2024年1月19日发(作者:巫代桃)
(生产与应用)2018年05月 陶瓷 Ceramics · 63 · 精细陶瓷在智鹾手相上的应用及其制备工艺 蓝海凤 黄永俊 李少杰 张 伟 王双喜 (汕头大学 【学院 J 州I f¨1头 51 5063) 摘 要随符 ( 网 、九 允I I 科技时代的到求. 能r fJL埘f 传输 求越来越 、 fI 陶瓷器¨删衙I. 的 腱.为r.fJ【J 商埘rfJ【材顷进“做创新提供r新的选择、 川陶瓷材料部 智能丁fJ【f 的J 川将 j戊 II,J尚 介、 J 柑细陶瓷尼J 是II ,J 化 瓷的 能.分析J 精fill陶瓷rl } 能r机f 的应用.刈r fJl川M钏嘲瓷的一出fill粉f小川 技术、成形I 岂、 饥 瓷 f t: 』J『】I:等进仃了慨述 关键词 精 陶瓷 { 能r·fJL 成彤l 艺 加T I 抗指痕 r}:能 中图分类号:Tl I 文献标识码:A文章编号:1 002 :871(2()】8)05 0063()8 Applications and Preparations of Fine Ceramic Component in Smart Phone I an}I;【if ng.Huang、 ()l1 j【ll1,I i Shaojic,Zhang Wei,Wm1g 11l“_】lgxI(College of Engim:eril1g,Shatuotl lhfi ̄( sity,(iu;mg dong。.'Sbu11()LI, 1 S{ ̄631 Abstr:icl:Witt1 I】1 r£Il}i(1 f{t 、、L l()I)m lit of snlarl ph0ne。1I1 I1 XI 、l1 ration of SI1] ̄tr[phom、with ( I1I’1w【11’k and\vil‘t、l L s 【,h}l rgln rI-qui res tl high{、r…1(1 high(、r Mgnal transmission.Mealwchih',the preparalion,-;()f fim’【‘L。r;t1]1l【 rI、ha x t g()1 g r【 l1 1)r()gr【.s ,it I】rings 1l】【 posMbili ̄y for mi(·ro innox r l“()I'()ll Ihe phol¨mat c,ri:ds b.y tl1‘’Inot}ih Ijl1【】f】【 Illilllut tlm’I ’. ¨1( lI)I)lica1i()ns()f fil L、cr;llni L、COrl1]}Ol1( 1]ls in Sl'li ̄tI'1 I}hom、Hrt、b L 【)nring fashionable.Bast t{t)11 1h L mt rl1Ijm t 1 t)f1hL 1 1 fornlflⅢ· ()f fi】1 (-L Jl11l‘、s,L·silt-L ially,t—Zr() ,the at)pli{’atl()I1 ()f fil1 ccraInic C()IllI}{}I…1l ill 51lla rl ll11()【1 L、 L。 … y 。【1_ M㈨I1whik。thC pr pa r;ltim1 ‘)fItitl·flm1c powders,molding tt' 11o1()gy}l】1{t grilxling ̄lJ(}lishing of Il1‘、fi. ’ ll【’t“)『11 IICIli,}【r( outlined. Key words:Fine c,v?ra rllI【 ;,%ma rl phoI】 ;Molding;Post 1 1"t'H'tIlleq11;Ami fingerl}rinl 金坝fI:广尔科技il‘训坝fI(项Il编 : ()1 IB090 1) ()(J1);广尔仃创新强漩J_lj!I1(项『1编 :9'21 { 、 ‘I f1:抒简介:脑海风(1㈣ ).颤{.研究 ; 要研究力 向为 ̄''iifill陶瓷材料 嗵讯作并简介:F双磐¨96 ).教授.硕 研究生导师;主《研究h‘向为精细陶瓷成形没箭及j 制衢I
· 64 · 陶瓷 Geramics (生产与应用)2018年05月 子市场中占据的优势逐渐增强。美国苹果公司曾多次 前言 1992年,国际商业机器公司(IBM)开发出第一款 申请了关于氧化锆陶瓷作为手持设备外壳的相关专 利,同时随着几款陶瓷外观电子产品的出现,引起了手 机厂商和消费者对氧化锆陶瓷外观件的认知和追捧, 推动了精细陶瓷向智能手机行业地逐步渗透,其应用 主要包括手机背板、指纹识别模组盖板、手机按键等小 型结构件。 1.1 陶瓷手机背板 目前手机背板材料主要为塑料、金属、玻璃和陶 智能手机 。近20年来,随着无线通信和半导体等技 术的发展,全球智能手机发展迅速,基本完成了对功能 机的替代 引。据数据显示,2016年1~12月,我国手 机市场出货量已达5.6O亿部,其中智能手机的出货量 达5.22亿部,占同期国内手机出货量的93.2 L3J。在 瓷,主要的性能参数对比如表1所示 ]。其中塑料(聚 碳酸酯)背板综合性能较好,但其耐磨性、散热性、体感 较差,易老化,主要用于中低端手机;金属背板具有抗 面向信息通信技术催生知识社会的创新2.0逐步取代 传统工业时代创新的大背景下,“微创新”已经成为21 世纪发展的一个新趋势L4],手机厂商通过采用新材料 技术对智能手机材质进行微创新,以实现智能手机品 摔、可塑性强、散热性好等优点,已成为主流手机的标 配Ⅲ。随着5G网络、无线充电等时代的到来,智能手 质的差异化,不断满足用户体验,扩大市场份额。精细 机对信号传输上要求越来越高,金属背板对信号屏蔽 作用较大,成为制约其发展的关键因素,因此手机背板 材质必将由金属背板转变为玻璃、陶瓷等非电磁屏蔽 材质背板。由于陶瓷背板的抗弯强度、硬度、耐磨性、 散热性等性能优于玻璃背板,而成为手机厂商实现手 陶瓷器件由于具有硬度高、耐磨性好、手感细腻致密、 对无线信号无屏蔽、散热性好等优点正在成为研发下 一代智能手机的新选择。 1 精细陶瓷在智能手机上的应用 随着科技的不断发展和进步,工程结构陶瓷在电 机材质差异化的重要选择。目前,用于制作手机背板 的陶瓷材料为氧化锆、氧化铝、碳化硅等,其中氧化锆 是手机背板中应用最为广泛的陶瓷材料。 表1 常用手机背板材料的性能比较 Tab.1 Properties of some mobile phone rear covers with different materials【 ] 氧化锆是一种新型高技术陶瓷,不仅具有高强度、 温润如玉的触感能给消费者带来全新的用户体验。 近年来人们对手机陶瓷背板进行了广泛的研究, 目前市场上已有多款陶瓷背板手机。2012年韩国手 机厂商泛泰推出了世界首款陶瓷机身智能手机Vega Racel2,其经过高于1 300℃的高温烧制后,具有超高 高硬度、耐高温、耐腐蚀、无信号屏蔽等优点,在受应力 诱导下四方晶型转变为单斜晶型的马氏体相变机制和 相变增韧的独特性能,还能提高陶瓷材料的断裂韧性 和抗弯强度。其中,氧化钇稳定的四方晶型氧化锆陶 瓷(Y—TZP),其断裂韧性为2~20 MPa·m 。,抗弯 强度的耐磨性_9]。中国专利CN1O4O68595B 。 公布了 一强度可达到1 000 MPa以上,高于其他陶瓷材料 q]。 并且其在外观上易于着色,能形成多种颜色的手机背 种陶瓷壳体结构件的制备方法,所制得陶瓷壳体结 构件由陶瓷壳体和金属、合金或塑料边框构成,从而提 板满足不同用户需求,同时其还具有良好的即视效果, 高陶瓷壳体结构件的整体抗摔能力。中国专利
(生产与应用)2018年05月 (、 1()l )6 l 1(j l A 公 _r一种瓴化锆陶瓷于机 圳钎 ‘法.陔 法 的 陶瓷 Ceramics 表2 按压式指纹识别材料性能比较 I ab.:Properties of cliff,.·r L1I)t m II L、rials f【】r 1)i-L· 1)ril1i identitic s【tion ̄ j · 65 · 的掺尔改性的氧化销陶瓷r机 大 J 彳 灶 、l 韧 、』 、r精度高等特点。 丰_ 寸【IJ 达到6.1]。 瞍薄 0.1 5~0.80 n1n1-lJJ-形 维氏 (HV) 成甲板、21)、3I)等 杂肜状..小水丁-机曾推II{1款不 川色彩flJ肌 l ,J陶瓷丁饥J .与普通的 料f¨金 机 川f-L。陶瓷的运Jtl他r_饥外观钏 ‘陶瓷特有 的淡雅包彩、光 触感 f 寓的纹路质感, 剑丰 下机的 觉、触觉的材顷感干¨防滑的竹:用 。 1.2 指纹识别模组陶瓷盖板 {} 奘 卡r【物形念 家Nehemiah(; w发表 J 一篇火j 于f彳纹的科 ’ :i仑义.Jf:启了lft 范…I~ 究 , : 刈‘现代科 指纹iJI刖的 究 .指纹 l刖技术 ‘ 心川外 /支于刑‘批案什侦做领域.然后J 泛地 片J 于 他i 『 领域『{I。l 处j:干j;动 联网时代.午‘钡 h 呲一Ilf『垃于 二^M三. 帙 吻 饥作为·种通讯 r 影响符人们牛活的 II,If Ih .人 迎过r-机进行存储币¨传输 息的安全 就变 J 为 j j 埘个人隐私的保护.2()13 关 公一】 推…r·款 指纹 圳功能的智能r机, 指纹识 别支特r 4"3L ̄I/ ̄锁?f-l J 线支”. 决 传统衔 、 形解 锁f¨数0:l IN(Personal 1de,hiificalion N LIn1l r)(c- 攻 、 j : 攻. 科l f窥攻。 的发个=性 题 j i 住 输入崭ti'5fI】绘罔仪式的-一f』17 " t9 0J题 ( ●一 一。陔技术在 8 O ∞ , 智能r机 fI的/,;Z J¨· 推J 就他其 便携式IC r 品 领域If 迅述发腱。¨ .指纹 I别逐渐成为 能r·饥 的杯 , 统计.2(1 ,q- l 令球发 的钳能r-饥 一tk 27款.他川_r指纹 【圳技术的多达2()款.I ‘比 nl li ’ —— 金属支 指纹传感器 — \ 。}擞’—■■ 一■ ■—一 ■— 、 图1 指纹识别模组基本结构 Fig.1 Tl basic ”11 ̄ltl rt (}f fing*-l’prin ̄id c ntifi c fI1ion mtldule 趔j常.指纹 '11圳十j! …金属环、 板、f0感器、 !弧动 :片、 IU路板 分 成. 构 l所 ,J ,J ,指纹 删 扳址I 别指纹IJI别 的币 炎【 蚀瞍 介IU常数 (F/n1) 8O0~1 20( 2 210~238 {8l 微 胀 热 _二 热“牢 甘mw m㈠1( ).2 8.8 1.O~2.0 250 惭度(g/r1l-1’) 熔 · 、(() 指怀.它慨具仃刈_f0感 功芯片的f 护 川.义 足决定指纹解锁速瞍的火键 索之 . .纹 圳 盖板材料的不同,Hf分为 、涂救』 ((’()211ing)、破 璃和陶瓷r1种。恨 卡j! f .指纹以圳 搬 f]J‘分 为按Jii 指纹识别力‘案f¨涂 式指纹 【圳 ‘案. 按 指纹 l圳材料主要 能参数刈比c“1太:所爪 涂 式成小低, 涂 度较低.埸席 .他川各命 姬.质感较笼, 体荚观一 .主 川川岖端r一饥 钢化玻璃J 有成小低. 箭l 艺简t 优 r_.”j L耻 较低. 损.介电常 数和 -.fV 姒度较 .1l 瞍仪为0.1 75 I"11H1. E以J、 JIJ _I1 j肯纹}J l』j『j S 域 黼 度高,埘席 .『}I 成本f门.芽透 、断 较 .祭体抗摔能力不姒。钣化锆综 能较 . 度离仪次于蓝 . 一 &J ((j MI ,l·l11 ). 度情况卜.提高J 板祭体抗冲山抗捧能 J …li1f. 介电常数I■(32~35).穿透能力灶.IJl圳 眦、述J复,址 敲 适的& 片材料之一 ()I I ()I )的忻披 "il圳 摸组采川_厂氰化锆陶瓷 i片. 特f 机 n,J川【f1f增
· 66 · 陶瓷 Ceramics (生产与应用)2018年05月 精细陶瓷性能优越,作为陶瓷精密 部件f、 ff】于 斜能『-机『}】 r着 火的市场空问. 实现 ,Ik化应 的父键 于陶瓷精密零部件削备I 艺技术的成熟 JJl』了 怵质感.}f 手机的斛锁速度提升至饭速的0.2 s 。LI1同 利CN2056921 82[5 公布J 一种氧化锆 陶瓷指纹识别盖板,昕述指纹以别盖板的翘曲度为 2 ~8 JT-:度为0.1~1.0 i"11nl,抗弯强度为8O0~l 9O0 MI a,介电常数为9.4~1 1.58, 有致街性好、强度 、完泞。手机精细陶瓷零部件的制备 一 婴包括陶瓷 粉体制备、成形、后加工等工序( 【奠l 2)。 1;=U ,l口l相高雅、成小低等优点。 陶瓷粉体 注射成形 流延成形 摸压成形 排胶烧结 陶瓷手机背板 镭雕/PVD 研磨抛光 o… ‘蔷 图2手机精细陶瓷零部件的制备工艺 Fig.2 I re]m rations of fine ceralllic paris for mobile t}hone 蠢 H前. 能手机陶瓷精密零部件成肜技术丰要有 rf1,注射成 3 手机精细陶瓷部件的成形 2 手机精细陶瓷部件的粉体制备工艺 纳水陶瓷粉体制备技术足制备丁.机精密陶瓷部件 n勺天键,粉体质量的好坏^接影响手机精细陶瓷部件 成r ^的『人】 质量币u性能。纯发I■、分敞性能好、粒度超 汴射成形、l_r压成形不1J流延成形等办法。 肜主要川于生产外形复杂的小型结构件; K成形主 要川米制箭形状简单的陶瓷制品;流延成形呵制备高 质} 超薄 的陶瓷薄片 .足下机陶瓷指纹识删盖 饭的主赞成形 法。 3.1 注射成形 川干¨粒度分 窄足评价陶瓷粉体质 。 能的重要依 何i利ftJ简单的制箭 制备性能优良的陶瓷粉 体,一九足、JI,内人士研究的热点。口前纳米陶瓷粉体 JlfI,J制备力‘法自 化学沉淀法、水热法、溶胶一凝胶法 。 陶瓷 射成形(Ceramic Injection Molding,L、IM) 足粉术 射成形(PIM)技术的一个分支,最早J『j于 1()37年火化塞绝缘子的制造中.它址指一种将 什的 随荷纳米技术的迅速发腱,人们研究成功 多种 趟 粉仆的圳备方法.包折Ⅲ十¨法、化学气卡H法、喷雾 J:燥法 、电化学合成法 等.每种方法都有其优点 和一定的局限性。女【】何f1 侏证粉体质 的前提下.简 化制备 、降低制 成小 扩大产能以满足日益增 注 成彤I2艺与陶瓷制备工艺相结合的,通过 力将 m熔状态的胶体注入具有一定形状的模 I…n 形成的 陶瓷零部什成形方法。其主要川于, 外肜 杂,J 寸 精确的于机锁肝、 { 键、中框等小, 精 陶瓷件.也 j¨于 1-.产r机背板.陔方法自动化flt 度高.尢需进行 K的下饥『1J趟细陶瓷粉f小 料供心需求卡u打破围外高 端粉体制备技术 断,一 ^:址、I 1人】人十哦待解决的技 术难题。 机JJII 或少加 ,H产=品尺寸精度离.址『】}j订Ⅲ际} 发 最快、应川由专广泛的陶瓷零部件 制造技术 。 CIM I 岂过程包括混料、沣射成形、脱脂、烧结等I_=
(生产与应用)2018年05月 序 。其中注射成形悬浮体的流变性、注射充模的参 数选择以及脱脂过程等都是影响手机陶瓷部件无缺陷 注射成形的关键因素。纳米陶瓷粉体表面自由能高。 与有机物混合时相容性较差,且极易团聚降低分散性 和流动性。I w等。以石蜡为溶剂与钛酸哺偶联 剂改性氧化锆粉体形成混合溶液。经研究发现.当钛 酸酯添加衄为1 (质 分数)时最佳,此时改性粉米 的平均粒径较小,粒度分布较窄,降低了体系粘度.提 高了粉体在有机载体中的均匀性和相容性。Zainudin M等! 以棕榈硬脂(PS)和低密度聚乙烯(LDPE)为 粘结剂体系,用毛细管流变仪研究比较 8 .59 , 6f) 的较高粉末装载墩的3种氧化钇稳定的氧化错 图:{ 注射成形陶瓷手机背板和陶瓷中框 Fig.3 Conlmic rea r COV( randmid frame for mobile phmIC'by injectiol1 molding (YSZ)喂料以及温度对YSZ悬浮体流变特性的影响。 研究结果表[月1,3种喂料的流动特 指数i"1均小于1. |{.活化能 低(分男fJ为l7.99 kJ/too1.17.01 k.1/nlol。 10—0 kJ FI-.'O1),符合假 性型悬浮体利于成形。其 }1 粉末装载}}}为60 的喂料在1 70 下注射成形最佳. 具有最高的生坯强度 12.7 N,可得到较高密度和低 孔隙率的样品。脱脂过程是注射成形中耗时最K的一 道_[序,也是关键步骤。为了解决冈脱脂过程控制不 当而导致坯体产生变形、微裂纹和』 力集中等缺i;fj.以 及传统的热脱脂耗时较长.生产效率低的问题 .严 兴伟等 在6O C汽油脱脂1 h后,采用溶剂脱脂f¨热 脱脂相结介的两步脱脂r艺叮以有效避免坯体变肜、 微裂纹、 敛密等缺陷,并H.可以将脱脂过程从原来的 25 h缩 至8 h.较大地缩短了脱脂周期。r{1 CN1034 76209A 公 r一种陶瓷外壳及其制作方 法.采用注射成彤工艺解决陶瓷外壳装配难度高的M 陶瓷 Ceramics · 67 · 题.实现精密装配。但注射成形只适合于厚瞍大于1 mm的厚件成形.对于大尺寸、薄壁件。}发成彤方式{}{ 难避免因成形压力不均而导致的材料密 不均.冈此 制件在烧结过程中极易变形、甚至开裂 。采用注射 成形的陶瓷手机背板和陶瓷巾框如图3所爪。 3.2 干压成形 十压成形(Dry Pressing)义称模压成形.足一种 陶瓷粉体在压力作用下被压制成具有一定形状的致密 坯体的成形方法.主要用于牛产轻量、离刚 几.形状简 单的扁片状手机陶瓷背板等。陔方法操r卜简单.坯体 尺寸准确,适合机械化生产.儿粉体巾水分和有机成分 含 少,烧成收缩率小,但密度不够均匀.粉体 j馍具 壁问存在的摩擦力会对模具造成磨损从 增『Jl】生产成 本 。其中加』K压力、加压速度、保压时 J、 结剂等 工艺参数都会影响坯体的性能和最终产^^的质艟 。 任继文等 以8YSZ(摩尔分数为8 氰化钇.令稳定 氧化锆)双粒度粉体为研究对象.对成彤 力、保压H,I 问及卡占结剂用量等成形工艺参数进行r优化.结果表 明当聚乙烯醇(PVA)加入 疔为10 (质址分数)、成形 力为10 MPa、保 时问为3()s叫‘.町『li制f【I卞H对密 度为54.9 的陶瓷坏体。If1 CNl()6 1 公 布r一种陶瓷f饥后盖的制作力 法.将陶瓷粉未放入 于 ̄JLG-盖模具『f】振动密实 JJl IJK处理,所 陶瓷坯怵 经烧结、表面加]-即可得到_『机后盖。陔力‘法 j现彳丁 技术相比.陶瓷坯体尺寸精度高.所得陶瓷后盖r机紧 密、瑕疵少、强度高、韧性好 加工余量少.极大地降低 丁生产成本。采H]f:压成形制作的陶瓷 饥背板如 4所示 | 。 图4 采用干压成形的陶瓷手机背板 Fig.1 Ceramic¨ar CO\,er for nmbih I)l1()I 1e-lIY【I ry pre sslng 3.3 流延成形
· 68 · 陶瓷 Ceramics (生产与应用)2018年05月 烧结的氧化锆流延基片.经过在1 400 C保温.1 h的整 平处理,可以得到较为平整的手机背板。采用流延成 形的陶瓷手机背板如图5所示。 流延成形(Tape Casting)是一种将陶瓷粉体与溶 剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等有机添加剂混合形成均 匀的陶瓷浆料置于流延机上制成要求厚度的薄膜的成 形方法 ,该工艺是H()WATT( 于l947年首次提 }fJ用于牛产薄膜和厚膜集成电路的陶瓷基片.并于 1 952年获得专利。。 J。流延成形技术主要包括浆料制 /l 手机精细陶瓷部件的后加工 外观质量的好坏直接影响着产品的品质。当陶瓷 材料作为手机精密部件时,对其表面效果提出r很高 的要求。问时.陶瓷材料固有的硬性和脆性使其加工 备、成形、干燥、排胶、烧结等工序,因其具有设备工艺 简单,效率高,可连续生产,坯体性能单一。可制备高质 鼙大型薄板的陶瓷部件等优点.现今被应用于手机指 纹识别盖板中,进而扩大了其应用范围领域,该工艺的 浆料中有机成分含量高,烧成收缩率大造成指纹盖板 难度增大。为了获得合乎要求的外观质量,包括光洁 平滑的表面、高尺寸精度、防指纹污染、防油污等。这就 易产生开裂、卷曲、厚度不均匀等缺陷 。因此探索 T艺存存的问题,改进和完善工艺,提高陶瓷基片性能 一需要较高柔性和精度的Jn』工设备。目前后加工技术主 要有:数控机床(CNC)加工、研磨抛光、激光雕刻、物 理气相沉淀(PVD)、抗指痕(AF)处理等。 CNC加工是指由数控加工语言进行编程控制数 控机床对零部件加工的一种工艺方法,因而加工前须 根据产品结构进行必要的建模和编程。陶瓷CNC加 直是研究的热点。溶剂、有机添加剂以及流延上艺 是影响基片性能的主要因素。 。。。梁建超 研究分析 了各种有机添加剂以及球磨时间对氧化锆浆料稳定分 散性的影响以及基带的运动速度、流延及干燥的环境 等工艺参数对素坯质量的影响。结果表明,当三乙醇 胺分散剂用量为1.5 (质量分数)时最佳,浆料粘度最 低;浆料球磨时问在1 2 h以上。且粘结剂与塑化剂的 质量比 0.6~1.0.所得浆料性能稳定,分散效果良 好; 流延速度控制 1 0~1 2 C rI1/nlin,干燥温度为 :[基于脆性断裂去除机理,使陶瓷材料在加工过程中 通过缺陷和裂纹的成形或延展、剥落及碎裂等方式去 除 ,主要用于陶瓷机身的修整处理.使机身曲线更 加柔和。因其具有生产效率高、加工精度高、.JJ【I工质量 稳定的优点.而成为_『3C外观产品制造商必备的精 加工设备。 超精密研磨抛光是超精j孛f加工技术的重要部分. 其中化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing. CMP)技术是应用最为广泛的;技术最为成熟的研磨 抛光技术.基于机械化学原理.在微细磨粒的撞击和研 磨液的化学作用下产乍研磨作用去除被加工件表面的 徽最材料.达到降低手机陶瓷零部件表面粗糙度.提高 图 Fig.5 采用流延成形的陶瓷手机背板 (、eramic rear cover for mobile pbonc by tape casting process 表面尺寸精度和增加表面光泽的目的 ~”。陶瓷材 料硬脆性大.经常使用比被加 工件硬度要高的金刚 石磨料来研磨制造陶瓷结构件。轮速超过60 m/s的 2 C.水基浆料在空气中自然干燥,非水基浆料在溶 高速磨削精加丁陶瓷部件时,能形成较小的切屑厚度. 剂气氛中干燥时.所得素坯的密度高,强度和延展性较 灯。'-t, CN1O59O6333A 公布了一种将流延T艺 降低磨削力,提高表面质量和加工效率…。抛光是主 要的终加j[手段.它通过降低表面粗糙度并去除研磨 形成的损伤层,以获得光滑、无损伤的手机陶瓷件表 面…。。 j压延J 艺十H结合制备陶瓷生带的方法,采用纳米粉 俸与微米粉体形成的微纳跨尺度混合体.通过流延一 Jli延工艺,可制箭出 含量高、烧结温度较低FJ.均匀致 密性高的陶瓷,1i带。黄成波等川采用腾空装炉方式 激光雕刻义称镭雕或激光打标,是指利用激光照 射到被加工材料表面。发生物理或化学反应产生热熔
(生产与应用)2018年05月 融化或汽化现象的表面处理工艺。目前已有许多类型 的激光器用于微加工(打标、切割、划片、钻孔)手机陶 陶瓷 Ceramics · 69 · 此,如何简化手机陶瓷部件的制备工艺,提高手机部件 的产品合格率是目前手机行业和精细陶瓷行业面临的 共同挑战。 瓷背板、手机按键等小型结构件,具有效率高、精度高、 适用范围广等特点。Karnakis等 报道了脉冲宽度 在纳秒和皮秒的激光器都可用于陶瓷的高质量激光微 参考文献 量化,具有优异的表面光洁度,相对较高的材料去除 率。但超短脉冲激光处理时间相对较长,Parry等_4 6] 通过直接加入纳秒激光到毫秒处理后的切割表面上, 在相当短的时间内显著提高了毫秒加工的氧化钇的稳 定的四方晶型氧化锆表面光洁度。当激光雕刻功率较 高时,可使陶瓷材料的刻痕清晰,边缘齐整锐利,且无 熔渣形成__4 。 PVD溅射主要用于制备手机logo图案。通过电 场和磁场的作用,使带点粒子轰击靶材致使靶材以粒 子(原子或分子)的形式沉积于基件上形成薄膜的技 术 ,具有膜与基体附着强度高、成膜致密均匀、膜层 厚度可控等特点。 2O世纪7o年代,德国植物学家巴特洛特发现荷 叶表面的乳突和蜡晶体形成的微纳结构使其表面具有 超疏水以及自洁的特性l_4 。随着陶瓷材料在便携电 子产品中的广泛应用,针对陶瓷材料易成为“指纹收集 器”而影响美观的问题,人们通过模仿荷叶效应,发明 了一种抗指痕镀膜工艺(简称AF处理),利用真空蒸 镀方式,将纳米级高分子聚合物在真空状态下被加热 到一定温度后蒸发,以分子或原子的形态直接射向陶 瓷材料表面凝结形成固态薄膜,控制表面粗糙度和使 其表面张力最低,达到疏水疏油,不易附着并易擦拭指 纹的效果,为防止蒸发粒子的大量散射,蒸发粒子的平 均自由程应大于蒸发源与基片的距离 。 5 结语 随着5G时代的来临以及指纹识别、无线充电功 能向手机行业逐步渗透,氧化锆陶瓷具有硬度高、耐磨 性好、韧性好、无信号屏蔽等优点以及良好的即视效 果、温润如玉的触感使其成为手机厂商对手机背板的 重要选择。同时其介电常数高,灵敏度好,是理想的指 纹识别盖板材料,但受成本高和合格率低等问题困扰, 目前还未能实现陶瓷手机盖板等部件的量产化。因 1 Desmond Lobo,Kerem Kaskaloglu,ChaYoung Kim,et a1.Web usability guidelines for smartphones:a synergic sp— proach[-J-}.International Journal of Information and Electronics Engineering,2011,1(1):33~37 2 Gartner.Gartner says annual smartphone sales sur— passed sales of feature phones for the first time in 2013[EB/ 0L].http://www.gartner.com/newsroom/id/2665715,2014— 2—13 3艾媒咨询.2016~2017年中国智能手机市场监测报告 [EB/OL],http://iimedia.cn/49815.html,2017—3—13 4 Song G,Zhang N,Meng Q.Innovation 2.0 as a para— digm shift:comparative analysis of three innovation modesEC]. Wuhan:IIEEE Computer Society,2009 5华强微电子.你不知道的氧化锆陶瓷性能和成本优势 三大方向进入消费电子[EB/OL].https://sanwen8.cn/p/ lfbYZPG.html。2016—10—31 6王永飞,赵升吨,张晨阳.手机外壳材料及其成形工艺 的研究现状与发展EJ].锻压装备与制造技术,2015,50(4):72 ~77 7闫洪,窦明民,李和平.二氧化锆陶瓷的相变增韧机理 和应用[J].陶瓷学报,2000,21(1):46~50 8 Basu B.Toughening of yttria—stabilised tetragonal zir— conia ceramics[J].International Materials Reviews,20 1 3,50 (4):239~256 9 于程杨,宋瑞波.陶瓷材料在手机外观配件设计中的应 用研究[J].山东工业技术,2017(13):282~283 1O蔡明.一种陶瓷壳体结构件及其制备方法和一种手机 [P].中国:CN104068595B,2016—08—03 ll谢灿生.一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法EP].中 国:CN104961461A,2015—10—07 12宁绍强,张梦婷.陶瓷材料在电子产品设计中的特色 探讨EJ].中国陶瓷,2016(12):102~106 13 D.Maltoni,D Maio,A K Jain,et a1.Handbook of fin- gerprint recognitionrJ ̄.Kybernetes,2009,33(5~6):1 314~1 318 14 Young—Hoo Jo,Seong--Yun Jeon,Jong—Hyuk Im, et a1.Security analysis and improvement of fingerprint authenti—
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2024年1月19日发(作者:巫代桃)
(生产与应用)2018年05月 陶瓷 Ceramics · 63 · 精细陶瓷在智鹾手相上的应用及其制备工艺 蓝海凤 黄永俊 李少杰 张 伟 王双喜 (汕头大学 【学院 J 州I f¨1头 51 5063) 摘 要随符 ( 网 、九 允I I 科技时代的到求. 能r fJL埘f 传输 求越来越 、 fI 陶瓷器¨删衙I. 的 腱.为r.fJ【J 商埘rfJ【材顷进“做创新提供r新的选择、 川陶瓷材料部 智能丁fJ【f 的J 川将 j戊 II,J尚 介、 J 柑细陶瓷尼J 是II ,J 化 瓷的 能.分析J 精fill陶瓷rl } 能r机f 的应用.刈r fJl川M钏嘲瓷的一出fill粉f小川 技术、成形I 岂、 饥 瓷 f t: 』J『】I:等进仃了慨述 关键词 精 陶瓷 { 能r·fJL 成彤l 艺 加T I 抗指痕 r}:能 中图分类号:Tl I 文献标识码:A文章编号:1 002 :871(2()】8)05 0063()8 Applications and Preparations of Fine Ceramic Component in Smart Phone I an}I;【if ng.Huang、 ()l1 j【ll1,I i Shaojic,Zhang Wei,Wm1g 11l“_】lgxI(College of Engim:eril1g,Shatuotl lhfi ̄( sity,(iu;mg dong。.'Sbu11()LI, 1 S{ ̄631 Abstr:icl:Witt1 I】1 r£Il}i(1 f{t 、、L l()I)m lit of snlarl ph0ne。1I1 I1 XI 、l1 ration of SI1] ̄tr[phom、with ( I1I’1w【11’k and\vil‘t、l L s 【,h}l rgln rI-qui res tl high{、r…1(1 high(、r Mgnal transmission.Mealwchih',the preparalion,-;()f fim’【‘L。r;t1]1l【 rI、ha x t g()1 g r【 l1 1)r()gr【.s ,it I】rings 1l】【 posMbili ̄y for mi(·ro innox r l“()I'()ll Ihe phol¨mat c,ri:ds b.y tl1‘’Inot}ih Ijl1【】f】【 Illilllut tlm’I ’. ¨1( lI)I)lica1i()ns()f fil L、cr;llni L、COrl1]}Ol1( 1]ls in Sl'li ̄tI'1 I}hom、Hrt、b L 【)nring fashionable.Bast t{t)11 1h L mt rl1Ijm t 1 t)f1hL 1 1 fornlflⅢ· ()f fi】1 (-L Jl11l‘、s,L·silt-L ially,t—Zr() ,the at)pli{’atl()I1 ()f fil1 ccraInic C()IllI}{}I…1l ill 51lla rl ll11()【1 L、 L。 … y 。【1_ M㈨I1whik。thC pr pa r;ltim1 ‘)fItitl·flm1c powders,molding tt' 11o1()gy}l】1{t grilxling ̄lJ(}lishing of Il1‘、fi. ’ ll【’t“)『11 IICIli,}【r( outlined. Key words:Fine c,v?ra rllI【 ;,%ma rl phoI】 ;Molding;Post 1 1"t'H'tIlleq11;Ami fingerl}rinl 金坝fI:广尔科技il‘训坝fI(项Il编 : ()1 IB090 1) ()(J1);广尔仃创新强漩J_lj!I1(项『1编 :9'21 { 、 ‘I f1:抒简介:脑海风(1㈣ ).颤{.研究 ; 要研究力 向为 ̄''iifill陶瓷材料 嗵讯作并简介:F双磐¨96 ).教授.硕 研究生导师;主《研究h‘向为精细陶瓷成形没箭及j 制衢I
· 64 · 陶瓷 Geramics (生产与应用)2018年05月 子市场中占据的优势逐渐增强。美国苹果公司曾多次 前言 1992年,国际商业机器公司(IBM)开发出第一款 申请了关于氧化锆陶瓷作为手持设备外壳的相关专 利,同时随着几款陶瓷外观电子产品的出现,引起了手 机厂商和消费者对氧化锆陶瓷外观件的认知和追捧, 推动了精细陶瓷向智能手机行业地逐步渗透,其应用 主要包括手机背板、指纹识别模组盖板、手机按键等小 型结构件。 1.1 陶瓷手机背板 目前手机背板材料主要为塑料、金属、玻璃和陶 智能手机 。近20年来,随着无线通信和半导体等技 术的发展,全球智能手机发展迅速,基本完成了对功能 机的替代 引。据数据显示,2016年1~12月,我国手 机市场出货量已达5.6O亿部,其中智能手机的出货量 达5.22亿部,占同期国内手机出货量的93.2 L3J。在 瓷,主要的性能参数对比如表1所示 ]。其中塑料(聚 碳酸酯)背板综合性能较好,但其耐磨性、散热性、体感 较差,易老化,主要用于中低端手机;金属背板具有抗 面向信息通信技术催生知识社会的创新2.0逐步取代 传统工业时代创新的大背景下,“微创新”已经成为21 世纪发展的一个新趋势L4],手机厂商通过采用新材料 技术对智能手机材质进行微创新,以实现智能手机品 摔、可塑性强、散热性好等优点,已成为主流手机的标 配Ⅲ。随着5G网络、无线充电等时代的到来,智能手 质的差异化,不断满足用户体验,扩大市场份额。精细 机对信号传输上要求越来越高,金属背板对信号屏蔽 作用较大,成为制约其发展的关键因素,因此手机背板 材质必将由金属背板转变为玻璃、陶瓷等非电磁屏蔽 材质背板。由于陶瓷背板的抗弯强度、硬度、耐磨性、 散热性等性能优于玻璃背板,而成为手机厂商实现手 陶瓷器件由于具有硬度高、耐磨性好、手感细腻致密、 对无线信号无屏蔽、散热性好等优点正在成为研发下 一代智能手机的新选择。 1 精细陶瓷在智能手机上的应用 随着科技的不断发展和进步,工程结构陶瓷在电 机材质差异化的重要选择。目前,用于制作手机背板 的陶瓷材料为氧化锆、氧化铝、碳化硅等,其中氧化锆 是手机背板中应用最为广泛的陶瓷材料。 表1 常用手机背板材料的性能比较 Tab.1 Properties of some mobile phone rear covers with different materials【 ] 氧化锆是一种新型高技术陶瓷,不仅具有高强度、 温润如玉的触感能给消费者带来全新的用户体验。 近年来人们对手机陶瓷背板进行了广泛的研究, 目前市场上已有多款陶瓷背板手机。2012年韩国手 机厂商泛泰推出了世界首款陶瓷机身智能手机Vega Racel2,其经过高于1 300℃的高温烧制后,具有超高 高硬度、耐高温、耐腐蚀、无信号屏蔽等优点,在受应力 诱导下四方晶型转变为单斜晶型的马氏体相变机制和 相变增韧的独特性能,还能提高陶瓷材料的断裂韧性 和抗弯强度。其中,氧化钇稳定的四方晶型氧化锆陶 瓷(Y—TZP),其断裂韧性为2~20 MPa·m 。,抗弯 强度的耐磨性_9]。中国专利CN1O4O68595B 。 公布了 一强度可达到1 000 MPa以上,高于其他陶瓷材料 q]。 并且其在外观上易于着色,能形成多种颜色的手机背 种陶瓷壳体结构件的制备方法,所制得陶瓷壳体结 构件由陶瓷壳体和金属、合金或塑料边框构成,从而提 板满足不同用户需求,同时其还具有良好的即视效果, 高陶瓷壳体结构件的整体抗摔能力。中国专利
(生产与应用)2018年05月 (、 1()l )6 l 1(j l A 公 _r一种瓴化锆陶瓷于机 圳钎 ‘法.陔 法 的 陶瓷 Ceramics 表2 按压式指纹识别材料性能比较 I ab.:Properties of cliff,.·r L1I)t m II L、rials f【】r 1)i-L· 1)ril1i identitic s【tion ̄ j · 65 · 的掺尔改性的氧化销陶瓷r机 大 J 彳 灶 、l 韧 、』 、r精度高等特点。 丰_ 寸【IJ 达到6.1]。 瞍薄 0.1 5~0.80 n1n1-lJJ-形 维氏 (HV) 成甲板、21)、3I)等 杂肜状..小水丁-机曾推II{1款不 川色彩flJ肌 l ,J陶瓷丁饥J .与普通的 料f¨金 机 川f-L。陶瓷的运Jtl他r_饥外观钏 ‘陶瓷特有 的淡雅包彩、光 触感 f 寓的纹路质感, 剑丰 下机的 觉、触觉的材顷感干¨防滑的竹:用 。 1.2 指纹识别模组陶瓷盖板 {} 奘 卡r【物形念 家Nehemiah(; w发表 J 一篇火j 于f彳纹的科 ’ :i仑义.Jf:启了lft 范…I~ 究 , : 刈‘现代科 指纹iJI刖的 究 .指纹 l刖技术 ‘ 心川外 /支于刑‘批案什侦做领域.然后J 泛地 片J 于 他i 『 领域『{I。l 处j:干j;动 联网时代.午‘钡 h 呲一Ilf『垃于 二^M三. 帙 吻 饥作为·种通讯 r 影响符人们牛活的 II,If Ih .人 迎过r-机进行存储币¨传输 息的安全 就变 J 为 j j 埘个人隐私的保护.2()13 关 公一】 推…r·款 指纹 圳功能的智能r机, 指纹识 别支特r 4"3L ̄I/ ̄锁?f-l J 线支”. 决 传统衔 、 形解 锁f¨数0:l IN(Personal 1de,hiificalion N LIn1l r)(c- 攻 、 j : 攻. 科l f窥攻。 的发个=性 题 j i 住 输入崭ti'5fI】绘罔仪式的-一f』17 " t9 0J题 ( ●一 一。陔技术在 8 O ∞ , 智能r机 fI的/,;Z J¨· 推J 就他其 便携式IC r 品 领域If 迅述发腱。¨ .指纹 I别逐渐成为 能r·饥 的杯 , 统计.2(1 ,q- l 令球发 的钳能r-饥 一tk 27款.他川_r指纹 【圳技术的多达2()款.I ‘比 nl li ’ —— 金属支 指纹传感器 — \ 。}擞’—■■ 一■ ■—一 ■— 、 图1 指纹识别模组基本结构 Fig.1 Tl basic ”11 ̄ltl rt (}f fing*-l’prin ̄id c ntifi c fI1ion mtldule 趔j常.指纹 '11圳十j! …金属环、 板、f0感器、 !弧动 :片、 IU路板 分 成. 构 l所 ,J ,J ,指纹 删 扳址I 别指纹IJI别 的币 炎【 蚀瞍 介IU常数 (F/n1) 8O0~1 20( 2 210~238 {8l 微 胀 热 _二 热“牢 甘mw m㈠1( ).2 8.8 1.O~2.0 250 惭度(g/r1l-1’) 熔 · 、(() 指怀.它慨具仃刈_f0感 功芯片的f 护 川.义 足决定指纹解锁速瞍的火键 索之 . .纹 圳 盖板材料的不同,Hf分为 、涂救』 ((’()211ing)、破 璃和陶瓷r1种。恨 卡j! f .指纹以圳 搬 f]J‘分 为按Jii 指纹识别力‘案f¨涂 式指纹 【圳 ‘案. 按 指纹 l圳材料主要 能参数刈比c“1太:所爪 涂 式成小低, 涂 度较低.埸席 .他川各命 姬.质感较笼, 体荚观一 .主 川川岖端r一饥 钢化玻璃J 有成小低. 箭l 艺简t 优 r_.”j L耻 较低. 损.介电常 数和 -.fV 姒度较 .1l 瞍仪为0.1 75 I"11H1. E以J、 JIJ _I1 j肯纹}J l』j『j S 域 黼 度高,埘席 .『}I 成本f门.芽透 、断 较 .祭体抗摔能力不姒。钣化锆综 能较 . 度离仪次于蓝 . 一 &J ((j MI ,l·l11 ). 度情况卜.提高J 板祭体抗冲山抗捧能 J …li1f. 介电常数I■(32~35).穿透能力灶.IJl圳 眦、述J复,址 敲 适的& 片材料之一 ()I I ()I )的忻披 "il圳 摸组采川_厂氰化锆陶瓷 i片. 特f 机 n,J川【f1f增
· 66 · 陶瓷 Ceramics (生产与应用)2018年05月 精细陶瓷性能优越,作为陶瓷精密 部件f、 ff】于 斜能『-机『}】 r着 火的市场空问. 实现 ,Ik化应 的父键 于陶瓷精密零部件削备I 艺技术的成熟 JJl』了 怵质感.}f 手机的斛锁速度提升至饭速的0.2 s 。LI1同 利CN2056921 82[5 公布J 一种氧化锆 陶瓷指纹识别盖板,昕述指纹以别盖板的翘曲度为 2 ~8 JT-:度为0.1~1.0 i"11nl,抗弯强度为8O0~l 9O0 MI a,介电常数为9.4~1 1.58, 有致街性好、强度 、完泞。手机精细陶瓷零部件的制备 一 婴包括陶瓷 粉体制备、成形、后加工等工序( 【奠l 2)。 1;=U ,l口l相高雅、成小低等优点。 陶瓷粉体 注射成形 流延成形 摸压成形 排胶烧结 陶瓷手机背板 镭雕/PVD 研磨抛光 o… ‘蔷 图2手机精细陶瓷零部件的制备工艺 Fig.2 I re]m rations of fine ceralllic paris for mobile t}hone 蠢 H前. 能手机陶瓷精密零部件成肜技术丰要有 rf1,注射成 3 手机精细陶瓷部件的成形 2 手机精细陶瓷部件的粉体制备工艺 纳水陶瓷粉体制备技术足制备丁.机精密陶瓷部件 n勺天键,粉体质量的好坏^接影响手机精细陶瓷部件 成r ^的『人】 质量币u性能。纯发I■、分敞性能好、粒度超 汴射成形、l_r压成形不1J流延成形等办法。 肜主要川于生产外形复杂的小型结构件; K成形主 要川米制箭形状简单的陶瓷制品;流延成形呵制备高 质} 超薄 的陶瓷薄片 .足下机陶瓷指纹识删盖 饭的主赞成形 法。 3.1 注射成形 川干¨粒度分 窄足评价陶瓷粉体质 。 能的重要依 何i利ftJ简单的制箭 制备性能优良的陶瓷粉 体,一九足、JI,内人士研究的热点。口前纳米陶瓷粉体 JlfI,J制备力‘法自 化学沉淀法、水热法、溶胶一凝胶法 。 陶瓷 射成形(Ceramic Injection Molding,L、IM) 足粉术 射成形(PIM)技术的一个分支,最早J『j于 1()37年火化塞绝缘子的制造中.它址指一种将 什的 随荷纳米技术的迅速发腱,人们研究成功 多种 趟 粉仆的圳备方法.包折Ⅲ十¨法、化学气卡H法、喷雾 J:燥法 、电化学合成法 等.每种方法都有其优点 和一定的局限性。女【】何f1 侏证粉体质 的前提下.简 化制备 、降低制 成小 扩大产能以满足日益增 注 成彤I2艺与陶瓷制备工艺相结合的,通过 力将 m熔状态的胶体注入具有一定形状的模 I…n 形成的 陶瓷零部什成形方法。其主要川于, 外肜 杂,J 寸 精确的于机锁肝、 { 键、中框等小, 精 陶瓷件.也 j¨于 1-.产r机背板.陔方法自动化flt 度高.尢需进行 K的下饥『1J趟细陶瓷粉f小 料供心需求卡u打破围外高 端粉体制备技术 断,一 ^:址、I 1人】人十哦待解决的技 术难题。 机JJII 或少加 ,H产=品尺寸精度离.址『】}j订Ⅲ际} 发 最快、应川由专广泛的陶瓷零部件 制造技术 。 CIM I 岂过程包括混料、沣射成形、脱脂、烧结等I_=
(生产与应用)2018年05月 序 。其中注射成形悬浮体的流变性、注射充模的参 数选择以及脱脂过程等都是影响手机陶瓷部件无缺陷 注射成形的关键因素。纳米陶瓷粉体表面自由能高。 与有机物混合时相容性较差,且极易团聚降低分散性 和流动性。I w等。以石蜡为溶剂与钛酸哺偶联 剂改性氧化锆粉体形成混合溶液。经研究发现.当钛 酸酯添加衄为1 (质 分数)时最佳,此时改性粉米 的平均粒径较小,粒度分布较窄,降低了体系粘度.提 高了粉体在有机载体中的均匀性和相容性。Zainudin M等! 以棕榈硬脂(PS)和低密度聚乙烯(LDPE)为 粘结剂体系,用毛细管流变仪研究比较 8 .59 , 6f) 的较高粉末装载墩的3种氧化钇稳定的氧化错 图:{ 注射成形陶瓷手机背板和陶瓷中框 Fig.3 Conlmic rea r COV( randmid frame for mobile phmIC'by injectiol1 molding (YSZ)喂料以及温度对YSZ悬浮体流变特性的影响。 研究结果表[月1,3种喂料的流动特 指数i"1均小于1. |{.活化能 低(分男fJ为l7.99 kJ/too1.17.01 k.1/nlol。 10—0 kJ FI-.'O1),符合假 性型悬浮体利于成形。其 }1 粉末装载}}}为60 的喂料在1 70 下注射成形最佳. 具有最高的生坯强度 12.7 N,可得到较高密度和低 孔隙率的样品。脱脂过程是注射成形中耗时最K的一 道_[序,也是关键步骤。为了解决冈脱脂过程控制不 当而导致坯体产生变形、微裂纹和』 力集中等缺i;fj.以 及传统的热脱脂耗时较长.生产效率低的问题 .严 兴伟等 在6O C汽油脱脂1 h后,采用溶剂脱脂f¨热 脱脂相结介的两步脱脂r艺叮以有效避免坯体变肜、 微裂纹、 敛密等缺陷,并H.可以将脱脂过程从原来的 25 h缩 至8 h.较大地缩短了脱脂周期。r{1 CN1034 76209A 公 r一种陶瓷外壳及其制作方 法.采用注射成彤工艺解决陶瓷外壳装配难度高的M 陶瓷 Ceramics · 67 · 题.实现精密装配。但注射成形只适合于厚瞍大于1 mm的厚件成形.对于大尺寸、薄壁件。}发成彤方式{}{ 难避免因成形压力不均而导致的材料密 不均.冈此 制件在烧结过程中极易变形、甚至开裂 。采用注射 成形的陶瓷手机背板和陶瓷巾框如图3所爪。 3.2 干压成形 十压成形(Dry Pressing)义称模压成形.足一种 陶瓷粉体在压力作用下被压制成具有一定形状的致密 坯体的成形方法.主要用于牛产轻量、离刚 几.形状简 单的扁片状手机陶瓷背板等。陔方法操r卜简单.坯体 尺寸准确,适合机械化生产.儿粉体巾水分和有机成分 含 少,烧成收缩率小,但密度不够均匀.粉体 j馍具 壁问存在的摩擦力会对模具造成磨损从 增『Jl】生产成 本 。其中加』K压力、加压速度、保压时 J、 结剂等 工艺参数都会影响坯体的性能和最终产^^的质艟 。 任继文等 以8YSZ(摩尔分数为8 氰化钇.令稳定 氧化锆)双粒度粉体为研究对象.对成彤 力、保压H,I 问及卡占结剂用量等成形工艺参数进行r优化.结果表 明当聚乙烯醇(PVA)加入 疔为10 (质址分数)、成形 力为10 MPa、保 时问为3()s叫‘.町『li制f【I卞H对密 度为54.9 的陶瓷坏体。If1 CNl()6 1 公 布r一种陶瓷f饥后盖的制作力 法.将陶瓷粉未放入 于 ̄JLG-盖模具『f】振动密实 JJl IJK处理,所 陶瓷坯怵 经烧结、表面加]-即可得到_『机后盖。陔力‘法 j现彳丁 技术相比.陶瓷坯体尺寸精度高.所得陶瓷后盖r机紧 密、瑕疵少、强度高、韧性好 加工余量少.极大地降低 丁生产成本。采H]f:压成形制作的陶瓷 饥背板如 4所示 | 。 图4 采用干压成形的陶瓷手机背板 Fig.1 Ceramic¨ar CO\,er for nmbih I)l1()I 1e-lIY【I ry pre sslng 3.3 流延成形
· 68 · 陶瓷 Ceramics (生产与应用)2018年05月 烧结的氧化锆流延基片.经过在1 400 C保温.1 h的整 平处理,可以得到较为平整的手机背板。采用流延成 形的陶瓷手机背板如图5所示。 流延成形(Tape Casting)是一种将陶瓷粉体与溶 剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等有机添加剂混合形成均 匀的陶瓷浆料置于流延机上制成要求厚度的薄膜的成 形方法 ,该工艺是H()WATT( 于l947年首次提 }fJ用于牛产薄膜和厚膜集成电路的陶瓷基片.并于 1 952年获得专利。。 J。流延成形技术主要包括浆料制 /l 手机精细陶瓷部件的后加工 外观质量的好坏直接影响着产品的品质。当陶瓷 材料作为手机精密部件时,对其表面效果提出r很高 的要求。问时.陶瓷材料固有的硬性和脆性使其加工 备、成形、干燥、排胶、烧结等工序,因其具有设备工艺 简单,效率高,可连续生产,坯体性能单一。可制备高质 鼙大型薄板的陶瓷部件等优点.现今被应用于手机指 纹识别盖板中,进而扩大了其应用范围领域,该工艺的 浆料中有机成分含量高,烧成收缩率大造成指纹盖板 难度增大。为了获得合乎要求的外观质量,包括光洁 平滑的表面、高尺寸精度、防指纹污染、防油污等。这就 易产生开裂、卷曲、厚度不均匀等缺陷 。因此探索 T艺存存的问题,改进和完善工艺,提高陶瓷基片性能 一需要较高柔性和精度的Jn』工设备。目前后加工技术主 要有:数控机床(CNC)加工、研磨抛光、激光雕刻、物 理气相沉淀(PVD)、抗指痕(AF)处理等。 CNC加工是指由数控加工语言进行编程控制数 控机床对零部件加工的一种工艺方法,因而加工前须 根据产品结构进行必要的建模和编程。陶瓷CNC加 直是研究的热点。溶剂、有机添加剂以及流延上艺 是影响基片性能的主要因素。 。。。梁建超 研究分析 了各种有机添加剂以及球磨时间对氧化锆浆料稳定分 散性的影响以及基带的运动速度、流延及干燥的环境 等工艺参数对素坯质量的影响。结果表明,当三乙醇 胺分散剂用量为1.5 (质量分数)时最佳,浆料粘度最 低;浆料球磨时问在1 2 h以上。且粘结剂与塑化剂的 质量比 0.6~1.0.所得浆料性能稳定,分散效果良 好; 流延速度控制 1 0~1 2 C rI1/nlin,干燥温度为 :[基于脆性断裂去除机理,使陶瓷材料在加工过程中 通过缺陷和裂纹的成形或延展、剥落及碎裂等方式去 除 ,主要用于陶瓷机身的修整处理.使机身曲线更 加柔和。因其具有生产效率高、加工精度高、.JJ【I工质量 稳定的优点.而成为_『3C外观产品制造商必备的精 加工设备。 超精密研磨抛光是超精j孛f加工技术的重要部分. 其中化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing. CMP)技术是应用最为广泛的;技术最为成熟的研磨 抛光技术.基于机械化学原理.在微细磨粒的撞击和研 磨液的化学作用下产乍研磨作用去除被加工件表面的 徽最材料.达到降低手机陶瓷零部件表面粗糙度.提高 图 Fig.5 采用流延成形的陶瓷手机背板 (、eramic rear cover for mobile pbonc by tape casting process 表面尺寸精度和增加表面光泽的目的 ~”。陶瓷材 料硬脆性大.经常使用比被加 工件硬度要高的金刚 石磨料来研磨制造陶瓷结构件。轮速超过60 m/s的 2 C.水基浆料在空气中自然干燥,非水基浆料在溶 高速磨削精加丁陶瓷部件时,能形成较小的切屑厚度. 剂气氛中干燥时.所得素坯的密度高,强度和延展性较 灯。'-t, CN1O59O6333A 公布了一种将流延T艺 降低磨削力,提高表面质量和加工效率…。抛光是主 要的终加j[手段.它通过降低表面粗糙度并去除研磨 形成的损伤层,以获得光滑、无损伤的手机陶瓷件表 面…。。 j压延J 艺十H结合制备陶瓷生带的方法,采用纳米粉 俸与微米粉体形成的微纳跨尺度混合体.通过流延一 Jli延工艺,可制箭出 含量高、烧结温度较低FJ.均匀致 密性高的陶瓷,1i带。黄成波等川采用腾空装炉方式 激光雕刻义称镭雕或激光打标,是指利用激光照 射到被加工材料表面。发生物理或化学反应产生热熔
(生产与应用)2018年05月 融化或汽化现象的表面处理工艺。目前已有许多类型 的激光器用于微加工(打标、切割、划片、钻孔)手机陶 陶瓷 Ceramics · 69 · 此,如何简化手机陶瓷部件的制备工艺,提高手机部件 的产品合格率是目前手机行业和精细陶瓷行业面临的 共同挑战。 瓷背板、手机按键等小型结构件,具有效率高、精度高、 适用范围广等特点。Karnakis等 报道了脉冲宽度 在纳秒和皮秒的激光器都可用于陶瓷的高质量激光微 参考文献 量化,具有优异的表面光洁度,相对较高的材料去除 率。但超短脉冲激光处理时间相对较长,Parry等_4 6] 通过直接加入纳秒激光到毫秒处理后的切割表面上, 在相当短的时间内显著提高了毫秒加工的氧化钇的稳 定的四方晶型氧化锆表面光洁度。当激光雕刻功率较 高时,可使陶瓷材料的刻痕清晰,边缘齐整锐利,且无 熔渣形成__4 。 PVD溅射主要用于制备手机logo图案。通过电 场和磁场的作用,使带点粒子轰击靶材致使靶材以粒 子(原子或分子)的形式沉积于基件上形成薄膜的技 术 ,具有膜与基体附着强度高、成膜致密均匀、膜层 厚度可控等特点。 2O世纪7o年代,德国植物学家巴特洛特发现荷 叶表面的乳突和蜡晶体形成的微纳结构使其表面具有 超疏水以及自洁的特性l_4 。随着陶瓷材料在便携电 子产品中的广泛应用,针对陶瓷材料易成为“指纹收集 器”而影响美观的问题,人们通过模仿荷叶效应,发明 了一种抗指痕镀膜工艺(简称AF处理),利用真空蒸 镀方式,将纳米级高分子聚合物在真空状态下被加热 到一定温度后蒸发,以分子或原子的形态直接射向陶 瓷材料表面凝结形成固态薄膜,控制表面粗糙度和使 其表面张力最低,达到疏水疏油,不易附着并易擦拭指 纹的效果,为防止蒸发粒子的大量散射,蒸发粒子的平 均自由程应大于蒸发源与基片的距离 。 5 结语 随着5G时代的来临以及指纹识别、无线充电功 能向手机行业逐步渗透,氧化锆陶瓷具有硬度高、耐磨 性好、韧性好、无信号屏蔽等优点以及良好的即视效 果、温润如玉的触感使其成为手机厂商对手机背板的 重要选择。同时其介电常数高,灵敏度好,是理想的指 纹识别盖板材料,但受成本高和合格率低等问题困扰, 目前还未能实现陶瓷手机盖板等部件的量产化。因 1 Desmond Lobo,Kerem Kaskaloglu,ChaYoung Kim,et a1.Web usability guidelines for smartphones:a synergic sp— proach[-J-}.International Journal of Information and Electronics Engineering,2011,1(1):33~37 2 Gartner.Gartner says annual smartphone sales sur— passed sales of feature phones for the first time in 2013[EB/ 0L].http://www.gartner.com/newsroom/id/2665715,2014— 2—13 3艾媒咨询.2016~2017年中国智能手机市场监测报告 [EB/OL],http://iimedia.cn/49815.html,2017—3—13 4 Song G,Zhang N,Meng Q.Innovation 2.0 as a para— digm shift:comparative analysis of three innovation modesEC]. Wuhan:IIEEE Computer Society,2009 5华强微电子.你不知道的氧化锆陶瓷性能和成本优势 三大方向进入消费电子[EB/OL].https://sanwen8.cn/p/ lfbYZPG.html。2016—10—31 6王永飞,赵升吨,张晨阳.手机外壳材料及其成形工艺 的研究现状与发展EJ].锻压装备与制造技术,2015,50(4):72 ~77 7闫洪,窦明民,李和平.二氧化锆陶瓷的相变增韧机理 和应用[J].陶瓷学报,2000,21(1):46~50 8 Basu B.Toughening of yttria—stabilised tetragonal zir— conia ceramics[J].International Materials Reviews,20 1 3,50 (4):239~256 9 于程杨,宋瑞波.陶瓷材料在手机外观配件设计中的应 用研究[J].山东工业技术,2017(13):282~283 1O蔡明.一种陶瓷壳体结构件及其制备方法和一种手机 [P].中国:CN104068595B,2016—08—03 ll谢灿生.一种氧化锆陶瓷手机后盖的制备方法EP].中 国:CN104961461A,2015—10—07 12宁绍强,张梦婷.陶瓷材料在电子产品设计中的特色 探讨EJ].中国陶瓷,2016(12):102~106 13 D.Maltoni,D Maio,A K Jain,et a1.Handbook of fin- gerprint recognitionrJ ̄.Kybernetes,2009,33(5~6):1 314~1 318 14 Young—Hoo Jo,Seong--Yun Jeon,Jong—Hyuk Im, et a1.Security analysis and improvement of fingerprint authenti—
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