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发布时间: 2017-02-18 15:36:00 来源:本站原创 浏览数:1196
近日,苹果发 布的一项被激光抛光专利引发行业热议,未来iPhone或采用 陶瓷机身的消息被炒得沸沸扬扬。由于高亮黑配色iPhone 7机身表 面很容易被刮花,受到消费者的吐槽,因此陶 瓷材料可能是一种有吸引力的备选材质。随着未来手机设计的3D化,3D陶瓷成 为消费电子行业的又一新宠。


 

专利演示图

 

专利演示图


未来iPhone会采用3D陶瓷外壳吗?这种表面硬度更高,韧性较好,质感更佳,人体触感优异,自带审美光环的3D陶瓷到 底是什么样的呢? 3D陶瓷目 前的技术水平如何?市场规 模应用处在什么阶段?新材料 在线小编帮您解开谜底。

 

 

一、什么是3D陶瓷手机后壳


所谓陶 瓷手机后壳就是用陶瓷材料制作的手机后壳,而3D是相对于2D和2.5D来说的,手机后 壳必定都有一定的厚度,上下表 面为一个平面且彼此平行的叫做2D,上下表面为一个平面,但是平 面边缘处打磨出一个弧度,弧度从 一个面过度到另一面的叫2.5D,而3D玻璃上 下面不再是一个平面,通常是 在边缘处有一个大的弧度,整体呈U型。


什么是3D陶瓷手机后壳

 

二、手机上为什么要用3D陶瓷后壳


为什么 要用陶瓷材料做手机后壳?


首先是 陶瓷材质具有独特的优点,强度、硬度高表现为抗弯、耐刮花,而这些 正是目前手机上所使用材料尤其是铝的痛点;


其次是 陶瓷材料经过表面处理后表现出的独特质感,手感细腻、温润如玉,表现出 极高的品质感与美感。


为什么要制作成3D的形式?


首先是因为3D在视觉上相对于2D、2.5D更佳的美感和丰富度;其次是配合3D屏幕,使整个机身更加协调;另外,相对于方形的棱边,圆弧状 也有更好的手握感。


因此,在铝合金2D、2.5D手机后 壳大行其道进而产生审美疲劳的时候,3D陶瓷手 机后壳对手机设计师及消费者产生了强烈的吸引力。


装备3D陶瓷后壳的手机
装备3D陶瓷后壳的手机


三、现在为 什么还没规模应用


既然3D陶瓷手 机后壳如此有魅力,为什么 现在市面上还未见规模使用,就连已经发布的小米5尊绝版 也在实际中很少见到呢?这正反映出3D陶瓷手机后壳固然好,但是还 存在不少问题正待解决,从个人理解来看,可以从3D陶瓷手 机后壳技术本身及产品对技术的选择两个角度来分析。


1、3D陶瓷手 机后壳技术本身

3D陶瓷基本加工工艺

3D陶瓷基本加工工艺


3D陶瓷手 机后壳基本上需要经过以上6个步骤 才能加工制备出来,暂且不 管具体的工艺参数,单从陶 瓷材质的制备及性能特点上来分析:


a、原料——成型——排胶——烧结


(1)原料:陶瓷原料是在陶 瓷粉料中加入热塑性树脂、热固性树脂,增塑剂和减摩剂,使陶瓷 粉料成为粘性弹体,然后将 加热混炼后的料浆从喷口射入金属模内,冷却固化即成。常用的 热塑性树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯,加入量为10-30%。这一技 术很大程度地提高了形状复杂产品成形的精度和可靠性。

陶瓷粉末原料


(2)

陶瓷的 注塑成形原理和塑料的注塑成形基本相同。只是塑 料内混合大量的陶瓷粉末。为了改 进注塑成形条件,必须选 择与使用原料匹配的有机材料,并要选定添加量。为了获 得致密又均匀的注塑成形体,陶瓷粉 末的浓度要高些。但过高 将使成形性能变差。为改进 混炼坯料的流动性,应降低 分散剂高分子系的粘度。作为前 处理很重要的是提高陶瓷粉末的分散性,为了提 高高分子的流动性,需添加 适当的增塑剂和润滑剂。陶瓷原 料的粒度一般为1μm,加入粘结剂(或称为添加剂),经充分混合、搅拌。 在搅拌过程中,陶瓷粉 末被粘结剂润湿和包复,全部成 为均匀的复合物才可进行注射成形。且需要冷却、干燥、粉碎后,才获得 适合注射成形机漏斗进料的颗粒。


陶瓷注射成型示意图


模具材 料一般采用高洁度、耐磨性、耐腐蚀 性均优良的合金钢。模具设 计应当符合陶瓷高分子系统的流动特性。为了减 少成形体的收缩,避免模 具体内空气卷入成形体,因此模 具要考虑控制放出口。此外,模具上应有冷却槽,可以冷却和加热,依靠温 度调节器使模具温度保持恒定,对提高 成形体的精度很有效。由于原 料中要大量使用有机材料,为了不 使毛坯产生热裂,不剩碳 渣地进行脱脂也是一个重要课题。


陶瓷注射成型模具


(3)脱脂

本工序 主要去除产品中混合的黏结剂.主要分三个阶段,1,室温到200℃的低温段,主要是 相对分子质量较小的组分,石蜡,硬脂酸的熔化分解;2,200-400度的中温段,主要是 相对分子质量较大的聚丙烯的氧化分解脱除;3,400-600度的高温段,为少量 残留黏结剂的完全脱除.脱脂阶 段基本不会对产品尺寸产生变化.


CIM烧结炉,陶瓷注射成型烧结炉


(4)烧结

由于陶 瓷粉末中混合是黏结剂,故产品 在烧结后的尺寸会收缩,收缩率约为20%,具体依产品而视.烧结过 程也易产生内应力,影响产品性能.


陶瓷注射成型产品图


陶瓷是 经过高温烧结而成,且一旦成为陶瓷,其性能特点为硬脆,要想将 极为硬脆的材料再塑造成我们想要的3D手机后壳的形状,除了采用CNC将整块 陶瓷掏成我们想要的形状外别无它法,因此只 能在原材料还是软状态时就成型为目标形状,成型后 再来进行烧结硬化,正是这种工艺特点,必然造成以下问题:


尺寸问题:成型时材料尚未固化,成型后再排胶、烧结,必然导 致尺寸发生收缩变化,尺寸精 度无法有效控制,无法满足产品要求,即便能满足要求,良率也会因此而降低;


气泡问题:排胶过 程实质是陶瓷原材料中各种有机物的挥发,必然导致气泡的存在。


b、加工——表处


崩裂问题:陶瓷材 料为硬脆的材料,而不论 加工还是表处中的打磨抛光,实质都 是对局部位置材料的去除,除去加 工刀具及研磨材料极易损耗外,硬脆的 陶瓷结构在加工过程中也容易出现崩裂的现象,导致良率低、成本高;

表面质量问题:由于陶 瓷烧结过程产生了气泡,在后续 的加工及研磨工序中气泡有可能暴露出来,作为一 级面的手机后壳是不允许这些气泡暴露的,结果就 是表处良率低下;


2、产品对技术的选择

除了技 术本身不存在问题外,产品在 进行技术选择时非常关注以下的问题:

陶瓷注射成型技术


a、可靠性

陶瓷材 料在制备成满足手机后壳的规格结构后,需要进 行产品可靠性的测试,对于陶瓷材料来说,最严酷 的测试莫过于机械可靠性测试中的滚筒跌落及定向跌落,目前一 般要求组装成整机后,手机各 结构件在经历滚筒1m*100次及1m*12次(6个面各两轮)这两项 跌落测试中不发生断裂,而这两 项测试正好戳中陶瓷材料脆的软肋,3D陶瓷手 机后壳的机械可靠性堪忧;


b、良率及成本

无论是 烧结工序的尺寸变形还是加工表处工序中的崩裂及气泡暴露,都严重 影响产品的良率,良率低 下直接后果就是成本急剧上升,外加加 工及表处中耗材贵且消耗快,导致产 品成本不堪重负;


C、技术成熟度

一个没 有经过产品批量化生产验证的技术,到底还 有多少问题目前虽然没有碰到、但是会 不会在量产中暴露出来,如果冒 险使用会不会导致产品无法及时交货?如果在 这个点上产品觉得风险太大,必然不敢贸然使用,目前3D陶瓷手 机后壳正面临这种情况;


d、可供应性

手机一 般来说都是大规模发货的产品,如果产 品良率太低或者产业供应能力跟不上,必然导 致产品无法及时发货,即便产能足够,在目前 良率不高的情况下,各手机厂商必然会对3D陶瓷手 机后壳大规模使用保持谨慎态度。


四、未来会不会规模应用

任何东 西都存在优点和缺点,如果优 点具有足够的吸引力,必然会 吸引大量持续的精力投入去克服其缺点,一旦技术进步,缺点得以克服,大规模 使用自然水到渠成,期待3D陶瓷手 机后壳这一天尽快到来。

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