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陶瓷壳体及电子设备的制作方法

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1.本技术涉及电子技术领域,具体涉及一种陶瓷壳体及电子设备。


背景技术:

2.氧化锆等陶瓷具有高硬度、高强度,以及温润如玉的质感,是一种理想的高端消费类电子产品的壳体材料;然而,由于陶瓷较重,造成电子设备整机的重量增加,而将陶瓷壳体厚度减薄来减轻整机重量时,陶瓷壳体的机械强度又无法满足要求,因此,使用陶瓷壳体时,如何使较薄的陶瓷壳体具有较高的机械强度是行业急需解决的问题。


技术实现要素:

3.针对上述问题,本技术提供一种陶瓷壳体及电子设备,其具有较薄的尺寸且同时具有较高的机械强度。
4.本技术提供了一种陶瓷壳体,包括:陶瓷基体;及纤维树脂增强层,所述纤维树脂增强层设置于所述陶瓷基体的一侧表面;其中,在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数。
5.本技术还提供一种电子设备,所述电子设备包括如前所述的陶瓷壳体。
6.本技术实施例的陶瓷壳体及电子设备中,在所述陶瓷基体的表面形成纤维树脂增强层,纤维树脂增强层具有较好的机械强度及韧性,从而可以增强所述陶瓷基体的机械性能,并且,因在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数,使得陶瓷基体远离所述纤维树脂增强层的外表面保持压应力,该压应力可以有效阻碍裂纹的扩展,降低陶瓷壳体对缺陷的敏感度,提高壳体滚筒跌落性能,可显著降低电子设备在使用过程中壳体破裂的风险。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1是本技术第一实施例提供的一种陶瓷壳体的剖视结构示意图。
9.图2是本技术第一实施例提供的一种纤维树脂增强层的纤维编织示意图。
10.图3是本技术第一实施例提供的一种纤维树脂增强层的纤维布层叠示意图。
11.图4是本技术第一实施例提供的一种纤维树脂增强层的纤维布层叠示意图,其中,所述纤维布a上形成有电磁信号开孔。
12.图5是本技术第一实施例提供的一种纤维树脂增强层的纤维编织示意图,其中,横向的纤维上形成有电磁信号避让区。
13.图6是本技术第二实施例提供的陶瓷壳体制备方法的流程示意图。
14.图7是本技术第二实施例提供的一种于陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层
的形成方法的流程示意图。
15.图8是本技术第二实施例提供的另一种于陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的形成方法的流程示意图。
16.图9是本技术第二实施例提供的另一种于陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的形成方法的流程示意图。
17.图10是本技术第二实施例提供的另一种于陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的形成方法的流程示意图。
18.图11是本技术第三实施例提供的电子设备的俯视结构示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案,下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。
20.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
21.下面将结合附图,对本技术实施例中的技术方案进行描述。
22.需要说明的是,为便于说明,在本技术的实施例中,相同的附图标记表示相同的部件,并且为了简洁,在不同实施例中,省略对相同部件的详细说明。
23.本技术第一实施例提供一种陶瓷壳体,包括陶瓷基体及纤维树脂增强层,所述纤维树脂增强层设置于所述陶瓷基体的一侧表面;其中,在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数。
24.本技术中,在所述陶瓷基体的表面形成纤维树脂增强层,纤维树脂增强层具有较好的机械强度及韧性,从而可以增强所述陶瓷基体的机械性能,并且,因在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数,使得陶瓷基体远离所述纤维树脂增强层的外表面保持压应力,该压应力可以有效阻碍裂纹的扩展,降低陶瓷壳体对缺陷的敏感度,提高壳体滚筒跌落性能,可显著降低电子设备在使用过程中壳体破裂的风险。
25.请参阅图1至5,为本技术第一实施例提供的陶瓷壳体100,所述陶瓷壳体 100包括陶瓷基体11及纤维树脂增强层12,所述纤维树脂增强层12设置于所述陶瓷基体11的一侧表面。
26.在一些实施例中,所述陶瓷基体11的主成分可以为氧化铝、氧化锆及氮化锆中的至少一种;其中,氧化铝、氧化锆及氮化锆陶瓷具有高强度、高光泽、高断裂韧性以及优异的隔热性能以及耐高温性能等属性,且其还具有低介电常熟,不屏蔽信号,从而使本实施例的陶瓷壳体100特别适用做电子设备的结构件或装饰件,所述结构件或装饰件可以为电池后盖、中框、摄像头装饰件等等。
27.在一些实施例中,所述陶瓷基体11为由包含陶瓷粉体及粘结剂的原料形成;其中,所述陶瓷粉体为氧化铝粉末、氧化锆粉末及氮化锆粉末中的至少一种。
28.在一些实施例中,所述陶瓷粉体还包含色料及稳定剂等成分。
29.其中,在一些实施例中,所述色料可以使所述陶瓷基体11具有特定的颜色;所述色料可以为氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化铬、氧化硅、氧化铜、氧化锶、氧化镓、稀土氧化物、氧化铝、氧化镁及氧化钙或化学式为 ab2o4的材料中的至少一种;其中,化学式为ab2o4的材料中,a为锌(zn)、钴(co)、镍(ni)、钙中的一种或几种,b为铝(al)、铁(fe)、锰(mn) 中的一种或几种,例如,所述化学式为ab2o4的材料为铝酸钴、铝酸镍、铝酸钙、铬酸锌、铬酸钴、铬酸镍、铬酸钙、铁酸锌、铁酸钴、铁酸镍、铁酸钙、锰酸锌、锰酸钴、锰酸镍、锰酸钙、(zn、co、ni)(al、fe、mn)2o4等等。
30.在一些实施例中,所述稳定剂可以为氧化钇等,其中,稳定剂有利于陶瓷结晶的稳定性,使所述陶瓷基体11在烧结及加工时不容易开裂。
31.在一些实施例中,所述粘结剂可以为石蜡、聚乙二醇、硬脂酸、邻苯二甲酸二辛脂、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛中的一种或多种。
32.在一些具体实施例中,所述陶瓷粉体的主成分为四方相晶体结构的氧化锆,其可以形成致密的氧化锆陶瓷,具有高强度韧性,高抗弯强度及抗断裂韧性,耐磨性好,硬度高、导热系数低等特性;一般地,氧化锆陶瓷的在0℃至150℃的温度范围内的热膨胀系数为9.8*10-6
/℃。
33.本技术中,在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数,从而,将所述纤维树脂增强层形成于陶瓷基体内表面后,所述纤维树脂增强层的收缩率会小于陶瓷基体,进而使得陶瓷基体的远离所述纤维树脂增强层的外表面保持压应力;其中,该压应力可以有效阻碍裂纹的扩展,降低陶瓷基体对缺陷的敏感度,提高壳体滚筒跌落性能,可显著降低电子设备在使用过程中陶瓷基体破裂的风险。
34.在一优选实施例中,在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数与所述陶瓷基体的热膨胀系数的差值大于0.1
×
10-6
/℃,此平均轴向热膨胀系数的差值可以更好地提升陶瓷基体11的机械性能。
35.上述0℃至150℃的温度范围的选定主要是考虑到在所述陶瓷基体11的表面形成所述纤维树脂增强层12的温度,例如树脂固化温度或者胶层固化温度等,一般不超过150℃;可以理解,在高于150℃的温度下,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数可以仍满足小于所述陶瓷基体的热膨胀系数;具体例如,在0℃至200℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数,且所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数与所述陶瓷基体的热膨胀系数的差值大于0.1
×
10-6
/℃,以使对所述陶瓷基体表面形成所述纤维树脂增强层的工艺中,以及在形成所述纤维树脂增强层后的所述陶瓷基体11上进行其他加工工艺中,即使有高于150℃的工艺,也能保持使所述纤维树脂增强层的收缩率小于陶瓷基体,进而使得陶瓷基体的远离所述纤维树脂增强层的外表面保持压应力。
36.在一些具体实施例中,所述陶瓷基体11包括相对的外表面111及内表面112,所述纤维树脂增强层12形成于所述陶瓷基体11的内表面112;所述陶瓷基体11 的外表面111呈
压应力状态,且压应力大于或等于50兆帕,该压应力可以有效阻碍裂纹的扩展,降低陶瓷基体11对缺陷的敏感度。
37.本技术中,所述纤维树脂增强层12为包含增强纤维及树脂的材料制成,具体例如为含浸树脂的纤维布等;其中,含浸树脂的纤维布指的是树脂不仅包裹纤维布的外表面,还浸润到纤维布的内部空隙所形成的材料。
38.本技术中,树脂的存在可以浸润所述增强纤维,减少所述纤维树脂增强层 12中的气泡,进而使所述增强纤维能够有效地增强所述陶瓷基体11的机械性能,增强纤维的存在则能够对所述陶瓷基体11进行强度支撑,进而提高所述陶瓷基体11的机械性能。
39.本技术中,所述树脂可以为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂或聚氨酯树脂中的至少一种;所述增强纤维可以为有机纤维、无机非金属纤维或金属纤维等中的至少一种。其中,所述有机纤维可以为凯夫拉纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维等,所述无机非金属纤维可以为碳纤维或玻璃纤维等,所述金属纤维可以为不锈钢纤维或钨纤维等。
40.所述增强纤维优选以长纤维编织布的形式存在,例如具体可以为长纤维以单向、直纹、斜纹或缎纹等方式编织形成的纤维布;不同材质的增强纤维可以混合铺层,即同一层纤维布为同一种材质纤维,但层与层之间为不同材质纤维;也可以为混合编织,即同一层纤维布中含有不同材质纤维;还可以混合编织+混合铺层同时存在。
41.在一些实施例中,所述纤维树脂增强层12中的树脂的体积含量及增强纤维的体积含量均大于或等于30%;此含量可以使树脂能够充分润湿所述增强纤维,且使所述增强纤维足够支撑所述陶瓷基体11,其中,树脂含量过低,则会使树脂不能完全浸润所述增强树脂,使所述纤维树脂增强层12中有较多气泡,进而使所述纤维树脂增强层12的机械强度降低,增强纤维含量过低则会使所述纤维树脂增强层12不足以支撑所述陶瓷基体,进而使所述纤维树脂增强层12的机械强度降低。
42.优选地,所述纤维树脂增强层12中,树脂的体积含量为40%至60%,增强纤维的体积含量为40%至60%,此含量可以使树脂能够更充分润湿所述增强纤维,且使所述增强纤维足够支撑所述陶瓷基体。
43.在一些实施例中,所述纤维树脂增强层12包括第一增强纤维,在0℃至150℃的温度范围内,所述第一增强纤维的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体11 的热膨胀系数,且所述第一增强纤维的平均轴向热膨胀系数与所述陶瓷基体11 的热膨胀系数的差值大于8
×
10-6
/℃;所述第一增强纤维能够降低所述纤维树脂增强层12整体的平均轴向热膨胀系数,进而使所述纤维树脂增强层12的收缩率小于陶瓷基体,使得陶瓷基体的远离所述纤维树脂增强层12的外表面保持压应力。
44.在一些实施例中,所述第一增强纤维为碳纤维、凯夫拉纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维中的至少一种;此类纤维在0℃至150℃的温度范围内的平均轴向热膨胀系数见下表:
45.表1
46.纤维材质平均轴向热膨胀系数10-6
/℃芳纶纤维-6.0凯夫拉纤维-1.2碳纤维-0.6
碳化硅纤维0.3聚乙烯纤维2.2
47.在一些实施例中,所述第一增强纤维在所述纤维树脂增强层中的体积含量大于或等于20%;此含量可以保证所述纤维树脂增强层的整体的平均轴向热膨胀系数较大。
48.可以理解,本技术更有选所述纤维树脂增强层中的纤维全部为所述第一增强纤维,从而使所述陶瓷基体11的外表面更好地保持压应力。
49.当然,在另一些实施例中,所述纤维树脂增强层12还包括第二增强纤维,在0℃至150℃的温度范围内,所述第二增强纤维的平均轴向热膨胀系数大于所述第一增强纤维的平均轴向热膨胀系数,且当所述第二增强纤维的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数时,所述第二增强纤维的平均轴向热膨胀系数与所述陶瓷基体的热膨胀系数的差值小于或等于8
×
10-6
/℃;所述第二增强纤维也能够起到支撑所述陶瓷基体的作用,且所述第二增强纤维的加入可以降低所述陶瓷壳体100的制造成本。
50.在一些实施例中,所述第二增强纤维可以为玻璃纤维、玄武岩纤维、不锈钢纤维、聚酰亚胺纤维中的至少一种;此类纤维在0℃至150℃的温度范围内的平均轴向热膨胀系数见下表:
51.表2
52.纤维材质平均轴向热膨胀系数10-6
/℃玻璃纤维3.0玄武岩纤维6.5不锈钢纤维17.2聚酰亚胺纤维20.0
53.在一些实施例中,所述纤维树脂增强层12包括至少一层纤维布,所述纤维布可以为所述第一增强纤维编织形成,也可以为所述第一增强纤维与所述第二增强纤维混合编织形成,还可以为所述第二增强纤维编织形成。
54.在一些实施例中,例如,所述纤维布的层数为多层,所述纤维树脂增强层 12包括交替层叠的第一纤维布及第二纤维布,所述第一纤维布为所述第一增强纤维编织形成,所述第二纤维布为所述第二增强纤维编织形成。
55.在另一些实施例中,例如,如图2所示,所述纤维树脂增强层12包括至少一层第三纤维布125,所述第三纤维布125为所述第一增强纤维125a与所述第二增强纤维125b混合编织形成;其中,所述第一增强纤维125a沿及所述第二增强纤维125b可以分别沿所述第三纤维布的径向及纬向编织。
56.在一优选实施例中,请参阅图3,所述纤维树脂增强层12包括依次层叠的一凯夫拉纤维布a、一芳纶纤维布b、两层碳纤维布c、一芳纶纤维布b及一凯夫拉纤维布a;其中,更优选地,在所述纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为 60%,所述碳纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维的体积含量合计为40%;进一步,更优选地,所述碳纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维的体积含量均大致为13.3%;进一步,更优选地,所述凯夫拉纤维布及所述芳纶纤维布均为直纹纤维布,所述碳纤维布为单轴纤维布,所述树脂为丙烯酸树脂,所述陶瓷基体的主成分为氧化锆。
57.在另一优选实施例中,所述纤维树脂增强层12包括层叠的四层碳纤维布c;其中,
更优选地,在所述纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为55%,所述碳纤维的体积含量为45%;进一步,更优选地,所述碳纤维布为单轴纤维布,所述树脂为双酚a型环氧树脂,所述陶瓷基体的主成分为氧化锆。
58.其中,上述两个优选实施例中的增强纤维全部为第一增强纤维,也即均为平均轴向热膨胀系数较小的纤维,从而得到的纤维树脂增强层的机械性能更好,且可以使得陶瓷基体11的远离所述纤维树脂增强层12的外表面保持更大的压应力,进而可以更有效阻碍裂纹的扩展,降低陶瓷基体对缺陷的敏感度,提高壳体滚筒跌落性能,可更显著降低电子设备在使用过程中陶瓷基体破裂的风险。
59.在一些实施例中,所述纤维树脂增强层12包括至少一层纤维布,所述纤维布包含导电的增强纤维,具体例如:所述纤维布可以为导电的增强纤维编织形成,也可以为导电的增强纤维与非导电的增强纤维混合编织形成,所述导电的增强纤维及所述非导电的增强纤维均可为所述第一增强纤维与所述第二增强纤维中的一种;其中,如果所述陶瓷壳体100用作电子设备的壳体,为了防止导电的增强纤维对电磁信号的屏蔽,可以在导电的增强纤维上设置开窗区域;具体地,例如,如果所述纤维布为导电的增强纤维编织形成,可以在所述纤维布上形成有贯通的电磁信号开窗,如果所述纤维布为导电的增强纤维与非导电的增强纤维混合编织形成,所述导电的增强纤维在所述纤维布上形成有电磁信号避让区。
60.例如,请参阅图4,在一具体实施例中,定义所述导电的增强纤维编织形成的纤维布为导电纤维布,定义所述非导电的增强纤维编织形成的纤维布为非导电纤维布,所述纤维树脂增强层12包括交替层叠的导电纤维布a及非导电纤维布b,所述导电纤维布a为导电的增强纤维编织形成,所述费导电纤维布b为非导电的增强纤维编织形成;其中,各所述导电纤维布a上均形成有贯通的电磁信号开孔124,且各所述电磁信号开孔124的位置相对应,从而所述纤维树脂增强层12整体在对应各所述贯通的电磁信号开孔124的位置形成电磁信号开窗126;可以理解,所述的交替层叠也可以替代为无序层叠;其中,所述贯通的电磁信号开孔124的数量可以为多个,多个所述贯通的电磁信号开孔124可以根据天线位置设置,本技术不做限定。
61.又例如,请参阅图5,在另一具体实施例中,所述纤维树脂增强层12包括导电-非导电纤维混编形成的纤维布c,也即所述纤维布c为导电的增强纤维c1 与非导电的增强纤维c2混合编织形成;其中,导电的增强纤维c1在所述纤维布上形成有至少一个电磁信号避让区,也即,或者说所述导电的增强纤维c1不在所述电磁信号避让区设置,从而所述纤维布对应所述电磁信号避让区的位置形成所述电磁信号开窗126。
62.在一些实施例中,所述陶瓷基体11的厚度范围可以为0.1毫米至0.4毫米,此厚度较现有的陶瓷壳体的陶瓷基体厚度要小很多,从而可以减轻陶瓷壳体整体的厚度,并且,本技术的陶瓷基体11因有纤维树脂增强层12的支撑,所以即使厚度较薄,也不容易碎裂。
63.在一些实施例中,所述纤维树脂增强层12的厚度范围可以为0.05毫米至 0.8毫米,此厚度范围可以对所述陶瓷基体11有较好的支撑,且不会使所述陶瓷壳体100的整体厚度过大;在一优选实施例中,所述纤维树脂增强层12的厚度范围可以为0.3毫米至0.6毫米。
64.在一些优选实施例中,如图1所示,所述陶瓷基体11具有2.5d或3d等曲面形状,所述纤维树脂增强层12与所述内表面112相贴,所述纤维树脂增强层 12远离所述内表面112的一侧形成收容腔123,所述收容腔123用于收容电子器件等。
65.请参阅图6,为本技术第二实施例提供的陶瓷壳体的制备方法,包括步骤:
66.s201,提供陶瓷基体;
67.s202,于所述陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层以形成所述陶瓷壳体;其中,在0℃至150℃的温度范围内,所述纤维树脂增强层的平均轴向热膨胀系数小于所述陶瓷基体的热膨胀系数。
68.其中,所述陶瓷基体及纤维树脂增强层具体可参本技术的第一实施例中所述,此处不再赘述。
69.在一些实施例中,请参阅图7,于所述陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的步骤可以包括:
70.s2021,提供一固化的纤维树脂增强层;
71.s2022,提供一胶层;及
72.s2023,通过所述胶层将所述纤维树脂增强层贴合于所述陶瓷基体的一侧表面。
73.其中,所述胶层可以为胶水或胶膜;具体地,胶水可以为环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂或聚氨酯树脂等,胶膜可以为热熔胶膜等。
74.其中,通过胶水或胶膜将所述纤维树脂增强层贴合于所述陶瓷基体的一侧表面时,还同时加热及加压使所述胶水或胶膜充分固化,实现所述纤维树脂增强层与所述陶瓷基体的紧密粘结;在一些实施例中,加热及加压的温度可以为 100℃至150℃之间,压力可以在0.1兆帕至10兆帕之间。
75.需要说明的是,本实施例的方法更适用于平面的陶瓷基体的表面的纤维树脂增强层的粘合,用于具有曲面结构的陶瓷基体表面时需要注意曲面r角位置的贴合气泡的产生。
76.在另一些实施例中,请参阅图8,于所述陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的步骤可以包括:
77.s2021a,提供纤维布;
78.s2022a,将所述纤维布铺设于所述陶瓷基体的一侧表面;
79.s2023a,在所述纤维布上涂布树脂胶液;及
80.s2024a,固化所述树脂胶液,形成树脂,所述树脂填充并包覆所述纤维布,形成所述纤维树脂增强层。
81.其中,所述纤维布的材质、结构及层数等等具体可参前述描述;所述树脂胶液固化将所述纤维布粘结于所述陶瓷基体的一侧表面。
82.其中,可以一边铺设所述纤维布,一边均匀的涂刷所述树脂胶液,然后再对含浸树脂胶液的所述纤维布进行挤压或真空脱泡,再同时加热及加压含浸所述树脂胶液的纤维布使所述树脂胶液充分固化形成树脂,实现所述纤维树脂增强层与所述陶瓷基体的紧密粘结;在一些实施例中,加热及加压的温度可以为 100℃至150℃之间,压力可以在0.1兆帕至10兆帕之间。
83.本实施例的方法对陶瓷基体形态没要求,可以适用于平面或曲面的陶瓷基体的表面的纤维树脂增强层的粘合。
84.在另一些实施例中,请参阅图9,于所述陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的步骤可以包括:
85.s2021b,将所述陶瓷基体置于一模具内;
86.s2022b,提供纤维布,将所述纤维布铺设于所述陶瓷基体的一侧表面;
87.s2023b,在所述模具内注入树脂胶液,使所述树脂胶液填充于所述纤维布内部缝隙及形成于所述纤维布表面;及
88.s2024b,固化所述树脂胶液,形成树脂,所述树脂填充并包覆所述纤维布,形成所述纤维树脂增强层。
89.其中,所述纤维布的材质、结构及层数等等具体可参前述描述;通过将所述树脂胶液加热固化,从而将所述纤维布粘结于所述陶瓷基体的一侧表面。
90.在一些实施例中,加热的温度可以为100℃至150℃之间。
91.本实施例的方法对陶瓷基体形态没要求,可以适用于平面或曲面的陶瓷基体的表面的纤维树脂增强层的粘合,且加工尺寸精度好、孔隙率低,得到的纤维树脂增强层的表面光洁度好。
92.在另一些实施例中,请参阅图10,于所述陶瓷基体的一侧表面形成纤维树脂增强层的步骤可以包括:
93.s2021c,提供一半固化的纤维树脂增强层,将所述半固化的纤维树脂增强层设置于所述陶瓷基体的一侧表面;
94.s2022c,使所述纤维树脂增强层中的半固化的树脂固化,从而通过所述树脂将所述纤维树脂增强层粘结于所述陶瓷基体的一侧表面。
95.在一些实施例中,可以通过加热及加压使所述纤维树脂增强层中的半固化的树脂固化,加热及加压的温度可以为100℃至150℃之间,压力可以在0.1兆帕至10兆帕之间。
96.需要说明的是,本实施例的方法更适用于平面的陶瓷基体的表面的纤维树脂增强层的粘合,用于具有曲面结构的陶瓷基体表面时需要注意将压合治具对应曲面r角位置设置为曲面。
97.在一些实施例中,所述纤维树脂增强层包括至少一层纤维布,所述纤维布包含导电的增强纤维,具体例如:所述纤维布可以为导电的增强纤维编织形成,也可以为导电的增强纤维与非导电的增强纤维混合编织形成;其中,如果所述陶瓷壳体用作电子设备的壳体,为了防止导电的增强纤维对电磁信号的屏蔽,形成所述纤维树脂增强层之前,还可以包括步骤:
98.在导电的增强纤维上设置开窗区域;
99.具体地,例如,如果所述纤维布为导电的增强纤维编织形成,可以在所述纤维布上形成有贯通的电磁信号开孔,如果所述纤维布为导电的增强纤维与非导电的增强纤维混合编织形成,所述导电的增强纤维在所述纤维布上形成电磁信号避让区。
100.例如,请参阅图4,在一具体实施例中,定义所述导电的增强纤维编织形成的纤维布为导电纤维布,定义所述非导电的增强纤维编织形成的纤维布为非导电纤维布,所述纤维树脂增强层12包括交替层叠的导电纤维布a及非导电纤维布b,所述导电纤维布a为导电的增强纤维编织形成,所述非导电纤维布b为非导电的增强纤维编织形成;其中,将所述导电纤维布a形成于所述陶瓷基体表面之前,先在各所述导电纤维布a上均形成贯通的电磁信号开孔124,且使各所述电磁信号开孔124的位置相对应,从而使形成的所述纤维树脂增强层12 整体在对应各所述贯通的电磁信号开孔124的位置形成电磁信号开窗126;可以理解,所述的交替层叠也可以替代为无序层叠,也即,本实施例对层叠方式并无要求;其中,所述
贯通的电磁信号开孔124的数量可以为多个,多个所述贯通的电磁信号开孔124可以呈阵列分布,或根据天线位置分布,本技术不做限定。
101.又例如,请参阅图5,在另一具体实施例中,所述纤维树脂增强层12包括导电-非导电纤维混编形成的纤维布c,也即,所述纤维布c为导电的增强纤维 c1与非导电的增强纤维c2混合编织形成;其中,在形成所述纤维布c时,编织所述导电的增强纤维c1时,使所述导电的增强纤维c1在部分区域不设置,从而在所述纤维布c1上形成至少一个电磁信号避让区,从而得到的所述纤维树脂增强层12对应所述电磁信号避让区的位置形成电磁信号开窗126。
102.如图11所示,本技术第三实施例还提供一种电子设备300,所述电子设备 300包括如本技术第一实施例所述的陶瓷壳体100,或,包括如本技术第二实施例所述的陶瓷壳体的制备方法制备得到的陶瓷壳体。
103.在一些实施例中,所述陶瓷壳体100例如可以为所述电子设备300的电池后盖。
104.在一些实施例中,所述电子设备300例如为智能手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏设备等便携式、移动计算设备、可穿戴设备等。
105.以下结合具体实施例对本案的陶瓷壳体进行说明。
106.实施例1
107.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为a层,使用0.08mm厚的 90
°
直纹碳纤维布作为b层,以abab形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a、b层各2层,总厚0.32mm;在所述纤维布上涂布双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为55%,玻璃纤维的体积含量为22.5%,碳纤维的体积含量为22.5%。
108.对实施例1的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例1 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
109.实施例2
110.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为a层,使用0.08mm厚的单向碳纤维布作为b层,以aabb形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a、b层各2层,总厚0.32mm;在所述纤维布上涂布双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为40%,玻璃纤维的体积含量为30%,碳纤维的体积含量为30%。
111.对实施例2的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例2 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
112.实施例3
113.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维与碳纤维混合编织形成的纤维布作为a层,以aaaa形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,共4层,总厚0.32mm;采用注塑的方式在所述纤维布上及内填充双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为65%,玻璃纤维的体积
含量为17.5%,碳纤维的体积含量为17.5%。
114.对实施例3的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例3 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
115.实施例4
116.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃与碳纤维混合编织形成的纤维布作为 a层,其中玻璃纤维与碳纤维交叉编织,使用0.08mm厚的45
°
斜纹玻璃纤维布作为b层,以abab形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a、 b层各2层,总厚0.32mm;采用注塑的方式在所述纤维布上及内填充双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为30%,玻璃纤维的体积含量为52.5%,碳纤维的体积含量为17.5%。
117.对实施例4的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例4 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
118.实施例5
119.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的45
°
斜纹玻璃与碳纤维混合编织形成的纤维布作为a层,使用0.08mm厚的45
°
斜纹碳纤维布作为b层,以abab形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a、b层各2层,总厚0.32mm;在所述纤维布涂布双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为 70%,玻璃纤维的体积含量为7.5%,碳纤维的体积含量为22.5%。
120.对实施例5的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例5 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
121.实施例6
122.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为a层,使用0.08mm厚的 90
°
直纹芳纶纤维布作为b层,以abbb形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a层1层、b层3层,总厚0.32mm;在所述纤维布上涂布酚醛树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为55%,玻璃纤维的体积含量为11.25%,芳纶纤维的体积含量为33.75%。
123.对实施例6的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例6 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
124.实施例7
125.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.1mm厚的90
°
直纹凯夫拉纤维布作为a层,使用0.1mm厚的 90
°
直纹芳纶纤维布作为b层,使用0.1mm厚的单轴碳纤维布作为c层,以 abccba形式将各纤维布层铺并含浸丙烯酸树脂固化,得到纤维树脂增强层,其中a层2层、b层2层、c层2层,纤维布总厚0.60mm;将所述纤维树脂增强层通过环氧树脂胶水贴于所述陶瓷基体的一侧表面,固化所述胶水,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为60%,凯夫拉纤维的体积含量为13.3%,芳纶纤维的体积含量为13.3%,单轴碳纤维的体积含量为 13.3%。
126.对实施例7的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例7 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
127.实施例8
128.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹碳纤维布作为a层,其中,碳纤维布的中心位置及左上角位置各有一10mm*10mm的区域没有碳纤维,也即形成有电磁信号开孔,使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为b层,以abab形式将各纤维布层铺并含浸丙烯酸树脂固化,得到纤维树脂增强层,其中纤维布总厚 0.32mm,各碳纤维布的电磁信号开孔区域正对,从而使纤维树脂增强层对应电磁信号开孔的位置形成电磁信号开窗;将所述纤维树脂增强层通过环氧树脂胶水贴于所述陶瓷基体的一侧表面,固化所述胶水,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为60%,玻璃纤维的体积含量为20%,碳纤维的体积含量为20%。
129.对实施例8的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例8 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
130.实施例9
131.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹碳纤维布作为a层,以aaaa形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中纤维布总厚0.32mm;在所述纤维布上涂布双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为55%,碳纤维的体积含量为45%。
132.对实施例9的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对实施例9 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
133.对比例1
134.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为a层,使用0.08mm厚的 90
°
直纹碳纤维布作为b层,以aaab形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a层3层、b层1层,总厚0.32mm;在所述纤维布涂布酚醛树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为55%,玻璃纤维的体积含量为 33.75%,碳纤维的体积含量为11.25%。
135.对对比例1的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对对比例1 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
136.对比例2
137.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为a层,以aaaa形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中纤维布总厚0.32mm;在所述纤维布上涂布双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为 55%,玻璃纤维的体积含量为45%。
138.对对比例2的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对对比例2 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
139.对比例3
140.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维布作为a层,使用0.08mm厚的 90
°
直纹碳纤维布作为b层,以abab形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a、b层各2层,纤维布总厚0.32mm;在所述纤维布上涂布双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为25%,玻璃纤维的体积含量为37.5%,碳纤维的体积含量为37.5%。
141.对对比例3的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对对比例3 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
142.对比例4
143.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;使用0.08mm厚的90
°
直纹玻璃纤维与碳纤维混合编织形成的纤维布作为a层,使用0.08mm厚的单轴碳纤维布作为b层,以abbb形式将各纤维布层铺于所述陶瓷基体的一侧表面,其中a层1层、b层3层,纤维布总厚0.32mm;采用注塑的方式在所述纤维布上及内填充双酚a型环氧树脂胶液,之后固化树脂胶液形成树脂,得到纤维树脂增强层,从而形成陶瓷壳体。其中,纤维树脂增强层中,树脂的体积含量为75%,玻璃纤维的体积含量为3.1%,碳纤维的体积含量为21.9%。
144.对对比例4的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对对比例4 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
145.对比例5
146.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.3mm,材质为黑色 2.5y-zro2;所述陶瓷基体表面不形成纤维树脂增强层。
147.对对比例5的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对对比例5 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
148.对比例6
149.提供陶瓷基体,所述陶瓷基体为曲面形状,厚度为0.5mm,材质为黑色 2.5y-zro2;所述陶瓷基体表面不形成纤维树脂增强层。
150.对对比例6的陶瓷壳体进行纤维树脂增强层热膨胀系数测试,及对对比例6 的陶瓷壳体的表面应力、断裂韧性、抗钢球冲击性、抗滚桶跌落性进行测试。
151.测试结果如下表所示:
152.表3
153.[0154][0155]
其中,纤维树脂增强层的热膨胀系数测试方法为:参考《gbt2572-2005
‑ꢀ
纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法》进行测试,测试温度范围0℃~150℃。
[0156]
同前述实施例,定义陶瓷基体远离所述纤维树脂增强层的表面为外表面,表面应力的测试方法为:使用德国bruker公司的d8 discover with gadds 型x射线应力分析仪(测试方法为sin2ψ)测试陶瓷壳体外表面的应力大小;每个样品选5个测试点,每个测试点间隔大于1cm,5个测试点的应力值取平均值即为该样品的表面应力值。测试深度范围约为0~10微米。其中,测试结果为正值代表张应力,负值代表压应力。
[0157]
断裂韧性的测试方法为:使用维氏硬度计测试陶瓷壳体的断裂韧性,压头为维氏硬度计通用标准压头(由两相对面夹角为136度的金刚石制成的正四棱锥压头),载荷为10kg,保压时间30s。每个样品选5个测试点,每个测试点间隔大于1cm;压头压入陶瓷后会留下压痕,c为压痕裂纹的半长,a为压痕的半长,p为压头载荷,k
ic
为断裂韧性值,则,
[0158][0159]
5个测试点的k
ic
取平均值即为该样品的其中,断裂韧性是衡量陶瓷阻碍裂纹
扩展的能力,该值越高表面陶瓷越不容易破裂。实测出的断裂韧性不仅与陶瓷材料本身的韧性有关,还与陶瓷表面的应力状态有关,若陶瓷表面为张应力,则裂纹更容易扩展,测得的k
ic
会更低,若陶瓷表面为压应力,则裂纹不容易扩展,测得的k
ic
会更高。
[0160]
本技术使用钢球冲击来评判陶瓷壳体的冲击强度;钢球冲击的测试方法为:陶瓷壳体放在中空的治具中,钢球以一定初始高度自由落体砸向陶瓷中心位置,钢球重量30g,每个高度测五次,若陶瓷壳体未破裂,则提高5cm继续测直至壳体破裂,以壳体破裂时的高度减5cm为测试结果。
[0161]
滚筒跌落的测试方法为:将陶瓷壳体装在市售的手机上,手机重量约180g,然后放入滚筒跌落设备中进行测试;测试方法参照《gbt 2423.8-1995电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验ed:自由跌落》中的附录a;其中,有效跌落高度1m,每测试5圈取出手机检查壳体,若壳体完好则继续测试直至壳体破裂,以壳体破裂时的圈数减5圈为测试结果。
[0162]
比较前述实施例1至实施例9及对比例1至对比例6,可以看出,实施例1 至实施例9均体现出较高的断裂韧性和滚筒跌落强度。
[0163]
而对比例1中,比陶瓷壳体热膨胀系数低于8
×
10-6/℃以上的第一增强纤维在纤维树脂增强层中的体积含量小于15%,对应的陶瓷壳体外表面为张应力,对应陶瓷壳体的滚筒跌落强度较差。
[0164]
而对比例2中,纤维树脂增强层中不含比陶瓷壳体热膨胀系数低于8
×
10-6/℃以上的第一增强纤维,从而对应的陶瓷壳体外表面为张应力,对应陶瓷壳体的滚筒跌落强度较差。
[0165]
而对比例3中,纤维树脂增强层中树脂的体积含量低于30%,由于树脂含量过低无法充分润湿增强纤维,使得纤维树脂增强层中有较多气泡,对应陶瓷壳体的滚筒跌落强度较差。
[0166]
而对比例4中,纤维树脂增强层中增强纤维体积总含量低于30%,由于增强纤维含量过低导致纤维树脂增强层不足以支撑陶瓷壳体,因此陶瓷壳体的滚筒跌落强度较差。
[0167]
进一步,对实施例1至实施例9的陶瓷壳体的测试结果比较可以看出,实施例7及实施例9的壳体的几项测试结果均较好;因,实施例7及实施例9全部采用第一增强纤维做增强,因所述第一增强纤维能够降低所述纤维树脂增强层整体的平均轴向热膨胀系数,进而使所述纤维树脂增强层的收缩率小于陶瓷基体,使得陶瓷基体的远离所述纤维树脂增强层的外表面保持压应力,进而使所述纤维树脂增强层的机械强度提高。
[0168]
另外,对实施例1至实施例9的陶瓷壳体的表面进行观察可以看出,实施例 3、4通过注塑形成纤维树脂增强层,其得到的纤维树脂增强层表面更为光洁。
[0169]
在本文中提及“实施例”“实施方式”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现所述短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0170]
最后应说明的是,以上实施方式仅用以说明本技术的技术方案而非限制,尽管参照以上较佳实施方式对本技术进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本技术技术方案的精神和范围。

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