[发明专利]蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法及其应用

说明书

本发明公开了一种蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法及其应用。该方法将坯体在低于陶瓷烧成温度下烧结使颗粒部分粘连具有一定强度，密度仅为理论密度的85％～95％的素坯，用精雕机雕刻正多形盲孔或圆形盲孔后再次烧结致密，然后在盲孔内填充固化了环氧树脂或者硅胶等有机高分子塑胶材料。该方案使用低于烧成温度烧结加工，比注塑坯体有更好的可加工性，比烧成件加工有更高的加工效率和成本优势，盲孔中有机高分子塑胶材料在碰撞跌落过程中吸收了部分跌落的冲击能量，从而提高了陶瓷外壳的断裂韧性。另一方面该方案可以有效降低外壳的重量，利于电子产品的轻薄化，可以用于制备手表外壳、手机外壳、平板外壳等消费类电子外壳。

技术领域

本发明涉及结构件制备领域，具体涉及消费电子背板结构件制备领域，特别涉及蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法及其应用。

背景技术

随着消费电子的迅猛发展，消费类电子的外壳(背板)等结构件取得了显著的进步。特别是5G时代消费类电子外壳等结构设计时传统金属由于其自带的屏蔽效果，对天线设计带来巨大的挑战，而塑料其先天的低强度缺点限制了其在大尺寸屏幕、超薄领域的应用，另外随着消费者审美需要提高，传统的金属外壳和塑料外壳将难以打动消费者。

由于ZrO2陶瓷具有高的强韧性、良好的硬度、高抗磨性，被广泛的应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域。有报道部分稳定氧化锆(TZP)可以通过粉末冶金方法，能够制备耐腐的手表表壳、表件和其它仪器零件。因此近年来，将其应用于大尺寸的手机外壳也越来越多的被研究者所尝试。例如申请号为201510309285.1的专利中采用了氧化锆主相中添加氧化铝、氧化钛等添加剂采用流延的方式制备手机外壳。又例如申请号为201510940002.3的专利中采用钇稳定的氧化锆陶瓷粉体与有机物混炼挤出成型手机外壳。据报道谢志鹏著的《结构陶瓷》一书介绍目前商用的增韧性能最好的ZrO₂陶瓷断裂韧性也仅为8～12MPa.m^1/2，商用仍然存在问题：氧化锆陶瓷与金属和塑料比，断裂韧性仍然不佳，抗跌落性能差，这个必然限制其应用，另一方面氧化锆陶瓷背板为了达到其它材质同等抗跌落性能，必然使用更厚陶瓷制造，有些甚者厚度超过1mm，而氧化锆陶瓷密度高达6.1g/cm³，这必然导致氧化锆陶瓷背板笨重，与电子产品轻薄化发展路径不符。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法及其应用。该方法是蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的内表面雕刻多个正多边形盲孔或圆形盲孔，此盲孔内填充固化了环氧树脂或者硅胶等有机高分子塑胶材料，在碰撞跌落过程中有机高分子塑胶材料吸收了部分跌落的冲击能量从而提高了断裂韧性。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，包括以下步骤：

a)将表面改性剂、无机纳米氧化锆粉体、石蜡与有机高分子材料在密炼机中高温负压密炼得到喂料；

b)将步骤a)得到喂料在模具模腔负压下注射成型外壳坯体；

c)将步骤a)得到的外壳坯体在高温炉中烧成实际密度占理论密度大于70％且小于85％陶瓷素坯；

d)在陶瓷素坯第一平面雕刻多于一个的正多边形盲孔；

e)将步骤d)处理过的陶瓷素坯在1350℃～1450℃常压保温烧结2h～4h后再热等静压烧结，热等静压烧结温度1100℃～1200℃，压力50MPa～100MPa，保温时间为30min～1h得到背板毛坯；

f)使用表面改进剂处理背板毛坯的正多边形盲孔；

g)在经过步骤f)处理的背板毛坯的正多边形盲孔内注入液态环氧树脂或液态硅胶后在60℃～180℃温度固化5min～120min。

优选的，步骤c)中烧结温度为1200℃～1280℃，保温时间为1h～2h。