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工程陶瓷火热,在手机上跟玻璃比有何优势?

三环黄海云:对比玻璃,我们有没有更好的可以应用在手机上的非金属材料呢?小米的周光平博士和工程师李超提到了陶瓷材料。那么今天我们就玻璃和陶瓷两种非金属材料进行一下横向分析,主要从以下几个方面分析:


一. 应用设计
1. 材料对比:

陶瓷&玻璃微观结构(材料韧性)

区别

陶瓷

玻璃

原子结合力

离子键、共价键

具有强的方向性及高的结合能

离子键、共价键

晶体结构

多晶

非晶态

钢化玻璃断面容易形成条状断裂纹路,容易崩边(从晶体结构上看,玻璃为非晶体。玻璃呈熔融态,晶格排布无序);氧化锆陶瓷断裂时不会有明显的应力条纹,不易崩边且崩边范围小(陶瓷为多晶体,组织均匀致密、晶粒细小,强度、韧性都要好于玻璃)

硬度

材料

维氏硬度/HV

玻璃(康宁大猩猩5代)

583

陶瓷(三环陶瓷)

1300

陶瓷硬度更高,磨痕变化细致磨损变化也不大,日常使用更耐抗刮,历久弥新。

强度

材料

抗弯强度/MPa

弹性模量GPa

0.5mm材料应变量

玻璃(康宁大猩猩5代)

552

50

15.699

陶瓷(三环陶瓷)

1280

210

7.683

测试方式:跨距60mm,加载速度10mm/min,万能试验机

结论:陶瓷强度高,刚性好,不易变形。

落球实验

材料

落球高度(cm)

断裂韧性(MPa m1/2)

玻璃(康宁大猩猩5代)

25

2-5

陶瓷(三环陶瓷)

30

7

测试方式:直径30mm,质量105g不锈钢球跌落至0.5mm厚度陶瓷和玻璃上,下方镂空,不开裂高度

结论:陶瓷即使受到强烈的冲击,凭借优异的强度和断裂韧性,不会产生爆裂。

热导率

材料

热导率(W/(m·K))

玻璃(康宁大猩猩5代)

0.67

陶瓷(三环陶瓷)

2-3

玻璃的导热率极低,不利于如今高性能智能手机的散热要求。

陶瓷材料的导热率均为玻璃的四倍,大大提高智能手机的散热能力,有温润如玉的手感。

2. 结构设计

玻璃的特点:钢化后的玻璃在进行切割和加工,只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状;钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强,但是钢化玻璃有自爆(自己破裂)的可能性;钢化玻璃的表面会存在凹凸不平的现象(风斑),有轻微的厚度变薄,无法做镜面。玻璃在结构件上只能是平片或小弧度的曲面结构。

陶瓷的特点:在相同强度下,陶瓷后盖比玻璃薄约40%,给手机结构设计留下更大的施展空间;陶瓷拥有注射、流延、干压、等静压等成型技术,各种外形结构通过CNC加工实现。陶瓷在覆盖玻璃机构件应用领域的基础上,还能作为手机中框、智能表圈的主要承载力结构件、按键和SIM卡扣等小部件,还能做成和金属类似的unibody结构机身。


3. 表面处理

微晶锆陶瓷:高亮观感,钻石光泽

  • 有着与真钻石非常相近的性质,折光率-2.17,色散-0.06。表面呈镜面状,金属色质感和光亮度方面表现优异。

  • 有细晶结构的陶瓷通过加工可以获得极低的表面粗糙(<0.1um),减少陶瓷表面的摩擦系数,配合精细的表面处理,观感、触感均带来提升。

玻璃:折光率低,没有真钻石那种闪烁的彩色光芒。

表面处理的差异:陶瓷材料表面可通过加工的到多种表面效果,如亮光、亚光、拉丝等机械纹理、表面可以通过laser、MCVN、PVD、丝印、喷漆、和边缘的C角、R角处理等;钢化玻璃其实是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法,在玻璃表面形成压应力,玻璃承受外力时首先抵消表层应力,从而提高了承载能力。钢化后的玻璃不能再进行切割和加工,因为钢化玻璃的内应力达到了平衡,分子之间处于绷紧状态,只要一个地方破坏整个平衡状态就会崩缺使整块玻璃瓦解。玻璃表面效果有:亮光、PVD、丝印等,没有丰富的选择性。#标签#陶瓷,3D玻璃,手机#

 

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