本發(fā)明涉及一種陶瓷薄片及其制備方法，具體說(shuō)涉及一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片及其制備方法，主要用于安裝在指紋識(shí)別系統(tǒng)的指紋采集面板中，屬于特種陶瓷制品制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，指紋識(shí)別已經(jīng)成為智能手機(jī)的標(biāo)配，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年6月全球發(fā)布的智能手機(jī)共達(dá)到27款，其中，搭載指紋識(shí)別功能的智能手機(jī)達(dá)到20款，占比達(dá)到74%。同時(shí)，在移動(dòng)支付應(yīng)用逐漸擴(kuò)大化的推動(dòng)下，指紋識(shí)別的應(yīng)用范疇也得到延展，不僅是手機(jī)指紋解鎖，還在指紋支付領(lǐng)域形成一股熱潮。
現(xiàn)在的市面上的指紋手機(jī)幾乎全部都采用了電容式指紋模塊，電容紋識(shí)別模組主要由芯片(硅晶元)、保護(hù)層、金屬環(huán)、軟板、載板等組成，其中芯片也就是傳感器部分。而保護(hù)層的作用是對(duì)傳感器起到防護(hù)作用，防止因劃傷導(dǎo)致傳感器失靈或是靈敏度降低。這就要求保護(hù)層在厚度很薄的同時(shí)，具有高強(qiáng)度、高韌性等特點(diǎn)，且有較高的介電常數(shù)。
當(dāng)前常用指紋識(shí)別方案有藍(lán)寶石蓋板正面按壓式指紋識(shí)別方案和涂覆式背面指紋識(shí)別方案。成本和性能方面，藍(lán)寶石方案硬度高，耐腐蝕，但存在成本較高，抗摔能力不強(qiáng)的弱點(diǎn)，而涂覆式背面指紋識(shí)別方案由于涂層硬度不高，存在容易磨損和受汗水腐蝕等缺點(diǎn)。外觀方面，背面式涂覆指紋識(shí)別的質(zhì)感稍差，也容易破壞背面的整體美觀，而將指紋放在正面不僅可以讓手機(jī)的背面更為美觀，同時(shí)更符合用戶的使用習(xí)慣和審美。綜合而言，正面指紋是更受用戶歡迎的，但成本偏高。
另一方面，氧化鋯陶瓷材料介電常數(shù)是藍(lán)寶石的 3倍，此特性使指紋識(shí)別更靈敏，成功率更高， 又由于韌性高于藍(lán)寶石3倍以上，氧化鋯保護(hù)層在保證抗摔強(qiáng)度下，目前最薄量產(chǎn)厚度低至0.1mm，而如果厚度做到和藍(lán)寶石相同時(shí)，此時(shí)強(qiáng)度、抗摔性將顯著優(yōu)于藍(lán)寶石。更重要的是，氧化鋯的總成本卻只有藍(lán)寶石的 1/4，是替代藍(lán)寶石高性價(jià)比方案。據(jù)了解，氧化鋯陶瓷薄片作為保護(hù)層目前已在多家知名品牌手機(jī)中得到應(yīng)用，未來(lái)有機(jī)會(huì)在智能手機(jī)應(yīng)用中逐漸普及，但是采用氧化鋯陶瓷薄片作為指紋識(shí)別面板的尚未發(fā)現(xiàn)。
傳統(tǒng)的氧化鋯陶瓷制備方法主要有：熱壓鑄法、注射成型法、等靜壓法等，其對(duì)于大尺寸或大截面的薄部件無(wú)法克服脫模困難、坯體密度不均勻等問(wèn)題。
針對(duì)上述問(wèn)題，流延成型相比較而言，適于成型大型薄板陶瓷部件。而且通過(guò)流延成型制造各種尺寸和形狀的坯體則十分容易,同時(shí)可以保證坯體質(zhì)量。
流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等成分,得到分散均勻的穩(wěn)定漿料,在流延機(jī)上制得所需厚度薄膜的一種成型方法,具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.可制備單相或復(fù)相陶瓷薄片材料; 后續(xù)加工余量少
2.產(chǎn)品成分起伏小,性能穩(wěn)定;
3.生產(chǎn)效率高,可連續(xù)操作，可大、小批量生產(chǎn),適于工業(yè)生產(chǎn);
然而，傳統(tǒng)的流延成型工藝存在如下缺陷
1.坯體內(nèi)氣泡問(wèn)題；
2.坯體流延不均勻，有顆粒凸起的問(wèn)題；
3.幾種不同原料的分散均勻問(wèn)題；
尤其是采用現(xiàn)有的流延成型工藝方法不能直接制作氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，因此需要改進(jìn)。
通過(guò)國(guó)內(nèi)專利檢索，有將氧化鋯用于識(shí)別方面的相關(guān)專利，舉例如下：
1.專利申請(qǐng)?zhí)朇N201410660356.8，名稱為“一種改性氧化鋯陶瓷材料及其應(yīng)用”的發(fā)明專利公開了一種改性氧化鋯陶瓷材料，按摩爾百分比濃度計(jì)，包括以下組分：氧化釔0-6mol％，氧化鈰0-15mol％，氧化鈦0.02-1mol％，氧化鋁0-20mol％，鈦酸鋇0-5mol％，余量為氧化鋯。本發(fā)明還公開了一種由該改性氧化鋯陶瓷材料制得的氧化鋯陶瓷及介電蓋板。本發(fā)明的改性氧化鋯陶瓷材料制得的介電蓋板具有硬度高、韌性好，強(qiáng)度高、介電常數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)。
2. 專利申請(qǐng)?zhí)朇N201610018319.6，名稱為“一種陶瓷材料及其制備方法”的發(fā)明專利公開了一種陶瓷材料，所述陶瓷材料包含陶瓷層和涂覆在所述陶瓷層背面的覆蓋層，所述陶瓷層包含第一相和第二相，所述第一相包含氧化鋯和氧化釔，所述第二相包含氧化鋁本發(fā)明所述陶瓷材料，利用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，以氧化鋁為異質(zhì)增白劑，所述陶瓷材料兼具高硬度和高強(qiáng)度，且具有較高的介電常數(shù)和較好的遮光效果，可用于指紋識(shí)別電子設(shè)備領(lǐng)域。同時(shí)，本發(fā)明還公開了所述陶瓷材料的制備方法。
以上專利雖然都涉及到含氧化鋯的可用于指紋識(shí)別的陶瓷，但依然不能全部解決前述問(wèn)題，本發(fā)明將對(duì)以進(jìn)行改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個(gè)目的是為滿足當(dāng)前指紋識(shí)別發(fā)展的需要提供一種具有高強(qiáng)度、高韌性、高尺寸精度的氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有氧化鋯陶瓷流延成型技術(shù)的不足，提供一種新的，利用流延成型工藝制作氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是將所制成的氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片應(yīng)用到手機(jī)上，作為指紋識(shí)別薄片。
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，包括主體材料和輔助材料，其中主體材料為氧化鋯粉末，輔助材料為粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑和溶劑；各材料占總重量百分比如下：氧化鋯粉末：50-60%，粘結(jié)劑：3-10%，增塑劑：3-10%，分散劑：1-10%，溶劑：25-35%
進(jìn)一步地，粘結(jié)劑為聚乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚氯乙烯中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，增塑劑為聚乙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或兩種
進(jìn)一步地，分散劑為油酸、硬脂酸、三油酸甘油酯、鯡魚魚油中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，溶劑為乙醇、丁酮中的一種或兩種。
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片的制備方法，制備過(guò)程如下：將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理后，均勻混合得到可進(jìn)行流延成型的漿料，將漿料進(jìn)行真空除泡處理，流延成型成膜帶；將流延膜帶干燥后裁切，放于設(shè)計(jì)好的模具中進(jìn)行沖壓成型，制得具有所需形狀的沖壓坯；之后將沖壓坯放入真空包裝機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空包裝密封，通過(guò)溫等靜壓得到生坯；將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片；將陶瓷片經(jīng)加工外形、拋光后即得到氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
進(jìn)一步地，將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理即采用濕法球磨，具體是指將氧化鋯粉末和分散劑、溶劑加入球磨罐中混合球磨，時(shí)間為24-48小時(shí)，得分散好的懸濁液，再將粘結(jié)劑和增塑劑加入懸濁液中繼續(xù)球磨12-24小時(shí) ，得到可進(jìn)行流延的漿料。
進(jìn)一步地，流延成型的膜帶厚度為0.05mm-3mm。
進(jìn)一步地，將真空包裝后的產(chǎn)品通過(guò)溫等靜壓得到生坯，即先將容器升溫至60-80℃，保溫5min；然后緩慢加壓至10-100MPa，保壓10-30min后，緩慢泄壓得到生坯。
進(jìn)一步地，通過(guò)溫等靜壓得到的生坯為具有平板、2D或3D形狀的生坯。
進(jìn)一步地，將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片中脫脂的溫度為600℃，脫脂時(shí)間為24-72h，燒結(jié)溫度為1400℃-1500℃，燒結(jié)時(shí)間為24-72h。
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片作為指紋識(shí)別薄片應(yīng)用到手機(jī)上的方法，將制作好的氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，通過(guò)研磨制成適合手機(jī)應(yīng)用的指紋識(shí)別薄片，再將氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片鑲嵌在手機(jī)指紋識(shí)別處，通過(guò)氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片進(jìn)行指紋識(shí)別。
本發(fā)明的有益效果是：
1. 本發(fā)明采取氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片作為面板，具有介電常數(shù)高的特點(diǎn)，指紋識(shí)別更靈敏，成功率更高， 且韌性高于藍(lán)寶石3倍以上，強(qiáng)度、抗摔性將顯著優(yōu)于藍(lán)寶石。
2.本發(fā)明制備的氧化鋯陶瓷薄片強(qiáng)度高、韌性高、尺寸精度高。
3.本發(fā)明采用的流延成型加工方式，后續(xù)加工量少，且制備的生產(chǎn)效率高，可滿足大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，包括主體材料和輔助材料，其中主體材料為氧化鋯粉末，輔助材料為粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑和溶劑；各材料占總重量百分比如下：氧化鋯粉末：50%，粘結(jié)劑：10%，增塑劑：10%，分散劑：5%，溶劑：25%。
進(jìn)一步地，粘結(jié)劑為聚乙烯和聚乙烯醇縮丁醛。
進(jìn)一步地，增塑劑為聚乙二醇。
進(jìn)一步地，分散劑為油酸和硬脂酸。
進(jìn)一步地，溶劑為乙醇。
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片的制備方法，制備過(guò)程如下：將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理后，均勻混合得到可進(jìn)行流延成型的漿料，將漿料進(jìn)行真空除泡處理，流延成型成膜帶；將流延膜帶干燥后裁切，放于設(shè)計(jì)好的模具中進(jìn)行沖壓成型，制得具有所需形狀的沖壓坯；之后將沖壓坯放入真空包裝機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空包裝密封，通過(guò)溫等靜壓得到生坯；將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片；將陶瓷片經(jīng)加工外形、拋光后即得到氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
進(jìn)一步地，將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理即采用濕法球磨，具體是指將氧化鋯粉末和分散劑、溶劑加入球磨罐中混合球磨，時(shí)間為24小時(shí)，得分散好的懸濁液，再將粘結(jié)劑和增塑劑加入懸濁液中繼續(xù)球磨12小時(shí) ，得到可進(jìn)行流延的漿料。
進(jìn)一步地，流延成型的膜帶厚度為0.05mm。
進(jìn)一步地，將真空包裝后的產(chǎn)品通過(guò)溫等靜壓得到生坯，即先將容器升溫至60℃，保溫5min；然后緩慢加壓至10MPa，保壓30min后，緩慢泄壓得到生坯。
進(jìn)一步地，通過(guò)溫等靜壓得到的生坯為具有平板、2D或3D形狀的生坯。
進(jìn)一步地，將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片中脫脂的溫度為600℃，脫脂時(shí)間為24h，燒結(jié)溫度為1400℃，燒結(jié)時(shí)間為72h，制得氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
將該中氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片作為指紋識(shí)別薄片應(yīng)用到手機(jī)上的方法是：將制作好的氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，通過(guò)研磨制成適合手機(jī)應(yīng)用的指紋識(shí)別薄片，再將氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片鑲嵌在手機(jī)指紋識(shí)別處，通過(guò)氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片進(jìn)行指紋識(shí)別。
實(shí)施例二
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，包括主體材料和輔助材料，其中主體材料為氧化鋯粉末，輔助材料為粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑和溶劑；各材料占總重量百分比如下：氧化鋯粉末：60%，粘結(jié)劑：3%，增塑劑：6%，分散劑：1%，溶劑： 30%。
進(jìn)一步地，粘結(jié)劑為聚氯乙烯。
進(jìn)一步地，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
進(jìn)一步地，分散劑為三油酸甘油酯和鯡魚魚油。
進(jìn)一步地，溶劑為丁酮。
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片的制備方法，制備過(guò)程如下：將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理后，均勻混合得到可進(jìn)行流延成型的漿料，將漿料進(jìn)行真空除泡處理，流延成型成膜帶；將流延膜帶干燥后裁切，放于設(shè)計(jì)好的模具中進(jìn)行沖壓成型，制得具有所需形狀的沖壓坯；之后將沖壓坯放入真空包裝機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空包裝密封，通過(guò)溫等靜壓得到生坯；將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片；將陶瓷片經(jīng)加工外形、拋光后即得到氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
進(jìn)一步地，將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理即采用濕法球磨，具體是指將氧化鋯粉末和分散劑、溶劑加入球磨罐中混合球磨，時(shí)間為48小時(shí)，得分散好的懸濁液，再將粘結(jié)劑和增塑劑加入懸濁液中繼續(xù)球磨24小時(shí) ，得到可進(jìn)行流延的漿料。
進(jìn)一步地，流延成型的膜帶厚度為3mm。
進(jìn)一步地，將真空包裝后的產(chǎn)品通過(guò)溫等靜壓得到生坯，即先將容器升溫至80℃，保溫5min；然后緩慢加壓至100MPa，保壓10min后，緩慢泄壓得到生坯。
進(jìn)一步地，通過(guò)溫等靜壓得到的生坯為具有平板、2D或3D形狀的生坯。
進(jìn)一步地，將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片中脫脂的溫度為600℃，脫脂時(shí)間為72h，燒結(jié)溫度為1500℃，燒結(jié)時(shí)間為24h，制得氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
將該中氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片作為指紋識(shí)別薄片應(yīng)用到手機(jī)上的方法是：將制作好的氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，通過(guò)研磨制成適合手機(jī)應(yīng)用的指紋識(shí)別薄片，再將氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片鑲嵌在手機(jī)指紋識(shí)別處，通過(guò)氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片進(jìn)行指紋識(shí)別。
實(shí)施例三
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，包括主體材料和輔助材料，其中主體材料為氧化鋯粉末，輔助材料為粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑和溶劑；各材料占總重量百分比如下：氧化鋯粉末：55%，粘結(jié)劑：7%，增塑劑：3%，分散劑：10%，溶劑：25%。
進(jìn)一步地，粘結(jié)劑為聚乙烯和聚氯乙烯。
進(jìn)一步地，增塑劑為聚乙二醇和鄰苯二甲酸二丁酯。
進(jìn)一步地，分散劑為油酸、硬脂酸和鯡魚魚油。
進(jìn)一步地，溶劑為乙醇和丁酮。
一種氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片的制備方法，制備過(guò)程如下：將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理后，均勻混合得到可進(jìn)行流延成型的漿料，將漿料進(jìn)行真空除泡處理，流延成型成膜帶；將流延膜帶干燥后裁切，放于設(shè)計(jì)好的模具中進(jìn)行沖壓成型，制得具有所需形狀的沖壓坯；之后將沖壓坯放入真空包裝機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空包裝密封，通過(guò)溫等靜壓得到生坯；將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片；將陶瓷片經(jīng)加工外形、拋光后即得到氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
進(jìn)一步地，將氧化鋯粉末主體材料、粘接劑、增塑劑、分散劑和溶劑進(jìn)行分散處理即采用濕法球磨，具體是指將氧化鋯粉末和分散劑、溶劑加入球磨罐中混合球磨，時(shí)間為36小時(shí)，得分散好的懸濁液，再將粘結(jié)劑和增塑劑加入懸濁液中繼續(xù)球磨18小時(shí) ，得到可進(jìn)行流延的漿料。
進(jìn)一步地，流延成型的膜帶厚度為1.7mm。
進(jìn)一步地，將真空包裝后的產(chǎn)品通過(guò)溫等靜壓得到生坯，即先將容器升溫至70℃，保溫5min；然后緩慢加壓至60MPa，保壓20min后，緩慢泄壓得到生坯。
進(jìn)一步地，通過(guò)溫等靜壓得到的生坯為具有平板、2D或3D形狀的生坯。
進(jìn)一步地，將生坯進(jìn)行脫脂排膠，然后燒結(jié)成陶瓷片中脫脂的溫度為600℃，脫脂時(shí)間為48h，燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)時(shí)間為48h，制得氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片。
將該中氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片作為指紋識(shí)別薄片應(yīng)用到手機(jī)上的方法是：將制作好的氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片，通過(guò)研磨制成適合手機(jī)應(yīng)用的指紋識(shí)別薄片，再將氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片鑲嵌在手機(jī)指紋識(shí)別處，通過(guò)氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片進(jìn)行指紋識(shí)別。
本發(fā)明還具有以下有益效果：
1. 本發(fā)明采取氧化鋯陶瓷指紋識(shí)別薄片作為面板，具有介電常數(shù)高的特點(diǎn)，指紋識(shí)別更靈敏，成功率更高， 且韌性高于藍(lán)寶石3倍以上，強(qiáng)度、抗摔性將顯著優(yōu)于藍(lán)寶石。
2.本發(fā)明制備的氧化鋯陶瓷薄片強(qiáng)度高、韌性高、尺寸精度高。
3.本發(fā)明采用的流延成型加工方式，后續(xù)加工量少，且制備的生產(chǎn)效率高，可滿足大規(guī)模生產(chǎn)。