[发明专利]一种增韧氧化铝陶瓷手机背板及其制备方法

说明书

本发明为一种增韧氧化铝陶瓷手机背板及其制备方法。该手机背板材料组成包括掺杂增韧成分、掺杂改色成分、石墨烯和高纯度Al₂O₃；其中各组分占材料总质量百分比分别为：掺杂增韧成分为12‑25％，石墨烯为0.25‑1％，掺杂改色成分为1.25‑4.25％，余量为高纯度Al₂O₃；其中，掺杂增韧成分ZrO₂；掺杂改色成分为高纯Fe₂O₃、高纯CoO、高纯MnO₂、高纯NiO、中的一种、两种或三种。本发明所得材料氧化铝陶瓷材料的断裂韧性可达4.75MPa·m^1/2，比常规Al₂O₃基陶瓷的断裂韧性提高了35％，并且透波率为80～87％。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别是涉及一种多成分掺杂的氧化铝陶瓷材料、手机背板及其制备方法和应用。

背景技术

现阶段，主流的手机背板材质为玻璃和氧化锆，金属已经被全面弃用。玻璃材质的手机背板有成本低，透波率高，工艺简单等优点，但其室温导热性很差，这对手机性能会有很大的影响。氧化锆在硬度和断裂韧性方面都有较好的表现，但其透波率和导热性能较差，不能很好地满足5G通讯手机的要求。随着5G无线通讯技术发展，信号传输进入高频时代，对于5G手机背板就提出了更高的要求。背板作为手机的重要组成部分，其材质要求具备良好的力学性能、导热性，尤其是介电性能。5G手机天线很可能进化到手机背板上，这时手机背板则拥有电路基板的属性。此时必须考虑其电学性能，尽可能高的电阻率，尽可能低的介电常数和介电损耗，防止产生漏电流和寄生电容。

氧化铝陶瓷材料具备高强度、高硬度、高热导率特性、高电阻率、低介电常数和介电损耗以及优良的透波性能。氧化铝陶瓷手机背板存在的最大问题就是其断裂韧性较低。

本发明采用氧化铝陶瓷相变增韧，增韧体系为ZrO₂/Al₂O₃增韧体系。将氧化锆的相变增韧作用引入到氧化铝陶瓷基体中。氧化锆t-m转变过程中该过程将会产生3％～5％体积膨胀，7％～8％的剪切应变，基体产生的微裂纹和残余应力，会对裂纹的尖端产生屏蔽作用并使其转向或者分叉从而达到增韧效果。

相变增韧陶瓷对温度非常敏感，尤其是应力诱导的相变增韧陶瓷在高温下相变增韧作用基本会失效。因此仅依靠相变增韧的材料只适合于温度较低场合使用。而手机背板的使用环境是温度较低的环境，因此相变增韧可以很好的试用于手机背板。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供了一种多成分掺杂的氧化铝陶瓷材料手机背板及其制备方法和应用。本发明通过在原料中加入一定量的石墨烯，通过材料配比上的调整、制备过程中在1000±50℃反复升降温度的过程以及在1000℃长时间保温的步骤。本发明大大提高了氧化铝陶瓷的断裂强度，并通过掺杂实现改色。掺杂后所得材料氧化铝陶瓷材料的断裂韧性可达4.75MPa·m¹²，比常规Al₂O₃基陶瓷的断裂韧性提高了35％，并且透波率为80～87％。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：

一种增韧氧化铝陶瓷手机背板，该手机背板材料组成包括掺杂增韧成分、掺杂改色成分、石墨烯和高纯度Al₂O₃；其中各组分占材料总质量百分比分别为：掺杂增韧成分为12-25％，石墨烯为0.25-1％，掺杂改色成分为1.25-4.25％，余量为高纯度Al₂O₃；

其中，掺杂增韧成分ZrO₂；掺杂改色成分为高纯Fe₂O₃、高纯CoO、高纯MnO₂、高纯NiO中的一种、两种或三种；所述高纯的纯度均为99.9％。