蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法及其应用技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法及其应用
本专利技术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。
技术介绍
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.m1/2，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。专利技术内容有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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。优选的，正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.9mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为0.5mm～10mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为0.5mm～3mm。优选的，正多边形盲孔为等边三角形盲孔、正方形盲孔、正五边形盲孔、正六边形盲孔和圆型盲孔中一种。优选的，步骤a)中有机高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种，无机纳米氧化锆粉体为钇稳定纳米氧化锆，其D50为30nm～200nm。优选的，步骤a)表面改性剂的质量百分比为0.5％～0.8％，无机纳米氧化锆粉体的质量百分比为85.2％～92.5％，石蜡为的质量百分比为4％～9％，有机高分子的质量百分比为3％～5％。优选的，步骤a)和f)中的表面改性剂为硬脂酸、硬脂酸铵、硅烷偶联剂中一种或两种组合。优选的，硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)。优选的，步骤a)中密炼温度为120～150℃，负压为-0.05MPa～-0.08MPa，密炼时间为1～4h；步骤b)中注射成型温度为130～155℃，负压为-0.07MPa～-0.09MPa。一种手机外壳，使用上述技术方案所述的蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法制备得到。本专利技术的有益效果：本专利技术公开了一种蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷的的制造方法及其应用。该方法将注塑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，其密度仅为理论密度的70％～85％陶瓷素坯后，雕刻多个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机加工，比注塑坯体直接有更好的可加工性，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。另一方面由于该外壳为陶瓷与有机物复合外壳，同等强度下可以有效降低外壳的重量，有利于电子产品的轻薄化发展。附图说明图1为蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法示意图。图2为蜂窝状正六边形盲孔内固化环氧树脂增热氧化锆陶瓷手机外壳的示意图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细描述，其中所用到原料和设备均为市售，没有特别要求。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。一种蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，按以下步骤制备：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。其中有机高分子材料为常见的聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、液晶高分子等有机物，在本实例中优选的有机高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚中一种，无机纳米氧化锆粉体为钇稳定纳米氧化锆，其D50为30nm～200nm。表面改性剂为硬脂酸、硬脂酸盐、硅烷偶联剂中一种或两种组合。其中，硬脂酸盐优选为硬脂酸铵，硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种。在本实例中优选的表面改性剂的质量百分比为0.5％～0.8％，无机纳米氧化锆粉体的质量百分比为85.2％～92.5％，石蜡为的质量百分比为4％～9％，有机高分子的质量百分比为3％～5％。在本实施例中，根据上述优选的组分不同，优选的密炼过程中温度为120℃～150℃，真空负压为-0.05MPa～-0.08MPa，时间为1h～4h。b)将模具的模腔内抽至负压状态后将步骤a)得到密炼喂料注射成型外壳坯体。在本实例中注射成型温度为130℃～155℃，注射前将模具模腔内抽真空至负压-0.07MPa～-0.09MPa以内，以减少注射压力，减少留痕、气孔等注塑坯体内部缺陷，提高坯体强度。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；优选的在本实例中外壳坯体在脱脂炉中脱脂后，将其码垛转移至烧结炉中缓慢升温排除有机高分子骨架材料后将炉温升温到烧结温度并保温一段时间。此保温烧结温度低于陶瓷烧成温度烧结，使陶瓷颗粒与颗粒之间部分粘连，成为未完全致本文档来自技高网...

【技术保护点】
蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，其特征在于：步骤c)中烧结温度为1200℃～1280℃，保温时间为1h～2h。3.根据权利要求2所述的蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，其特征在于：正多变形盲孔的孔深度为0.1mm～0.9mm，正多边形盲孔的正多边形的边长为0.5mm～10mm，相邻两个正多边形盲孔的壁厚为0.5mm～3mm。4.根据权利要求3所述的蜂窝状盲孔增韧氧化锆陶瓷外壳的制造方法，其特征在于：正多边形盲孔为等边三角形盲孔、正方形...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，沈同德，雒文博，
申请(专利权)人：南通通州湾新材料科技有限公司，周涛，
类型：发明
国别省市：江苏,32