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3D陶瓷在手機上的應用與趨勢
- 2019-08-30-

一、什麽是陶瓷

    陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結製成的一類無機非金屬材料,其主要性能特點為:

    力學性能:強度、硬度高而塑性、韌性差,表現為硬脆;

    物理性能:熱導率低,表現為散熱差;

    化學性能:耐腐蝕、化學性能穩定,表現為環境適應性強。

金屬、陶瓷拉伸曲線對

    二、什麽是3D陶瓷手機後殼

    所謂陶瓷手機後殼就是用陶瓷材料製作的手機後殼,而3D是相對於2D和2.5D來說的,手機後殼必定都有一定的厚度,上下表麵為一個平麵且彼此平行的叫做2D,上下表麵為一個平麵,但是平麵邊緣處打磨出一個弧度,弧度從一個麵過度到另一麵的叫2.5D,而3D玻璃上下麵不再是一個平麵,通常是在邊緣處有一個大的弧度,整體呈U型。

三、手機上為什麽要用3D陶瓷後殼

    為什麽要用陶瓷材料做手機後殼?首先是陶瓷材質具有獨特的優點,強度、硬度高表現為抗彎、耐刮花,而這些正是目前手機上所使用材料尤其是鋁的痛點;其次是陶瓷材料經過表麵處理後表現出的獨特質感,手感細膩、溫潤如玉,表現出極高的品質感與美感。為什麽要製作成3D的形式?首先是因為3D在視覺上相對於2D、2.5D更佳的美感和豐富度;其次是配合3D屏幕,使整個機身更加協調;另外,相對於方形的棱邊,圓弧狀也有更好的手握感。因此,在鋁合金2D、2.5D手機後殼大行其道進而產生審美疲勞的時候,3D陶瓷手機後殼對手機設計師及消費者產生了強烈的吸引力。

四、現在為什麽還沒規模應用

    既然3D陶瓷手機後殼如此有魅力,為什麽現在市麵上還未見規模使用,就連已經發布的小米5尊絕版也在實際中很少見到呢?這正反映出3D陶瓷手機後殼固然好,但是還存在不少問題正待解決,從個人理解來看,可以從3D陶瓷手機後殼技術本身及產品對技術的選擇兩個角度來分析。

    1、3D陶瓷手機後殼技術本身

    3D陶瓷基本加工工藝

    3D陶瓷手機後殼基本上需要經過以上6個步驟才能加工製備出來,暫且不管具體的工藝參數,單從陶瓷材質的製備及性能特點上來分析:

    a、原料——成型——排膠——燒結

    (1)原料:陶瓷原料是在陶瓷粉料中加入熱塑性樹脂、熱固性樹脂,增塑劑和減摩劑,使陶瓷粉料成為粘性彈體,然後將加熱混煉後的料漿從噴口射入金屬模內,冷卻固化即成。常用的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯,加入量為10-30%。這一技術很大程度地提高了形狀複雜產品成形的精度和可靠性。

     模具材料一般采用高潔度、耐磨性、耐腐蝕性均優良的合金鋼。模具設計應當符合陶瓷高分子係統的流動特性。為了減少成形體的收縮,避免模具體內空氣卷入成形體,因此模具要考慮控製放出口。此外,模具上應有冷卻槽,可以冷卻和加熱,依靠溫度調節器使模具溫度保持恒定,對提高成形體的精度很有效。由於原料中要大量使用有機材料,為了不使毛坯產生熱裂,不剩碳渣地進行脫脂也是一個重要課題。

    陶瓷是經過高溫燒結而成,且一旦成為陶瓷,其性能特點為硬脆,要想將極為硬脆的材料再塑造成私人影院私人官网想要的3D手機後殼的形狀,除了采用CNC將整塊陶瓷掏成夜色app最新版下载想要的形狀外別無它法,因此隻能在原材料還是軟狀態時就成型為目標形狀,成型後再來進行燒結硬化,正是這種工藝特點,必然造成以下問題:

    尺寸問題:成型時材料尚未固化,成型後再排膠、燒結,必然導致尺寸發生收縮變化,尺寸精度無法有效控製,無法滿足產品要求,即便能滿足要求,良率也會因此而降低;

    氣泡問題:排膠過程實質是陶瓷原材料中各種有機物的揮發,必然導致氣泡的存在。

    b、加工——表處

    崩裂問題:陶瓷材料為硬脆的材料,而不論加工還是表處中的打磨拋光,實質都是對局部位置材料的去除,除去加工刀具及研磨材料極易損耗外,硬脆的陶瓷結構在加工過程中也容易出現崩裂的現象,導致良率低、成本高;

    表麵質量問題:由於陶瓷燒結過程產生了氣泡,在後續的加工及研磨工序中氣泡有可能暴露出來,作為一級麵的手機後殼是不允許這些氣泡暴露的,結果就是表處良率低下;

    2、產品對技術的選擇

      除了技術本身不存在問題外,產品在進行技術選擇時非常關注以下的問題:

      (2)注射成型

      陶瓷的注塑成形原理和塑料的注塑成形基本相同。隻是塑料內混合大量的陶瓷粉末。為了改進注塑成形條件,必須選擇與使用原料匹配的有機材料,並要選定添加量。為了獲得致密又均勻的注塑成形體,陶瓷粉末的濃度要高些。但過高將使成形性能變差。為改進混煉坯料的流動性,應降低分散劑高分子係的粘度。作為前處理很重要的是提高陶瓷粉末的分散性,為了提高高分子的流動性,需添加適當的增塑劑和潤滑劑。陶瓷原料的粒度一般為1μm,加入粘結劑(或稱為添加劑),經充分混合、攪拌。 在攪拌過程中,陶瓷粉末被粘結劑潤濕和包複,全部成為均勻的複合物才可進行注射成形。且需要冷卻、幹燥、粉碎後,才獲得適合注射成形機漏鬥進料的顆粒。

    模具材料一般采用高潔度、耐磨性、耐腐蝕性均優良的合金鋼。模具設計應當符合陶瓷高分子係統的流動特性。為了減少成形體的收縮,避免模具體內空氣卷入成形體,因此模具要考慮控製放出口。此外,模具上應有冷卻槽,可以冷卻和加熱,依靠溫度調節器使模具溫度保持恒定,對提高成形體的精度很有效。由於原料中要大量使用有機材料,為了不使毛坯產生熱裂,不剩碳渣地進行脫脂也是一個重要課題。

       (3)脫脂

    本工序主要去除產品中混合的黏結劑.主要分三個階段,1,室溫到200℃的低溫段,主要是相對分子質量較小的組分,石蠟,硬脂酸的熔化分解;2,200-400度的中溫段,主要是相對分子質量較大的聚丙烯的氧化分解脫除;3,400-600度的高溫段,為少量殘留黏結劑的完全脫除.脫脂階段基本不會對產品尺寸產生變化.

       (4)燒結

    由於陶瓷粉末中混合是黏結劑,故產品在燒結後的尺寸會收縮,收縮率約為20%,具體依產品而視.燒結過程也易產生內應力,影響產品性能.

      陶瓷是經過高溫燒結而成,且一旦成為陶瓷,其性能特點為硬脆,要想將極為硬脆的材料再塑造成私人影院私人官网想要的3D手機後殼的形狀,除了采用CNC將整塊陶瓷掏成夜色app最新版下载想要的形狀外別無它法,因此隻能在原材料還是軟狀態時就成型為目標形狀,成型後再來進行燒結硬化,正是這種工藝特點,必然造成以下問題:

    尺寸問題:成型時材料尚未固化,成型後再排膠、燒結,必然導致尺寸發生收縮變化,尺寸精度無法有效控製,無法滿足產品要求,即便能滿足要求,良率也會因此而降低;

    氣泡問題:排膠過程實質是陶瓷原材料中各種有機物的揮發,必然導致氣泡的存在。

    b、加工——表處

    崩裂問題:陶瓷材料為硬脆的材料,而不論加工還是表處中的打磨拋光,實質都是對局部位置材料的去除,除去加工刀具及研磨材料極易損耗外,硬脆的陶瓷結構在加工過程中也容易出現崩裂的現象,導致良率低、成本高;

    表麵質量問題:由於陶瓷燒結過程產生了氣泡,在後續的加工及研磨工序中氣泡有可能暴露出來,作為一級麵的手機後殼是不允許這些氣泡暴露的,結果就是表處良率低下;

    2、產品對技術的選擇

    除了技術本身不存在問題外,產品在進行技術選擇時非常關注以下的問題:

     a、可靠性

    陶瓷材料在製備成滿足手機後殼的規格結構後,需要進行產品可靠性的測試,對於陶瓷材料來說,最嚴酷的測試莫過於機械可靠性測試中的滾筒跌落及定向跌落,目前一般要求組裝成整機後,手機各結構件在經曆滾筒1m*100次及1m*12次(6個麵各兩輪)這兩項跌落測試中不發生斷裂,而這兩項測試正好戳中陶瓷材料脆的軟肋,3D陶瓷手機後殼的機械可靠性堪憂;

     b、良率及成本

    無論是燒結工序的尺寸變形還是加工表處工序中的崩裂及氣泡暴露,都嚴重影響產品的良率,良率低下直接後果就是成本急劇上升,外加加工及表處中耗材貴且消耗快,導致產品成本不堪重負;

    C、技術成熟度

    一個沒有經過產品批量化生產驗證的技術,到底還有多少問題目前雖然沒有碰到、但是會不會在量產中暴露出來,如果冒險使用會不會導致產品無法及時交貨?如果在這個點上產品覺得風險太大,必然不敢貿然使用,目前3D陶瓷手機後殼正麵臨這種情況;

    d、可供應性

    手機一般來說都是大規模發貨的產品,如果產品良率太低或者產業供應能力跟不上,必然導致產品無法及時發貨,即便產能足夠,在目前良率不高的情況下,各手機廠商必然會對3D陶瓷手機後殼大規模使用保持謹慎態度。

    五、未來會不會規模應用

    任何東西都存在優點和缺點,如果優點具有足夠的吸引力,必然會吸引大量持續的精力投入去克服其缺點,一旦技術進步,缺點得以克服,大規模使用自然水到渠成,期待3D陶瓷手機後殼這一天盡快到來。