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氧化锆陶瓷及其制备方法、盖板和手机

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811515008.6国省代码:湖南 43
申请(专利权)人:怀化学院
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摘要:
本发明涉及一种氧化锆陶瓷及其制备方法、盖板和手机。该氧化锆陶瓷的制备方法,包括以下步骤:将有机单体、交联剂、氧化锆陶瓷粉、分散剂及引发剂与水混合,得到浆料,其中,有机单体为N,N‑二甲基丙烯酰胺,有机单体与交联剂的质量之比为4:1~10:1;将浆料注模成型,固化后脱模,得到坯体;以及将坯体烧结处理,得到氧化锆陶瓷。上述氧化锆陶瓷的制备方法低毒,制备得到的氧化锆陶瓷的气孔率低。

主权项:
1.一种氧化锆陶瓷的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将有机单体、交联剂、氧化锆陶瓷粉、分散剂及引发剂与水混合,得到浆料,其中,所述有机单体为N,N‑二甲基丙烯酰胺,所述有机单体与所述交联剂的质量之比为4:1~10:1;将所述浆料注模成型,固化后脱模,得到坯体;及将所述坯体烧结处理,得到氧化锆陶瓷。


说明书

氧化锆陶瓷及其制备方法、盖板和手机

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域,特别是涉及一种氧化锆陶瓷及其制备方法、盖板和手
机。

背景技术

陶瓷材料具有美观的外形,光滑如玉的质感,且对手机信号的屏蔽作用小。其中,
氧化锆陶瓷还因其极高的强度,优良的韧性,高耐磨性等优点成为了目前陶瓷手机盖板的
首选材料。

目前氧化锆陶瓷手机盖板的制备方法主要有干压法、注射法和注凝法。干压法制
备得到的手机盖板的内部结构均匀性较差、气孔率较高,使得手机盖板的抗摔性能较差。注
射法由于需要引入大量的热塑性高聚物作为可塑剂,导致陶瓷烧制时排胶时间长,且坯体
在排胶过程极易报废,导致生成时良品率过低,生成成本高。注凝法主要是以丙烯酰胺单体
为凝胶剂而成型,虽然丙烯酰胺单体具有优良的凝胶特性,制得的陶瓷坯体强度高,可对坯
体进行机械加工,可近净尺寸制备陶瓷手机壳体,但丙烯酰胺具有神经毒性,属二级致癌物
质,长期使用对环境和人体健康不利,而且以丙烯酰胺单体制备得到的手机盖板的内部结
构不均匀、气孔率高。

发明内容

基于此,有必要提供一种气孔率较低的氧化锆陶瓷的制备方法。

此外,还提供一种气孔率较低的氧化锆陶瓷、盖板及手机。

一种氧化锆陶瓷的制备方法,包括以下步骤:

将有机单体、交联剂、氧化锆陶瓷粉、分散剂及引发剂与水混合,得到浆料,其中,
所述有机单体为N,N-二甲基丙烯酰胺;所述有机单体与所述交联剂的质量之比为4:1~10:
1;

将所述浆料注模成型,固化后脱模,得到坯体;及

将所述坯体烧结处理,得到氧化锆陶瓷。

上述氧化锆陶瓷的制备方法,以N,N-二甲基丙烯酰胺为有机单体制备氧化锆陶
瓷,有机单体与交联剂质量之比为4:1~10:1,得到的坯体的强度和韧性高,利于坯体的机
械加工,而且将坯体烧结之后,得到的氧化锆陶瓷的内部均匀、气孔率低及强度高。另外,上
述氧化锆陶瓷的制备方法的整个过程中避免使用高致癌性的丙烯酰胺,是一种低毒性的氧
化锆陶瓷的制备方法。

在其中一个实施例中,所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺;所述分散剂选自聚
丙烯酸铵、丙烯酸-二丙烯酰胺-二甲基丙磺酸共聚物及聚羧酸盐中的一种;所述引发剂选
自过硫酸铵、过硫酸钾及偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种。

在其中一个实施例中,所述有机单体、交联剂、氧化锆陶瓷粉、分散剂、引发剂与水
混合,得到浆料的步骤中,所述氧化锆陶瓷粉在所述浆料中的质量分数为78%~88%。

在其中一个实施例中,所述氧化锆陶瓷粉的中位粒径为80μm~300μm。

在其中一个实施例中,所述将有机单体、交联剂、氧化锆陶瓷粉、分散剂及引发剂
与水混合,得到浆料的步骤具体为:

将所述有机单体及所述交联剂与所述水混合,得到预混液;

将所述氧化锆陶瓷粉及所述分散剂与所述预混液中混合,得到初混料;及

将所述初混料中加入所述引发剂,得到所述浆料。

在其中一个实施例中,所述将所述有机单体、所述交联剂与所述水混合,得到预混
液的步骤中,所述有机单体在所述预混液中的质量分数为5%~15%,所述交联剂在所述预
混液中的质量分数为0.3%~3%。

在其中一个实施例中,所述分散剂选自聚丙烯酸铵及聚羧酸盐中的一种,所述将
所述氧化锆陶瓷粉及所述分散剂与所述预混液中混合的步骤之前,还包括将所述预混液的
pH调节为8.0~9.0的步骤。

上述氧化锆陶瓷的制备方法制备得到的氧化锆陶瓷。

一种盖板由上述氧化锆陶瓷加工处理得到。

一种手机,包括上述盖板。

附图说明

图1为实施例1的氧化锆陶瓷的SEM图。

具体实施方式

为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中
给出了本发明的部分实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所
描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本发明公开内容更加透彻全面。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。

一实施方式的氧化锆陶瓷的制备方法,包括以下步骤:

步骤S110、将有机单体、交联剂、氧化锆陶瓷粉、分散剂及引发剂与水混合,得到浆
料。其中,有机单体为N,N-二甲基丙烯酰胺,有机单体与交联剂的质量之比为4:1~10:1;

在其中一个实施例中,氧化锆陶瓷粉的中位粒径为80μm~300μm。氧化锆陶瓷粉为
氧化锆粉体。氧化锆粒径过大,容易导致晶粒尺寸大,不利于提高强度与韧性。若粉体粒径
过细,粉体容易团聚,容易产生气泡,不利于制备凝胶注模浆料,导致凝胶注模成型产生较
多缺陷。

在其中一个实施例中,氧化锆陶瓷粉在浆料中的质量分数为78%~88%。进一步
地,氧化锆陶瓷粉在浆料中的质量分数为80%~86%。更进一步地,氧化锆陶瓷粉在浆料中
的质量分数为80%、82%、84%或86%。

在其中一个实施例中,交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。分散剂选自聚丙烯酸铵、
丙烯酸-二丙烯酰胺-二甲基丙磺酸共聚物及聚羧酸盐中的一种。引发剂选自过硫酸铵、过
硫酸钾及偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种。

本实施方式中,步骤S110具体为操作S111~S115:

步骤S111、将有机单体及交联剂与水混合,得到预混液。

具体地,有机单体在预混液中的质量分数为5%~15%,交联剂在预混液中的质量
分数为0.3%~3%。进一步地,有机单体在预混液中的质量分数为8%~12%,交联剂在预
混液中的质量分数为0.8%~1.2%。更进一步地,有机单体在预混液中的质量分数为8%、
10%或12%,交联剂在预混液中的质量分数为0.8%、1.0%或1.2%。

在其中一个实施例中,有机单体与交联剂的质量之比为5~10:1。进一步地,有机
单体与交联剂的质量之比为7~10:1。更进一步地,有机单体与交联剂的质量之比为7.5:1、
8.5:1或者9:1。

步骤S113、将氧化锆陶瓷粉及分散剂与预混液中混合,得到初混料。

具体地,氧化锆陶瓷粉与预混液的质量之比为3.5~7:1。分散剂与氧化锆陶瓷粉
的质量之比为1:30~90。进一步地,氧化锆陶瓷粉与预混液的质量之比为4~7:1。分散剂与
氧化锆陶瓷粉的质量之比为1:50~95。更进一步地,氧化锆陶瓷粉与预混液的质量之比为
6:1、6.5:1或5.5:1。分散剂与氧化锆陶瓷粉的质量之比为1:95.5、1:49或1:40。

进一步地,将氧化锆陶瓷粉及分散剂与预混液中混合的方法为球磨混合,球磨时
间为2小时~5小时。

在其中一个实施例中,分散剂选自聚丙烯酸铵及聚羧酸盐中的一种。在氧化锆陶
瓷粉、分散剂与预混液中混合的步骤之前,还包括将预混液的pH调节为8.5~9的步骤。具体
地,在预混液中加入pH调节剂使得预混液的pH为8.0~9.0。通过调节预混液的pH,能够提高
分散剂的效果。pH调节剂为氨水或盐酸。

步骤S115将初混料中加入引发剂,得到浆料。

具体地,浆料中引发剂的质量分数为0.005%~0.1%。进一步地,浆料中引发剂的
质量分数为0.01%~0.08%。更进一步地,浆料中引发剂的质量分数为0.08%、0.01%、
0.015%。

在其中一个实施例中,在将初混料中加入引发剂的步骤之前,还包括对初混料进
行真空脱泡的步骤,以去除浆料中的气泡,以避免浆料中的气泡的存在而导致陶瓷内部产
生气孔,造成陶瓷内部缺陷。具体地,脱泡的压力为-0.07MPa~-0.10MPa。真空除泡的时间
为5分钟~30分钟。

步骤S130、将浆料注模成型,固化后脱模,得到坯体。

具体地,固化的步骤为:在65℃~90℃下恒温固化20分钟~60分钟。

在其中一个实施例中,注模成型的步骤中,模具为不锈钢模具,模具长10cm~
20cm,宽5cm~10cm,凹深2cm~5mm,并且模具带有盖子。模具带有盖子便于实现恒温固化。

步骤S150、将坯体烧结处理,得到氧化锆陶瓷。

具体地,将坯体烧结处理的步骤中,烧结处理包括预热、排塑、烧结及冷却的操作,
其中,烧结的温度为1400℃~1650℃,烧结的保温时间为1h~10h。进一步地,烧结的温度为
1500℃~1600℃,烧结的保温时间为1h~10h。

进一步地,将坯体烧结处理的具体操作为:在常压下,以2℃/分钟~10℃/分钟的
升温速率从室温升温至1400℃~1650℃并保温1h~10h。

进一步,在将坯体烧结处理的步骤之前,包括将脱模后的坯体干燥的步骤。具体
地,干燥步骤为:将脱模后的坯体放在恒温恒湿箱内,在温度为20℃~30℃、湿度为70%~
95%的条件下放置20小时~40小时,再在50℃~80℃下干燥20小时~24小时。

目前的凝胶法制备氧化锆陶瓷的过程中,以丙烯酰胺单体为凝胶剂的成型,虽然
丙烯酰胺单体具有优良的凝胶特性,制得的陶瓷坯体强度高,可对坯体进行机械加工,可近
净尺寸制备陶瓷产品,但以丙烯酰胺作为有机单体制备得到的氧化锆陶瓷的内部结构不均
匀、气孔率高,而且丙烯酰胺具有神经毒性,属二级致癌物质,对于制备过程中的操作者及
长期使用该陶瓷产品的消费者的健康不利。而上述氧化锆陶瓷的制备方法,以N,N-二甲基
丙烯酰胺为有机单体制备氧化锆陶瓷,有机单体与交联剂质量之比为4:1~10:1,得到的坯
体的弯曲强度和韧性高,利于坯体的机械加工,而且将坯体烧结之后,得到的氧化锆陶瓷的
内部均匀、气孔率低及弯曲强度高。另外,上述氧化锆陶瓷的制备方法的整个过程中避免使
用高致癌性的丙烯酰胺,是一种低毒性的氧化锆陶瓷的制备方法。

一实施方式的氧化锆陶瓷,由上述氧化锆陶瓷的制备方法制备得到。该氧化锆陶
瓷不含致癌性的丙烯酰胺,内部均匀、气孔率低及强度高。

一实施方式的盖板,由上述氧化陶瓷加工处理得到。

具体地,将氧化锆陶瓷打磨出所需尺寸,再经倒角、开槽、表面抛光,得盖板。本实
施方式的盖板可以应用上手机、平板电脑等移动终端上。

上述盖板内部均匀、气孔率低及强度高。

一种手机,包括上述盖板。上述移动终端的壳体不含致癌性的丙烯酰胺,内部均
匀、气孔率低及强度高。

具体实施例

以下为具体实施例部分(以下实施例如无特殊说明,则不含有除不可避免的杂质
以外的其他未明确指出的组分。另外,以下实施例的份数均以质量份数计。

实施例1

(1)首先将10份的N,N-二甲基丙烯酰胺、1份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、89份纯水
混合制成预混液;然后将14.3份的预混液、84份的氧化锆粉体(中位粒径180μm)、1.7份的丙
烯酸-二丙烯酰胺-二甲基丙磺酸共聚物混合,经球磨制得初混料;往初混料中加入占初混
料质量0.015%的过硫酸铵(预配为10%质量浓度的溶液),得到浆料。而后将浆料置于-
0.10MPa的真空度下脱泡8min;将脱泡后的浆料倒入尺寸为8cm×18cm,凹深4mm的模具中,
将模具上盖盖上后置于75℃条件下恒温1h;取出模具,得到坯体;采用三点弯曲法测定坯体
的抗弯强度,测定结果如表1所示。

(2)将坯体经恒温恒湿干燥后得到干坯;将干坯经加工后在1550℃保温2h烧结,得
到氧化锆陶瓷。分别采用三点弯曲法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的抗弯强度和断裂韧
性,结果如表1所示。实施例1的氧化锆陶瓷表面的SEM图如图1所示。将氧化锆陶瓷经表面打
磨抛光得到成品。

实施例2

(1)首先将12份的N,N-二甲基丙烯酰胺、2份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、86份纯水
混合制成预混液;然后将13.1份的预混液、86份质量的氧化锆粉体(中位粒径250μm),0.9份
的丙烯酸-二丙烯酰胺-二甲基丙磺酸共聚物混合,经球磨制得初混料;往初混料中加入初
混料质量0.01%的过硫酸钾(预配为10%质量浓度的溶液),得到浆料。而后将浆料置于-
0.09MPa的真空度下脱泡15min;将脱泡后的浆料倒入尺寸为7cm×15cm,凹深3mm的模具中,
将模具上盖盖上后置于80℃条件下恒温40min;取出模具,得到坯体。采用三点弯曲法测定
坯体的抗弯强度,测定结果如表1所示。

(2)将坯体经恒温恒湿干燥后得到干坯;然后将干坯经加工后在1620℃保温1h烧
结得到氧化锆陶瓷。分别采用三点弯曲法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的抗弯强度和断
裂韧性,结果如表1所示。将氧化锆陶瓷经表面打磨抛光得到成品。

实施例3

(1)首先将14份的N,N-二甲基丙烯酰胺、3份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、83份纯水
混合制成预混液;将预混液的pH调节至9;然后将15.9份的pH为9的预混液、82份的氧化锆粉
体(中位粒径100μm),2.1份的聚丙烯酸铵,经球磨制得初混料;往初混料中加入占初混料质
量0.01%的偶氮二异丁脒盐酸盐(预配为5%质量浓度的溶液),而后将浆料置于-0.08MPa
的真空度下脱泡30min;将脱泡后的浆料倒入尺寸为6cm×14cm,凹深2mm的模具中,将模具
上盖盖上后置于65℃条件下恒温1h;取出模具,得到坯体。采用三点弯曲法测定坯体的抗弯
强度,测定结果如表1所示。

(2)将坯体经恒温恒湿干燥后得到干坯;将干坯经加工后在1500℃保温6h烧结,得
到氧化锆陶瓷。分别采用三点弯曲法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的抗弯强度和断裂韧
性,结果如表1所示。将氧化锆陶瓷经表面打磨抛光得到成品。

实施例4

(1)首先将6.5份的N,N-二甲基丙烯酰胺、1份质量的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、92.5
份纯水混合制成预混液;然后将预混液的pH调节至8.5;接着将19.7份的pH为8.5的预混液、
78份的氧化锆粉体(中位粒径80μm),2.3份的聚羧酸盐,经球磨制得初混料;往初混料中加
入占初混料质量0.08%的过硫酸铵(预配为5%质量浓度的溶液),得到浆料。而后将浆料置
于-0.10MPa的真空度下脱泡10min;将脱泡后的浆料倒入尺寸为5cm×13cm,凹深2mm的模具
中,将模具上盖盖上后置于90℃条件下恒温20min;取出模具,得到坯体。采用三点弯曲法测
定坯体的抗弯强度,测定结果如表1所示。

(2)将坯体经恒温恒湿干燥后得到干坯;干坯经加工后在1450℃保温10h烧结,得
到氧化锆陶瓷。分别采用三点弯曲法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的抗弯强度和断裂韧
性,结果如表1所示。将氧化锆陶瓷经表面打磨抛光得到成品。

对比例1

对比例1所使用的氧化锆粉体(中位粒径180μm)及烧成制度(1550℃保温2h烧结)
与实施例1相同,不同的是采用干压成型法制备坯体。首先将氧化锆粉体与占氧化锆粉体质
量12%的PVA溶液(预配为10%质量浓度的溶液)混合然后造粒,并压制成8cm×18cm×4mm
的坯体。采用三点弯曲法测定坯体的抗弯强度,测定结果如表1所示。将坯体经烧成后得到
氧化锆陶瓷。分别采用三点弯曲法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的抗弯强度和断裂韧
性,结果如表1所示。将氧化锆陶瓷经表面打磨抛光得到成品。

对比例2

对比例2所使用的氧化锆粉体(中位粒径180μm)及烧成制度(1550℃保温2h烧结)
与实施例1相同,不同的是采用注射成型法制备坯体。首先将氧化锆粉体、聚乙烯、聚丙烯、
石蜡及硬脂酸在密炼机中170℃下混炼均匀,然后采用注塑机在170℃、70MPa压力下注射制
成8cm×18cm×4mm的坯体。采用三点弯曲法测定坯体的抗弯强度,测定结果如表1所示。将
坯体经烧成后得到氧化锆陶瓷。分别采用三点弯曲法和单边切口梁法测定氧化锆陶瓷的抗
弯强度和断裂韧性,结果如表1所示。将氧化锆陶瓷经表面打磨抛光得到成品。

对比例3

对比例3与实施例1基本相同,区别在于将实施例1中的N,N-二甲基丙烯酰胺更换
为丙烯酰胺(具有神经毒性,属二级致癌物质)。

表1





由表1可知,实施例1~4得到的坯体的弯曲强度,陶瓷弯曲强度、断裂韧性及显气
孔率均好于对比例1,对比例2的坯体弯曲强度虽然较高,但陶瓷弯曲强度、断裂韧性及显气
孔率均不如实施例1~4。实施例1得到的坯体的弯曲强度,陶瓷弯曲强度、断裂韧性及显气
孔率好于对比例3,并且对比例3中的凝胶单体丙烯酰胺还具有神经毒性,具有一定的致癌
性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对实施例
中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛
盾,都应当认为是本说明书记载的范...

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图1
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