高韧性陶瓷、其制备方法以及应用 |
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| 申请号 | CN201710525020.4 | 申请日 | 2017-06-30 | 公开(公告)号 | CN107337450A | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 广东新秀新材料股份有限公司; | 发明人 | 武建; 文峰; 汪应山; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了高韧性陶瓷、其制备方法以及应用。该高韧性陶瓷包括 中间层 以及包覆中间层的相对两侧面的表 面层 ，所述中间层的膨胀系数大于所述表面层的膨胀系数；其制备方法是：通过流延法制备成柔软的中间 层流 延片与表面层流延片，表面层流延片叠置形成表面层生坯，中间层流延片叠置形成中间层生坯，依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯叠置，模压成型，得到样品生坯；将样品生坯 等静压 处理，然后 脱脂 、 烧结 ；该陶瓷应用于 电子 产品的 外壳 。本发明所述高韧性陶瓷，可以阻止陶瓷材料的表面裂纹向内部扩展，加入的 氧 化 铝 材料作为强化相可以进一步增加裂纹扩展的阻 力 ，提高陶瓷材料的韧性，增加陶瓷材料的抗冲击性能，包括抗跌落破坏的性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高韧性陶瓷，其特征在于，包括中间层以及包覆所述中间层的相对两侧面的表面层，所述中间层的膨胀系数大于所述表面层的膨胀系数。 |
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| 说明书全文 | 高韧性陶瓷、其制备方法以及应用技术领域[0001] 本发明涉及陶瓷新材料技术领域，具体涉及高韧性陶瓷、其制备方法以及应用。 背景技术[0002] 陶瓷材料具有硬度高、耐磨耐划性好、不易腐蚀、无电磁屏蔽效应等优点，很适合做手机等电子产品的外壳材料。目前，陶瓷已经有应用于手机等电子产品的外壳。但是在使用过程中发现，陶瓷属于脆性材料，抗跌落破坏能力较差，因而目前未能在电子产品外壳上得到大规模地应用，这使得陶瓷的应用范围得到了局限，而且也阻碍了进一步开发新材料的电子产品外壳。 发明内容[0003] 基于此，本发明提供一种高韧性陶瓷，在陶瓷表面施加压应力，可以增加表面裂纹向内部扩展的阻力，并且加入的氧化铝材料作为强化相可以进一步增加裂纹扩展的阻力，从而可以明显提高陶瓷材料的韧性，增加其抗冲击破坏如跌落破坏的性能。 [0004] 本发明还提供所述高韧性陶瓷的制备方法。 [0005] 本发明还提供所述高韧性陶瓷的应用。 [0006] 为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案： [0008] 在其中一些实施例中，所述表面层的应力状态为压应力，所述中间层的应力状态为拉应力。 [0009] 在其中一些实施例中，所述中间层由质量份数为80％-100％的氧化锆以及0％-20％的氧化铝组成，所述表面层由质量份数为60％-90％的氧化锆以及10％-40％的氧化铝组成。 [0010] 在其中一些实施例中，所述中间层由质量份数为85％-98％的氧化锆以及2％-15％的氧化铝组成，所述表面层由质量份数为65％-88％的氧化锆以及12％-35％的氧化铝组成。 [0011] 在其中一些实施例中，所述中间层由质量份数为95％的氧化锆以及5％的氧化铝组成，所述表面层由质量份数为85％的氧化锆以及15％的氧化铝组成。 [0013] 本发明还采用如下技术方案： [0014] 一种制备所述的高性能陶瓷的方法，其包括如下步骤： [0015] 通过流延法分别制备中间层流延片与表面层流延片； [0016] 将1-5层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将1-10层中间层流延片叠置形成中间层生坯； [0017] 依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯； [0019] 将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃； [0020] 将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。 [0021] 本发明还采用如下技术方案： [0022] 一种高性能陶瓷的应用，所述高韧性陶瓷包括中间层以及包覆所述中间层的相对两侧面的表面层，所述中间层的膨胀系数大于所述表面层的膨胀系数，所述高性能陶瓷应用于电子产品的外壳，形成陶瓷外壳。 [0023] 在其中一些实施例中，所述陶瓷外壳的厚度为0.1mm-1mm，所述中间层的厚度为0.02mm-0.5mm，所述表面层的厚度为0.01mm-0.4mm。 [0024] 本发明所述高韧性陶瓷，包括中间层以及包覆中间层的相对两侧面的表面层，中间层的膨胀系数大于表面层的膨胀系数，烧结后陶瓷表面层存在较大的压应力，增加表面裂纹向内部扩展的阻力；同时，加入的氧化铝材料作为强化相也进一步增加了裂纹扩展的阻力，因此可以明显提高陶瓷材料的韧性，增加陶瓷材料抗冲击破坏如跌落破坏的性能；不仅如此，用该工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。附图说明 [0025] 图1是本发明一较佳实施例所述高韧性陶瓷的结构示意图。 具体实施方式[0026] 为了便于理解本发明，下面将结合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。 [0027] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。 [0028] 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。 [0029] 请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷100，包括中间层10以及包覆中间层10的相对两侧面的表面层20，中间层10的膨胀系数大于表面层20的膨胀系数。表面层20通过压力的方式结合在中间层10的相对两侧面。表面层20的应力状态为压应力，中间层10的应力状态为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。 [0030] 其中，中间层的膨胀系数大于表面层的膨胀系数是这样实现的：中间层由质量份数为80％-100％的氧化锆以及0％-20％的氧化铝组成，表面层由质量份数为60％-90％的氧化锆以及10％-40％的氧化铝组成。由此，中间层和表面层的主要成分都是氧化锆，但是表面层的氧化铝含量始终大于中间层的氧化铝含量。其中中间层的氧化铝含量可以为零。加入的氧化铝材料可以作为强化相而进一步增加裂纹扩展的阻力，达到提高陶瓷材料韧性，增加陶瓷材料抗冲击如跌落破坏性能。 [0031] 优选地，中间层由质量份数为85％-98％的氧化锆以及2％-15％的氧化铝组成，所述表面层由质量份数为65％-88％的氧化锆以及12％-35％的氧化铝组成。其中的氧化锆为用氧化钇或其他氧化物稳定化后的四方氧化锆，所述氧化铝为氧化铝颗粒、晶须或短纤维。 [0032] 制备上述的高性能陶瓷的方法是：通过流延法分别制备中间层流延片与表面层流延片；将1-5层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将1-10层中间层流延片叠置形成中间层生坯；依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下通过模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯进行等静压处理，等静压的压强为120MPa-200MPa，温度为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃； [0033] 将脱脂后的所述样品生坯在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。 [0034] 用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。 [0035] 上述的高性能陶瓷，可以应用于电子产品的外壳，形成陶瓷外壳。该陶瓷外壳的厚度为0.1mm-1mm，其中中间层的厚度为0.02mm-0.5mm，表面层的厚度为0.01mm-0.4mm。 [0036] 以下将通过几个实施例来进一步说明本发明的实施方式。 [0037] 实施例一 [0038] 请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括中间层10以及包覆中间层10的相对两侧面的表面层20，中间层10的膨胀系数大于表面层20的膨胀系数。表面层20通过压力的方式结合在中间层10的相对两侧面。表面层20的应力状态为压应力，中间层10的应力状态为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。 [0039] 中间层10由质量份数为95％的氧化锆以及5％的氧化铝组成，表面层20由质量份数为85％的氧化锆以及15％的氧化铝组成。氧化锆为含3％摩尔百分比的四方氧化锆3Y-TZP，氧化铝为氧化铝颗粒或晶须。表面层20的氧化铝含量高于中间层10的氧化铝含量，使得表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。氧化铝材料可以作为强化相而进一步增加裂纹扩展的阻力，达到提高陶瓷材料韧性，增加陶瓷材料抗冲击如跌落破坏性能，增加陶瓷表面质感和耐磨、耐划等效果。 [0040] 该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的厚度为0.3mm，所述中间层的厚度为0.1mm，所述表面层的厚度为0.1mm。 [0041] 制备上述的高性能陶瓷的方法是： [0042] 通过流延法制备成柔软的流延片与表面层流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料分别制备成表面层和中间层流延片，最后通过分切得到上述的中间层流延片与表面层流延片；将5层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将10层中间层流延片叠置形成中间层生坯；依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；取10片脱脂后的样品生坯进行叠置，在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是手机壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷手机壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷手机壳成品。 [0043] 实施例二 [0044] 请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括中间层10以及包覆中间层10的相对两侧面的表面层20，中间层10的膨胀系数大于表面层20的膨胀系数。表面层20通过压力的方式结合在中间层10的相对两侧面。表面层20的应力状态为压应力，中间层10的应力状态为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。 [0045] 中间层10由质量份数为98％的氧化锆以及2％的氧化铝组成，表面层20由质量份数为88％的氧化锆以及12％的氧化铝组成。氧化锆为四方氧化锆，氧化铝为氧化铝颗粒或晶须。表面层20的氧化铝含量高于中间层10的氧化铝含量，使得表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。氧化铝材料可以作为强化相而进一步增加裂纹扩展的阻力，达到提高陶瓷材料韧性，增加陶瓷材料抗冲击如跌落破坏性能，增加陶瓷表面耐磨、耐划等性能。 [0046] 该实施例所述的高韧性陶瓷作为pad的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的厚度为1mm，所述中间层的厚度为0.5mm，所述表面层的厚度为0.25mm。 [0047] 制备上述的高性能陶瓷的方法是： [0048] 通过流延法制备成柔软的流延片与表面层流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料分别制备成表面层和中间层流延片，最后通过分切得到上述的中间层流延片与表面层流延片；将1层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将2层中间层流延片叠置形成中间层生坯；依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是pad壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷pad壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷pad壳成品。 [0049] 实施例三 [0050] 请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括中间层10以及包覆中间层10的相对两侧面的表面层20，中间层10的膨胀系数大于表面层20的膨胀系数。表面层20通过压力的方式结合在中间层10的相对两侧面。表面层20的应力状态为压应力，中间层10的应力状态为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。 [0051] 中间层10由质量份数为85％的氧化锆以及15％的氧化铝组成，表面层20由质量份数为65％的氧化锆以及35％的氧化铝组成。氧化锆为四方氧化锆，氧化铝为氧化铝颗粒或晶须。表面层20的氧化铝含量高于中间层10的氧化铝含量，使得表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。氧化铝材料可以作为强化相而进一步增加裂纹扩展的阻力，达到提高陶瓷材料韧性，增加陶瓷材料抗冲击如跌落破坏性能，增加陶瓷表面耐磨、耐划等效果。 [0052] 该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的厚度为0.1mm，所述中间层的厚度为0.02mm，所述表面层的厚度为0.04mm。 [0053] 制备上述的高性能陶瓷的方法是： [0054] 通过流延法制备成柔软的流延片与表面层流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料分别制备成表面层和中间层流延片，最后通过分切得到上述的中间层流延片与表面层流延片；将5层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将10层中间层流延片叠置形成中间层生坯；依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30MPa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；取20片脱脂后的样品生坯进行叠置，在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是手机壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷手机壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷手机壳成品。 [0055] 实施例四 [0056] 请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括中间层10以及包覆中间层10的相对两侧面的表面层20，中间层10的膨胀系数大于表面层20的膨胀系数。表面层20通过压力的方式结合在中间层10的相对两侧面。表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。 [0057] 中间层10由质量份数为100％的氧化锆以及0％的氧化铝组成，表面层20由质量份数为90％的氧化锆以及10％的氧化铝组成。氧化锆为四方氧化锆，氧化铝为氧化铝颗粒或晶须。表面层20的氧化铝含量高于中间层10的氧化铝含量，使得表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。氧化铝材料可以作为强化相而进一步增加裂纹扩展的阻力，达到提高陶瓷材料韧性，增加陶瓷材料抗冲击如跌落破坏性能，增加陶瓷表面质感和耐磨、耐划等效果。 [0058] 该实施例所述的高韧性陶瓷作为手机的外壳，形成陶瓷外壳，该陶瓷外壳的厚度为1mm，所述中间层的厚度为0.2mm，所述表面层的厚度为0.4mm。 [0059] 制备上述的高性能陶瓷的方法是： [0060] 通过流延法制备成柔软的流延片与表面层流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料分别制备成表面层和中间层流延片，最后通过分切得到上述的中间层流延片与表面层流延片；将1层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将1层中间层流延片叠置形成中间层生坯；依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30Mpa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；取3片脱脂后的样品生坯进行叠置，在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是手机壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷手机壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷手机壳成品。 [0061] 实施例五 [0062] 请参照图1，本发明所述的高韧性陶瓷，包括中间层10以及包覆中间层10的相对两侧面的表面层20，中间层10的膨胀系数大于表面层20的膨胀系数。表面层20通过压力的方式结合在中间层10的相对两侧面。表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。 [0063] 中间层10由质量份数为80％的氧化锆以及20％的氧化铝组成，表面层20由质量份数为60％的氧化锆以及40％的氧化铝组成。氧化锆为四方氧化锆，氧化铝为氧化铝颗粒或晶须。表面层20的氧化铝含量高于中间层10的氧化铝含量，使得表面层20的应力状态表现为压应力，中间层10的应力状态表现为拉应力，从而达到阻止表面裂纹向内部扩展的目的。氧化铝材料可以作为强化相而进一步增加裂纹扩展的阻力，达到提高陶瓷材料韧性，增加陶瓷材料抗冲击如跌落破坏性能，增加陶瓷表面质感和耐磨、耐划等效果。 [0064] 制备上述的高性能陶瓷的方法是： [0065] 通过流延法制备成柔软的流延片与表面层流延片，具体是将不同配比量的氧化锆、氧化铝、溶剂、粘结剂分别混合球磨制成表面层和中间层流延浆料，再通过流延机将流延浆料分别制备成表面层和中间层流延片，最后通过分切得到上述的中间层流延片与表面层流延片；将2层表面层流延片叠置形成表面层生坯，将4层中间层流延片叠置形成中间层生坯；依次将表面层生坯、中间层生坯以及表面层生坯进行叠置，在室温下加入模压机中模压成型，模压的压强为30Mpa-50MPa，得到样品生坯；将所述样品生坯置于等静压设备中进行等静压处理，将陶瓷片致密化，，等静压设备的压强设置为120MPa-200MPa，温度设置为70℃-100℃；将等静压处理后的所述样品生坯进行脱脂处理，脱脂温度为500℃-600℃；取3片脱脂后的样品生坯进行叠置，在温度1300℃-1500℃条件下进行烧结，得到所述的高性能陶瓷。用上述工艺制备的产品不仅保证了表面的陶瓷效果，并且增加了陶瓷表面的耐磨、耐划性能。模压成型用的是手机壳模具，烧结完成后的样品就是陶瓷手机壳形状，再经过CNC精加工和表面研磨抛光等处理就可以得到陶瓷手机壳成品。 |
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