3C产品陶瓷增韧成型及高性能构件精密加工技术与装备研发成果登记公示信息

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分类：新闻中心
作者：小星
来源：
发布时间：2023-07-06 10:53
访问量：

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成果名称：	3C产品陶瓷增韧成型及高性能构件精密加工技术与装备研发
登记日期：	2023-05-18
完成单位：	广东润星科技有限公司,南方科技大学,广东华中科技大学工业技术研究院,东莞华科京隆成形装备科技有限公司,东莞信柏结构陶瓷股份有限公司
完成人员：	孙向玲,吴勇波,邓辉,路冬,李偲偲,汪强,张思远,邓一申,尹欣,郭子睿,林进威,邓辰,马涛,祝烽,沈锦波,胡啟晏,张腾飞,吴雾阳,劳期郁,刘金山,陈建军,黄龙彬,李海涛,张银尧,戴冬林,代哲,林文龙,王仕平,周发智,王海涛,郭新,肖建中,张海波,范鹏元,耿涛,南博,谭划,马伟刚,李利松,高航,张俊慧,胡林,李游,吕言,莫建华,方正隆,胡小虎,何鹏,银柏,吕洋子,王素丽,刘锋,郭剑,黄光荣,闫洪宾,陈兰桂
研究起止日期：	2019-01-01至2022-06-30
主要应用行业：	制造业
高新技术领域：	先进制造
评价单位：	广东省科学技术厅
评价日期：	2023-04-21
成果简介：	一、课题来源与背景本项目课题由广东省重点领域研发计划--“智能机器人与装备制造”专项支持，项目名称：3C产品陶瓷增韧成型及高性能构件精密加工技术与装备研发，项目编号：2019B090920002。随着5G时代的到来，智能手机对信号传输上要求越来越高，金属背板对信号屏蔽作用较大，成为制约其发展的关键因素，因此手机背板材质必将由金属背板转变为陶瓷等非电磁屏蔽材料。然而，由于手机陶瓷背板高温烧结时容易产生形变和裂缝，后续加工困难，目前手机背板的加工成本高，且良品率难以保证，阻碍了陶瓷在3C产品中的应用。因此需要对氧化锆陶瓷增韧机理、注射和流延成型工艺、烧结以及精密加工工艺和装备进行系统研究。二、技术原理及性能指标本项目以3C用高性能陶瓷构件为研究对象，在多年积累的氧化锆增韧、成型、加工等自主核心技术基础上，通过开展3C陶瓷构件材料力学性能及增韧机理，陶瓷注射成形技术，大面积陶瓷的流延成型技术与烧结工艺研究，有效解决陶瓷构件色彩多样性差，成型抗裂纹能力差，注射成型与大面积流延成型成品率低，烧结大形变与多裂纹等问题；通过研发一种面对高精度、高要求、高复杂结构精细陶瓷构件的新型精密加工设备实现手机陶瓷外壳的超声辅助金刚石镜面磨削、等离子体辅助镜面抛光以及超声辅助斜螺旋磨削制孔/沟槽加工，同时可完成外壳和中框的一体化加工成形。最终研制出从浆料到成型与加工的完整3C用高性能陶瓷构件制备工艺。项目性能指标：（1）新一代3C产品精细陶瓷构件多场辅助精密加工成套装备一套；（2）增韧后的陶瓷（构件）性能指标：三点抗弯强度≥ 1000 Mpa，维氏硬度≥1300 HV，断裂韧性≥16MPam1/2；（3）精密加工技术要求：构件尺寸精度达到±0.05 mm，表面粗糙度Ra<1μm，最小孔径可达0.2mm，ф2mm盲孔最大深度20mm；（4）外观要求：构件的颜色≥5种，颜色纯正均匀，不允许有大小超过0.02 mm的坑点，不允许有油迹、脏污等污染；不允许有划痕等。三、技术的创造性与先进性（1）采用基于中子衍射分析技术的陶瓷构件晶格和应力测量方法，实现对陶瓷构件三维晶格畸变和应力分布的分析表征，准确揭示陶瓷构件的断裂失效机理。引入稀土离子掺杂陶瓷的彩色制备工艺，实现陶瓷构件的高韧性多颜色系列制备。（2）采用基于喂料高温流变特性的精确陶瓷注射成形工艺参数幂律计算，并结合基于3D打印技术的高精密注射成形模具技术，实现高性能陶瓷构件的精密成型。（3）采用晶须及超细纳米颗粒增韧技术，结合大面积流延成型技术，实现高强度高硬度大尺寸陶瓷构件制造。（4）针对3C产品陶瓷外壳镜面加工、机壳开孔/沟槽的一种新型高效率超声辅助斜螺旋磨加工技术与设备研发。（5）针对手机陶瓷模具和构件的镜面抛光工艺，设计开发一款大气压等离子辅助曲面抛光头。将水蒸气等离子表面改性机理与固结磨粒抛光工艺有效的结合起来，应用于氧化锆陶瓷背板的实际加工生产中，将会大幅降低加工成本。四、项目标志性成果项目采用基于中子衍射分析技术的陶瓷构件晶格和应力测量方法，实现对陶瓷构件三维晶格畸变和应力分布的分析表征，准确揭示陶瓷构件的断裂失效机理。通过引入稀土离子着色剂与氧化锆纳米晶须增韧技术在氧化锆陶瓷基体中制造“软”性相，更好地释放变形状态下三维晶格畸变导致地应力集中，从而实现陶瓷构件的高韧性多颜色系列制备，陶瓷色系增加30多种。采用基于喂料高温流变特性的精确陶瓷注射成形工艺参数幂律计算，并结合基于3D打印技术的高精密注射成形模具技术，实现高性能陶瓷构件的精密注射成型。根据细晶强化原理以及第二相增韧，采用超细纳米颗粒与晶须增韧技术，结合大面积流延成型技术，通过研究高性能流延浆料配方、温等静压以及排胶和烧结工艺，实现了大尺寸氧化锆薄板的一次性成型，良率提高20%以上，制备的陶瓷构件样件经第三方测试机构检测验证，彩色氧化高韧陶瓷的三点抗弯强度≥ 1000 Mpa，维氏硬度≥1300 HV，断裂韧性≥16 MPam1/2。针对高硬度、高脆性陶瓷材料难加工、加工效率低、加工良率低的难题，通过引入超声辅助与等离子辅助加工技术，研发获得一种新型多场辅助陶瓷高精密精密加工设备，形成B-500S、HS-500T两款新产品，实现手机陶瓷外壳的超声辅助金刚石镜面磨削、等离子体辅助镜面抛光以及超声辅助斜螺旋磨削制孔/沟槽加工，同时可完成外壳和中框的一体化加工成形。经实际客户生产验证，采用项目技术与设备可有效提高陶瓷构件加工效率40%以上，加工良率提高30%以上，构件加工尺寸精度达到±0.05 mm，表面粗糙度Ra<1μm，最小孔径可达0.2mm，ф2mm盲孔最大深度20mm。同时，设备关键零部件超声辅助斜螺旋磨削头、超声刀柄、超声电源、超声电主轴等核心技术自主可控。五、项目应用情况项目技术在东莞信柏结构陶瓷有限公司、东莞市利同电子科技有限公司等单位获得示范应用，生产制造的彩色陶瓷构件在VIVO系列手机、小天才智能手表、歌尔智能耳机上获得应用，大大增加了3C产品陶瓷部件的多样性。