本發(fā)明涉及一種正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板及其制備工藝，屬于精細陶瓷制備領域。

背景技術：

指紋識別模組因其快捷、安全、方便等優(yōu)點在智能便攜設備上得到廣泛應用，但因為指紋模組面積小，應用環(huán)境復雜，但是要求識別靈敏度和速度高，這就對對指紋識別芯片以及表面保護材料也提出了非常高的要求，目前常用指紋識別蓋板有藍寶石、涂覆式、玻璃及陶瓷四種。其中，藍寶石硬度高、耐腐蝕，但成本高；涂覆式由于涂層硬度不高，存在容易磨損和受汗水腐蝕、美觀性稍差等缺點；鋼化玻璃成本低，但其介電常數(shù)遠低于藍寶石，在同樣電性能要求下，其厚度是藍寶石蓋板的幾倍，同時鋼化玻璃的硬度、抗彎強度低，容易被灰塵磨花，難以在中高端指紋識別領域應用。而陶瓷基板因性價比具有較高優(yōu)勢，正日漸成為應用及研究的熱點。

稀土穩(wěn)定的正方氧化鋯強度高、韌性好，甚至可以像鋼材一樣發(fā)生局部塑性形變，其韌性是藍寶石的3倍以上，可以在復雜的應用環(huán)境中更好地保護指紋識別模組，不易發(fā)生脆性斷裂，有更強的抗沖擊性。尤其可貴的是，成本不到藍寶石四分之一的正方氧化鋯陶瓷，其介電常數(shù)達30以上，也就是說，正方氧化鋯陶瓷在指紋識別模塊上比藍寶石識別表現(xiàn)出更加出色的靈敏度和成功率，具有良好的應用前景。然而，微米顆粒氧化鋯燒結溫度高，薄板易變形；納米氧化鋯粉體燒結溫度低，但尺寸太細時漿料粘稠，漿料的流動性下降，從而導致陶瓷粉體固含量受到限制。如何在保持其高介電常數(shù)的基礎上制備出高固含量、高韌性、低燒結溫度的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板，一直是業(yè)內(nèi)急于解決的難題。

【專利1公開號CN 105693221A】公布了一種超薄高純陶瓷片及其制備工藝，以微米粉體為主要架構，納米粉體填充在微米粉體間的空隙，降低燒結溫度。但專利1中微米顆粒以其高導熱性影響整個陶瓷片的總體性能，納米顆粒僅僅以少量添加來降低燒結溫度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板及其低溫燒結制備工藝，以解決傳統(tǒng)氧化鋯陶瓷燒結溫度高、薄板易變形、固含量低等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，采用如下的技術方案：

一種正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板，其的陶瓷粉體為納米粉體和微米粉體形成的跨尺度無規(guī)則的混合體，所述納米粉體占所述陶瓷粉體體積的40～70%；所述納米粉體的粒徑為0.05～0.5 μm；所述微米粉體的中位徑為1～5 μm，所述納米粉體為正方氧化鋯。氧化鋯一般有單斜晶型、正方晶型、立方晶型三種，實驗表明，正方晶型的氧化鋯韌性遠高于單斜或立方晶型的氧化鋯。而納米級材料更是擁有高比表面積、高表面能、高活性的特殊性質(zhì)，納米正方氧化鋯擁有更高的強度和更好的介電性能，粒度越細，性能越好，且燒結溫度越低。但尺寸太細時漿料粘稠，漿料的流動性下降，因此，不得不降低納米粉體固含量以保證流延性能，只能燒制出固含量較低的陶瓷片，實際生產(chǎn)中良品率低。加入一定量的微米顆粒是為了提高漿料的成型流動性而犧牲其他性能，加入量不能太高。微米粉體分散在納米粉體中間，使其不易團聚，以增強陶瓷漿料的流動性。實驗表明，納米粉體占陶瓷粉體體積控制在40～70%這個比率范圍內(nèi)，燒制出來的陶瓷片才能在強度、介電性能和固含量方面達到最好的平衡。如果納米粉體占陶瓷粉體體積的比例小于40%，燒結溫度難以有效降低，高溫燒結困難且薄板容易變形；如果納米粉體占陶瓷粉體體積的比例大于70%，則陶瓷漿料粘稠，分散性差，流動性差，這樣不得不把陶瓷固含量降低，此時燒結溫度雖然較低但尺寸收縮大，也難以控制尺寸精度和蓋板的性能。陶瓷粉體采用納米粉體和微米粉體形成的跨尺度混合體，在體現(xiàn)納米粉體優(yōu)良特性的同時，又克服了其難分散、流動性差等缺點，保證了漿料中的高固含量，使陶瓷蓋板的燒結溫度低、收縮率可控。

進一步的，所述微米粉體為氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁等陶瓷粉體中的一種或多種。

進一步的，所述正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板厚度小于150μm。

本發(fā)明還提供了一種正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板的制備工藝，包括以下工藝步驟：

（1）按比例稱取納米正方氧化鋯粉體和微米粉體，加入適量的溶劑、分散劑充分混合均勻后，球磨12～24h；

（2）將粘接劑、增塑劑再加入步驟（1）所得混合料中，繼續(xù)球磨2～6h；然后加入除泡劑，在真空攪拌罐中進行除泡20～50min，得到黏度為2000-10000mPa.s的陶瓷流延漿料；

（3）將步驟（2）所得的陶瓷漿料在流延機上流延成型，制備出超薄陶瓷生帶；

（4）將干燥后的超薄陶瓷生帶裁切成陶瓷坯片，并裝入燒結缽盒，在1300～1500℃下燒結2～4h，即可得到正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板。由于納米顆粒體積比率高達40～70%，能在不添加助燒劑的情況下，使其燒結溫度得到更顯著的下降。

進一步的，所述的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板，所述陶瓷粉體質(zhì)量占陶瓷漿料總質(zhì)量的63%以上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用納米氧化鋯粉體和微米粉體形成跨尺度混合體結構，制備出用于指紋識別功能的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板，通過合理調(diào)配陶瓷粉體中納米氧化鋯粉體和微米粉體的體積比，并通過提高固含量、降低燒結溫度等工藝制備出平整度高、收縮率可控的用于指紋識別功能的超薄復合陶瓷蓋板。復合陶瓷超薄蓋板在保證足夠韌性和強度的條件下，電學、力學性能優(yōu)良，滿足指紋識別的高靈敏、抗摔、耐磨及超薄的性能需求，且成本低，具有重要的實用意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板微觀結構示意圖，其中1-納米氧化鋯粉體，2-微米粉體。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

實施例1：

按陶瓷料63g的總量，以70:30體積比計算粒徑為0.08μm正方氧化鋯粉與粒徑為1μm純氧化鋁粉的用量，分別稱重；加入26.75g丁酮和乙醇混合溶劑和2g三油酸甘油酯分散劑，球磨混合24h。球磨后，加入5g苯丙乳液粘結劑和3.25g丙三醇增塑劑，繼續(xù)球磨6h。然后再加入0.05g脫泡劑，在真空攪拌罐中進行除泡20min，得到固含量為63%的陶瓷漿料。將所得陶瓷漿料在流延機上流延，并于120℃的流延機主干燥區(qū)干燥15min后，得到陶瓷生帶；最后將陶瓷生帶裁切后裝入燒結缽盒，在1300℃下燒結3h，即得到本發(fā)明所述的跨尺度結構的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板。

實施例2：

按陶瓷料65g的總量，以50:50體積比計算粒徑為0.4μm正方氧化鋯粉與粒徑為3μm正方氧化鋯粉的用量，分別稱重；加入25.75g丁酮和乙醇混合溶劑和2g三油酸甘油酯分散劑，球磨混合15h。球磨后，加入4.25g苯丙乳液粘結劑和3g丙三醇增塑劑，繼續(xù)球磨5h。然后再加入0.05g脫泡劑，在真空攪拌罐中進行除泡20min，得到固含量為65%的陶瓷漿料。將所得陶瓷漿料在流延機上流延，并于120℃的流延機主干燥區(qū)干燥15min后，得到陶瓷生帶；最后將陶瓷生帶裁切后裝入燒結缽盒，在1500℃下燒結2h，即得到本發(fā)明所述的跨尺度結構的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板。

實施例3：

按陶瓷料70g的總量，以40:60體積比計算粒徑為0.5μm正方氧化鋯粉與粒徑為3μm純氮化鋁粉的用量，分別稱重；加入22.6g丁酮和乙醇混合溶劑和2g三油酸甘油酯分散劑，球磨混合12h。球磨后，加入3g苯丙乳液粘結劑和2.4g丙三醇增塑劑，繼續(xù)球磨2h。然后再加入0.05g脫泡劑，在真空攪拌罐中進行除泡30min，得到固含量為70%的陶瓷漿料。將所得陶瓷漿料在流延機上流延，并于120℃的流延機主干燥區(qū)干燥15min后，得到陶瓷生帶；最后將陶瓷生帶裁切后裝入燒結缽盒，在1500℃下燒結3h，即得到本發(fā)明所述的跨尺度結構的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板。

實施例4：

按陶瓷料68g的總量，以60:20:20體積比計算粒徑為0.1μm正方氧化鋯粉、粒徑為4μm氧化鋁粉與粒徑為4μm立方氧化鋯粉的用量，分別稱重；加入23.75g丁酮和乙醇混合溶劑和1g三油酸甘油酯分散劑，球磨混合22h。球磨后，加入4.25g苯丙乳液粘結劑和3g丙三醇增塑劑，繼續(xù)球磨3h。然后再加入0.05g脫泡劑，在真空攪拌罐中進行除泡40min，得到固含量為68%的陶瓷漿料。將所得陶瓷漿料在流延機上流延，并于120℃的流延機主干燥區(qū)干燥15min后，得到陶瓷生帶；最后將陶瓷生帶裁切后裝入燒結缽盒，在1450℃下燒結2.5h，即得到本發(fā)明所述的跨尺度結構的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板。

實施例5：

按陶瓷料66g的總量，以55:45體積比計算粒徑為0.05μm正方氧化鋯粉與粒徑為5μm立方氧化鋯粉的用量，分別稱重；加入24.75g丁酮和乙醇混合溶劑和2g三油酸甘油酯分散劑，球磨混合20h。球磨后，加入4.25g苯丙乳液粘結劑和3g丙三醇增塑劑，繼續(xù)球磨4h。然后再加入0.05g脫泡劑，在真空攪拌罐中進行除泡50min，得到固含量為66%的陶瓷漿料。將所得陶瓷漿料在流延機上流延，并于120℃的流延機主干燥區(qū)干燥15min后，得到陶瓷生帶；最后將陶瓷生帶裁切后裝入燒結缽盒，在1300℃下燒結4h，即得到本發(fā)明所述的跨尺度結構的正方氧化鋯基復合陶瓷超薄蓋板。

以上的實施例僅僅是對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，本領域技術人員在現(xiàn)有技術的基礎上還可做多種修改和變化，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。