中國粉體網訊 近日,據國家知識產權局公告,比亞迪股份有限公司申請一項名為“一種氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料及其制備方法、電子設備”的發(fā)明專利,公開號CN117185807A。
比亞迪劍指何方?
據上述專利摘要顯示,本申請?zhí)峁┝艘环N氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料及其制備方法、以及含有該陶瓷材料的電子設備。所述氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料相對于現有技術的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料強度較高,能滿足移動智能設備的后蓋對于材料的強度要求。
看來,比亞迪盯上的是陶瓷背板。
目前,隨著5G時代的到來,移動智能設備的后蓋材料也提出了新的要求,尤其是在材料的信號通過性能方面有更高的要求,而傳統的金屬材料會產生電磁屏蔽效應,不能滿足使用要求。氧化鋯陶瓷材料由于具有優(yōu)異的力學性能,溫潤的手感,以及優(yōu)異的信號穿透性能,在滿足5G信號傳輸及無線充電等功能方面?zhèn)涫芷诖?/p>
采用陶瓷材質背板的小米13Pro
但是,在前幾年推廣過程中,出現了一些阻力導致陶瓷背板叫好不叫座,例如價格昂貴,這主要是由其復雜繁瑣、高成本的生產工藝(需要經歷約16道工序,其中熱壓燒結、拋光等程序生產成本高)以及低良品率導致的;再例如陶瓷“易碎”的特性始終讓普通消費者心有顧慮,光潔的陶瓷表面的耐臟性較差,無線充電功率限制等。
而目前,情況似乎正向好的方向轉變。
首先,隨著技術的進步,納米陶瓷粉料、成型燒結、特別是后續(xù)的精密加工的成本都顯著下降;良率低的問題也正得到解決,良率由最初的30%左右現已提升到70%以上。
此外,工信部在2023年印發(fā)了《無線充電(電力傳輸)設備無線電管理暫行規(guī)定》,其中規(guī)定:移動、便攜式無線充電設備的工作頻率范圍為100-148.5kHz、6765-6795kHz、13553-13567kHz頻段,且額定傳輸功率不超過80W,這就意味著包括智能手機、移動電源、家用無線充電器、車載無線充電器在內的這些產品,無線充電功率放開到80W,比起之前快了不少。陶瓷背板作為實現電子產品無線充電的關鍵部件,有望再次走入大家的視野。
在氧化鋯領域,比亞迪已是“老司機”
比亞迪電子(國際)有限公司是比亞迪股份有限公司的子公司,1995年成立于深圳,原為比亞迪股份有限公司的手機零部件及模組部門。
比亞迪電子按照終端領域劃分為消費電子、汽車、智能產品三大業(yè)務模塊,具體涉及智能手機、電腦、平板、戶內儲能、無人機等智能產品、汽車智能系統、醫(yī)療健康產品。公司傳統優(yōu)勢的智能手機業(yè)務主要為華為、小米、三星、榮耀、OPPO、vivo、摩托羅拉等海內外品牌方提供手機零部件及整機組裝,核心產品包括金屬中框、玻璃后蓋、整機組裝。可見電子產品所涉及的背板、零部件等是其主營業(yè)務之一,其研發(fā)氧化鋯的最終目的還是服務于自己在這方面的業(yè)務。
比亞迪電子氧化鋯產品及技術
在陶瓷方面,比亞迪電子一直致力于功能性陶瓷和精密結構陶瓷的研發(fā)及生產。在傳統的結構陶瓷基礎上,比亞迪自主研發(fā)的增韌陶瓷,滿足了市場對大尺寸外觀結構陶瓷的需求。比亞迪擁有從陶瓷粉造粒、毛坯成型、燒結,精密外形尺寸加工、拋光、后處理等完整的材料及制造技術,通過in-house完整的制程驗證,不斷改良陶瓷材料配方,將為大尺寸結構陶瓷,尤其是3D結構陶瓷的大規(guī)模市場應用,掃平材料及工藝壁壘。
目前,其研發(fā)了提高氧化鋯韌性、提升其抗摔能力的方法,并在此方法上開發(fā)出了顏色各異、靚麗外觀的超韌氧化鋯陶瓷。該材料已經應用于手機蓋板、智能穿戴設備等產品。
延伸閱讀:氧化釔穩(wěn)定氧化鋯是什么材料?
在熱力學上,純ZrO2有三種不同的晶型:單斜氧化鋯(m-ZrO2)、四方氧化鋯(t-ZrO2)、立方氧化鋯(c-ZrO2),它們分別穩(wěn)定存在于低溫、中溫、高溫區(qū),其中t-ZrO2、c-ZrO2是無法在室溫下存在。
ZrO2的相變伴隨著較大的溫度滯回體積變化,因此,任何純ZrO2制成的部件在燒結完成冷卻過程中都會發(fā)生崩解,這增加了部件發(fā)生災難性失效的幾率,從而限制了其應用。此外,由于ZrO2具有較差的導電率,使用傳統放電機制(EDM)加工ZrO2也帶來了一些問題。為避免體積效應的出現,就需要阻止氧化鋯在溫度變化的過程中發(fā)生相變反應,經過前人不懈的努力,最終尋找到了室溫溫度下四方氧化鋯的方法——離子摻雜穩(wěn)定氧化鋯。
穩(wěn)定劑主要為稀土氧化物(Y2O3、CeO2等)及堿土金屬氧化物(CaO、MgO等)。其中,氧化釔是最重要、最常用的穩(wěn)定劑,由其穩(wěn)定的氧化鋯被稱為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯,除應用于電子產品的背板、蓋板外,在以下領域也有極其重要的應用。
生物材料
與其他傳統修復材料相比,釔穩(wěn)定氧化鋯具有能與金屬相媲美的機械性能,可完全承受后牙的咀嚼力,材質、顏色與周圍自然牙齒組織接近,對X光射線無阻射作用,臨床不必擔心與磁場有關的檢查,且組織相容性良好,因此在義齒及人工關節(jié)等生物醫(yī)療方面?zhèn)涫荜P注。
特種機械零部件
陶瓷材料的脆性限制了其應用發(fā)展,納米陶瓷是解決陶瓷脆性一種非常重要的途徑。實驗證明,可以利用ZrO2四方相相變?yōu)閱涡毕喈a生顯微裂痕和殘余應力對陶瓷進行增韌。因此,以釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷為代表的陶瓷材料在軸承、軸套、閥球、殼體等機械領域有廣泛應用。
固體氧化物燃料電池
固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池,是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環(huán)境友好地轉化成電能的全固態(tài)化學發(fā)電裝置,被普遍認為是在未來會得到廣泛普及應用的一種燃料電池。
目前認為,SOFC系統中有2個構件,即陽極和電解質都會涉及釔穩(wěn)定氧化鋯材料。
熱障涂層(TBC)
以燃氣渦輪機葉片為例,作為普通用途的燃氣渦輪機葉片的使用溫度在960~1100℃;軍用飛機中的燃氣輪機燃氣溫度高達1600℃;至于商用飛機的燃氣輪機燃氣溫度也高達1500℃。然而用于生產渦輪葉片的鎳基超強耐熱合金的最高工作溫度只有1100℃。隨著燃氣輪機燃氣溫度的提高,相對于開發(fā)新型高溫耐熱合金材料來講,致力于燃氣輪機渦輪葉片保護成本要低得多。應用于燃氣輪機的渦輪葉片表面,以起到隔熱作用來提高燃氣輪機使用溫度,進而提高燃氣輪機效率,并延長渦輪葉片的使用壽命是熱障涂層的最重要應用之一。
熱障涂層示意圖
經過多年的研究發(fā)現,以6%~8%Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2(6%~8%YSZ)熱循環(huán)壽命最長,而且有更好的抵抗Na2SO4和V2O5腐蝕的能力,成為目前陶瓷層材料的最佳選擇。
光纖連接器陶瓷插芯
氧化釔穩(wěn)定氧化鋯因其優(yōu)異的力學性能、化學穩(wěn)定性和極高的精密度等,可以用來制備光纖連接器的稀土結構陶瓷光纖插芯(精密針)和套筒,是光纖網絡中應用面最廣并且需求量最大的光纖無源器,是信息網絡基礎設施建設的重要組成部分。
此外,釔穩(wěn)定氧化鋯在特殊刀具、耐火材料、三元鋰電池正極材料摻雜等方面也有重要應用。尤其是在三元鋰電池正極材料中的應用,與生物材料被認為是當下最受關注的兩大方向。
參考來源:
[1]國家知識產權局專利局
[2]中國粉體網
[3]粉體大數據研究
[4]比亞迪電子官網
(中國粉體網編輯整理/山川)
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