CN113336543A - 电子设备及其壳体、氧化锆陶瓷涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请主要是涉及电子设备及其壳体、氧化锆陶瓷涂料的制备方法，制备方法包括：对原料进行机械合金化处理，以得到氧化锆陶瓷粉末；按照质量百分含量计，原料包括95.8％‑98％的氧化锆、0.5％‑0.7％的氢化铪和1.5％‑3.5％的氧化钇；向氧化锆陶瓷粉末中添加调和剂和溶剂，并进行研磨混合，以得到氧化锆陶瓷涂料。相较于相关技术中氧化锆陶瓷粉末仅含各种氧化物，本申请提供的氧化锆陶瓷涂料的制备方法通过引入氢化铪，可以有效地细化氧化锆陶瓷粉末的颗粒尺寸，进而有利于改善氧化锆陶瓷涂料固化之后的致密度、晶粒尺寸、硬度等性能，以增加氧化锆陶瓷或其涂层的耐磨性能和耐蚀性能。

Description

电子设备及其壳体、氧化锆陶瓷涂料的制备方法
技术领域
本申请涉及电子设备的技术领域，具体是涉及电子设备及其壳体、氧化锆陶瓷涂料的制备方法。
背景技术
随着电子装置的不断普及，电子装置已经成为人们日常生活中不可或缺的社交、娱乐工具，人们对于电子装置的要求也越来越高。以手机这类电子设备为例，其背壳不仅要具有良好的握持手感和外观品质，还要具有良好的耐磨性能和耐蚀性能。
发明内容
本申请实施例提供了一种氧化锆陶瓷涂料的制备方法，制备方法包括：对原料进行机械合金化处理，以得到氧化锆陶瓷粉末；其中，按照质量百分含量计，原料包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇；向氧化锆陶瓷粉末中添加调和剂和溶剂，并进行研磨混合，以得到氧化锆陶瓷涂料。
本申请实施例还提供了一种氧化锆陶瓷，按照质量百分含量计，氧化锆陶瓷包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇。
本申请实施例还提供了一种壳体，壳体包括基体和附着于基体的氧化锆陶瓷涂层，氧化锆陶瓷涂层由上述实施例所述的制备方法制备得到的氧化锆陶瓷涂料形成。
本申请实施例还提供了一种壳体，壳体由上述实施例所述的氧化锆陶瓷制得。
本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括显示模组和上述实施例所述的壳体，壳体与显示模组连接。
本申请的有益效果是：相较于相关技术中氧化锆陶瓷粉末仅含各种氧化物，本申请提供的氧化锆陶瓷涂料的制备方法通过引入氢化铪，可以有效地细化氧化锆陶瓷粉末的颗粒尺寸，进而有利于改善氧化锆陶瓷涂料固化之后的致密度、晶粒尺寸、硬度等性能，以增加氧化锆陶瓷或其涂层的耐磨性能和耐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的电子设备一实施例的分解结构示意图；
图2是图1中壳体一实施例的层叠结构示意图；
图3是图2中壳体一制备方法的流程示意图；
图4是图3中氧化锆陶瓷涂料一制备方法的流程示意图；
图5是图4中氢化铪粉末的透射电镜示意图
图6是图1中壳体另一实施例的结构示意图；
图7是图6中壳体一制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
参阅图1，图1是本申请提供的电子设备一实施例的分解结构示意图。
本申请中，电子设备10可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等便携装置。其中，本实施例以电子设备10为手机为例进行示例性的说明。
结合图1，电子设备10可以包括显示模组11、中框12和壳体13。其中，显示模组11和壳体13分别位于中框12相背的两侧，并可以通过胶接、卡接、焊接等组装方式中的一种或其组合与中框12装配连接，以使得三者组装之后形成显示模组11与壳体13一同夹持中框12的基本结构。简而言之，壳体13与显示模组11连接。进一步地，显示模组11与壳体13之间还可以形成一具有一定容积的腔体，该腔体可以用于设置摄像头模组14、主板15、电池16等结构件，以使得电子设备10能够实现相应的功能。其中，显示模组11、摄像头模组14等结构件可以通过柔性电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)分别与主板15、电池16等电性连接，以使得它们能够得到电池16的电能供应，并能够在主板15的控制下执行相应的指令。
进一步地，显示模组11的边缘可以朝向中框12弯曲，以使得显示模组11上显示的画面能够以类似于“瀑布”的形态从显示模组11的正面延伸至其侧面。如此设置，不仅能够减小甚至是隐藏显示模组11的黑边，以使得电子设备10能够为用户提供更大的显示视野，还能够使得显示模组11营造一种环绕显示的视觉效果，从而使得电子设备10给用户带来一种不同于刘海屏、水滴屏、挖孔屏、升降式摄像头、滑盖式摄像头等平板式全面屏的视觉体验，进而增加电子设备10的竞争力。相应地，壳体13的边缘也可以朝向中框12弯曲，以便于改善电子设备10的握持手感及外观美感。
参阅图2，图2是图1中壳体一实施例的层叠结构示意图。
结合图2，壳体13可以包括基体131和附着于基体131的氧化锆陶瓷涂层132。其中，对于电子设备10而言，壳体13主要是背离显示模组11的一侧朝外，进而影响着壳体13的握持手感、外观品质以及耐磨性能、耐蚀性能，使得氧化锆陶瓷涂层132可以主要是附着于基体131的一侧。进一步地，氧化锆陶瓷涂层132可以由氧化锆陶瓷涂料固化之后形成，氧化锆陶瓷涂料的制备方法将在后文中进行示例性的说明。其中，氧化锆陶瓷涂层132的厚度可以小于1毫米。
作为示例性地，基体131的材质可以为金属或者玻璃，因其密度较低，有利于壳体13的轻薄化。进一步地，壳体13还可以包括介于氧化锆陶瓷涂层132与基体131之间的过渡层133，氧化锆陶瓷涂层132和基体131与过渡层133之间的附着力分别大于氧化锆陶瓷涂层132与基体131之间的附着力。例如：借助喷砂或者蒙砂工艺在基体131的表面沉积过渡层133，使之形成一粗糙结构，以便于附着氧化锆陶瓷涂层132。
共同参阅图3至图4，图3是图2中壳体一制备方法的流程示意图，图4是图3中氧化锆陶瓷涂料一制备方法的流程示意图，图5是图4中氢化铪粉末的透射电镜示意图。需要说明的是：为了便于描述，下文将以特定的顺序来描述某一壳体或者氧化锆陶瓷涂料的制作步骤；但是，该壳体或者氧化锆陶瓷涂料也可以按照不同顺序的步骤来制作，还可以增加额外的步骤或者减少(合并)某些步骤。
步骤S101：制备氧化锆陶瓷涂料。
作为示例性地，氧化锆陶瓷涂料可以按照如下步骤制得：
步骤S1011：对原料进行机械合金化处理，以得到氧化锆陶瓷粉末。其中，按照质量百分含量计，原料可以包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇。如此，氧化锆陶瓷粉末的颗粒尺寸可以介于800纳米至1000纳米之间。相较于相关技术中氧化锆陶瓷粉末(其颗粒尺寸一般大于3微米)仅含各种氧化物，例如氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化硅、氧化硼等，本申请通过引入过渡金属的氢化物，例如氢化铪，可以有效地细化氧化锆陶瓷粉末的颗粒尺寸，进而有利于改善氧化锆陶瓷涂料固化之后的致密度、晶粒尺寸、硬度等性能，以增加壳体上氧化锆陶瓷涂层的耐磨性能和耐蚀性能。
作为示例性地，机械合金化(Mechanical Alloying,MA)处理中，球磨时长可以介于48小时至64小时，转速可以介于150rpm/min至220rpm/min之间。在一具体实施方式中，按照质量百分含量计，原料可以包括97.35％的氧化锆、0.65％的氢化铪和2％的氧化钇。
进一步地，在步骤S1011之前，还可以对铪单质进行氢化处理，以得到氢化铪。例如：在一个大气压下的50％氩气和50％氢气氛围中，对铪单质进行直流等离子熔化和反应，其电极间距可以介于7毫米至12毫米之间，熔炼后制备得到氢化铪粉末；该氢化铪粉末的颗粒非常小，其颗粒尺寸仅有16±4纳米。
步骤S1012：向氧化锆陶瓷粉末中添加调和剂和溶剂，并进行研磨混合，以得到氧化锆陶瓷涂料。
作为示例性地，调和剂主要是起到润滑的作用，以便于氧化锆陶瓷涂料固化之后连接粉末中的颗粒；溶剂主要是与调和剂配合，以便于氧化锆陶瓷粉末、调和剂和溶剂研磨混合之后形成浆体的氧化锆陶瓷涂料。其中，按照质量百分含量计，调和剂的添加量可以为0.3％-1％，溶剂的添加量可以为40％-65％。进一步地，调和剂可以包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种，溶剂可以包括蒸馏水、无水乙醇、甲苯、乙二醇中的至少一种。
进一步地，在步骤S1012中，还可以向氧化锆陶瓷粉末中进一步添加添加剂，以便于最终制备得到具有不同性能的氧化锆陶瓷涂料。其中，按照质量百分含量计，添加剂的添加量可以为2％-6％。
在一些实施例中，添加剂可以主要是用于增加氧化锆陶瓷涂料固化之后(也即是氧化锆陶瓷涂层)的硬度，例如洛氏硬度不小于90HRC。例如：添加剂包括氧化铝、氧化硅、氧化硼、高岭土中的至少一种。
在其他一些实施例中，添加剂不仅可以用于增加氧化锆陶瓷涂料固化之后(也即是氧化锆陶瓷涂层)的硬度，还可以使得氧化锆陶瓷涂层呈现特定的颜色，例如粉金色，其LAB值可以为：L值为83-87，a值为6-8，b值为6-8。其中，L表示照度，相对于亮度，a表示从红色至绿色的范围，b表示从蓝色至黄色的范围。例如：添加剂包括氧化镍、氧化铬、氧化硅中的至少一种。
步骤S102：在基体上涂布氧化锆陶瓷涂料。
作为示例性地，基体的材质可以为金属或者玻璃，以便于壳体兼具轻薄化。进一步地，可以借助喷涂工艺将氧化锆陶瓷涂料涂布在基体上。其中，喷枪的口径可以介于0.3毫米至1.5毫米之间，雾化气体压力可以介于0.2MPa至0.6MPa之间。
进一步地，在步骤S102之前，还可以借助喷砂或者蒙砂工艺在基体的表面沉积过渡层，使之形成一粗糙结构，以便于附着氧化锆陶瓷涂料。
步骤S103：对氧化锆陶瓷涂料进行固化处理，以形成氧化锆陶瓷涂层。
作为示例性地，可以对氧化锆陶瓷涂料进行烘烤，烘烤温度可以介于150℃至170℃之间，烘烤时间可以介于40分钟至60分钟之间，使之固化形成氧化锆陶瓷涂层。
相关技术中氧化锆陶瓷涂层仅含各种氧化物，例如氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化硅、氧化硼等，使得氧化锆陶瓷涂层的晶粒尺寸一般大于1000纳米，且氧化铝等颗粒在氧化锆陶瓷涂料固化形成氧化锆陶瓷涂层的过程中容易长大，进而与周围的晶格错位。不仅如此，较大的颗粒存在容易导致氧化锆陶瓷涂层的致密度变差，相关技术中氧化锆陶瓷涂层的致密度一般小于95％，洛氏硬度一般小于85HRC，导致氧化锆陶瓷涂层的力学性能较差，主要体现为耐磨性能、耐腐蚀性能和硬度较差。
相较于相关技术，本申请中氧化锆陶瓷涂层通过引入过渡金属的氢化物，例如氢化铪，细小的氢化铪纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)可以有效地抑制氧化铝等颗粒长大，进而有利于改善氧化锆陶瓷涂层的致密度。其中，采用天平和排水法可以计算得到：本申请中氧化锆陶瓷涂层的致密度可以为98％-99％。进一步地，细小的氢化铪纳米颗粒还可以有效地阻碍位错移动和晶粒长大，以及提供细晶强化，且氢化铪与氧化钇可以形成纳米颗粒，该纳米颗粒还可以与其他晶粒形成半共格界面，从而提高力学性能。其中，采用透射电子显微镜(型号为：JEOL-JSM-2100F)可以计算得到：本申请中氧化锆陶瓷涂层的晶粒尺寸可以介于400nm至600nm之间；采用显微维氏硬度(型号为：FD-800)可以计算得到：本申请中氧化锆陶瓷涂层的洛氏硬度可以介于90HRC至93HRC。显然，相较于相关技术，本申请中氧化锆陶瓷涂层的硬度、耐磨性能和耐蚀性能能够得到有效地提升。
进一步地，分别对氧化锆陶瓷涂层进行抗氧化测试，例如同时在马弗炉中对样品进行氧化处理，并在氧化200小时之后对样品进行称重。其中，相关技术中氧化锆陶瓷涂层单位面积的氧化增重为3.78-4.07g/m2；而本申请中氧化锆陶瓷涂层单位面积的氧化增重为2.42-3.11g/m2，表明本申请中氧化锆陶瓷涂层相较于相关技术的具有更加优异的抗氧化性能。
共同参阅图6及图7，图6是图1中壳体另一实施例的结构示意图，图7是图6中壳体一制备方法的流程示意图。需要说明的是：为了便于描述，下文将以特定的顺序来描述某一壳体的制作步骤；但是，该壳体可以按照不同顺序的步骤来制作，还可以增加额外的步骤或者减少(合并)某些步骤。
与上述实施例的主要区别在于：本实施例中，结合图6，壳体13可以由氧化锆陶瓷制得。其中，按照质量百分含量计，氧化锆陶瓷可以包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇。
步骤S201：对原料进行机械合金化处理，以得到氧化锆陶瓷粉末。其中，按照质量百分含量计，原料可以包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇。如此，氧化锆陶瓷粉末的颗粒尺寸可以介于800纳米至1000纳米之间。相较于相关技术中氧化锆陶瓷粉末(其颗粒尺寸一般大于3微米)仅含各种氧化物，例如氧化锆、氧化钇、氧化铝、氧化硅、氧化硼等，本申请通过引入过渡金属的氢化物，例如氢化铪，可以有效地细化氧化锆陶瓷粉末的颗粒尺寸，进而有利于改善氧化锆陶瓷的致密度、晶粒尺寸、硬度等性能，以增加壳体的耐磨性能和耐蚀性能。
作为示例性地，机械合金化(Mechanical Alloying,MA)处理中，球磨时长可以介于48小时至64小时，转速可以介于150rpm/min至220rpm/min之间。在一具体实施方式中，按照质量百分含量计，原料可以包括97.35％的氧化锆、0.65％的氢化铪和2％的氧化钇。
进一步地，在步骤S201之前，还可以对铪单质进行氢化处理，以得到氢化铪。例如：在一个大气压下的50％氩气和50％氢气氛围中，对铪单质进行直流等离子熔化和反应，其电极间距可以介于7毫米至12毫米之间，熔炼后制备得到氢化铪粉末；该氢化铪粉末的颗粒非常小，其颗粒尺寸仅有16±4纳米。
步骤S202：向氧化锆陶瓷粉末中添加调和剂和溶剂，并进行研磨混合，以得到氧化锆陶瓷混合料。
作为示例性地，调和剂主要是起到润滑的作用，以便于氧化锆陶瓷混合料固化之后连接粉末中的颗粒；溶剂主要是与调和剂配合，以便于氧化锆陶瓷粉末、调和剂和溶剂研磨混合之后形成浆体的氧化锆陶瓷混合料。其中，按照质量百分含量计，调和剂的添加量可以为0.3％-1％，溶剂的添加量可以为40％-65％。进一步地，调和剂可以包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种，溶剂可以包括蒸馏水、无水乙醇、甲苯、乙二醇中的至少一种。
进一步地，在步骤S202中，还可以向原料中添加添加剂，以便于最终制备得到具有不同性能的氧化锆陶瓷。其中，按照质量百分含量计，添加剂的添加量可以为2％-6％。
在一些实施例中，添加剂可以主要是用于增加氧化锆陶瓷(例如烧结固化之后)的硬度，例如洛氏硬度不小于90HRC。例如：添加剂包括氧化铝、氧化硅、氧化硼、高岭土中的至少一种。
在其他一些实施例中，添加剂不仅可以用于增加氧化锆陶瓷(例如烧结固化之后)的硬度，还可以使得氧化锆陶瓷呈现特定的颜色，例如粉金色，其LAB值可以为：L值为83-87，a值为6-8，b值为6-8。其中，L表示照度，相对于亮度，a表示从红色至绿色的范围，b表示从蓝色至黄色的范围。例如：添加剂包括氧化镍、氧化铬、氧化硅中的至少一种。
步骤S203：将氧化锆陶瓷混合料成型，以得到氧化锆陶瓷浆体坯体。
作为示例性地，可以对氧化锆陶瓷混合料进行干压成型，干压压力可以介于180MPa至240MPa之间，干压温度可以介于40℃至80℃之间，保压时间可以介于5秒至500秒之间，使之预成型成坯体。
步骤S204：对氧化锆陶瓷坯体进行固化处理，以得到氧化锆陶瓷。
作为示例性地，可以对氧化锆陶瓷坯体进行烧结，烧结温度可以介于1300℃至1500℃之间，烧结时间可以介于36小时至72小时之间，使之固化形成氧化锆陶瓷。
步骤S205：对氧化锆陶瓷进行机械加工处理，以得到壳体。
作为示例性地，可以对氧化锆陶瓷进行去毛刺、打磨、抛光等机械加工处理，以满足相应的工艺要求，进而得到壳体。
与上述实施例类似的是：相较于相关技术，本申请中氧化锆陶瓷通过引入过渡金属的氢化物，例如氢化铪，细小的氢化铪纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)可以有效地抑制氧化铝等颗粒长大，进而有利于改善氧化锆陶瓷的致密度。其中，采用天平和排水法可以计算得到：本申请中氧化锆陶瓷的致密度可以为98％-99％。进一步地，细小的氢化铪纳米颗粒还可以有效地阻碍位错移动和晶粒长大，以及提供细晶强化，且氢化铪与氧化钇可以形成纳米颗粒，该纳米颗粒还可以与其他晶粒形成半共格界面，从而提高力学性能。其中，采用透射电子显微镜(型号为：JEOL-JSM-2100F)可以计算得到：本申请中氧化锆陶瓷的晶粒尺寸可以介于400nm至600nm之间；采用显微维氏硬度(型号为：FD-800)可以计算得到：本申请中氧化锆陶瓷的洛氏硬度可以介于90HRC至93HRC。显然，相较于相关技术，本申请中氧化锆陶瓷的硬度、耐磨性能和耐蚀性能能够得到有效地提升，由此制备得到的壳体也能够具有优异的机械/力学性能。
以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种氧化锆陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
对原料进行机械合金化处理，以得到氧化锆陶瓷粉末；其中，按照质量百分含量计，所述原料包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇；
向所述氧化锆陶瓷粉末中添加调和剂和溶剂，并进行研磨混合，以得到氧化锆陶瓷涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向所述氧化锆陶瓷粉末中添加调和剂和溶剂的步骤，还包括：
向所述氧化锆陶瓷粉末中进一步添加添加剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括氧化铝、氧化硅、氧化硼、高岭土中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括氧化镍、氧化铬、氧化硅中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述调和剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种，所述溶剂包括蒸馏水、无水乙醇、甲苯、乙二醇中的至少一种。
6.一种氧化锆陶瓷，其特征在于，按照质量百分含量计，所述氧化锆陶瓷包括95.8％-98％的氧化锆、0.5％-0.7％的氢化铪和1.5％-3.5％的氧化钇。
7.一种壳体，其特征在于，所述壳体包括基体和附着于所述基体的氧化锆陶瓷涂层，所述氧化锆陶瓷涂层由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的氧化锆陶瓷涂料形成。
8.根据权利要求7所述的壳体，其特征在于，所述壳体还包括介于所述氧化锆陶瓷涂层与所述基体之间的过渡层，所述氧化锆陶瓷涂层和所述基体与所述过渡层之间的附着力分别大于所述氧化锆陶瓷涂层与所述基体之间的附着力。
9.一种壳体，其特征在于，所述壳体由权利要求6所述的氧化锆陶瓷制得。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括显示模组和权利要求7-9任一项所述的壳体，所述壳体与所述显示模组连接。
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