CN113395860A - 壳体及其制备方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种壳体，所述壳体包括陶瓷层，所述陶瓷层包括陶瓷粉体、聚合物和纤维材料，所述陶瓷粉体负载在所述纤维材料的表面。该壳体具有优异的硬度和韧性，并且具有陶瓷质感外观，提升壳体的性能，有利于壳体在电子设备中的应用。本申请还提供了壳体的制备方法和电子设备。

Description

壳体及其制备方法和电子设备

技术领域

本申请属于电子产品技术领域，具体涉及壳体及其制备方法和电子设备。

背景技术

随着消费水平的提高，消费者对电子产品不仅追求功能的多样化，而且对其外观、质感等也有越来越高的要求。近年来，陶瓷材料以其温润的质感成为电子设备壳体的研究的热点。然而，目前陶瓷壳体及其制备方法仍有待改进。

发明内容

鉴于此，本申请提供了一种壳体及其制备方法和电子设备，该壳体具有优异的硬度和韧性，并且具有陶瓷质感外观，提升壳体的性能，有利于壳体在电子设备中的应用。

第一方面，本申请提供了一种壳体，所述壳体包括陶瓷层，所述陶瓷层包括陶瓷粉体、聚合物和纤维材料，所述陶瓷粉体负载在所述纤维材料的表面。

第二方面，本申请提供了一种壳体的制备方法，包括：

采用溶胶-凝胶法、气相沉积和固相烧结中的至少一种方式形成纤维-陶瓷杂化材料，所述纤维-陶瓷杂化材料包括纤维材料以及负载在所述纤维材料表面的陶瓷粉体；

将所述纤维-陶瓷杂化材料改性后与聚合物共混，经密炼造粒形成注塑喂料；

所述注塑喂料经注塑得到陶瓷片，压合所述陶瓷片得到陶瓷层，制得壳体。

第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括第一方面所述的壳体。

本申请提供了一种壳体和壳体的制备方法，该壳体中陶瓷粉体负载在纤维材料的表面并且纤维材料相互搭接形成三维骨架网络，可以有效避免陶瓷粉体的团聚，还能够对外力进行有效传递和扩散，使壳体具有优异的硬度和陶瓷质感外观；同时壳体中的聚合物以及纤维材料可以形成三维网状结构，提升壳体的韧性和抗冲击性能，且有效降低壳体质量，有利于壳体在电子设备中的应用；该壳体的制备方法简单，易于操作，可实现工业化生产；具有该壳体的电子设备兼顾硬度和韧性，并且具有陶瓷外观，更能够满足用户需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请一实施方式提供的壳体的结构示意图。

图2为本申请一实施方式提供的陶瓷层的内部示意图。

图3为本申请另一实施方式提供的壳体的结构示意图。

图4为本申请一实施方式提供的壳体的制备方法流程图。

图5为本申请另一实施方式提供的壳体的制备方法流程图。

图6为本申请一实施方式提供的电子设备的结构示意图。

图7为本申请一实施方式提供的电子设备的结构组成示意图。

图8为对比例1提供的壳体的内部示意图。

图9为对比例2提供的壳体的内部示意图。

图10为对比例3提供的壳体的内部示意图。

具体实施方式

以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，为本申请一实施方式提供的壳体的结构示意图，壳体100包括陶瓷层10，陶瓷层10包括陶瓷粉体、聚合物和纤维材料；请参阅图2，为本申请一实施方式提供的陶瓷层的内部示意图，其中，陶瓷粉体负载在纤维材料的表面。

在本申请中，陶瓷粉体的强度高，其负载在纤维材料的表面，避免了陶瓷层10中陶瓷粉体的团聚，提高了整体性能的均匀性，同时可以对外力进行有效传递和扩散，提高壳体100的硬度。陶瓷粉体位于纤维材料的表面，使得壳体100具有陶瓷质感，还提高了壳体100的光泽度，提升产品竞争力。一维形貌的纤维材料相互搭接形成三维骨架网络，相较于聚合物形成的三维网络结构，纤维形成的三维骨架结构力学性能更好，结构更加稳定，从而起到增强的效果。在受到外力时，外力可以从性能一般的聚合物材料传递至力学性能优异的纤维材料上，纤维形成的三维骨架网络可以有效分散和均化受到的外力，从而避免了外力的集中以及避免了裂纹的产生和扩充，从而降低了壳体100的脆性，提升了壳体100的韧性和抗冲击性能。本申请提供的壳体100中具有聚合物，从而可以降低陶瓷粉体的使用，进而有效降低壳体100的质量，符合轻薄化的使用需求。相比于陶瓷壳，本申请提供的壳体100质量更轻、韧性更好、介电性能得到提升，可以有效避免陶瓷粉体含量过高时壳体100抗冲击性能不佳、易粉碎、加工难度大的问题。相比于塑料壳，本申请提供的壳体100表面硬度高、耐磨性能优异、韧性好，并且还具有陶瓷的高级质感。

在本申请实施方式中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为50％-80％。陶瓷层10中陶瓷粉体含量较多，可以避免塑料质感的呈现，提高壳体100表面硬度和陶瓷质感；与此同时，由于陶瓷粉体负载在纤维材料的表面，高含量的陶瓷粉体也不会产生团聚，保证了壳体100性能的均匀性。在一实施例中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为55％-75％。在另一实施例中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为60％-70％。具体的，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比可以但不限于为52％、58％、60％、63％、65％、68％、70％或76％等。

在本申请实施方式中，陶瓷粉体的粒径为50nm-500nm。上述粒径的陶瓷粉体有利于提高壳体100的细腻质感以及壳体100的强度和硬度。进一步的，陶瓷粉体的粒径为100nm-400nm。更进一步的，陶瓷粉体的粒径为150nm-350nm。具体的，陶瓷粉体的粒径可以但不限于为50nm、80nm、120nm、180nm、200nm、250nm、300nm、400nm或450nm。

在本申请中，可以选择适用于壳体100的陶瓷粉体。在本申请一实施方式中，陶瓷粉体包括Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂中的至少一种。上述陶瓷粉体耐高温、耐腐蚀、硬度高、强度佳，有利于在壳体100中使用，可以有效提升壳体100的强度，同时上述陶瓷粉体的折射率高，能够提升壳体100的陶瓷质感。在本申请另一实施方式中，陶瓷粉体的折射率大于2，如ZrO₂和TiO₂中的至少一种等。通过设置具有高折射率的陶瓷粉体，从而提高了壳体100的表面光泽度，提升陶瓷质感，使得壳体100的外观更接近于陶瓷壳。

在本申请实施方式中，陶瓷层10中纤维材料的质量占比为10％-20％。陶瓷层10中纤维材料可以相互搭接形成三维骨架网络，提升壳体100内部的韧性和硬度，同时负载陶瓷粉体，提升陶瓷质感。进一步的，陶瓷层10中纤维材料的质量占比为12％-18％。更进一步的，陶瓷层10中纤维材料的质量占比为13％-16％。具体的，陶瓷层10中纤维材料的质量占比可以但不限于为10％、13％、14％、15％、17％、19％或20％等。

在本申请实施方式中，纤维材料的长径比为10-100，从而有利于提高纤维材料的比表面积，提升负载的陶瓷粉体的含量，进而提高壳体100的性能和质感。进一步的，纤维材料的长径比为15-90。更进一步的，纤维材料的长径比为20-85。具体的，纤维材料的长径比可以但不限于为10-20、15-25、25-30、40-55、45-65、50-70、55-80或75-100等。在本申请一实施例中，纤维材料的长度为5μm-200μm，直径为0.5μm-10μm。进一步的，纤维材料的长度为15μm-180μm，直径为1μm-8μm。更进一步的，纤维材料的长度为30μm-150μm，直径为2μm-7μm。具体的，纤维材料的长度可以但不限于为15μm-25μm、30μm-50μm、40μm-65μm、50μm-60μm、65μm-90μm、100μm-120μm、130μm-150μm或140μm-175μm等，纤维材料的直径可以但不限于为1μm-3μm、2μm-3μm、3μm-5μm、6μm-7μm或6μm-8μm等。上述纤维材料的长径比大，具有较高的比表面积，有利于增加陶瓷粉体的负载量且不会过多增加自身含量，保证壳体100陶瓷质感的呈现。

在本申请实施方式中，纤维材料包括纤维素纤维、碳纤维、玻璃纤维和聚合物纤维中的至少一种。纤维素纤维和聚合物纤维柔性好，碳纤维的力学性能强、密度小，玻璃纤维机械强度高、密度小、绝缘性好，上述纤维材料均有利于提升陶瓷层10和壳体100的性能。

在本申请实施方式中，陶瓷粉体和纤维材料之间通过化学键和氢键中的至少一种作用力进行连接。通过化学键和/或氢键进行连接，提高了陶瓷粉体与纤维材料之间的结合力，保证陶瓷粉体长期稳定地负载在纤维材料表面，保证壳体100的使用性能，有利于提升壳体100的使用寿命。

在本申请实施方式中，陶瓷层10中陶瓷粉体和纤维材料的质量比为2.5-8。进一步的，陶瓷层10中陶瓷粉体和纤维材料的质量比为3-7。更进一步的，陶瓷层10中陶瓷粉体和纤维材料的质量比为4-6.5。具体的，陶瓷层10中陶瓷粉体和纤维材料的质量比可以但不限于为2.5、3.5、4、4.8、5、5.3、5.5、6、6.9或7.8等。通过设置上述比例的陶瓷粉体与纤维材料，既能够使陶瓷粉体长期稳定负载在纤维材料的表面，同时陶瓷粉体的含量适宜，避免在纤维材料表面团聚，同时保证壳体100的陶瓷质感。

在本申请实施方式中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为50％-80％，纤维材料的质量占比为10％-20％，有利于保证壳体100的陶瓷质感，提升壳体100内部的韧性和硬度。进一步的，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为55％-75％，纤维材料的质量占比为12％-19％。更进一步的，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为58％-70％，纤维材料的质量占比为13％-18％。具体的，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比可以但不限于为52％、55％、57％、60％、65％、70％、74％或79％等，纤维材料的质量占比可以但不限于为10％、11％、14％、15％、17％、18％、19％或20％等。在一具体实施例中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为50％，纤维材料的质量占比为12.5％。在另一具体实施例中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为65％，纤维材料的质量占比为16.25％。在又一具体实施例中，陶瓷层10中陶瓷粉体的质量占比为80％，纤维材料的质量占比为20％。

在本申请中，陶瓷层10中聚合物交联呈三维网状结构，陶瓷粉体和纤维材料形成的杂化材料均匀分散在聚合物形成的网状结构中；聚合物交联呈三维网状结构，提升整体结构的内部结合力和韧性。在本申请实施方式中，陶瓷层10中聚合物的质量占比为10％-30％。进一步的，陶瓷层10中聚合物的质量占比为12％-28％。更进一步的，陶瓷层10中聚合物的质量占比为15％-25％。具体的，陶瓷层10中聚合物的质量占比可以但不限于为12％、15％、18％、20％、23％、25％、27％或28％等。采用上述含量的聚合物，既能够提升壳体100内部的韧性，同时聚合物含量相对较少，不会影响壳体100陶瓷质感的呈现。在本申请实施方式中，聚合物包括聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。上述聚合物的理化性能可以匹配壳体100的制备工艺，不会在制备过程中发生分解，同时也不会增加制备工艺难度，有利于降低生产成本。可以理解的，陶瓷粉体、纤维材料以及聚合物的材质还可以选择适用于制备壳体100的、上述未列举的其他材料。

在本申请实施方式中，陶瓷层10中具有着色剂，从而使得壳体100具有不同的颜色外观，改善视觉效果。具体的，着色剂可以但不限于为分别选自氧化铁、氧化钴、氧化铈、氧化镍、氧化铋、氧化锌、氧化锰、氧化铬、氧化铜、氧化钒和氧化锡中的至少一种。在一实施例中，陶瓷层10中着色剂的质量含量小于或等于10％，从而既能够改善陶瓷层10的颜色，同时又不会影响陶瓷粉体、聚合物和纤维材料的含量。进一步的，陶瓷层10中着色剂的质量含量为0.5％-10％。

请参阅图3，为本申请另一实施方式提供的壳体的结构示意图，壳体100还包括保护层20，保护层20设置在陶瓷层10的表面。在一实施例中，陶瓷层10具有相对设置的第一表面和第二表面，保护层20设置在陶瓷层10的第一表面。在另一实施例中，壳体100在使用过程中具有相对设置的内表面和外表面，保护层20位于外表面一侧，从而在壳体100的使用中起到保护作用。具体的，保护层20可以但不限于为抗指纹层、硬化层等。可选的，保护层20的厚度为5nm-20nm。在一实施例中，保护层20包括抗指纹层。可选的，抗指纹层的接触角大于105°。接触角是衡量液体对材料表面润湿性能的重要参数，抗指纹层的接触角大于105°，表明液体很容易在抗指纹层上移动，从而避免对其表面的污染，具有优异的抗指纹的性能。可选的，抗指纹层包括含氟化合物。具体的，含氟化合物可以但不限于为氟硅树脂、全氟聚醚、含氟丙烯酸酯等。进一步的，抗指纹层还包括二氧化硅，通过添加二氧化硅进一步提升抗指纹层的耐摩擦性能。在另一实施例中，保护层20包括硬化层。通过设置硬化层进一步提升壳体100的表面硬度。可选的，硬化层的材质包括聚氨酯丙烯酸酯、有机硅树脂、全氟聚醚丙烯酸酯中的至少一种。

在本申请中，壳体100的厚度可以根据其应用场景的需要进行选择，对此不作限定。在一实施方式中，壳体100可以作为电子设备的外壳、中框、装饰件等，如作为手机、平板电脑、笔记本电脑、手表、MP3、MP4、GPS导航仪、数码相机的外壳等。本申请实施方式中的壳体100可以为2D结构、2.5D结构、3D结构等，具体的可以根据需要进行选择。在一实施例中，壳体100作为手机后盖使用时，壳体100的厚度为0.6mm-1.2mm。具体的，壳体100的厚度可以但不限于为0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm或1.2mm。在另一实施例中，壳体100作为手机后盖使用时，壳体100包括主体部和设置在主体部边缘的延伸部，延伸部向主体部弯折；此时壳体100呈曲面状。

本申请通过根据GB/T 8807-1988标准采用光泽度仪对陶瓷层10表面的光泽度进行检测，其中光泽度仪的角度为60°。在本申请实施方式中，陶瓷层10表面的光泽度大于或等于120。进一步的，陶瓷层10表面的光泽度为120-150。具体的，陶瓷层10表面的光泽度可以但不限于为130、135、140、145或150等。

本申请通过采用GB/T 6739-1996标准对陶瓷层10表面的硬度进行检测。在本申请实施方式中，陶瓷层10表面的铅笔硬度大于或等于1H。进一步的，陶瓷层10表面的铅笔硬度为1H-5H，从而大幅度提高了壳体100的硬度，增强壳体100强度。更进一步的，陶瓷层10表面的铅笔硬度为2H-4H。具体的，陶瓷层10表面的铅笔硬度可以但不限于为2H、3H、4H或5H等。

在本申请中，采用落球冲击性能测试检测壳体100的性能，其中，落球为32g的不锈钢球，壳体100厚度为0.8mm。在一实施例中，将壳体100支撑于治具上，其中壳体100的四周边缘有3mm的支撑，中部悬空；将32g的不锈钢球从一定高度自由落下至待测壳体100表面上的待检测点，记录使壳体100破碎的高度为落球高度。进一步的，将32g的不锈钢球从一定高度自由落下至待测壳体100表面的四角和中心共五个检测点，记录使壳体100破碎的高度为落球高度。在本申请实施方式中，落球高度为50cm-110cm。进一步的，壳体100的落球高度为70cm-100cm。

本申请通过采用GB/T 25995-2010标准对壳体100的气孔率进行检测。在本申请实施方式中，壳体100的气孔率小于5％。即壳体100的致密度大于或等于95％。壳体100的低气孔率保证了壳体100内部的结合强度，有利于壳体100机械性能的提升。进一步的，壳体100的气孔率小于1％。进一步提升壳体100的致密性。

在本申请实施方式中，壳体100的表面粗糙度小于0.1μm。通过提供表面粗糙度小的壳体100，进而有利于增强其表面光泽度和陶瓷质感，提升视觉效果。进一步的，壳体100的表面粗糙度为0.02μm-0.08μm。

请参阅图4，为本申请一实施方式提供的壳体的制备方法流程图，该制备方法用于制备上述任一实施方式中的壳体100，包括：

S101：采用溶胶-凝胶法、气相沉积和固相烧结中的至少一种方式形成纤维-陶瓷杂化材料，纤维-陶瓷杂化材料包括纤维材料以及负载在纤维材料表面的陶瓷粉体。

S102：将纤维-陶瓷杂化材料改性后与聚合物共混，经密炼造粒形成注塑喂料。

S103：注塑喂料经注塑得到陶瓷片，压合陶瓷片得到陶瓷层，制得壳体。

本申请提供的壳体100的制备方法操作简单，易于大规模生产，可以制得具有优异性能的壳体100，有利于其应用。

在S101中，可以采用溶胶-凝胶法、气相沉积和固相烧结中的至少一种方式形成纤维-陶瓷杂化材料。在本申请实施方式中，纤维材料包括纤维素纤维、碳纤维、玻璃纤维和聚合物纤维中的至少一种。纤维素纤维和聚合物纤维表面的基团能够与陶瓷前驱体或陶瓷粉体之间产生键合，提高纤维-陶瓷杂化材料结构稳定性。具体的，聚合物纤维可以但不限于为聚四氟乙烯纤维、聚苯酯纤维、聚丙烯腈纤维等。碳纤维的力学性能强、密度小，可以提升陶瓷层10的性能。玻璃纤维机械强度高、密度小、绝缘性好，可以有效提升陶瓷层10的性能。

在本申请一实施方式中，可以通过溶胶-凝胶法制备纤维-陶瓷杂化材料。溶胶-凝胶法是用含化学活性组分的化合物作为前驱体，在液相下将原料均匀混合，并进行水解、缩合反应，经过干燥、煅烧后制得产物，即能够水解的无机盐和有机醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理生成氧化物或其他化合物。在本申请中，通过将陶瓷前驱体溶液、催化剂以及纤维材料混合，陶瓷前驱体与纤维材料表面之间产生分子间作用力，使得陶瓷前驱体预先负载在纤维材料表面；陶瓷前驱体溶液在催化剂的作用下发生水解缩合，再经干燥和烧结后，形成负载在纤维材料表面的陶瓷粉体，制得纤维-陶瓷杂化材料。采用溶胶-凝胶法制得的陶瓷粉体的粒径可控、粒径分布窄、形貌均匀，可以均匀分散在纤维材料的表面；并且溶胶-凝胶法无需过高的温度，保证纤维材料结构稳定性，生产成本低。在一实施方式中，纤维材料包括纤维素纤维，纤维素纤维表面含氧电负性基团可以与陶瓷前驱体中带正电的金属离子产生相互吸引，从而使得陶瓷前驱体可以包覆纤维素纤维，提高纤维-陶瓷杂化材料中陶瓷粉体与纤维材料之间的结合力和稳定性。

在本申请实施方式中，陶瓷前驱体包括含陶瓷元素的无机盐和有机醇盐中的至少一种。进一步的，陶瓷元素包括铝、锆、硅和钛中至少一种。可以理解的，采用铝、锆、硅和钛的无机盐和有机醇盐中的至少一种作为陶瓷前驱体，经溶胶-凝胶法可以对应制得Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂。具体的，陶瓷前驱体中，氧化铝前驱体可以但不限于为硝酸铝、异丙醇铝中的至少一种，氧化锆前驱体可以但不限于为硝酸锆、醇锆、氯氧化锆、锆酸四丁酯中的至少一种，二氧化硅前驱体可以但不限于为正硅酸乙酯和四甲氧基硅烷中的至少一种，二氧化钛前驱体可以但不限于为四氯化钛、钛酸四丁酯中的至少一种。在一实施例中，将氧化铝前驱体溶解在乙醇溶液中，加入有机环氧化物作为催化剂，反应后经干燥和煅烧后得到纤维-氧化铝杂化材料，即氧化铝颗粒负载在纤维材料的表面。在另一实施例中，将氧化锆前驱体溶解在乙醇溶液中，加入氨水作为催化剂，反应后经干燥和煅烧后得到纤维-氧化锆杂化材料，即氧化锆颗粒负载在纤维材料的表面。在又一实施例中，将二氧化硅前驱体溶解在乙醇溶液中，加入氨水作为催化剂，反应后经干燥和煅烧后得到纤维-二氧化硅杂化材料，即二氧化硅颗粒负载在纤维材料的表面。在又一实施例中，将二氧化钛前驱体与催化剂、纤维材料混合，反应后经干燥和煅烧后得到纤维-二氧化钛杂化材料，即二氧化钛颗粒负载在纤维材料的表面；催化剂可以但不限于为盐酸、硝酸和乙酸中的至少一种。进一步的，还加入有抑制剂。其中，抑制剂用于与二氧化钛前驱体反应，防止二氧化钛前驱体水解过快；具体的，抑制剂可以但不限于包括冰醋酸和乙酰丙酮中的至少一种。在本申请中，采用溶胶-凝胶法制备纤维-陶瓷杂化材料时，纤维材料与陶瓷前驱体的添加量可以根据所需的纤维-陶瓷杂化材料中纤维材料与陶瓷粉体的量进行确定，对此不作限定。

在一实施例中，通过溶胶-凝胶法制备纤维-陶瓷杂化材料中，干燥包括在60℃-80℃处理4h-10h，煅烧包括在100℃-180℃处理15h-36h。可以理解的，干燥和煅烧的温度低于纤维材料的玻璃化转变温度。采用上述干燥和煅烧工艺能够去除杂质成分，同时有利于对陶瓷粉体粒径的控制，有利于获得纳米级粒径的陶瓷粉体。具体的，干燥的温度可以但不限于为60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，干燥的时间可以但不限于为4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h；煅烧的温度可以但不限于为110℃、120℃、140℃、150℃或160℃，煅烧的时间可以但不限于为16h、17h、20h、24h、28h、30h或32h。

在一具体实施例中，将正硅酸乙酯分散在乙醇中形成第一溶液，氨水和乙醇混合形成第二溶液，第一溶液和第二溶液混合并加入纤维素纤维，反应后在80℃下干燥6h，并在120℃下煅烧24h后得到纤维-二氧化硅杂化材料，即二氧化硅颗粒负载在纤维素纤维的表面。进一步的，第一溶液中包括0.025mol-0.3mol的正硅酸乙酯和0.25mol-1.5mol的乙醇；第二溶液包括0.1mol-0.75mol的NH₃、0.25mol-1.5mol的乙醇以及0.25mol-2.0mol的水。

在本申请另一实施方式中，可以通过气相沉积制备纤维-陶瓷杂化材料。气相沉积包括物理气相沉积和化学气相沉积，如真空真镀、磁控溅射、离子镀、常压化学气相沉积、低压化学气相沉积等，具体的可以根据需要进行选择。可以理解的，气相沉积温度较高，应选择适合气相沉积的纤维材料。在一具体实施例中，将纤维材料置于磁控溅射装置中，纤维材料与二氧化硅靶材之间的距离为5cm-15cm，磁控溅射功率为30W-150W，通入氩气和氧气，溅射时间为2min-20min，获得纤维-陶瓷杂化材料，纤维-陶瓷杂化材料中二氧化硅负载在纤维材料表面。

在本申请又一实施方式中，可以通过固相烧结制备纤维-陶瓷杂化材料。通过将纤维材料浸泡在陶瓷前驱体溶液或陶瓷粉体溶胶中，再经过烧结后得到纤维-陶瓷杂化材料。在浸泡过程中纤维材料的表面负载了陶瓷前驱体或陶瓷粉体凝胶，在烧结过程陶瓷前驱体或陶瓷粉体转变为负载在纤维表面的陶瓷粉体颗粒。可以理解的，烧结的温度小于纤维材料的玻璃化转变温度，具体的烧结的温度可以但不限于为150℃-250℃。

在本申请一实施方式中，纤维-陶瓷杂化材料包括纤维材料以及负载在纤维材料表面的陶瓷粉体，其中陶瓷粉体包覆纤维材料，形成核壳结构。在本申请另一实施方式中，纤维-陶瓷杂化材料包括纤维材料以及负载在纤维材料表面的陶瓷粉体，其中陶瓷粉体负载并分散在纤维材料表面，并未形成包覆层。在一实施例中，陶瓷粉体的粒径为50nm-500nm。上述粒径的陶瓷粉体有利于提高壳体100的细腻质感以及壳体100的强度和硬度。进一步的，陶瓷粉体为纳米级粉体。也就是说，陶瓷粉体的粒径小于或等于100nm。在另一实施例中，陶瓷粉体的折射率大于2，从而有助于壳体100表面实现陶瓷温润质感和光泽，与陶瓷壳的视觉效果相同，但质量更轻，性能更好。

在S102中，将纤维-陶瓷杂化材料与改性剂混合、干燥后得到改性纤维-陶瓷杂化材料；改性纤维-陶瓷杂化材料与聚合物共混，经密炼造粒形成注塑喂料。在本申请中，陶瓷粉体负载在纤维材料的表面，相较于分散的陶瓷粉体和纤维材料，纤维-陶瓷杂化材料的比表面积减小，更有利于陶瓷粉体、纤维材料与聚合物之间的共混，提升陶瓷层10的综合性能。

在本申请中，表面改性剂可以但不限于包括偶联剂、表面活性剂、有机硅、分散剂等中的至少一种，表面改性剂可以根据聚合物的性质进行选择。在一实施例中，可以选择偶联剂对纤维-陶瓷杂化材料进行改性，偶联剂可以但不限于为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等。在另一实施例中，表面改性剂与纤维-陶瓷杂化材料中陶瓷粉体的质量比为0.5％-3％，从而可以使得纤维-陶瓷杂化材料改性完全，并且不会使表面改性剂发生团聚。具体的，表面改性剂与纤维-陶瓷杂化材料中陶瓷粉体的质量比可以但不限于为0.7％、1％、1.2％、1.5％、1.7％、2％、2.4％、2.5％、2.8％或3％等。在一具体实施例中，将表面改性剂溶于醇溶剂中、水中或醇水混合溶剂中，并加入纤维-陶瓷杂化材料，经混合干燥后得到改性纤维-陶瓷杂化材料。在又一实施例中，聚合物包括聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种，当然还可以选择其他适用于壳体100的聚合物。在一具体实施例中，当聚合物为聚苯硫醚时，可以选择具有环氧基的偶联剂进行改性，以便于更好地相容混合。可以理解的，聚合物和改性纤维-陶瓷杂化材料的混合比例可以根据陶瓷层10中陶瓷粉体的含量进行选择，对此不作限定。在一实施例中，陶瓷粉体和聚合物的质量比为1-4，有利于制得光泽度高、陶瓷质感强，且硬度和韧性兼顾的陶瓷层10。

在本申请一实施例中，共混包括采用干法或湿法研磨的方式进行。进一步的，通过干法进行共混，提高效率。在一具体实施例中，将改性纤维-陶瓷杂化材料、聚合物和球磨珠一同置于干法球磨机中进行研磨2h-10h。

在本申请中，密炼造粒有利于注塑过程的进行，例如可以将共混后的混合物置于密炼造粒一体机中进行密炼造粒。在一实施例中，密炼造粒的温度高于所选用的聚合物的熔点，且低于所选用的聚合物的分解温度。具体的，密炼造粒的温度可以但不限于为200℃-350℃，密炼造粒的时间可以但不限于为1h-12h。进一步的，密炼过程为负压状态，压力绝对值小于0.01MPa，从而可以有效防止所选用的聚合物被氧化，并且可以有效促进副反应生成的气体的排除。

在S103中，将注塑喂料进行注塑得到陶瓷片，压合陶瓷片得到陶瓷层10，制得壳体100。

在本申请中，注塑温度可以根据选用的聚合物的性质进行选择，例如，注塑温度可以但不限于为200℃-350℃；又如，选择聚苯硫醚时，注塑温度可以为290℃-330℃。注塑得到的陶瓷片厚度可以根据需要进行选择，同时后续压合和加工过程中厚度会有所减小，因此，在注塑时可增加厚度。在本申请中，采用注塑成型的方法操作更加简单，相较于流延成型，无需考虑溶剂与聚合物之间的相容性问题，制备成本低。可以理解，还可以采用流延成型等其他成型方式制备陶瓷片。采用上述方法制备陶瓷片中，聚合物和纤维-陶瓷杂化材料充分混合，有利于后续压合的进行，提升内部结合力，使得聚合物发生交联后，整个结构中的纤维-陶瓷杂化材料较为均匀地分散其中，有助于提升内部结合力，提高韧性。

在本申请实施方式中，压合陶瓷片包括将陶瓷片进行温等静压。通过温等静压降低陶瓷片内部的孔隙率，增强陶瓷粉体、纤维材料与聚合物之间的作用力。等静压技术是利用密闭高压容器内制品在各向均等的超高压压力状态下成型的技术。等静压技术按成型和固结时的温度高低，分为冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型。在本申请中，温等静压的温度大于聚合物的玻璃化转变温度，从而使得陶瓷片中的聚合物可以发生软化，同时在压力作用下致密性更好，从而消除陶瓷片内的气孔，提高陶瓷粉体、纤维材料与聚合物之间的结合力。在一实施例中，温等静压的压力为50MPa-500MPa，从而有利于充分压实陶瓷片，并且该过程对设备要求不高，安全性好，更有利于在实际中操作和应用。进一步的，温等静压的压力为100MPa-400MPa。在本申请中，温等静压的时间可以根据陶瓷片的厚度进行选择。在一实施例中，温等静压的温度为80℃-300℃，温等静压的时间为0.5h-2h，温等静压的压力为50MPa-500MPa，可以进一步降低陶瓷片的孔隙度，提高内部的结合力。在一具体实施例中，可以将陶瓷片装入包套中，抽去吸附在坯体表面及内部空隙和包套内的气体，真空密封后置于有加热炉的压力容器中进行温等静压。

请参阅图5，为本申请另一实施方式提供的壳体的制备方法流程图，该制备方法制备上述任一实施例的壳体100，包括：

S201：采用溶胶-凝胶法、气相沉积和固相烧结中的至少一种方式形成纤维-陶瓷杂化材料，纤维-陶瓷杂化材料包括纤维材料以及负载在纤维材料表面的陶瓷粉体。

S202：将纤维-陶瓷杂化材料改性后与聚合物共混，经密炼造粒形成注塑喂料。

S203：注塑喂料经注塑得到陶瓷片，压合陶瓷片后进行热处理得到陶瓷层，制得壳体。

可以理解的，S201和S202的详细描述请参见上述实施方式中S101和S102对应部分的描述，在此不再赘述。

在S203中，在压合后还包括热处理。通过热处理进一步促进聚合物分子链发生扩链、交联等反应，实现结晶度和交联度的有效调控，进一步提升强韧性。在本申请中，通过选择的聚合物的具体结晶、交联和降解性质确定热处理温度；例如热处理温度大于聚合物的熔融温度，且小于聚合物的分解温度。在一实施例中，热处理的温度为100℃-350℃，热处理的时间为5h-48h。在一具体实施例中，当聚合物为聚苯硫醚时，可以进行热处理，热处理的温度为100℃-350℃，热处理的时间为5h-48h。进一步的，热处理的温度为270℃-360℃。具体的，热处理可以在惰性气氛下进行，也可以在空气中进行，发生氧化交联。

在本申请一实施方式中，壳体100的制备方法还包括对壳体100进行计算机数字化控制精密机械加工(CNC加工)。通过CNC加工获得最终所需组装配合尺寸的壳体100。例如，通过CNC加工使得壳体100更加平整。在本申请另一实施方式中，壳体100的制备方法还包括对壳体100进行打磨处理。通过对壳体100表面进行抛光研磨，从而降低壳体100表面的粗糙度，提高壳体100表面的陶瓷质感。在一实施例中，壳体100的表面粗糙度小于0.1μm。通过提供表面粗糙度小的壳体100，进而有利于增强其表面光泽度和陶瓷质感，提升视觉效果。进一步的，壳体100的表面粗糙度为0.02μm-0.08μm。

在本申请一实施方式中，壳体100的制备方法还包括在陶瓷层10表面喷涂或蒸镀保护材料，形成保护层20。在一实施例中，通过在陶瓷层10表面蒸镀抗指纹材料，形成抗指纹层，提升壳体100的抗指纹效果。

本申请还提供了一种电子设备200，包括上述任一实施例的壳体100。可以理解的，电子设备200可以但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、手表、MP3、MP4、GPS导航仪、数码相机等。请参阅图6，为本申请一实施方式提供的电子设备的结构示意图，其中，电子设备200包括壳体100。该壳体100可以提升电子设备200的表面硬度和韧性，并且使电子设备200具有陶瓷质感的外观，具有优异的产品竞争力。请参阅图7，为本申请一实施方式提供的电子设备的结构组成示意图，电子设备200可以包括RF电路210、存储器220、输入单元230、显示单元240、传感器250、音频电路260、WiFi模块270、处理器280以及电源290等。其中，RF电路210、存储器220、输入单元230、显示单元240、传感器250、音频电路260、WiFi模块270分别与处理器280连接；电源290用于为整个电子设备200提供电能。具体而言，RF电路210用于接发信号；存储器220用于存储数据指令信息；输入单元230用于输入信息，具体可以包括触控面板以及操作按键等其他输入设备；显示单元240可以包括显示屏等；传感器250包括红外传感器、激光传感器等，用于检测用户接近信号、距离信号等；扬声器261以及传声器262通过音频电路260与处理器280连接，用于接发声音信号；WiFi模块270则用于接收和发射WiFi信号；处理器280用于处理电子设备200的数据信息。

以下通过具体实施例及对比例对本申请实施提供的壳体的性能做进一步的说明。

实施例1

一种壳体，壳体的材质包括氧化锆、聚苯硫醚(PPS)和纤维素纤维，其中氧化锆负载在纤维素纤维的表面，壳体中氧化锆的质量含量为60％，纤维素纤维的质量占比为15％。

实施例2

与实施例1大致相同，不同之处在于，壳体中氧化锆的质量含量为50％，纤维素纤维的质量占比为20％。

实施例3

与实施例1大致相同，不同之处在于，壳体中氧化锆的质量含量为80％，纤维素纤维的质量占比为10％。

实施例4

与实施例1大致相同，不同之处在于，壳体中氧化锆的质量含量为40％，纤维素纤维的质量占比为16％。

实施例5

与实施例1大致相同，不同之处在于，壳体中氧化锆的质量含量为50％，纤维素纤维的质量占比为8％。

实施例6

与实施例1大致相同，不同之处在于，壳体中氧化锆的质量含量为85％，纤维素纤维的质量占比为5％。

实施例7

与实施例1大致相同，不同之处在于，壳体中氧化锆的质量含量为55％，纤维素纤维的质量占比为25％。

实施例8

一种壳体，壳体的材质包括二氧化硅、聚碳酸酯和碳纤维，其中二氧化硅负载在碳纤维的表面，壳体中二氧化硅的质量含量为60％，碳纤维的质量占比为15％。

对比例1

一种壳体，壳体的材质包括氧化锆和PPS，壳体中氧化锆的质量含量为60％。请参阅图8，为本申请提供的对比例1制得的壳体的内部示意图，其中，氧化锆分散在壳体中。

对比例2

一种壳体，壳体的材质包括PPS和纤维素纤维，壳体中纤维素纤维的质量占比为60％。请参阅图9，为本申请提供的对比例2制得的壳体的内部示意图，其中，纤维素纤维分散在壳体中。

对比例3

一种壳体，壳体的材质包括氧化锆、PPS和纤维素纤维，其中壳体中氧化锆的质量含量为60％，纤维素纤维的质量占比为15％。该壳体制备过程中，氧化锆、纤维素纤维和PPS直接混合，经密炼造粒、注塑和压合制得，壳体中氧化锆和纤维素纤维随机分布。请参阅图10，为本申请提供的对比例3制得的壳体的内部示意图，可以看出，氧化锆和纤维素纤素随机分布，氧化锆并未负载在纤维素纤维的表面。

性能检测

通过采用GB/T 6739-1996标准对上述实施例和对比例提供的壳体表面的铅笔硬度进行检测；采用GB/T 8807-1988对上述实施例和对比例提供的聚合物陶瓷壳体表面的光泽度进行检测，光泽度仪角度为60°；提供上述实施例和对比例中的壳体，壳体尺寸均为150mm×73mm×0.8mm，分别将上述壳体支撑于治具上(四边各有3mm支撑，中部悬空)，使用32g的不锈钢球从一定高度自由落下至待测表面，壳体四角和中心共五个点，每个点测5次，直至破碎，记录落球高度，结果如表1所示。

表1性能检测结果

	光泽度	铅笔硬度	落球高度/cm
				实施例1	135	3H	85
实施例2	131	2H	100
				实施例3	138	4H	70
实施例4	126	1H	98
				实施例5	130	2H	80
实施例6	143	5H	50
				实施例7	133	2H	90
实施例8	125	3H	95
				对比例1	140	3H	50
对比例2	110	1B	100
				对比例3	135	3H	70

检测铅笔硬度可以反映壳体表面的硬度以及耐磨性能，检测落球高度可以反映壳体的韧性和抗冲击性能。根据表1可知，本申请实施例提供的壳体具有高光泽度，陶瓷质感强烈，同时表面硬度高、韧性好。具体而言，与对比例1和对比例3相比，本申请实施例1提供的壳体具有较高的落球高度，因而表现出优异的韧性；与对比例2相比，本申请实施例1提供的壳体具有较高的光泽度和硬度，耐磨性能好，陶瓷质感佳。与塑料壳相比，本申请提供的壳体的光泽度高、陶瓷质感强、硬度和耐磨性能佳；与纯陶瓷壳相比，本申请提供的壳体加工难度低、制备成本低、介电性能好，并且符合轻薄化的发展需求；与仅具有陶瓷粉体和聚合物的壳体相比，本申请提供的壳体的耐磨性能好、韧性佳；与仅具有纤维材料和聚合物的壳体相比，本申请提供的壳体具有陶瓷质感、光泽度高、硬度和耐磨性能好；与具有随机混合的陶瓷粉体、纤维材料和聚合物的壳体相比，本申请提供的壳体中有效避免了陶瓷粉体的团聚，提高了壳体的韧性。综上，本申请提供的壳体的综合性能优异，有利于其应用。

以上对本申请实施方式所提供的内容进行了详细介绍，并对本申请的原理及实施方式进行了阐述与说明，但以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (16)

1.一种壳体，其特征在于，所述壳体包括陶瓷层，所述陶瓷层包括陶瓷粉体、聚合物和纤维材料，所述陶瓷粉体负载在所述纤维材料的表面。

2.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷层中所述陶瓷粉体和所述纤维材料的质量比为2.5-8。

3.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷层中所述陶瓷粉体的质量占比为50％-80％，所述纤维材料的质量占比为10％-20％。

4.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷层中所述纤维材料相互搭接形成三维骨架网络。

5.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述纤维材料包括纤维素纤维、碳纤维、玻璃纤维和聚合物纤维中的至少一种；所述纤维材料的长度为5μm-200μm，直径为0.5μm-10μm，长径比为10-100。

6.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷粉体包括Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂中的至少一种；所述陶瓷粉体的粒径为50nm-500nm。

7.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷粉体和所述纤维材料之间通过化学键和氢键中的至少一种作用力进行连接。

8.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述陶瓷层中所述聚合物的质量占比为10％-30％，所述聚合物包括聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

9.如权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述壳体还包括保护层，所述保护层设置在所述陶瓷层的表面。

10.一种壳体的制备方法，其特征在于，包括：

采用溶胶-凝胶法、气相沉积和固相烧结中的至少一种方式形成纤维-陶瓷杂化材料，所述纤维-陶瓷杂化材料包括纤维材料以及负载在所述纤维材料表面的陶瓷粉体；

将所述纤维-陶瓷杂化材料改性后与聚合物共混，经密炼造粒形成注塑喂料；

所述注塑喂料经注塑得到陶瓷片，压合所述陶瓷片得到陶瓷层，制得壳体。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述采用溶胶-凝胶法形成纤维-陶瓷杂化材料，包括：

将所述纤维材料与陶瓷前驱体溶液、催化剂混合，经水解缩合、干燥和煅烧后得到所述纤维-陶瓷杂化材料；其中，所述陶瓷前驱体溶液包括含陶瓷元素的无机盐溶液和有机醇盐溶液中的至少一种，所述陶瓷元素包括铝、锆、硅和钛中至少一种。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述干燥包括在60℃-80℃处理4h-10h，所述煅烧包括在100℃-180℃处理15h-36h，所述干燥和所述煅烧的温度均低于所述纤维材料的玻璃化转变温度。

13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述密炼造粒的温度为200℃-350℃，时间为1h-12h；所述注塑喂料的直径为2mm-3mm，长度为3mm-4mm。

14.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，压合所述陶瓷片，包括：将所述陶瓷片进行温等静压，其中，所述温等静压的温度为80℃-300℃，且所述温等静压的温度高于所述聚合物的玻璃化转变温度，所述温等静压的压力为50MPa-500MPa，所述温等静压的时间为0.5h-2h。

15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，在所述压合后还包括热处理，所述热处理的温度为100℃-350℃，所述热处理的时间为5h-48h。

16.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的壳体。

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