CN116535207A - 制备氧化锆陶瓷的组合物、氧化锆陶瓷及其制备方法和电子产品壳体 - Google Patents

制备氧化锆陶瓷的组合物、氧化锆陶瓷及其制备方法和电子产品壳体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氧化锆陶瓷技术领域，具体涉及一种制备氧化锆陶瓷的组合物、一种氧化锆陶瓷及其制备方法和一种电子产品壳体。以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：20.65‑45.43wt％的Zr、0.61‑3.43wt％的Y、4.53‑29.83wt％的Sr和5.05‑31.69wt％的Al；且所述氧化锆陶瓷包括：30‑63wt％的四方相氧化锆和37‑70wt％的次相，且所述次相包含SrAl12O19和/或SrAl2O4；所述四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。本发明提供的氧化锆陶瓷同时满足：低硬度、低密度、低介电常数、低透光率、高抗冲击性和易加工性的优势。

Description

制备氧化锆陶瓷的组合物、氧化锆陶瓷及其制备方法和电子 产品壳体
技术领域
本发明涉及氧化锆陶瓷技术领域，具体涉及一种制备氧化锆陶瓷的组合物、一种氧化锆陶瓷及其制备方法、一种电子产品壳体。
背景技术
氧化锆陶瓷由于具有常规陶瓷耐腐蚀性好硬度高强度高的特点，因此有着广泛应用。虽然，氧化锆陶瓷的韧性(达到5-6MPa·m1/2)比常规其他陶瓷要高一些，但在做成大面积外观件时，有着抗冲击性弱的缺点。另外，在制备成手机后盖产品时，由于厚度很薄，所以氧化锆陶瓷本身的半透性会被放大，因此需要引入在背面涂覆油墨的工艺来防止内部的构件被看到，从而增加了成本；此外，高密度带来的重量大问题，高介电常数带来的信号传输问题。针对这些问题，有些厂家通过多加入氧化铝的方式来降低密度和介电常数，但氧化铝的高硬度高脆性会导致加工难度大幅上升，从而导致良品率低下，成本高，让生产变为不可能。因此，研发出一种兼具低硬度、低密度、低介电常数、低透光率、高抗冲击性和易加工性等的陶瓷，对陶瓷后盖应用在5G时代，变得非常重量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有氧化锆陶瓷无法同时具有低硬度、低密度、低介电常数、低透光率、高抗冲击性和易加工性等问题，提供一种制备氧化锆陶瓷的组合物、一种氧化锆陶瓷及其制备方法和一种电子产品壳体，该氧化锆陶瓷通过限定特定元素的含量范围和组成，使得氧化锆陶瓷满足低硬度的前提下，同时满足低密度、低介电常数、高韧性、低透光率、高抗冲击性和易加工性等特点。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种氧化锆陶瓷，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：20.65-45.43wt％的Zr、0.61-3.43wt％的Y、4.53-29.83wt％的Sr和5.05-31.69wt％的Al；且所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆和37-70wt％的次相，且所述次相包含SrAl12O19和/或SrAl2O4；所述四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
优选地，所述氧化锆陶瓷中，SrAl12O19以晶须形式存在，SrAl2O4以尖晶石形式存在。
优选地，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：27.53-43.26wt％的Zr、0.81-3.27wt％的Y、4.88-25.56wt％的Sr和10.49-27.16wt％的Al；所述氧化锆陶瓷包括：40-60wt％的四方相氧化锆和40-60wt％的次相。
本发明第二方面提供一种制备第一方面提供的氧化锆陶瓷的组合物，该组合物包含：氧化锆粉体、氧化锶粉体和氧化铝粉体；其中，以所述氧化锆粉体的总量为基准，所述氧化锆粉体中含有1.5-4mol％的氧化钇。
优选地，以所述组合物的总量为基准，所述氧化锆粉体的含量为30-63wt％，优选为40-60wt％；所述氧化锶粉体的含量为5.35-35.27wt％，优选为5.78-30.23wt％；所述氧化铝粉体的含量为18.35-59.86wt％，优选为19.83-51.31wt％。
本发明第三方面提供一种氧化锆陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将第二方面提供的组合物中的各粉体与水、分散剂和粘结剂混合并进行湿磨，得到浆料；
(2)将所述浆料进行干燥，得到复合氧化锆陶瓷粉体；
(3)将所述复合氧化锆陶瓷粉体依次进行成型、烧结，得到氧化锆陶瓷。
优选地，步骤(1)中，所述分散剂、粘结剂和组合物的重量比为0.005-0.5：0.5-5：100，优选为0.01-0.1：2-5：100。
本发明第四方面提供一种电子产品壳体，所述电子产品壳体含有第一方面提供的氧化锆陶瓷。
通过上述技术方案，本发明提供的氧化锆陶瓷，通过限定氧化锆陶瓷中元素含量和组成，以及特定元素和特定组成的协同作用，使得氧化锆陶瓷具有低硬度的前提下，还兼具低密度、低介电常数、高韧性、低透光率、高抗冲击性和易加工性等特点。具体而言，本发明通过控制“以氧化锆陶瓷的总量为基准，氧化锆陶瓷以元素计包含：20.65-45.43wt％的Zr、0.61-3.43wt％的Y、4.53-29.83wt％的Sr和5.05-31.69wt％的Al”和“氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆和37-70wt％的次相，且次相包含SrAl12O19和/或SrAl2O4”的技术特征，以及二者之间的协同作用，使得氧化锆陶瓷同时满足：硬度≤1300Hv；密度≤5.15g/cm3；介电常数≤23；韧性≥4MPa·m1/2；透光率(800nm)≤1.5％；减薄速度≥30丝/h；平均落锤高度≥20cm。
同时，本发明提供的氧化锆陶瓷的制备方法在降低成本和节能的前提下，简化工艺流程，便于工业化生产。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种氧化锆陶瓷，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：20.65-45.43wt％的Zr、0.61-3.43wt％的Y、4.53-29.83wt％的Sr和5.05-31.69wt％的Al；且所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆和37-70wt％的次相，且所述次相包含SrAl12O19和/或SrAl2O4；所述四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
本发明通过限定Sr和Al的摩尔比α，使得所述次相含有SrAl12O19晶须和/或SrAl2O4尖晶石，进而改善氧化锆陶瓷的硬度，并使氧化锆陶瓷兼具低密度、低介电常数、高韧性、低透光率、高抗冲击性和易加工性等性能。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，当Sr和Al的摩尔比α满足：1:12＜α＜1:2时，所述次相包含SrAl12O19和SrAl2O4。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，当Sr和Al的摩尔比α满足：1:12＜α＜1:2时，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆，18.5-35wt％的SrAl12O19和18.5-35wt％的SrAl2O4。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，当Sr和Al的摩尔比α满足：α＝1:12时，所述次相包含SrAl12O19。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，当Sr和Al的摩尔比α满足：α＝1:12时，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆和37-70wt％的SrAl12O19。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，当Sr和Al的摩尔比α满足：α＝1:2时，所述次相包含SrAl2O4。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，当Sr和Al的摩尔比α满足：α＝1:2时，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆和37-70wt％的SrAl2O4。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆陶瓷中，SrAl12O19以晶须形式存在，SrAl2O4以尖晶石形式存在。在本发明中，没有特殊情况说明下，SrAl12O19晶须能够提高氧化锆陶瓷的力学性能；SrAl2O4尖晶石能够降低烧结温度。
在本发明的一些实施方式中，为进一步兼顾氧化锆陶瓷的力学性能。优选地，SrAl12O19晶须的长径比≥4:1，优选为4-7：1。
在本发明中，所述氧化锆陶瓷包含的元素除了Zr、Sr、Y和Al外，还可能含有其他元素，例如，O；所述氧化锆陶瓷包含的所有元素的总和为100wt％。
在本发明中，没有特殊情况说明下，各元素含量参数可以通过能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000进行XRF测试。
在本发明中，为进一步使得氧化锆陶瓷同时具有低硬度、低透光率、高韧性、高抗冲击性、低密度、低介电常数和易加工性。优选地，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：27.53-43.26wt％的Zr、0.81-3.27wt％的Y、4.88-25.56wt％的Sr和10.49-27.16wt％的Al；所述氧化锆陶瓷包括：40-60wt％的四方相氧化锆和40-60wt％的次相。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述氧化锆陶瓷中物相(例如，四方相氧化锆，次相等)含量可通过XRD测定。在XRD谱图中，出现氧化锆的四方相的衍射峰，可能是氧化钇与氧化锆形成的固溶体。优选地，所述四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；进一步优选地，所述四方相氧化锆中氧化钇的含量为2.6-6.93wt％。所述氧化锆陶瓷中可能还含有其他物相，但对本发明的氧化锆陶瓷没有负面影响。本发明中，所述氧化锆陶瓷包含的物相的上述含量以所述氧化锆陶瓷为基准。
在本发明的一些实施方式中，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷还包括：0-0.5wt％的单斜相氧化锆。
本发明提供的氧化锆陶瓷具有低硬度，优选地，所述氧化锆陶瓷满足：硬度≤1300Hv，优选为1050-1290Hv。
本发明提供的氧化锆陶瓷具有低介电常数和低密度参数，实现轻量化。优选地，所述氧化锆陶瓷满足：介电常数≤23，优选为14-22.5；密度≤5.15g/cm3，优选为4.5-5.1g/cm3。
本发明提供的氧化锆陶瓷满足：韧性≥4MPa·m1/2，优选为4-6MPa·m1/2。由此可知，所述氧化锆陶瓷具有高韧性。
本发明提供的氧化锆陶瓷满足：透光率(800nm)≤1.5％，优选为0.5-1％。由此可知，所述氧化锆陶瓷具有低透光率。
在本发明中，测定所述氧化锆陶瓷的减薄速度可以反映氧化锆陶瓷的加工性。优选地，所述氧化锆陶瓷满足：减薄速度≥30丝/h，优选为31-45丝/h。其中，铜盘减薄速度越快，说明加工速度越快，在生产时效率更高，成本更低。由此可见，所述氧化锆陶瓷可以具有好的加工性。
在本发明中，所述氧化锆陶瓷的落锤冲击测试结果中，平均落锤高度≥20cm，优选为20-30cm。由此可知，所述氧化锆陶瓷可以具有高抗冲击性。
在本发明中，没有特殊情况说明下，硬度参数和韧性参数均采用硬度计及压痕法(金刚压头、力10kg、试压时间15s)测得；密度参数采用排水法测得；介电常数参数使用网络分析仪测试材质在2GHz测得；透光率参数使用岛津分光光度计测试测得；减薄速度参数使用铜磨盘下尺寸速度，比如固定时间1h，测试铜磨前后厚度差测得；平均落锤高度参数使用落锤冲击试验机，将样品放于平台，使用60g重的落锤砸样品中心位置，从5cm高度开始，如果不裂就按照每次5cm的高度增加，直到样品出现肉眼可见裂纹停止，记录高度值测得。
本发明提供的氧化锆陶瓷可以在具有低硬度、低透光率、高抗冲击性、高韧性、低介电常数和低密度的同时，具有更好的加工性。根据本发明，优选地，所述氧化锆陶瓷同时满足：密度≤5.15g/cm3，优选为4.5-5.1g/cm3；介电常数≤23，优选为14-22.5；硬度≤1300Hv，优选为1050-1290Hv；韧性≥4MPa·m1/2，优选为4-6MPa·m1/2；透光率(800nm)≤1.5％，优选为0.5-1％；减薄速度≥30丝/h，优选为31-45丝/h；平均落锤高度≥20cm，优选为20-30cm。
根据本发明一种特别优选的实施方式，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：20.65-45.43wt％的Zr、0.61-3.43wt％的Y、4.53-29.83wt％的Sr和5.05-31.69wt％的Al；且所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆、37-70wt％的次相和0-0.5wt％的单斜相氧化锆；所述四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；
当Sr和Al的摩尔比α满足：1:12＜α＜1:2时，所述次相包含SrAl12O19和SrAl2O4；
当Sr和Al的摩尔比α满足：α＝1:12时，所述次相包含SrAl12O19；
当Sr和Al的摩尔比α满足：α＝1:2时，所述次相包含SrAl2O4。
本发明第二方面提供一种制备第一方面提供的氧化锆陶瓷的组合物，该组合物包含：氧化锆粉体、氧化锶粉体和氧化铝粉体；其中，以所述氧化锆粉体的总量为基准，所述氧化锆粉体中含有1.5-4mol％的氧化钇。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锆粉体含有氧化钇，粒径中值为0.3-0.6μm，比表面积为7-13m2/g；氧化锶粉体的粒径中值为8-12μm；氧化铝粉体的粒径中值为0.15-0.6μm。
本发明提供的实施方式中，提供的上述组合物含有上述各种氧化物粉体，可以获得兼具低硬度、低密度、低透光率、高韧性、低透光率、高抗冲击性和易加工性的氧化锆陶瓷。所述组合物中，各氧化物粉体的使用量进一步优选满足：以所述组合物的总量为基准，所述氧化锆粉体的含量为30-63wt％，优选为40-60wt％；所述氧化锶粉体的含量为5.35-35.27wt％，优选为5.78-30.23wt％；所述氧化铝粉体的含量为18.35-59.86wt％，优选为19.83-51.31wt％。在本发明中，没有特殊情况说明下，所述组合物中各氧化物粉体的总量为100wt％。
本发明中，虽然可以考虑各种氧化物的添加所各自可能带来的作用，例如，氧化钇可能带来氧化锆稳定和增韧作用，氧化铝可能具有增强作用，氧化锶可以与氧化铝聚集而产生次相颗粒(SrAl12O19和/或SrAl2O4)，增加氧化锆陶瓷的抗冲击性，以及降低陶瓷的透光率、介电常数、硬度和密度。但是本发明提供的上述氧化锆陶瓷特别含有上述特定含量的各种元素和组成时，可以协同获得硬度改进的氧化锆陶瓷。当各种氧化物含量不在上述限定范围内时，不能提供满足本发明所述性能的氧化锆陶瓷。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β满足：1:6≤β≤1:1，例如，1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1，以及任意两个数值组成的范围中的任意值。本发明采取直接在组合物中加入氧化锶和氧化铝组分，且氧化锶和氧化铝以特定比例组合，相互作用。在氧化锆陶瓷中形成的次相可以实现对陶瓷的透光率和抗冲击性能的改进，同时使得陶瓷具有低密度、低介电常数、低硬度、易加工性等特点。
本发明第三方面提供一种氧化锆陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将第二方面提供的组合物中的各粉体与水、分散剂和粘结剂混合并进行湿磨，得到浆料；
(2)将所述浆料进行干燥，得到复合氧化锆陶瓷粉体；
(3)将所述复合氧化锆陶瓷粉体依次进行成型、烧结，得到氧化锆陶瓷。
在本发明中，步骤(1)实现将上述作为原料的各种氧化物粉体研磨，降低粒径并得到浆料；研磨过程为湿磨，具体过程可以包括：将上述各种氧化物粉体和水混合为浆液，先进行球磨混合，然后再砂磨粉碎，使各种氧化物粉体的粒径中值至纳米级(如250-500nm)。
在本发明的一些具体实施方式中，将上述各种氧化物粉体按本发明的含量在球磨罐中加水进行球磨8-10h，然后再在砂磨机中加入分散剂和水砂磨8-10h，最后加入合适比例的粘结剂再搅拌2-4h。球磨罐和砂磨机使用氧化锆陶瓷的内衬以及氧化锆研磨球。氧化锆研磨球的选用粒径、不同粒径研磨球的配比、研磨球与粉体的重量比，以及水的用量可以控制以实现获得所期望获得的氧化物粉体的粒径。
在本发明中，所述分散剂可以促进粉体中各组分混合均匀。优选地，步骤(1)中，所述分散剂选自羟丙甲纤维素、羧甲基纤维素钠和三乙醇胺中的至少一种。本发明中，所述分散剂可商购获得。
在本发明中，所述粘结剂有利于所述粉体的成型性。优选地，所述粘结剂选自聚乙烯醇和/或聚乙二醇。优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇和聚乙二醇。更优选所述聚乙烯醇和聚乙二醇的摩尔比为1：1-2，优选为1:1。其中，聚乙烯醇的平均分子量为60000-200000g/mol；聚乙二醇的平均分子量为2000-6000g/mol。本发明中，所述粘结剂均可商购获得。
在本发明的一些实施方式中，优选地，步骤(1)中，所述分散剂、粘结剂和组合物的重量比为0.005-0.5：0.5-5：100，优选为0.01-0.1：2-5：100。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述浆料的固含量为20-60wt％，例如，20wt％、25wt％、30wt％、40wt％、50wt％、55wt％、60wt％，以及任意两个数值组成的范围中的任意值，优选为25-55wt％。这样设置更有利于磨料效果。
在本发明中，步骤(2)可以采用各种干燥方式，例如，可以采用喷雾干燥，形成流动性较强的球形粉体。优选地，喷雾干燥的进风温度为220-280℃，出风温度为100-120℃，离心转速为10-20rpm。
根据本发明，步骤(3)可以用于将复合氧化锆粉体制备为陶瓷。可以先将复合氧化锆粉体成型，然后烧结。优选地，所述成型的方式包括并不局限于干压成型、等静压成型、注射成型、热压铸成型式，优选为干压成型，可以使用吨位180-200吨的压机使用6-10MPa的油压压强进行成型，例如手机后盖形状。
根据本发明，所述烧结可以是空气中烧结。优选地，步骤(3)中，所述烧结的条件包括：温度为1400-1600℃，优选为1450-1550℃；时间为1-5h，优选为1-2h。
在本发明中，经过烧结得到的陶瓷还包括进行平磨抛光后，使用激光器切成最终产品。
本发明第四方面提供一种电子产品壳体，所述电子产品壳体含有第一方面提供的氧化锆陶瓷。在本发明中，所述电子产品壳体包括并不局限于手机背壳。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，断裂韧性Kic：硬度计压痕法(金刚压头、力10kg、试压时间15s)；
硬度Hv：硬度计及压痕法(金刚压头、力10kg、试压时间15s)；
加工性：铜磨盘下尺寸速度，比如固定时间1h，测试铜磨前后厚度差，记为减薄速度，丝/h；
致密性：取抛光后样品大面上没10×10mm范围内的平均坑点数(大于20μm)；
落锤冲击：使用落锤冲击试验机(制造商CKSI，型号E602SS)，将样品放于平台，使用60g重的落锤砸样品中心位置，从5cm高度开始，如果不裂就按照每次5cm的高度增加，直到样品出现肉眼可见裂纹停止，记录高度值；
透光率：使用岛津分光光度计测试；
介电常数：使用网络分析仪测试材质在2GHz的介电常数；
密度参数采用排水法测得；
XRD测试：使用X射线衍射仪Smartlab(3kW)测试物相种类和含量；
XRF检测：使用能量色散型X射线荧光光谱仪EDX-7000测试抛光样品的元素含量。
以下实施例和对比例中，原料和制得样品的组成用量见表1。
实施例1
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)16.24wt％，氧化铝(Al2O3)33.76wt％，50wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:2.1；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羧甲基纤维素钠和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1450℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S1。
将制得氧化锆陶瓷S1进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:4.2。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19和SrAl2O4。
实施例2
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)12.99wt％，氧化铝(Al2O3)27.01wt％，60wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:2.1；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羧甲基纤维素钠和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1450℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S2。
将制得氧化锆陶瓷S2进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:4.2。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19和SrAl2O4。
实施例3
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)19.48wt％，氧化铝(Al2O3)40.52wt％，40wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体氧化铝粉体的摩尔比β为1:2.1；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羧甲基纤维素钠和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1450℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S3。
将制得氧化锆陶瓷S3进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:4.2。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19和SrAl2O4。
实施例4
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)7.25wt％，氧化铝(Al2O3)42.75wt％，50wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体氧化铝粉体的摩尔比β为1:6；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羟丙甲纤维素和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1450℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S4。
将制得氧化锆陶瓷S4进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:12。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19。
实施例5
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)5.8wt％，氧化铝(Al2O3)34.2wt％，60wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:6；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羟丙甲纤维素和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1450℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S5。
将制得氧化锆陶瓷S5进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:12。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19。
实施例6
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)8.7wt％，氧化铝(Al2O3)51.3wt％，40wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:6；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羟丙甲纤维素和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1550℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S6。
将制得氧化锆陶瓷S6进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:12。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，原料不同，即，复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)25wt％，氧化铝(Al2O3)40wt％，35wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉，其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:1.6；其余条件相同，得到氧化锆陶瓷S7。
将制得氧化锆陶瓷S7进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1。其中Sr和Al的摩尔比α为1:3.2。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl12O19和SrAl2O4。
实施例8
原料：复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)20wt％，氧化铝(Al2O3)20wt％，60wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉；其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:1；
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羟丙甲纤维素和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1400℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷S8。
将制得氧化锆陶瓷S8进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1，其中Sr和Al的摩尔比α为1:2。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体；次相为SrAl2O4。
对比例1
原料：复合粉200g，其中包含氧化铝(Al2O3)50wt％，50wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉。
将原料在球磨罐中加水球磨8h，然后再在砂磨机中加入复合粉的0.02wt％的羧甲基纤维素钠和水砂磨10h，最后加入复合粉的4wt％的粘结剂(摩尔比为1:1的PEG 4000和PVA)搅拌0.5h，形成喷雾用浆料，固含量为25wt％；
将浆料送入喷雾塔进行喷雾干燥(进风温度为250℃，出风温度为110℃，离心转速15rpm)形成用来干压的流动性较强的球形粉体，之后干压成型(吨位200吨的压机使用8MPa的油压压强)；
将成型粉体在1450℃烧结2h，并将得到的烧结产物进行打磨抛光并激光切割后即制成氧化锆陶瓷D1。
将制得氧化锆陶瓷D1进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
对比例2
按照对比例1的方法，不同的是，原料不同，即，复合粉200g，其中包含100wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉，其余条件相同，得到氧化锆陶瓷D2。
将制得氧化锆陶瓷D2进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
对比例3
按照对比例1的方法，不同的是，原料不同，即，复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)10wt％，氧化铝(Al2O3)60wt％，30wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉，其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:6，其余条件相同，得到氧化锆陶瓷D3。
将制得氧化锆陶瓷D3进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
对比例4
按照实施例1的方法，不同的是，原料不同，即，复合粉200g，其中包含氧化锶(SrO)30wt％，氧化铝(Al2O3)60wt％，10wt％的含有3mol％氧化钇的氧化锆粉，其中，氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β为1:2，其余条件相同，得到氧化锆陶瓷D4。
将制得氧化锆陶瓷D4进行高能XRF检测和XRD检测，结果见表1。其中，四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
表1
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测试例1
将实施例1-8、对比例1-4制得的样品进行硬度、韧性、致密性和透光率测试，结果见表2。
表2
硬度，Hv 韧性，MPa·m1/2 坑点数，个 透光率(800nm),％
实施例1 1182 4.6 0 0.8
实施例2 1261 5.4 0 1
实施例3 1153 4.5 0 0.6
实施例4 1131 4.3 0 0.7
实施例5 1289 5.1 0 0.9
实施例6 1090 4.1 0 0.7
实施例7 1051 5.9 0 0.5
实施例8 1233 5.6 0 1.1
对比例1 1605 4.1 0 0.8
对比例2 1311 5.9 0 20.1
对比例3 1201 4.5 0 0.4
对比例4 1044 5.5 0 0.2
通过表2数据可知，相比对比例1-4可知，本发明提供的氧化锆陶瓷同时具有低硬度、高韧性、高致密性和低透光率。尤其通过调整组合物中各粉体的含量在优选的保护范围内，进而使得氧化锆陶瓷的元素和组成含量也在优选的保护范围内，进一步优化氧化锆陶瓷的硬度、韧性和透光率。
通过实施例1-3可知，当氧化锆陶瓷中Sr和Al的摩尔比α相同时，Sr和Al总含量越高时，得到氧化锆陶瓷的硬度、韧性和透光率也越低。
同理，通过实施例4-6可知，当氧化锆陶瓷中Sr和Al的摩尔比α相同时，Sr和Al总含量越高时，得到氧化锆陶瓷的硬度、韧性和透光率也越低。
测试例2
将实施例1-8、对比例1-4制得的样品进行介电常数、密度、加工性、落锤冲击测试，结果见表3。
表3
介电常数 密度，g/cm3 减薄速度，丝/h 平均落锤高度，cm
实施例1 18.7 4.83 37 24
实施例2 22.3 5.09 41 26
实施例3 15.4 4.68 34 21
实施例4 18.3 4.83 35 25
实施例5 21.8 5.03 39 28
实施例6 14.9 4.62 32 22
实施例7 14.3 4.76 39 20
实施例8 22.9 5.13 43 25
对比例1 17.8 4.75 9 15
对比例2 36.1 6.06 47 31
对比例3 13.6 4.61 23 18
对比例4 13.1 4.51 22 17
相比对比例1-4，本发明提供的氧化锆陶瓷同时满足：介电常数≤23，密度≤5.15g/cm3，减薄速度≥30丝/h，平均落锤高度≥20cm，即，相比对比例1-4，本发明提供的氧化锆陶瓷同时满足低介电常数、低密度、高抗冲击性和易加工性的优势。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种氧化锆陶瓷，其特征在于，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：20.65-45.43wt％的Zr、0.61-3.43wt％的Y、4.53-29.83wt％的Sr和5.05-31.69wt％的Al；且所述氧化锆陶瓷包括：30-63wt％的四方相氧化锆和37-70wt％的次相，且所述次相包含SrAl12O19和/或SrAl2O4；所述四方相氧化锆为氧化钇与氧化锆形成的固溶体。
2.权利要求1所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷中，SrAl12O19以晶须形式存在，SrAl2O4以尖晶石形式存在。
3.根据权利要求1或2所述的氧化锆陶瓷，其中，以所述氧化锆陶瓷的总量为基准，所述氧化锆陶瓷以元素计包含：27.53-43.26wt％的Zr、0.81-3.27wt％的Y、4.88-25.56wt％的Sr和10.49-27.16wt％的Al；
所述氧化锆陶瓷的包括：40-60wt％的四方相氧化锆和40-60wt％的次相。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：硬度≤1300Hv，优选为1050-1290Hv。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：密度≤5.15g/cm3，优选为4.5-5.1g/cm3。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：介电常数≤23，优选为14-22.5。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：韧性≥4MPa·m1/2，优选为4-6MPa·m1/2。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：透光率(800nm)≤1.5％，优选为0.5-1％。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：减薄速度≥30丝/h，优选为31-45丝/h。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的氧化锆陶瓷，其中，所述氧化锆陶瓷满足：平均落锤高度≥20cm，优选为20-30cm。
11.一种制备权利要求1-10中任意一项所述的氧化锆陶瓷的组合物，该组合物包含：氧化锆粉体、氧化锶粉体和氧化铝粉体；其中，以所述氧化锆粉体的总量为基准，所述氧化锆粉体中含有1.5-4mol％的氧化钇。
12.根据权利要求11所述的组合物，其中，以所述组合物的总量为基准，所述氧化锆粉体的含量为30-63wt％，优选为40-60wt％；所述氧化锶粉体的含量为5.35-35.27wt％，优选为5.78-30.23wt％；所述氧化铝粉体的含量为18.35-59.86wt％，优选为19.83-51.31wt％。
13.根据权利要求11或12所述的组合物，其中，所述氧化锶粉体和氧化铝粉体的摩尔比β满足：1:6≤β≤1:1。
14.一种氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将权利要求11-13中任意一项所述的组合物中的各粉体与水、分散剂和粘结剂混合并进行湿磨，得到浆料；
(2)将所述浆料进行干燥，得到复合氧化锆陶瓷粉体；
(3)将所述复合氧化锆陶瓷粉体依次进行成型、烧结，得到氧化锆陶瓷。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(1)中，所述分散剂、粘结剂和组合物的重量比为0.005-0.5：0.5-5：100，优选为0.01-0.1：2-5：100；
优选地，所述分散剂选自选自羟丙甲纤维素、羧甲基纤维素钠和三乙醇胺中的至少一种；所述粘结剂选自聚乙烯醇和/或聚乙二醇；
优选地，所述浆料中固含量为20-60wt％，优选为25-55wt％；
优选地，所述烧结的条件包括：温度为1400-1600℃，优选为1450-1550℃；时间为1-5h，优选为1-2h。
16.一种电子产品壳体，其特征在于，所述电子产品壳体含有权利要求1-10中任意一项所述的氧化锆陶瓷。
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