。
二氧化硅(即SiO2)具有较强的耐酸性和耐高温性能,能够提高陶瓷制品的耐酸性和耐高温,并且二氧化硅在高温状态时呈现白色,还能够调节陶瓷制品的颜色,以提高陶瓷制品的亮度。进一步地,制备陶瓷制品的原料中二氧化硅的质量份数为0.4份~0.8份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中二氧化硅的质量份数为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或者1份。
一般地,陶瓷制品中氧化铝的质量百分含量为5%~9%,能够使陶瓷制品具有较高的硬度。然而,氧化铝为乳白色,导致陶瓷制品的透过率较低。而上述实施方式的陶瓷制品通过加入氧化铝并优化氧化铝的含量,既能够提高陶瓷制品的亮度,使陶瓷制品具有较高的透过率,又能够保证陶瓷制品的力学性能。进一步地,制备陶瓷制品的原料中氧化铝的质量份数为0.1份~0.4份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中氧化铝的质量份数为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或者0.5份。
在其中一个实施例中,二氧化硅与氧化铝的质量比为2:1~2.5:1。此种设置既能够提高陶瓷制品的透过率,又能够提高陶瓷制品的力学性能。
氧化锌是一种白色的颜料,能够调节陶瓷制品的颜色,使得陶瓷制品具有较高的透过率,还能够增加陶瓷制品的力学性能。进一步地,制备陶瓷制品的原料中氧化锌的质量份数为0.1份~0.4份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中氧化锌的质量份数为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或者0.5份。
三氧化二铁能够调节陶瓷制品的颜色,提高陶瓷制品的力学性能。进一步地,制备陶瓷制品的原料中,三氧化二铁的质量份数为0.01份~0.05份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中,三氧化二铁的质量份数为0.001份、0.005份、0.01份、0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或者0.1份。
氧化镍为绿色,而三氧化二铁为棕红色,二者的颜色为相消色,氧化镍和三氧化二铁能够削弱彼此的色相,以呈现黑色或者灰色,以提高陶瓷制品的透过率,并且氧化镍的添加还能够提高陶瓷制品的力学性能。进一步地,制备陶瓷制品的原料中,氧化镍的质量份数为0.03份~0.07份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中,氧化镍的质量份数为0.01份、0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或者0.1份。
氧化钛是一种白色颜料,能够提高陶瓷制品的亮度,增加陶瓷制品的透过率。进一步地,制备陶瓷制品的原料中,氧化钛的质量份数为0.2份~0.4份。在其中一些实施例中,制备陶瓷制品的原料中,氧化钛的质量份数为0.01份、0.05份、0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或者0.5份。
在其中一个实施例中,制备陶瓷制品的原料以质量份数计由如下组分构成:85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁0.01~0.1份的氧化镍和0.01~0.5份的氧化钛。此种设置使得陶瓷制品具有较高的透过率和较优的力学性能。
在其中一个实施例中,制备陶瓷制品的原料混合后得到的陶瓷粉体的粒径(D50,中位径或中值粒径)为500nm~1200nm。此种设置使得陶瓷制品具有较高的透过率较高和较优的力学性能较好。
上述陶瓷制品的原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01~0.5份的氧化钛和0.01~0.1份的氧化镍,配比合理,使得陶瓷制品具有较高的透过率较高。经试验验证,采用上述陶瓷制品的透过率大于40%,具有较高的透过率。
进一步地,上述陶瓷制品通过优化氧化铝的含量,使得陶瓷制品能够兼具较高透过率和较优力学性能,以用于电子产品的外壳。
一实施方式的陶瓷制品的制备方法,能够制备透过率较高且力学性能较好的陶瓷制品。该陶瓷制品的制备方法包括如下步骤S110~S120:
S110、将原料混合,得到混合料,其中,原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01~0.1份的氧化镍和0.01~0.5份的氧化钛。
在其中一个实施例中,原料中氧化锆的质量份数为87份~93份。在其中一些实施例中,原料中氧化锆的质量份数为85份、87份、90份、93份或者95份。
在其中一个实施例中,原料中氧化钇的质量份数为2.5份~4.5份。在其中一些实施例中,原料中氧化钇的质量份数为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或者5份。
在其中一个实施例中,氧化锆与氧化钇的质量比为20:1~22:1。
铪与锆为同族元素,化学性质相似。添加质量份数为1份~2.5份的氧化铪(即HfO2)能够保证陶瓷制品的力学性能。
在其中一个实施例中,原料中二氧化硅的质量份数为0.4份~0.8份。在其中一些实施例中,原料中二氧化硅的质量份数为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或者1份。
在其中一个实施例中,原料中氧化铝的质量份数为0.1份~0.4份。在其中一些实施例中,原料中氧化铝的质量份数为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或者0.5份。
在其中一个实施例中,二氧化硅与氧化铝的质量比为2:1~2.5:1。
在其中一个实施例中,,原料中氧化锌的质量份数为0.1份~0.4份。在其中一些实施例中,原料中氧化锌的质量份数为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或者0.5份。
在其中一个实施例中,原料中,三氧化二铁的质量份数为0.01份~0.05份。在其中一些实施例中,原料中,三氧化二铁的质量份数为0.001份、0.01份、0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或者0.1份。
在其中一个实施例中,原料中,氧化镍的质量份数为0.03份~0.07份。在其中一些实施例中,原料中,氧化镍的质量份数为0.01份、0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或者0.1份。
在其中一个实施例中,原料中,氧化钛的质量份数为0.2份~0.4份。在其中一些实施例中,原料中,氧化钛的质量份数为0.01份、0.05份、0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或者0.5份。
在其中一个实施例中,原料以质量份数计由如下组分构成:85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01~0.1份的氧化镍和0.01~0.5份的氧化钛。
在其中一个实施例中,原料混合后得到的陶瓷粉体的粒径(D50,中位径或中值粒径)为500nm~1200nm。
在其中一个实施例中,将原料混合,得到混合料的步骤包括:将原料、消泡剂、增塑剂、粘接剂和有机溶剂混合,得到混合料。
在其中一个实施例中,消泡剂包括二甲基硅氧烷。需要说明的是,消泡剂不限于上述指出的消泡剂,也可以为其他陶瓷领域中的消泡剂。可以根据需要进行设置。
在其中一个实施例中,混合料中,消泡剂的质量份数为3份~4份。在其中一些实施例中,混合料中,消泡剂的质量份数为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或者5份。
增塑剂能够改善混合料的性能,使得陶瓷制品具有较高的韧性和塑性。进一步地,增塑剂包括邻苯二甲基二丁酯(即DBP,Dibutyl phthalate)、邻苯二甲酸丁苄酯(即BBP,Benzyl butyl phthalate)及邻苯二甲酸二辛酯(即DOP,Dioctyl Phthalate)中的至少一种。需要说明的是,增塑剂不限于上述指出的增塑剂,也可以为其他陶瓷领域中的增塑剂。可以根据需要进行设置。
在其中一个实施例中,混合料中,增塑剂的质量份数为6份~9份。进一步地,混合料中,增塑剂的质量份数为7份~8份。在其中一些实施例中,混合料中,增塑剂的质量份数为5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或者10份。
有机溶剂能调节混合料的粘度。进一步地,有机溶剂包括乙醇、甲苯及乙二醇中的至少一种。此种设置使得陶瓷制品具有较高的致密度,以提高陶瓷制品的硬度。更进一步地,有机溶剂包括甲苯及乙二醇。甲苯及乙二醇的质量比为7:3~9:3。此种设置既能降低甲苯带来的毒性,同时兼顾有机溶剂对陶瓷粉料均匀分散的特性。需要说明的是,能够通过控制有机溶剂的质量份数,以使的混合料通过不同的方式成型制成陶瓷制品。
在其中一个实施例中,混合料中,有机溶剂的质量份数为5份~10份。此种设置的混合料能够通过干压成型或者注射成型制成陶瓷制品。
在其中一个实施例中,混合料中,有机溶剂的质量份数为10份~20份。此种设置的混合料能够通过流延成型制成陶瓷制品。进一步地,混合料的黏度为400cps~2000cps。此种设置更利于混合料成型制成坯体。
在其中一个实施例中,粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯(即PMMA,poly(methylmethacrylate))、聚乙烯醇缩丁醛(即PVB,polyvinyl butyral)、石蜡及聚丙烯(即PP,polypropylene)中的至少一种。需要说明的是,粘结剂不限于上述指出的粘结剂,也可以为其他陶瓷材料中的粘结剂。可以根据需要进行设置。需要说明的是,能够通过控制粘结剂的种类和质量份数,以使得混合料能够通过不同的成型方式制成陶瓷制品。
在其中一个实施例中,粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。此种设置的混合料能够通过干压成型或者流延成型制成陶瓷制品。进一步地,混合料中,粘结剂的质量份数为7份~10份。在其中一些实施例中,混合料中,粘结剂的质量份数为7份、8份、9份或者10份。
在其中一个实施例中,粘结剂包括石蜡及聚丙烯中的至少一种。此种设置的混合料能够通过注射成型制成陶瓷制品。进一步地,粘结剂包括石蜡及聚丙烯。石蜡及聚丙烯的质量比为6:4~9:1。此种设置的混合料能够通过注射成型制成具有较高透过率和较优力学性能的陶瓷制品。更进一步地,混合料中,粘结剂的质量份数为10份~15份。具体地,混合料中,粘结剂的质量份数为11份~14份。在其中一些实施例中,混合料中,粘结剂的质量份数为10份、11份、12份、13份、14份或者15份。
在其中一个实施例中,混合料以质量份数计包括60份~78份的原料、2份~5份的消泡剂、5份~10份的增塑剂、10份~15份的粘结剂和5份~10份的有机溶剂。粘结剂包括石蜡及聚丙烯。石蜡及聚丙烯的质量比为6:4~9:1。此种设置使得混合料能够通过注射成型制成陶瓷制品,且得到具有较高的透过率和较优的力学性能的陶瓷制品。
在其中一个实施例中,混合料以质量份数计包括65份~81份的原料、2份~5份的消泡剂、5份~10份的增塑剂、7份~10份的粘结剂和5份~10份的有机溶剂,粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。此种设置使得混合料能够通过干压成型制成陶瓷制品,且得到具有较高的透过率和较优的力学性能的陶瓷制品。
S120、将混合料成型,得到陶瓷制品。
在其中一个实施例中,混合料的成型方式为干压成型、注射成型或者流延成型。需要说明的是,混合料成型的方式不限于上述指出的方式,也可以为陶瓷领域中其他成型方式,可以根据需要进行设置。
在其中一个实施例中,混合料中,原料的质量份数为65份~81份,消泡剂的质量份数为2份~5份,增塑剂的质量份数为5份~10份,粘结剂的质量份数为7份~10份,有机溶剂的质量份数为5份~10份,粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种,将混合料成型的步骤中,成型的方式为干压成型。
进一步地,将混合料干压成型的步骤中,干压压力为180MPa~240MPa,干压温度为40℃~80℃,保压时间为5s~500s。此种设置,能够保证压出的陶瓷坯体具有合适的强度,便于搬运周转,能够避免坯体的强度较低而容易在搬运过程中崩缺或坍塌,并且还能够避免因坯体的内应力过大而在烧结过程中出现内部裂纹。
在其中一个实施例中,混合料中,原料的质量份数为60份~78份,消泡剂的质量份数为2份~5份,增塑剂的质量份数为5份~10份,粘结剂的质量份数为10份~15份,有机溶剂的质量份数为5份~10份,粘结剂包括石蜡及聚丙烯,石蜡及聚丙烯的质量比为6:4~9:1,将混合料成型的步骤包括:将混合料依次进行造粒和注射成型。
其中,将混合料进行造粒的步骤中,造粒的方式为挤出造粒。需要说明的是,造粒的方式不限于为挤出造粒,也可以其他造粒方式,可以根据需要进行设置。更进一步地,造粒形成的颗粒的长度为3cm~5cm。此种设置便于注射成型时向注射机中喂料,保证工作效率,并且能够避免因颗粒较大而卡住喂料口。需要说明的是,造粒形成的颗粒的直径不限制,可以根据需要进行设置,例如造粒形成的颗粒的直径为1mm~10mm。
将混合料造粒形成的颗粒进行注射成型的步骤中,注射温度为150℃~180℃,注射压力为75MPa~90MPa。将注射温度设置为150℃~180℃,使得造粒形成的颗粒在成型过程中容易流动,并且使得注射成型后的坯体不易变形。将注射压力设置为75MPa~90MPa,使得易于成型,并且避免形成的坯体开裂。
在其中一个实施例中,混合料中,原料的质量份数为55份~76份,消泡剂的质量份数为2份~5份,增塑剂的质量份数为5份~10份,粘结剂的质量份数为7份~10份,有机溶剂的质量份数为10份~20份,粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种,将混合料成型的步骤中,成型的方式为流延成型。
进一步地,将混合料成型的步骤中,混合料流延成型得到的坯体的厚度为0.7mm~1.1mm。此种设置能够保证陶瓷制品的力学性能,提高陶瓷制品的透过率,以用于电子产品的外壳。更进一步地,将混合料流延成型的步骤中,在流延设备中进行流延成型。刮刀高度为1.2mm~2.3mm,流延带速为0.4m/min~0.8m/min,第一流延干燥区域的温度为70℃~80℃,第二流延干燥区域的温度为80℃~100℃。
在其中一个实施例中,在S110之后,在S120之前,还包括:对混合料进行球磨的步骤。球磨使得混合料的各组分混合均匀。进一步地,球磨采用的球子的材质为氧化锆。球子的粒径为0.5mm。球磨机球磨腔室的体积为20L。球子占球磨机球磨腔室体积的1/3~1/2。球磨的流量5L/min~10L/min。球磨机的转速为2000转/min~3000转/min。
在其中一个实施例中,将混合料成型的步骤之后,还包括如下步骤:将混合料成型得到的坯体进行排胶烧结。进一步地,排胶温度为300℃~600℃。排胶时间为36h~72h。烧结温度为1300℃~1500℃。烧结时间为36h~72h。此种设置能够提高陶瓷制品的透过率和力学性能。更进一步地,烧结温度为1430℃~1480℃。此种设置能够提高陶瓷制品的透过率,保证陶瓷制品的加工良率和整体强度。需要说明的是,可以将多片采用混合料成型后得到的坯体依次层叠在一起进行排胶烧结。此种设置能够根据需要调节陶瓷制品的厚度。烧结收缩率约为25%。需要说明的是,将混合料成型得到的坯体进行排胶烧结的步骤可以省略,此时,混合料成型得到的坯体能够用于制备具有较高透过率和较优力学性能的陶瓷制品。
进一步地,若混合料通过注射成型,将混合料成型得到的坯体进行排胶烧结的步骤之前,还包括如下步骤:将混合料成型得到的坯体进行除蜡处理。更进一步地,将混合料成型得到的坯体进行除蜡处理的步骤包括:将混合料成型得到的坯体浸泡在煤油中,浸泡时间为24h~36h。
一些研究通过共沉淀方式在氧化锆粉体中掺杂氧化铝,提升其力学特性。然而,由于氧化铝为乳白色,氧化铝的添加导致陶瓷制品的透过率较低,通常厚度为0.45mm的陶瓷制品的透过率为20%左右,严重限制陶瓷制品的使用。一些研究通过改变氧化锆的烧结条件,使得氧化锆发生相变而得到立方氧化锆,以提高其透过率。例如国际上常用的立方氧化锆制备方法:苏联发明的“颅坩埚”法至今仍是主要的合成方法。首先以铜管绕成杯状,铜管内注入冷却水。在杯内加入少量锆金属片,中间加入氧化锆及安定剂粉末,并加以压紧。整个设备以无线电频感应线圈包围。当感应线圈通电时,锆金属因感应产生电流,被加热至高温镕化,并传热至内部的氧化锆将其镕化。冷却水使杯中接近表面1mm~2mm的氧化锆维持固态。经过数小时加热后,逐渐减少热力,无瑕的柱状晶体开始形成。之后在1400℃下长时间(至少10h)退火,消除晶体中的应力。然而,立方氧化锆烧结成本高,需要1400℃长时间退火(至少10h),对烧结设备及辅材均提出较高要求,并且,立方氧化锆的力学性能较差,尤其体现在四点抗弯和落球特性上,无法满足实际要求。
上述实施方式的陶瓷制品的制备方法中,通过将氧化锆、氧化钇、氧化铪及二氧化硅混合得到的混合料进行成型,使得陶瓷制品具有较高的透过率,且具有较强的抗弯强度和落球强度,以用于制作力学性能较好的电子产品的外壳。
进一步地,上述实施方式的陶瓷制品的制备方法中,通过控制有机溶剂的含量、粘结剂的种类和含量,以使得混合料能够通过不同的方式制成陶瓷制品,操作灵活,适用范围广。
再者,上述实施方式的陶瓷制品的制备方法中,通过将排胶烧结步骤中的烧结温度为1430℃~1480℃,使得能够提高陶瓷制品中立方相的比例,并且通过添加氧化钇,控制氧化钇的含量,降低氧化铝的含量,以提高陶瓷制品的透过率,保证氧化锆陶瓷加工良率及整体强度。
需要说明的是,如果想要调整陶瓷制品的颜色,不仅可以通过调整着色剂的类型,还可以通过在陶瓷制品的表面喷涂颜色层,以使陶瓷制品具有不同的颜色。
如图1所示,一实施方式的电子设备100包括壳体组件110。壳体组件110包括基底(图未示)。基底由上述实施方式的陶瓷制品的制备方法制备得到。进一步地,电子设备100还包括显示组件120和电路板(图未示)。显示组件120与壳体组件110连接。电子设备100正常运行时,显示组件120能够显示图案。显示组件120与壳体组件110之间限定出安装空间(图未示)。电路板控制电路能够控制电子设备100正常运行。电路板设置在安装空间内,且与显示组件120电连接。
进一步地,电子设备100为各种能够从外部获取数据并对该数据进行处理的设备,或者,各种内置有电池,并能够从外部获取电流对该电池进行充电的设备。电子设备100例如可以为手机、平板电脑、计算设备或信息显示设备等。在图示实施例中,电子设备100为手机。壳体组件110为手机后盖。显示组件120与基底固接。
上述实施方式的电子设备100包括壳体组件110,壳体组件110包括基底,基底由上述实施方式的陶瓷制品的制备方法制备得到,使得壳体组件110具有较优的力学性能,并且基底为陶瓷材料制成,使得电子设备100具有较好的抗热震性、散热快、耐磨性强等优势,且能够避免对天线信号的屏蔽,使得电子设备100具有较好的信号,能够用于5G设备中;再者,使得电子设备100的壳体组件110更加美观、光滑、温润如玉。
可以理解,壳体组件110不限于包括基底,请一并参阅图2,在另一实施方式中,电子设备的结构与一实施方式的电子设备100的结构大致相同,不同之处在于,壳体组件210还包括颜色层214。颜色层214位于基底212靠近显示组件的一侧。通过设置不同的颜色层214使得壳体组件210具有不同的颜色。进一步地,颜色层214通过在基底212上喷涂颜色油墨的方式形成。需要说明的是,壳体组件210不限于包括基底212和颜色层214,其他现有的壳体组件中的部件和结构均适用于本申请。
以下实施例,如未特殊说明,则不包括除不可避免的杂质外的其他组分。
实施例1~9
按照表1~3中的参数,制备实施例1~9的陶瓷制品。其中,制备实施例1~9的陶瓷制品的混合料中各组分的质量份数如表1所示;实施例1~9的混合料中原料的各组分的质量份数如表2所示;实施例1~9的陶瓷制品的制备过程的工艺参数如表3所示。
具体地,陶瓷制品的制备过程如下:
(1)将原料、粘结剂、消泡剂、增塑剂加入有机溶剂中混合,得到混合料。
(2)将混合料球磨均匀后置于模具中干压成型,得到坯体。其中,干压压力为PMPa,干压温度为T1℃,保压时间为t1s,坯体的厚度为hmm。
(3)将坯体置于排胶烧结炉中进行排胶处理,得到陶瓷制品。其中,排胶温度为T2℃,排胶时间为t2h,烧结温度为T3℃,烧结时间为t3h。
表1 制备实施例1~9的陶瓷制品的混合料中各组分的质量份数
表2 实施例1~9的混合料中原料的各组分的质量份数
表3实施例1~9的陶瓷制品的制备过程的工艺参数
实施例10~12
按照表4~6中的参数,制备实施例10~12的陶瓷制品。其中,制备实施例10~12的陶瓷制品的混合料中各组分的质量份数如表4所示;实施例10~12的混合料中原料的各组分的质量份数如表5所示;实施例10~12的陶瓷制品的制备过程的工艺参数如表6所示。
具体地,陶瓷制品的制备过程如下:
(1)将原料、粘结剂、消泡剂、增塑剂加入有机溶剂中混合,得到混合料。
(2)将混合料球磨均匀后在造粒机中挤出球团造粒,得到陶瓷颗粒,陶瓷颗粒的长度为L1cm,陶瓷颗粒的直径为L2mm。
(3)将陶瓷颗粒置于注射成型机中,向预先加工的模具中注射得到坯体,注射机喷嘴温度为T1℃,注射压力为PMPa,坯体的厚度为hmm;
(4)将坯体置于煤油中浸泡t1h,萃取坯体中的石蜡;再将除蜡后的坯体放置于排胶烧结炉中排胶处理,得到陶瓷制品,其中,预热温度(排胶预热段的温度)为T2℃,预热时间为t2h,排胶温度(即排胶段温度)为T3℃,排胶时间为t3h,烧结温度为T4℃,烧结时间为t4h。
表4 制备实施例10~12的陶瓷制品的混合料中各组分的质量份数
表5 实施例10~12的混合料中原料的各组分的质量份数
表6 实施例10~12的陶瓷制品的制备过程的工艺参数
实施例10 实施例11 实施例12
L1(cm) 3 5 4
L2(mm) 1 10 5
T1(℃) 150 180 165
P(MPa) 75 90 83
h(mm) 0.45 0.45 0.45
t1(h) 24 36 30
T2(℃) 50 70 60
t2(h) 10 14 12
T3(℃) 300 600 450
t3(h) 36 72 48
T4(℃) 1300 1500 1450
t4(h) 36 72 48
实施例13~15
按照表7~9中的参数,制备实施例13~15的陶瓷制品。其中,制备实施例13~15的陶瓷制品的混合料中各组分的质量份数如表7所示;实施例13~15的混合料中原料的各组分的质量份数如表8所示;实施例13~15的陶瓷制品的制备过程的工艺参数如表9所示。
具体地,陶瓷制品的制备过程如下:
(1)将原料、粘结剂、消泡剂、增塑剂加入有机溶剂中混合,得到混合料。
(2)将混合料球磨均匀后置于流延成型设备中进行流延成型,得到坯体,其中,刮刀高度为h1mm,流延带速为Vm/min,第一流延干燥区域的温度为T1℃,第二流延干燥区域的温度为T2℃,坯体的厚度为h2mm。
(3)将坯体冲切成设定尺寸,放入排胶烧结炉中进行排胶处理,得到陶瓷制品,其中,排胶温度(即排胶段温度)为T3℃,排胶时间为t3h,烧结温度为T4℃,烧结时间为t4h。
表7 制备实施例13~15的陶瓷制品的混合料中各组分的质量份数
表8 实施例13~15的混合料中原料的各组分的质量份数
表9 实施例13~15的陶瓷制品的制备过程的工艺参数
实施例13 实施例14 实施例15
h1(mm) 1.2 2.3 1.8
V(m/min) 0.4 0.8 0.6
T1(℃) 70 80 75
T2(℃) 80 100 90
h2(mm) 0.7 1.1 0.9
T3(℃) 300 600 450
t3(h) 36 72 48
T4(℃) 1300 1500 1450
t4(h) 36 72 48
测试:
测定实施例1~15的陶瓷制品的密度、透过率、OD(optical density,光密度)值、抗弯强度、硬度和落球强度。测定结果详见表10。表10表示的是实施例1~15的陶瓷制品的密度、透过率、OD值、抗弯强度、硬度和落球强度。
其中,密度的测定:在制作陶瓷制品的过程中,将多片采用混合料成型后得到的坯体依次层叠在一起进行排胶烧结,得到陶瓷制品,烧结收缩率约为25%;通过测定陶瓷制品的质量和体积,并用质量除以体积则得到密度;采用分析天平(上海新苗公司,型号为DHG-9033BS-III)测定质量;采用皮秒激光切割器(大族激光公司,型号为DSI9486)将陶瓷制品切割成长度、宽度和厚度均为10mm的正方体,以得到体积为103mm3的正方体;
抗弯强度测定:采用万能材料试验机(东莞威邦仪器设备有限公司,型号为WBE-9909B)并按照“GBT 6569-2006精细陶瓷弯曲强度试验方法”进行四点弯曲试验以得到抗弯强度;
硬度的测定:采用维氏硬度计(烟台华银试验仪器有限公司,型号为HV-5)按照“GBT4340.1-2009金属维氏硬度试验”测定陶瓷制品的维氏硬度;
落球强度测定:采用落球冲击试验机(永雄公司,型号为AS-DB-200)进行落球强度测定,具体测定过程为:用32g不锈钢球按照一定高度自由落体砸向陶瓷制品,陶瓷中间腾空,四周用仿形治具支撑,同一高度连续砸5次,如果不碎裂,将落球高度提高5cm重复上述步骤,直至陶瓷制品破裂,并记录致使陶瓷制品破裂的高度,此高度越高,陶瓷制品的落球强度越高。
OD值:采用OD值测量仪(苏州英莳特仪器科技有限公司,型号为LS117)陶瓷制品的OD值;
透过率:采用近红外-紫外可光分光光度计(购于海斯迈欧分析仪器有限公司,型号为岛津UV3600)设备测定陶瓷制品在波长为550nm下的透过率。
表10
从表10可以看出,OD值和透过率均反映材料对光的通透程度,该OD值和透过率受厚度和材料配比影响较大,同种材料配比情况下,厚度越厚透过率越低,OD值越高。实施例1~6、实施例10~15的陶瓷制品的透过率为41.58%~45.24%,OD值为0.344~0.368,说明上述实施方式的陶瓷制品具有较高的透过率,通透性较好;并且,混合料的原料中氧化钇的含量越高,得到的陶瓷制品的透过率越高,OD值越低,陶瓷制品越通透;并且,当二氧化硅与氧化铝的质量比为2:1~2.5:1时,氧化钇能够使得陶瓷粉体粒子半径减小,能够抑制陶瓷粉体粒子的长大趋势,但是能够加剧陶瓷粉体粒子的团聚,且团聚强度较好,陶瓷粉体的晶粒尺寸增大,晶界减少,以降低对光线的折射和吸收,而提高透过率;并且氧化钇能够使陶瓷粉体的相组成成分从单斜相和四方相转变为四方相,再转变为四方相与立方相的混合,而立方相的透过率较高,以增加陶瓷制品的透过率。其中,实施例6的陶瓷制品的透过率高于实施例8的陶瓷制品的透过率,说明二氧化硅与氧化铝的配合能够促使氧化钇发挥作用以提高陶瓷制品的透过。
实施例1~6、实施例10~15的陶瓷制品的密度为6.20g/cm-2~6.45g/cm-2,说明上述实施方式的陶瓷制品具有较为合适的密度。其中,实施例1~2和实施例6的陶瓷制品的密度优于实施例10~12的陶瓷制品的密度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下干压成型比注射成型更有利提高陶瓷制品的密度,并且干压成型中,干压压力越大,得到的陶瓷制品的密度越大;实施例10~12的陶瓷制品的密度分别优于实施例13~15的陶瓷制品的密度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下注射成型比流延成型更有利于提高陶瓷制品的密度,并且注射成型中,注射压力越大,得到的陶瓷制品的密度越大;而流延成型中烧结温度对陶瓷制品的密度影响较大,烧结温度为1450℃更有利于提高陶瓷制品的密度。
实施例1~6、实施例10~15的陶瓷制品的抗弯强度为1130MPa~1450MPa,说明上述实施方式的陶瓷制品具有较强的抗弯强度。其中,实施例1~2和实施例6的陶瓷制品的抗弯强度分别优于实施例13~15的陶瓷制品的抗弯强度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下干压成型比流延成型更有利提高陶瓷制品的抗弯强度。实施例13~15的陶瓷制品的抗弯强度分别优于实施例10~12的陶瓷制品的抗弯强度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下流延成型比注射成型更有利于提高陶瓷制品的抗弯强度。并且,同种成型方式中氧化锆和氧化铝的含量总和越高,陶瓷制品的抗弯强度越高。
实施例1~6、实施例10~15的陶瓷制品的硬度为1210HV~1450HV,说明上述实施方式的陶瓷制品具有较强的硬度。其中,实施例1~2和实施例6的陶瓷制品的硬度分别优于实施例10~12的陶瓷制品的硬度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下干压成型比注射成型更有利提高陶瓷制品的硬度。实施例10~12的陶瓷制品的硬度分别优于实施例13~15的陶瓷制品的硬度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下注射成型比流延成型更有利于提高陶瓷制品的硬度。并且,同种成型方式中氧化铝的含量总和越高,陶瓷制品的硬度越高。需要说明的是,硬度有多种因素决定的。不同的陶瓷制品的原料的配方配方、不同的成型方式得到的陶瓷制品的硬度不同。
进一步地,实施例6的陶瓷制品的抗弯强度和硬度均优于实施例9的陶瓷制品,说明氧化铝的添加能够提高陶瓷制品的力学性能;然而,由于氧化铝为乳白色,不利于陶瓷制品的透过率,而实施例6的陶瓷制品的透过率与实施例9的陶瓷制品的透过率相当,说明上述实施方式通过优于陶瓷制品的原料的配比使得能够得到兼具较优透过率和较优力学性能的陶瓷制品。
实施例1~6、实施例10~15的陶瓷制品的落球强度为64.3cm~78.1cm,说明上述实施方式的陶瓷制品具有落球强度。其中,实施例3~4的陶瓷制品的落球强度优于实施例1~2的陶瓷制品的落球强度,说明氧化锆和氧化钇的质量比为20:1~22:1,更有利于提高陶瓷制品的力学性能,并且说明氧化钇含量过高会降低陶瓷制品的落球强度。实施例1~2和实施例6的陶瓷制品的落球强度分别优于实施例10~12的陶瓷制品的落球强度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下干压成型比注射成型更有利提高陶瓷制品的落球强度;并且干压成型中,干压压力越大,陶瓷制品的落球强度越高。实施例10~12的陶瓷制品的落球强度分别优于实施例13~15的陶瓷制品的落球强度,说明在陶瓷制品的原料的配方相同的情况下注射成型比流延成型更有利于提高陶瓷制品的落球强度;并且注射成型中,注射压力越高,得到陶瓷制品的落球强度越高。
综上所述,上述实施方式的陶瓷制品的原料配比合理,得到陶瓷制品具有较高的透过率较高,并且兼具较优的力学性能,能够用于制备电子产品的外壳。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (15)

1.一种陶瓷制品,其特征在于,以质量份数计,制备所述陶瓷制品的原料包括:
2.根据权利要求1所述的陶瓷制品,其特征在于,所述氧化锆与所述氧化钇的质量比为20:1~22:1。
3.根据权利要求1所述的陶瓷制品,其特征在于,所述二氧化硅与所述氧化铝的质量比为2:1~2.5:1。
4.一种陶瓷制品的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将原料混合,得到混合料,其中,所述原料以质量份数计包括85份~95份的氧化锆、2份~5份的氧化钇、1份~2.5份的氧化铪、0.2份~1份的二氧化硅、0.1份~0.5份的氧化铝、0.1份~0.5份的氧化锌、0.001份~0.1份的三氧化二铁、0.01份~0.1份的氧化镍及0.01份~0.5份的氧化钛;及
将所述混合料成型,得到陶瓷制品。
5.根据权利要求4所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述将原料混合,得到混合料的步骤之后,将所述混合料成型的步骤之前,还包括对所述混合料进行球磨的步骤。
6.根据权利要求4所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述将原料混合,得到混合料的步骤包括:将所述原料、消泡剂、增塑剂、粘接剂和有机溶剂混合,得到所述混合料。
7.根据权利要求6所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述混合料中,所述原料的质量份数为65份~81份,所述消泡剂的质量份数为2份~5份,所述增塑剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂的质量份数为7份~10份,所述有机溶剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种,所述将所述混合料成型的步骤中,成型的方式为干压成型。
8.根据权利要求7所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述将所述混合料成型的步骤中,干压压力为180MPa~240MPa,干压温度为40℃~80℃,保压时间为5s~500s。
9.根据权利要求6所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述混合料中,所述原料的质量份数为60份~78份,所述消泡剂的质量份数为2份~5份,所述增塑剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂的质量份数为10份~15份,所述有机溶剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂包括石蜡及聚丙烯,所述石蜡及所述聚丙烯的质量比为6:4~9:1,所述将所述混合料成型的步骤包括:将所述混合料依次进行造粒和注射成型。
10.根据权利要求9所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,将所述混合料进行造粒的步骤中,造粒形成的颗粒的长度为3cm~5cm;
及/或,将所述混合料造粒形成的颗粒进行注射成型的步骤中,注射温度为150℃~180℃,注射压力为75MPa~90MPa。
11.根据权利要求6所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述混合料中,所述原料的质量份数为55份~76份,所述消泡剂的质量份数为2份~5份,所述增塑剂的质量份数为5份~10份,所述粘结剂的质量份数为7份~10份,所述有机溶剂的质量份数为10份~20份,所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种,所述将所述混合料成型的步骤中,成型的方式为流延成型。
12.根据权利要求4~11任一项所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,所述将所述混合料成型的步骤之后,还包括如下步骤:将所述混合料成型得到的坯体进行排胶烧结。
13.根据权利要求12所述的陶瓷制品的制备方法,其特征在于,将所述混合料成型得到的坯体进行排胶烧结的步骤中,排胶温度为300℃~600℃,排胶时间为36h~72h,烧结温度为1300℃~1500℃,烧结时间为36h~72h。
14.一种陶瓷制品,其特征在于,由权利要求4~13任一项所述的陶瓷制品的制备方法制备得到。
15.一种电子设备,其特征在于,包括:
壳体组件,包括基底,所述基底由权利要求4~13任一项所述的陶瓷制品的制备方法制备得到;
显示组件,与所述壳体组件连接,所述显示组件和所述壳体组件之间限定出安装空间;及
电路板,设置在所述安装空间内且与所述显示组件电连接。
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