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小米MIX:手机与陶瓷完美结合的产物

中国粉体网mp / 2019年01月25日 14:06

手机

近日,一款手机刷爆朋友圈——小米MIX

据官方报道,该手机使用了一块6.4英寸的屏幕,且屏占比超过91%,相比其他品牌60—70%的屏占比,这无疑是手机界中的“大跃进”。同时,在机身材质上,小米MIX采用了全陶瓷机身,包括机身背部、边框甚至按键,全都采用了光滑细腻的微晶锆陶瓷材质。

看看研发人员是如何评价这款手机的。

微晶是由几千或几万个晶胞并置而成的晶体。

微晶锆是一种新型陶瓷材料,高达8.5莫氏硬度,仅次于金刚石和蓝宝石,比常见的玻璃要硬的多。与金属、塑料相比,微晶锆具备高硬度、低导热、无屏蔽、介电常数高、生物相容性好、观感如玉等优点,在智能手机、可穿戴设备上具有广阔的应用前景。从具体的产品形态上来看,微晶锆率先以指纹识别盖板、外观结构件、手机后盖为三大突破口,逐步切入移动终端产业链。

与其他材质相比,微晶锆陶瓷有以下优势

  1. 质地高贵,与高贵的蓝宝石(单晶氧化铝)同为宝石级材料;

  2. 色泽圆润,具有较高的折光率和较强的色散,拥有良好的即视效果;

  3. 热导率低,有玉石的温润,与金属、塑料相比更亲肤;

  4. 绝缘材料,不会屏蔽信号,不会影响天线布局;

  5. 力学性能好,抗弯强度高,莫氏硬度与蓝宝石相仿,耐弯曲,耐磨;

  6. 介电常数高,用于指纹传感器可获得更为清晰锐利的图像。

那么问题来了,小米MIX机身如何制成?

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锆英砂提纯

将上游原料锆英砂进行高温溶解并提纯,生产出高纯度的锆盐。

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流延和冲压成型

首先将制备好的高纯度锆盐粉料与粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂混合制成具有一定黏度的料浆,料浆从料斗流下,被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用基带上,经干燥、固化后从上剥下成为生坯带的薄膜,然后根据机身设计的尺寸和形状对生坯带作冲切、层合等加工处理,制成待烧结的机身毛坯成品。

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排胶烧结

高性能陶瓷材料要经过高温烧结才能形成致密瓷体。成型采用的浆料中通常加入了胶黏剂、增塑剂、分散剂和溶剂。在陶瓷的烧结过程中,需要在加热的炉子里排出这些碳氢化合物。排胶是为了避免陶瓷在高温烧结过程中出现气孔、裂纹,影响陶瓷的结构和性能。

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真空发黑

真空发黑工艺的目的是为了在高真空环境下短时升温至1500℃,对炉内物件熔融对接。

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定型加工

通过该工艺得到了陶瓷机身的毛坯件。

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抛光

抛光是利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。

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激光打孔

激光聚焦光斑可以会聚到波长量级,在很小的区域内集中很高的能量,特别适合于加工微细深孔,最小孔径只有几微米,孔深和孔径比可大于50。激光打孔用于陶瓷机身的部位主要是外壳听筒及天线打孔、耳机打孔等部位,具有效率高、成本低、变形小、适用范围广等优点。

细心的读者应该注意到前边提到的技术方向是“微晶陶瓷技术”,而不只是“纳米微晶锆陶瓷”

纳米微晶锆陶瓷技术是很高端、产业化很难,但微晶陶瓷技术不止这一种。还有其他材质的微晶陶瓷、微晶玻璃陶瓷、微晶玻璃陶瓷复合板等等。这些都具有更低的技术难度、更好的可加工性,相似的强度,但在介电特性、导热特性、硬度等方面相差甚远,而在经过镀膜处理后,一般消费者无法分辨,容易形成误导。

这些技术为纳米微晶锆陶瓷技术提供了大量的次生品/衍生品产品空间,提高了相应的原料、生产设备利用率,适合用于其他低成本产品设计。同时,这些材料良好的可加工性——离子强化、切割、陶瓷焊接、镀色、提高电子特性等等,产生了电子陶瓷机身与电子元件结合的新工艺方向。

IDC预测,到2019年全球智能手机出货量将达到19.6亿部,腕式可穿戴设备的出货量将达1.01亿部。以2015 年全球14.5亿部智能手机出货量为前提假设,剔除苹果手机的份额,若渗透率为10%,每块后盖均价150元,则15年手机陶瓷后盖的市场空间将达165 亿,2019年将达到294亿。智能穿戴均价70 元,渗透率60%,则2019 年市场空间将达42.42 亿。

另外,小米并未明确说明自家的纳米微晶锆陶瓷采用的是什么材料组成,不过以锆元素为基础组成的陶瓷只有二氧化锆,硅酸锆两种材料。

硅酸锆熔点高于3000℃,应用于航天发动机、金属熔炼用具,更常见于军工产品,是绿松石青金石基础元素,可以说是宝石级别材料。

而氧化锆的熔点为2715℃,相比前者,更容易制成纳米微晶陶瓷。

综合来看,小米的纳米微晶锆陶瓷采用的是二氧化锆材质做基质。

与金属及塑料相比,氧化锆陶瓷具备耐磨、亲肤、气密性好以及电磁屏蔽小等特点,从而更适合用在可穿戴设备之上。一般可穿戴设备都要求良好的气密性并能够防水,因此需要采取无线充电的方式。而类似Apple Watch 这样的接触式充电,用陶瓷材料做后盖,显然优于金属材质。可以这么说,随着可穿戴时代的到来,陶瓷后盖有望成为趋势。

最后,让我们来见识一下微晶锆陶瓷到底有多神奇~

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