玻璃热弯成型模具用陶瓷及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710555310.3 | 申请日 | 2017-07-10 | 公开(公告)号 | CN107500771A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 深圳市千禾盛科技有限公司; | 发明人 | 张法治; 徐中华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种玻璃热弯成型模具用陶瓷及其制备方法，所述玻璃热弯成型模具用陶瓷包括陶瓷基料及 硅 ，所述硅的重量百分比为0.3％-35％。本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷，加入了单质硅，并优选了其制备方法，提升了该玻璃热弯成型模具用陶瓷的致密性、尺寸 稳定性 及耐磨损性能，既延长了使用寿命，又保证了较高的玻璃产品良率。此外，硅的加入使本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷具备了较好的电加工特性，降低了加工成本，提高了加工产品的表面 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种玻璃热弯成型模具用陶瓷，其特征在于，其组分包括陶瓷基料和硅，所述硅的重量百分比为0.3％-35％，所述陶瓷基料包括碳化硅。 |
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| 说明书全文 | 玻璃热弯成型模具用陶瓷及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于材料的技术领域，尤其涉及一种玻璃热弯成型模具用陶瓷及其制备方法。 背景技术[0002] 近年来，随着消费电子产品的快速发展以及5G通讯时代的即将到来，玻璃后壳作为重要的外观构件，其需求日趋强烈。由于玻璃光学元件要求具有很高的精度，因此，为了能够通过加压成型稳定地得到玻璃元件，要求玻璃热弯成型模具用陶瓷加工性优良、且在对玻璃进行加压成型时的高温条件下具有优良的导热性、耐氧化性、耐磨损及耐腐蚀性、对玻璃呈现惰性、脱膜性优良，从而能够容易高精度且平稳地对加压面进行加工。 [0003] 现有技术中的玻璃热弯成型模具用陶瓷通常采用碳化硅和石墨，虽然石墨具有易加工、高温条件下强度高、导热性好等优点，但是石墨在高温条件下易氧化，不耐磨损等缺陷严重影响了玻璃模具的使用寿命和玻璃成型精度。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的玻璃热弯成型模具用陶瓷采用碳化硅和石墨时造成的使用寿命短及玻璃成型精度低的技术缺陷，提供一种玻璃热弯成型模具用陶瓷。 [0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为： [0006] 提供一种玻璃热弯成型模具用陶瓷，其组分包括陶瓷基料和硅，所述硅的重量百分比为0.3％-35％，所述陶瓷基料包括碳化硅。 [0007] 优选地，所述硅的重量百分比为5％-20％。 [0008] 优选地，所述陶瓷基料还包括二硅化钼和/或碳化硼，所述二硅化钼和碳化硼的重量百分比不超过5％。 [0009] 优选地，所述玻璃热弯成型模具用陶瓷的相对密度为95％或以上。 [0010] 优选地，所述玻璃热弯成型模具用陶瓷的相对密度为98％或以上。 [0011] 本发明还提供一种玻璃热弯成型模具用陶瓷的制备方法：以陶瓷粉为原料，采用干压法成型、注浆法成型、等静压法成型、溶胶凝胶铸模成型的一种或多种方法，其中所述陶瓷粉包括陶瓷基料和硅，所述硅的重量百分比为0.3％-35％，所述陶瓷基料包括碳化硅。 [0012] 优选地，所述溶胶凝胶铸模成型包括：将所述陶瓷粉与去离子水及有机单体混合球磨5-10h；加入引发剂继续混合球磨5-60min；除气后置于模具中在30-80℃的温度条件下凝胶化30-120min，待冷却后得到陶瓷毛坯，所述毛坯经干燥、精加工、真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷。 [0014] 优选地，所述硅的重量百分比为5％-20％。 [0015] 优选地，所述陶瓷基料还包括二硅化钼和/或碳化硼，所述二硅化钼和碳化硼的重量百分比不超过5％。 [0016] 本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷，加入了单质硅，提升了该玻璃热弯成型模具用陶瓷的致密性、尺寸稳定性及耐磨损性能，从而使本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷具有较好的耐磨损性能，既延长了使用寿命，又保证了较高的玻璃产品良率。此外，硅的加入使本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷具备了较好的电加工特性，使之不仅能够进行常规的机械加工，还能进行电火花加工，大大降低了加工成本，提高了加工产品的表面质量。 具体实施方式[0017] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0018] 本发明公开了一种玻璃热弯成型模具用陶瓷，其组分包括陶瓷基料和硅，所述硅的重量百分比为0.3％-35％，所述陶瓷基料包括碳化硅。 [0019] 本发明的技术方案中加入了硅，由于单质硅具有良好的导电性，使该玻璃热弯成型模具用陶瓷具有了较好的电加工特性。但硅的含量过高，会造成陶瓷韧性差、导热性差且易于破损，当该玻璃热弯成型模具用陶瓷中硅的重量百分比为0.5％-35％时能够使其具备良好的致密性、尺寸稳定性及耐磨损性。 [0020] 其中，所述硅的重量百分比为5％-20％效果会更好。 [0021] 所述陶瓷基料还包括二硅化钼和/或碳化硼。二硅化钼的加入可进一步改善陶瓷的导电特性，使之更易于加工。碳化硼能够进一步提高陶瓷的耐磨损性及尺寸稳定性，同时碳化硼作为助烧剂，能够降低烧结温度，提高烧结的致密度。 [0022] 其中所述二硅化钼和碳化硼的重量百分比不超过5％。 [0023] 需要说明的是，在不影响本发明技术效果的情况下，本玻璃热弯成型模具用陶瓷中还允许有重量百分比总量不超过5％的除碳化硅及碳化硼之外的其他碳化物或者其他任意陶瓷组分的一种或多种存在，例如：氧化铝、氮化硅、碳化钼、碳化钨等。 [0024] 为了避免所述玻璃热弯成型模具用陶瓷在成型过程中产生的气孔等缺陷导致玻璃产品不良，本发明提供的玻璃热弯成型模具用陶瓷的相对密度为95％或以上，进而保证玻璃产品具有精细的表面质量和较高的光洁度，便于玻璃产品的后续加工。 [0025] 在一优选的实施例中，所述玻璃热弯成型模具用陶瓷的相对密度为98％或以上。相对密度为密度与理论密度的比值。其中密度的测定方法参照标准号为GB4472-84的化工产品密度、相对密度测定通则，所述玻璃热弯成型模具用陶瓷理论密度为各组分的理论密度与体积百分数之积的和。 [0026] 本发明另一实施例还提供一种上述玻璃热弯成型模具用陶瓷的制备方法：以陶瓷粉为原料，采用干压法成型、注浆法成型、等静压法成型、溶胶凝胶铸模成型的一种或多种方法，其中所述陶瓷粉包括陶瓷基料和硅，所述硅的重量百分比为0.3％-35％，所述陶瓷基料包括碳化硅。 [0027] 其中溶胶凝胶铸模法包括：将所述陶瓷粉、去离子水及有机单体混合球磨5-10h；加入引发剂继续混合球磨5-60min；除气后置于模具中在30-80℃的温度条件下凝胶化30- 120min，，待冷却后得到玻璃热弯成型模具的毛坯，所述毛坯经干燥、精加工、真空烧结后得到玻璃热弯成型模具。 [0028] 其中干压成型法包括：将所述陶瓷粉与有机溶剂混合球磨5-10h，后置于模具中，压制成型得到陶瓷坯体，所述陶瓷坯体经干燥预烧、真空烧结后得到玻璃热弯成型模具。 [0029] 所述硅的重量百分比为5％-20％。陶瓷基料还包括二硅化钼和/或碳化硼，所述二硅化钼和碳化硼的重量百分比不超过5％。 [0030] 溶胶凝胶铸模法为优选的实施方法，因为溶胶凝胶铸模法具有组分分散均匀、材料纯度高、物理化学性能稳定、致密性高等特点，从而可以显著提高玻璃热弯成型模具的加工良率和成型良率。当然，也可以组合使用不同的制备方法进行玻璃热弯成型模具的制备。 [0031] 实施例1 [0032] 首先将0.5重量份的硅以及99.5重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨5h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨5min，取出后放入真空除气装置中除气5min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在30℃的温度条件下凝胶化60min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S1。 [0034] 实施例2 [0035] 首先将5重量份的硅以及95重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨6h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨30min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在30℃的温度条件下凝胶化90min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S2。 [0036] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0037] 实施例3 [0038] 首先将15重量份的硅以及85重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨40min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在80℃的温度条件下凝胶化120min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S3。 [0039] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0040] 实施例4 [0041] 首先将25重量份的硅以及75重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨60min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在50℃的温度条件下凝胶化120min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S4。 [0042] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0043] 实施例5 [0044] 首先将35重量份的硅以及65重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨10h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨60min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在60℃的温度条件下凝胶化120min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S5。 [0045] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0046] 实施例6 [0047] 首先将15重量份的硅、2重量份的二硅化钼以及83重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨40min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在70℃的温度条件下凝胶化120min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S6。 [0048] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0049] 实施例7 [0050] 首先将15重量份的硅、3重量份的碳化硼以及82重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨40min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在40℃的温度条件下凝胶化120min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S7。 [0051] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0052] 实施例8 [0053] 首先将15重量份的硅、2重量份的二硅化钼、2重量份的碳化硼以及81重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨60min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在50℃的温度条件下凝胶化90min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷S8。 [0054] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0055] 实施例9 [0056] 首先将15重量份的硅以及85重量份的碳化硅、10重量份的酒精加入球磨罐中混合球磨8h，取出后置于钢模具中，压制成型得到陶瓷坯体，陶瓷坯体经干燥预烧、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具S9。 [0057] 对比例1 [0058] 首先将90重量份的碳化硅、10重量份的石墨、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨45min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在50℃的温度条件下凝胶化90min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷D1。 [0059] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0060] 对比例2 [0061] 首先将40重量份的硅以及60重量份的碳化硅、40重量份的去离子水及4重量份的有机单体加入球磨罐中混合球磨8h，加入0.1重量份的引发剂后继续混合球磨60min，取出后放入真空除气装置中除气10min，除气后取出置于石膏模具中，并将石膏模具放置在40℃的温度条件下凝胶化120min，待冷却后从石膏模具中取出，得到陶瓷毛坯。毛坯经干燥、数控铣床加工、1700℃高温真空烧结后得到玻璃热弯成型模具用陶瓷D2。 [0062] 其中有机单体为甲基二丙稀酰胺，引发剂为过硫酸氨。 [0063] 将上述制备得到的玻璃热弯成型模具用陶瓷进行性能测试，得到的测试结果填入表1。 [0064] 具体性能测试如下： [0065] 电加工特性测试：采用镜面火花机对玻璃热弯成型模具用陶瓷进行镜面放电加2 工，其中加工电流0.1A，加工面积100cm ，放电加工量为0.2mm，采用目视观察和加工效率进行评判，评判标准如下： [0066] ◎:表面粗糙度低，产品表面光滑，加工效率高； [0067] Δ:表面粗糙度略高，产品表面光滑度下降，加工效率低； [0068] x:表面粗糙，加工效率很低甚至无法加工。 [0069] 玻璃产品良率测试：将上述玻璃热弯成型模具用陶瓷表面进行打磨抛光处理，表面粗糙度Ra值达到0.2um以下，然后用于制造手机3D后壳产品；在720℃的加热条件下，通过施加350kg/cm2的载荷将玻璃进行热弯成型，得到3D手机玻璃后壳，用连续5000次成型出的产品进行实验观察，评判标准如下： [0070] ◎:表面无明显缺陷和压痕，产品表面光滑； [0071] Δ:表面略有缺陷或压痕，产品表面光滑度略差。 [0072] 耐磨损性测试：通过目视观察经过玻璃产品良率测试的玻璃热弯成型模具用陶瓷的表面以及粗糙度，采用游标卡尺测量玻璃产品良率测试前后玻璃热弯成型模具用陶瓷的尺寸。评判标准如下： [0073] ◎:表面无粗糙度变化，模具尺寸无变化，无破损； [0074] Δ:表面粗糙度略有变化，模具尺寸稳定性略有变化，无破损； [0075] x:表面粗糙度有明显变化，模具尺寸有明显变化，易破损。 [0076] 表1 [0077] [0078] [0079] 由表1可知，硅含量位于本发明的限定范围内的玻璃热弯成型模具用陶瓷用于加工玻璃制品时产品良率高，耐磨损性好，电加工特性优良。当无硅存在或者是硅含量较低时，玻璃热弯成型模具用陶瓷难以进行放电加工，其致密性也难以提升，因此会导致电加工特性及耐磨损性差，玻璃产品良率低。当硅含量较高时，会影响玻璃热弯成型模具用陶瓷的韧性，使之脆性增大，易于出现磨损而导致其耐磨损性大幅下降。且由表1中S1与S9的测试结果对比可知，经溶胶凝胶铸模法制备得到的玻璃热弯成型模具用陶瓷与经干压成型法制备得到的玻璃热弯成型模具用陶瓷相比，前者的玻璃产品良率更高，这是由于溶胶凝胶铸模法具有组分分散均匀、材料纯度高、物理化学稳定、致密性高等特点，因此可以显著提高玻璃热弯成型模具用陶瓷的玻璃产品良率。 [0080] 上述实施例提供的玻璃热弯成型模具用陶瓷与玻璃的反应特性小，致密性高，耐磨损性好，能够获得较高的玻璃产品良率，电加工特性的改进使该玻璃热弯成型模具用陶瓷不仅能够进行常规的机械加工，还能进行电火花加工，大大降低了加工成本，提高了加工产品的表面质量。由于使用的玻璃热弯成型模具用陶瓷中不含有易氧化易挥发的物质，因此，该玻璃热弯成型模具用陶瓷在高温使用环境中尺寸稳定性好，从而会延长其使用寿命。 [0081] 本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷，加入了单质硅，提升了该玻璃热弯成型模具用陶瓷的致密性、尺寸稳定性及耐磨损性能，较好的耐磨损性能既延长了使用寿命，又保证了较高的玻璃产品良率。此外，硅的加入使本发明的玻璃热弯成型模具用陶瓷具备了较好的电加工特性，不仅能够进行常规的机械加工，还能进行电火花加工，大大降低了加工成本，提高了加工产品的表面质量。 |
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