精細(xì)陶瓷在智能手機(jī)上的應(yīng)用及其制備工藝

藍(lán)海鳳 黃永俊 李少杰 張 偉 王雙喜

(汕頭大學(xué)工學(xué)院 廣州 汕頭 515063)

前言

1992年，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)開(kāi)發(fā)出第一款智能手機(jī)[1]。近20年來(lái)，隨著無(wú)線通信和半導(dǎo)體等技術(shù)的發(fā)展，全球智能手機(jī)發(fā)展迅速，基本完成了對(duì)功能機(jī)的替代[2]。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2016年1～12月，我國(guó)手機(jī)市場(chǎng)出貨量已達(dá)5.60億部，其中智能手機(jī)的出貨量達(dá)5.22億部，占同期國(guó)內(nèi)手機(jī)出貨量的93.2%[3]。在面向信息通信技術(shù)催生知識(shí)社會(huì)的創(chuàng)新2.0逐步取代傳統(tǒng)工業(yè)時(shí)代創(chuàng)新的大背景下，“微創(chuàng)新”已經(jīng)成為21世紀(jì)發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)[4]，手機(jī)廠商通過(guò)采用新材料技術(shù)對(duì)智能手機(jī)材質(zhì)進(jìn)行微創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)品質(zhì)的差異化，不斷滿足用戶體驗(yàn)，擴(kuò)大市場(chǎng)份額。精細(xì)陶瓷器件由于具有硬度高、耐磨性好、手感細(xì)膩致密、對(duì)無(wú)線信號(hào)無(wú)屏蔽、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)正在成為研發(fā)下一代智能手機(jī)的新選擇。

1 精細(xì)陶瓷在智能手機(jī)上的應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，工程結(jié)構(gòu)陶瓷在電子市場(chǎng)中占據(jù)的優(yōu)勢(shì)逐漸增強(qiáng)。美國(guó)蘋(píng)果公司曾多次申請(qǐng)了關(guān)于氧化鋯陶瓷作為手持設(shè)備外殼的相關(guān)專(zhuān)利，同時(shí)隨著幾款陶瓷外觀電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，引起了手機(jī)廠商和消費(fèi)者對(duì)氧化鋯陶瓷外觀件的認(rèn)知和追捧，推動(dòng)了精細(xì)陶瓷向智能手機(jī)行業(yè)地逐步滲透，其應(yīng)用主要包括手機(jī)背板、指紋識(shí)別模組蓋板、手機(jī)按鍵等小型結(jié)構(gòu)件。

1.1 陶瓷手機(jī)背板

目前手機(jī)背板材料主要為塑料、金屬、玻璃和陶瓷，主要的性能參數(shù)對(duì)比如表1所示[5]。其中塑料(聚碳酸酯)背板綜合性能較好，但其耐磨性、散熱性、體感較差，易老化，主要用于中低端手機(jī)；金屬背板具有抗摔、可塑性強(qiáng)、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為主流手機(jī)的標(biāo)配[6]。隨著5G網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線充電等時(shí)代的到來(lái)，智能手機(jī)對(duì)信號(hào)傳輸上要求越來(lái)越高，金屬背板對(duì)信號(hào)屏蔽作用較大，成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此手機(jī)背板材質(zhì)必將由金屬背板轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡА⑻沾傻确请姶牌帘尾馁|(zhì)背板。由于陶瓷背板的抗彎強(qiáng)度、硬度、耐磨性、散熱性等性能優(yōu)于玻璃背板，而成為手機(jī)廠商實(shí)現(xiàn)手機(jī)材質(zhì)差異化的重要選擇。目前，用于制作手機(jī)背板的陶瓷材料為氧化鋯、氧化鋁、碳化硅等，其中氧化鋯是手機(jī)背板中應(yīng)用最為廣泛的陶瓷材料。

表1 常用手機(jī)背板材料的性能比較[5]Tab.1 Properties of some mobile phone rear covers with different materials[5]

氧化鋯是一種新型高技術(shù)陶瓷，不僅具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、無(wú)信號(hào)屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，在受應(yīng)力誘導(dǎo)下四方晶型轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本偷鸟R氏體相變機(jī)制和相變?cè)鲰g的獨(dú)特性能，還能提高陶瓷材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度。其中，氧化釔穩(wěn)定的四方晶型氧化鋯陶瓷(Y-TZP)，其斷裂韌性為2～20 MPa·m1/2，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到1 000 MPa以上，高于其他陶瓷材料[7～8]。并且其在外觀上易于著色，能形成多種顏色的手機(jī)背板滿足不同用戶需求，同時(shí)其還具有良好的即視效果，溫潤(rùn)如玉的觸感能給消費(fèi)者帶來(lái)全新的用戶體驗(yàn)。

近年來(lái)人們對(duì)手機(jī)陶瓷背板進(jìn)行了廣泛的研究，目前市場(chǎng)上已有多款陶瓷背板手機(jī)。2012年韓國(guó)手機(jī)廠商泛泰推出了世界首款陶瓷機(jī)身智能手機(jī)Vega Race12，其經(jīng)過(guò)高于1 300 ℃的高溫?zé)坪?具有超高強(qiáng)度的耐磨性[9]。中國(guó)專(zhuān)利CN104068595B[10]公布了一種陶瓷殼體結(jié)構(gòu)件的制備方法，所制得陶瓷殼體結(jié)構(gòu)件由陶瓷殼體和金屬、合金或塑料邊框構(gòu)成，從而提高陶瓷殼體結(jié)構(gòu)件的整體抗摔能力。中國(guó)專(zhuān)利CN104961461A[11]公布了一種氧化鋯陶瓷手機(jī)后蓋的制備方法，該方法制備的摻雜改性的氧化鋯陶瓷手機(jī)后蓋具有高強(qiáng)度、高韌性、尺寸精度高等特點(diǎn)，其最大主屏尺寸可達(dá)到6 in，厚度薄至0.15～0.80 mm，可形成平板、2D、3D等復(fù)雜形狀。小米手機(jī)曾推出4款不同色彩和肌理的陶瓷手機(jī)后蓋，與普通的塑料和金屬手機(jī)后蓋相比，陶瓷的運(yùn)用使手機(jī)外觀擁有陶瓷特有的淡雅色彩、光滑觸感和細(xì)膩豐富的紋路質(zhì)感，起到豐富手機(jī)的視覺(jué)、觸覺(jué)的材質(zhì)感和防滑的作用[12]。

1.2 指紋識(shí)別模組陶瓷蓋板

1684年英國(guó)植物形態(tài)學(xué)家Nehemiah Grew發(fā)表了一篇關(guān)于指紋的科學(xué)論文，開(kāi)啟了世界范圍內(nèi)研究學(xué)者對(duì)現(xiàn)代科學(xué)指紋識(shí)別的研究[13]，指紋識(shí)別技術(shù)首先應(yīng)用并普及于刑事案件偵破領(lǐng)域，然后廣泛地應(yīng)用于其他行業(yè)領(lǐng)域中。正處于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能手機(jī)作為一種通訊工具影響著人們生活的方方面面，人們通過(guò)手機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸信息的安全性就變得尤為重要。基于對(duì)個(gè)人隱私的保護(hù)，2013年美國(guó)蘋(píng)果公司推出了一款帶有指紋識(shí)別功能的智能手機(jī)，其指紋識(shí)別支持手機(jī)解鎖和在線支付，解決了傳統(tǒng)密碼、圖形解鎖和數(shù)字PIN(Personal Identification Number)存在暴力攻擊、字典攻擊和肩窺攻擊的安全性問(wèn)題與記住輸入密碼和繪圖模式的可用性問(wèn)題[14～15]。該技術(shù)在智能手機(jī)中的應(yīng)用一經(jīng)推廣就使其在便攜式電子產(chǎn)品領(lǐng)域中迅速發(fā)展。目前，指紋識(shí)別逐漸成為智能手機(jī)的標(biāo)配，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016 年上半年全球發(fā)布的智能手機(jī)共27款，使用了指紋識(shí)別技術(shù)的多達(dá)20款，占比74%[16]。

圖1 指紋識(shí)別模組基本結(jié)構(gòu)Fig.1 The basic structure of fingerprint identification module

通常，指紋識(shí)別模組主要由金屬環(huán)、蓋板、傳感器、驅(qū)動(dòng)芯片、印刷電路板等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[17]。其中，指紋識(shí)別蓋板是區(qū)別指紋識(shí)別好壞的重要指標(biāo)，它既具有對(duì)傳感器與驅(qū)動(dòng)芯片的保護(hù)作用，又是決定指紋解鎖速度的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)指紋識(shí)別蓋板材料的不同，可分為藍(lán)寶石、涂覆式(Coating)、玻璃和陶瓷4種。根據(jù)模組位置，指紋識(shí)別蓋板又可分為按壓式指紋識(shí)別方案和涂覆式指紋識(shí)別方案。按壓式指紋識(shí)別材料主要性能參數(shù)對(duì)比如表2所示[18]。涂覆式成本低，但其涂層硬度較低，易磨損，使用壽命短，質(zhì)感較差，整體美觀性不強(qiáng)，主要應(yīng)用于低端手機(jī)。鋼化玻璃具有成本低，制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其硬度較低，易磨損，介電常數(shù)和抗彎強(qiáng)度較差，目前最薄厚度僅為0.175 mm，難以應(yīng)用在中高端指紋識(shí)別領(lǐng)域。藍(lán)寶石硬度高，耐磨蝕，但其成本高，穿透性、斷裂韌性較差，整體抗摔能力不強(qiáng)。氧化鋯綜合性能較好，其硬度高僅次于藍(lán)寶石，韌性好(6 MPa·m1/2)，在同等厚度情況下，提高了蓋板整體抗沖擊抗摔能力。同時(shí)，其介電常數(shù)高(32～35)，穿透能力強(qiáng)，識(shí)別靈敏、速度，是最合適的表面貼片材料之一。OPPO R9的指紋識(shí)別模組采用了氧化鋯陶瓷貼片，在保持高抗磨的同時(shí)增加了整體質(zhì)感，讓手機(jī)的解鎖速度提升至極速的0.2 s[19]。中國(guó)專(zhuān)利CN205692182U[20]公布了一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別蓋板，所述指紋識(shí)別蓋板的翹曲度為2‰～8‰，厚度為0.1～1.0 mm，抗彎強(qiáng)度為800～1 200 MPa，介電常數(shù)為9.4～11.58，具有致密性好、強(qiáng)度高、韌性好，品相高雅、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

表2 按壓式指紋識(shí)別材料性能比較[17]Tab.2 Properties of different materials for press-type fingerprint identification[17]

精細(xì)陶瓷性能優(yōu)越，作為陶瓷精密零部件應(yīng)用于智能手機(jī)中有著巨大的市場(chǎng)空間，但實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素在于陶瓷精密零部件制備工藝技術(shù)的成熟完善。手機(jī)精細(xì)陶瓷零部件的制備工藝主要包括陶瓷粉體制備、成形、后加工等工序(見(jiàn)圖2)。

圖2 手機(jī)精細(xì)陶瓷零部件的制備工藝Fig.2 Preparations of fine ceramic parts for mobile phone

2 手機(jī)精細(xì)陶瓷部件的粉體制備工藝

納米陶瓷粉體制備技術(shù)是制備手機(jī)精密陶瓷部件的關(guān)鍵，粉體質(zhì)量的好壞直接影響手機(jī)精細(xì)陶瓷部件成品的內(nèi)在質(zhì)量和性能。純度高、分散性能好、粒度超細(xì)和粒度分布窄是評(píng)價(jià)陶瓷粉體質(zhì)量性能的重要依據(jù)。如何利用簡(jiǎn)單的制備工藝制備性能優(yōu)良的陶瓷粉體，一直是業(yè)內(nèi)人士研究的熱點(diǎn)。目前納米陶瓷粉體常用的制備方法有化學(xué)沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法等[21]。

隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們研究成功了多種超細(xì)粉體的制備方法，包括固相法、化學(xué)氣相法、噴霧干燥法[22]、電化學(xué)合成法[23]等，每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和一定的局限性。如何在保證粉體質(zhì)量的前提下，簡(jiǎn)化制備工藝、降低制備成本和擴(kuò)大產(chǎn)能以滿足日益增長(zhǎng)的手機(jī)用超細(xì)陶瓷粉體原料供應(yīng)需求和打破國(guó)外高端粉體制備技術(shù)壟斷，一直是業(yè)內(nèi)人士亟待解決的技術(shù)難題。

3 手機(jī)精細(xì)陶瓷部件的成形

目前，智能手機(jī)陶瓷精密零部件成形技術(shù)主要有注射成形、干壓成形和流延成形等方法。其中，注射成形主要用于生產(chǎn)外形復(fù)雜的小型結(jié)構(gòu)件；干壓成形主要用來(lái)制備形狀簡(jiǎn)單的陶瓷制品；流延成形可制備高質(zhì)量、超薄型的陶瓷薄片[24]，是手機(jī)陶瓷指紋識(shí)別蓋板的主要成形方法。

3.1 注射成形

陶瓷注射成形(Ceramic Injection Molding，CIM)是粉末注射成形(PIM)技術(shù)的一個(gè)分支，最早用于1937年火花塞絕緣子的制造中，它是指一種將塑件的注塑成形工藝與陶瓷制備工藝相結(jié)合的，通過(guò)壓力將融熔狀態(tài)的膠體注入具有一定形狀的模腔中而形成的陶瓷零部件成形方法，其主要用于生產(chǎn)外形復(fù)雜，尺寸精確的手機(jī)鎖屏、音量鍵、中框等小型精密陶瓷件，也可用于生產(chǎn)手機(jī)背板，該方法自動(dòng)化程度高，無(wú)需進(jìn)行機(jī)加工或少加工，且產(chǎn)品尺寸精度高，是目前國(guó)際上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的陶瓷零部件精密制造技術(shù)[25]。CIM工藝過(guò)程包括混料、注射成形、脫脂、燒結(jié)等工序[26]。其中注射成形懸浮體的流變性、注射充模的參數(shù)選擇以及脫脂過(guò)程等都是影響手機(jī)陶瓷部件無(wú)缺陷注射成形的關(guān)鍵因素。納米陶瓷粉體表面自由能高，與有機(jī)物混合時(shí)相容性較差，且極易團(tuán)聚降低分散性和流動(dòng)性。Liu W等[27]以石蠟為溶劑與鈦酸酯偶聯(lián)劑改性氧化鋯粉體形成混合溶液。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈦酸酯添加量為1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)最佳，此時(shí)改性粉末的平均粒徑較小，粒度分布較窄，降低了體系粘度，提高了粉體在有機(jī)載體中的均勻性和相容性。Zainudin M等[28]以棕櫚硬脂(PS)和低密度聚乙烯(LDPE)為粘結(jié)劑體系，用毛細(xì)管流變儀研究比較58%，59%，60%的較高粉末裝載量的3種氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯

圖3 注射成形陶瓷手機(jī)背板和陶瓷中框Fig.3 Ceramic rear coverandmid-frame for mobile phone by injection molding

(YSZ)喂料以及溫度對(duì)YSZ懸浮體流變特性的影響。研究結(jié)果表明，3種喂料的流動(dòng)特性指數(shù)n均小于1，且活化能E低(分別為17.99 kJ/mol，17.01 kJ/mol，10.10 kJ/mol)，符合假塑性型懸浮體利于成形。其中粉末裝載量為60%的喂料在170 ℃下注射成形最佳，具有最高的生坯強(qiáng)度值12.7 N，可得到較高密度和低孔隙率的樣品。脫脂過(guò)程是注射成形中耗時(shí)最長(zhǎng)的一道工序，也是關(guān)鍵步驟。為了解決因脫脂過(guò)程控制不當(dāng)而導(dǎo)致坯體產(chǎn)生變形、微裂紋和應(yīng)力集中等缺陷，以及傳統(tǒng)的熱脫脂耗時(shí)較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低的問(wèn)題[29]，嚴(yán)興偉等[30]在60 ℃汽油脫脂1 h后，采用溶劑脫脂和熱脫脂相結(jié)合的兩步脫脂工藝可以有效避免坯體變形、微裂紋、不致密等缺陷，并且可以將脫脂過(guò)程從原來(lái)的25 h縮短至8 h，較大地縮短了脫脂周期。中國(guó)CN103476209A[31]公布了一種陶瓷外殼及其制作方法，采用注射成形工藝解決陶瓷外殼裝配難度高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精密裝配。但注射成形只適合于厚度大于1 mm 的厚件成形，對(duì)于大尺寸、薄壁件，該成形方式很難避免因成形壓力不均而導(dǎo)致的材料密度不均，因此制件在燒結(jié)過(guò)程中極易變形、甚至開(kāi)裂[11]。采用注射成形的陶瓷手機(jī)背板和陶瓷中框如圖3所示。

3.2 干壓成形

干壓成形(Dry Pressing)又稱模壓成形，是一種陶瓷粉體在壓力作用下被壓制成具有一定形狀的致密坯體的成形方法，主要用于生產(chǎn)輕量、高剛性且形狀簡(jiǎn)單的扁片狀手機(jī)陶瓷背板等。該方法操作簡(jiǎn)單，坯體尺寸準(zhǔn)確，適合機(jī)械化生產(chǎn)，且粉體中水分和有機(jī)成分含量少，燒成收縮率小，但密度不夠均勻，粉體與模具壁間存在的摩擦力會(huì)對(duì)模具造成磨損從而增加生產(chǎn)成本[26]。其中加壓壓力、加壓速度、保壓時(shí)間、粘結(jié)劑等工藝參數(shù)都會(huì)影響坯體的性能和最終產(chǎn)品的質(zhì)量[32]。任繼文等[33]以8YSZ(摩爾分?jǐn)?shù)為8%氧化釔，全穩(wěn)定氧化鋯)雙粒度粉體為研究對(duì)象，對(duì)成形壓力、保壓時(shí)間及粘結(jié)劑用量等成形工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明當(dāng)聚乙烯醇(PVA)加入量為10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、成形壓力為10 MPa、保壓時(shí)間為30 s時(shí),可壓制出相對(duì)密度為54.9%的陶瓷坯體。中國(guó)CN106518060A[34]公布了一種陶瓷手機(jī)后蓋的制作方法，將陶瓷粉末放入手機(jī)后蓋模具中振動(dòng)密實(shí)后加壓處理，所得陶瓷坯體經(jīng)燒結(jié)、表面加工即可得到手機(jī)后蓋。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，陶瓷坯體尺寸精度高，所得陶瓷后蓋手機(jī)緊密、瑕疵少、強(qiáng)度高、韌性好且加工余量少，極大地降低了生產(chǎn)成本。采用干壓成形制作的陶瓷手機(jī)背板如圖4所示。

圖4 采用干壓成形的陶瓷手機(jī)背板Fig.4 Ceramic rear cover for mobile phone by dry pressing

3.3 流延成形

流延成形(Tape Casting)是一種將陶瓷粉體與溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等有機(jī)添加劑混合形成均勻的陶瓷漿料置于流延機(jī)上制成要求厚度的薄膜的成形方法[24]，該工藝是HOWATTG于1947年首次提出用于生產(chǎn)薄膜和厚膜集成電路的陶瓷基片，并于1952年獲得專(zhuān)利[35]。流延成形技術(shù)主要包括漿料制備、成形、干燥、排膠、燒結(jié)等工序，因其具有設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，效率高，可連續(xù)生產(chǎn)，坯體性能單一，可制備高質(zhì)量大型薄板的陶瓷部件等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今被應(yīng)用于手機(jī)指紋識(shí)別蓋板中，進(jìn)而擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍領(lǐng)域，該工藝的漿料中有機(jī)成分含量高，燒成收縮率大造成指紋蓋板易產(chǎn)生開(kāi)裂、卷曲、厚度不均勻等缺陷[36]。因此探索工藝存在的問(wèn)題，改進(jìn)和完善工藝，提高陶瓷基片性能一直是研究的熱點(diǎn)。溶劑、有機(jī)添加劑以及流延工藝是影響基片性能的主要因素[37]。梁建超[38]研究分析了各種有機(jī)添加劑以及球磨時(shí)間對(duì)氧化鋯漿料穩(wěn)定分散性的影響以及基帶的運(yùn)動(dòng)速度、流延及干燥的環(huán)境等工藝參數(shù)對(duì)素坯質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，當(dāng)三乙醇胺分散劑用量為1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)最佳，漿料粘度最低；漿料球磨時(shí)間在12 h以上，且粘結(jié)劑與塑化劑的質(zhì)量比在0.6～1.0，所得漿料性能穩(wěn)定，分散效果良好；當(dāng)流延速度控制在10～12 cm/min，干燥溫度為25 ℃，水基漿料在空氣中自然干燥，非水基漿料在溶劑氣氛中干燥時(shí)，所得素坯的密度高，強(qiáng)度和延展性較好。中國(guó)CN105906333A[39]公布了一種將流延工藝與壓延工藝相結(jié)合制備陶瓷生帶的方法，采用納米粉體與微米粉體形成的微納跨尺度混合體，通過(guò)流延-壓延工藝，可制備出固含量高、燒結(jié)溫度較低且均勻致密性高的陶瓷生帶。黃咸波等[40]采用騰空裝爐方式燒結(jié)的氧化鋯流延基片，經(jīng)過(guò)在1 400 ℃保溫4 h的整平處理，可以得到較為平整的手機(jī)背板。采用流延成形的陶瓷手機(jī)背板如圖5所示。

圖5 采用流延成形的陶瓷手機(jī)背板Fig.5 Ceramic rear cover for mobile phone by tape casting process

4 手機(jī)精細(xì)陶瓷部件的后加工

外觀質(zhì)量的好壞直接影響著產(chǎn)品的品質(zhì)。當(dāng)陶瓷材料作為手機(jī)精密部件時(shí)，對(duì)其表面效果提出了很高的要求。同時(shí)，陶瓷材料固有的硬性和脆性使其加工難度增大。為了獲得合乎要求的外觀質(zhì)量，包括光潔平滑的表面、高尺寸精度、防指紋污染、防油污等，這就需要較高柔性和精度的加工設(shè)備。目前后加工技術(shù)主要有：數(shù)控機(jī)床(CNC)加工、研磨拋光、激光雕刻、物理氣相沉淀(PVD)、抗指痕(AF)處理等。

CNC加工是指由數(shù)控加工語(yǔ)言進(jìn)行編程控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零部件加工的一種工藝方法，因而加工前須根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的建模和編程。陶瓷CNC加工基于脆性斷裂去除機(jī)理，使陶瓷材料在加工過(guò)程中通過(guò)缺陷和裂紋的成形或延展、剝落及碎裂等方式去除[41]，主要用于陶瓷機(jī)身的修整處理，使機(jī)身曲線更加柔和。因其具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，而成為了3C外觀產(chǎn)品制造商必備的精加工設(shè)備。

超精密研磨拋光是超精密加工技術(shù)的重要部分，其中化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的；技術(shù)最為成熟的研磨拋光技術(shù)，基于機(jī)械化學(xué)原理，在微細(xì)磨粒的撞擊和研磨液的化學(xué)作用下產(chǎn)生研磨作用去除被加工件表面的微量材料，達(dá)到降低手機(jī)陶瓷零部件表面粗糙度，提高表面尺寸精度和增加表面光澤的目的[42～43]。陶瓷材料硬脆性大，經(jīng)常使用比被加工工件硬度要高的金剛石磨料來(lái)研磨制造陶瓷結(jié)構(gòu)件。輪速超過(guò)60 m/s的高速磨削精加工陶瓷部件時(shí)，能形成較小的切屑厚度，降低磨削力，提高表面質(zhì)量和加工效率[44]。拋光是主要的終加工手段，它通過(guò)降低表面粗糙度并去除研磨形成的損傷層，以獲得光滑、無(wú)損傷的手機(jī)陶瓷件表面[42]。

激光雕刻又稱鐳雕或激光打標(biāo)，是指利用激光照射到被加工材料表面，發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱熔融化或汽化現(xiàn)象的表面處理工藝。目前已有許多類(lèi)型的激光器用于微加工(打標(biāo)、切割、劃片、鉆孔)手機(jī)陶瓷背板、手機(jī)按鍵等小型結(jié)構(gòu)件，具有效率高、精度高、適用范圍廣等特點(diǎn)。Karnakis等[45]報(bào)道了脈沖寬度在納秒和皮秒的激光器都可用于陶瓷的高質(zhì)量激光微量化，具有優(yōu)異的表面光潔度，相對(duì)較高的材料去除率。但超短脈沖激光處理時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，Parry等[46]通過(guò)直接加入納秒激光到毫秒處理后的切割表面上，在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)顯著提高了毫秒加工的氧化釔的穩(wěn)定的四方晶型氧化鋯表面光潔度。當(dāng)激光雕刻功率較高時(shí)，可使陶瓷材料的刻痕清晰，邊緣齊整銳利，且無(wú)熔渣形成[47]。

PVD濺射主要用于制備手機(jī)logo圖案。通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，使帶點(diǎn)粒子轟擊靶材致使靶材以粒子(原子或分子)的形式沉積于基件上形成薄膜的技術(shù)[48]，具有膜與基體附著強(qiáng)度高、成膜致密均勻、膜層厚度可控等特點(diǎn)。

20世紀(jì)70年代，德國(guó)植物學(xué)家巴特洛特發(fā)現(xiàn)荷葉表面的乳突和蠟晶體形成的微納結(jié)構(gòu)使其表面具有超疏水以及自潔的特性[49]。隨著陶瓷材料在便攜電子產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，針對(duì)陶瓷材料易成為“指紋收集器”而影響美觀的問(wèn)題，人們通過(guò)模仿荷葉效應(yīng)，發(fā)明了一種抗指痕鍍膜工藝(簡(jiǎn)稱AF處理)，利用真空蒸鍍方式，將納米級(jí)高分子聚合物在真空狀態(tài)下被加熱到一定溫度后蒸發(fā)，以分子或原子的形態(tài)直接射向陶瓷材料表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜，控制表面粗糙度和使其表面張力最低，達(dá)到疏水疏油，不易附著并易擦拭指紋的效果，為防止蒸發(fā)粒子的大量散射，蒸發(fā)粒子的平均自由程應(yīng)大于蒸發(fā)源與基片的距離[48]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著5G時(shí)代的來(lái)臨以及指紋識(shí)別、無(wú)線充電功能向手機(jī)行業(yè)逐步滲透，氧化鋯陶瓷具有硬度高、耐磨性好、韌性好、無(wú)信號(hào)屏蔽等優(yōu)點(diǎn)以及良好的即視效果、溫潤(rùn)如玉的觸感使其成為手機(jī)廠商對(duì)手機(jī)背板的重要選擇。同時(shí)其介電常數(shù)高，靈敏度好，是理想的指紋識(shí)別蓋板材料，但受成本高和合格率低等問(wèn)題困擾，目前還未能實(shí)現(xiàn)陶瓷手機(jī)蓋板等部件的量產(chǎn)化。因此，如何簡(jiǎn)化手機(jī)陶瓷部件的制備工藝，提高手機(jī)部件的產(chǎn)品合格率是目前手機(jī)行業(yè)和精細(xì)陶瓷行業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。