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氧化锆ZrO2陶瓷

作者:亚洲游戏    更新时间:2020-11-10 14:30

  随着无线G的逐渐普及,手机外观件需要采用非金属材料。而与玻璃相比,陶瓷具有超强的抗折强度、超常的断裂韧性、良好的刚性、高耐磨性、信号无屏蔽性等多方面优点,非常适用于智能手机后盖,符合未来外观件发展的大趋势。

  1)纳米级氧化锆粉体:氧化锆具有肌肤亲和性,广泛用于假牙等需要与人体亲密接触的领域,具有良好的触摸手感。

  1)超高的抗折强度:超过1200Mpa的超高抗弯强度,相比于钢化玻璃的552Mpa,有着明显的优势。

  2)超常的断裂韧性:10倍于玻璃的断裂韧性,韧度达到8 ± 2MPa*m1/2,而钢化玻璃为0.69 MPa*m1/2,抵抗裂纹扩展的能力更强。

  3)良好的刚性:高达200GPa的弹性模量,钢化玻璃是76.7GPa,拥有更好的抵抗弹性变形的能力。

  4)高耐磨性:8-8.5的莫氏硬度,接近于蓝宝石材质,而钢化玻璃是5-6,优势明显,能够抵御日常生活中大部分物质的摩擦损伤。

  5)对信号无屏蔽:比钢化玻璃更低的介电损耗,体现出更优质的电性能,更加适应未来5G时代。

  氧化锆陶瓷外观件的制造难度很高、工艺十分复杂,包括粉体制备、盖板成型、脱脂、烧结、CNC加工、抛光研磨、打孔、检测、镭射/PVD镀膜的环节。在所有环节中,又以粉体制备、胚料成型与烧结、后道加工三道工序最为重要。

  手机后盖所使用的粉体主要是纳米级氧化锆,该粉体是新型电子材料中技术最成熟、产量最大、综合性能最优、应用最广、产值最高的材料。因为粉体的颗粒大小、粒径分布、颗粒形状、团聚度、化学纯度都直接影响到材料的性能与生产时的良品率,所以粉体的制备是电子陶瓷领域的重中之重。目前绝大多数的纳米级高端粉体制造技术掌握在日美德等少数国家手中,国内的三环集团与国瓷材料是少有可以实现大规模量产高性能纳米级粉体的厂商。

  因此对于氧化锆陶瓷粉体环节来说,主要技术壁垒在粉体制备、后处理环节以及生产设备上:

  在粉体制备环节,需要兼顾粉体整体性能与生产成本,并难以实现大规模量产;在后处理环节,需要通过粉体配方来解决产品收缩率控制、配方粉的结团等问题;在生产设备环节,需要对粉体材料性能具有深刻理解,并自制关键生产设备。

  其中粉体到配方粉的环节极为重要,好的配方能够大大改善粉体在制备时的不足之处,增加产品强度、韧性、一致性,此外,后盖颜色也是由配方决定。可以说,各项配方的掺入成分和掺入比例是配方粉的关键,这些都需要靠长时间的技术积累,不易通过并购获取。

  在拥有良好性能的配方粉后就要进入前道成型环节,在陶瓷成型环节主要分为胚体成型与烧结两个环节。成型环节将配方粉与成型剂混合,通过物理方式按照需求固定成型;烧结则是将已经成型了的胚体进行高温烧结定型,两个环节都有一定技术壁垒。

  陶瓷盖板成型方式多,受用面不尽相同。目前在陶瓷后盖的成型领域,主要有注塑、干压及流延三种方式,但是按照目前量产机陶瓷后盖的生产方式来看,主要还是使用了流延与干压两种方式。

  1)流延法:流延成型的技术较难,厂商技术积累时间较长,目前广泛应用于薄片式陶瓷材料上。其优势为生产速度快、自动化程度高、效率高、产品质量好等。

  2)干压法:通过机械压力将陶瓷粉体压制成一定形状的坯体从而实现成型。主要生产轻量型、高刚性的扁平形状陶瓷制品,生产效率高,适合大量生产,成本低,材料利用率高,剪切性及回收性良好。

  3)注射法:与传统的塑胶成型方式类似,通过将陶瓷浆料注射进已经设计好的模具实现成型,但是因为喂料与产品密度难以把握导致通常用于小型精密陶瓷结构件的生产。

  烧结环节温度控制是关键。陶瓷胚体成型后就要进入烧结环节,通过高温长时间烧结让陶瓷粉体成为坚硬的多晶结构。

  在烧结环节最重要的就是温度控制,手机用陶瓷后盖通常使用隧道烧结炉进行烧结,其优点是同时可以大规模烧结产品,但是温度控制难以掌握。在烧结环节因为各位置、时间的温度都不尽相同,要实现消费电子产品一致性的难度极高,不是买来设备就可以烧结出良品率高的精密陶瓷产品。

  胚体烧结成型后就将进入后道加工环节,主要有CNC减薄、表面抛光、镀膜等几道工序。国内厂商因为在加工环节布局依旧,并且陶瓷加工与玻璃、金属加工有共同性,所以目前如长盈精密、蓝思科技、伯恩光学以及比亚迪电子都有所布局。

  氧化锆陶瓷因为硬度高,因此在后端加工上更需要高端的工艺来提高加工环节的良品率,并且需要提高单位设备的生产加工效率。从单片陶瓷后盖的加工时长来看,CNC陶瓷加工所需时间较长,这对于后道加工厂商的精加工与自动化水平提出了更高要求,以便提升陶瓷加工效率与良率。

  由于之前三环集团在陶瓷后盖方面的提前布局,使得公司成为唯一一家打通全产业链的公司,陶瓷行业属性也决定了新加入公司将面临高技术壁垒,导致短期玩家较少,成本无法快速下降。而就成本而言主要可以通过三个方面来改善:产品良品率、后道加工占用CNC机台时间以及更加完善的行业分工。

  从良品率方面来看,主要通过三环集团等在粉体与前道环节更加细致的生产工艺实现前道成型与烧结良品率的提升。此外,对于三环来说还可以通过更加优化的配方配比实现性能更强配方粉体,间接提升后道良率。

  从后道加工时长来看,因为陶瓷兼顾脆性与硬度,加工起来难度更大,导致目前加工陶瓷的时间长于金属与玻璃。通过让伯恩光学等在后道加工领域具有长期经验厂商加入,目前陶瓷后盖加工时长优化明显。

  从行业方面来看,目前三环集团是唯一一家实现陶瓷后盖全产业链布局的公司,但是随着前道厂商如顺络电子、国瓷材料,后道加工厂商如长盈精密、蓝思科技的加入会让产业链更加成熟,上下游分工更加明确,加快陶瓷外观件的普及。

亚洲游戏
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