传承万年的陶瓷材料与现代智能手机的碰撞 _小知识

传承万年的陶瓷材料与现代智能手机的碰撞
陶瓷是中国的文化瑰宝，是华夏文明的重要组成部分。早在一万多年前的新石器时代，我国的先民就已经会制造和使用陶器。
时光越万年，同样以实用之物出现的手机，也成为用户个人科技品味、审美的代表。如果将陶瓷呈现在手机上，将会碰撞出怎样的火花呢？
手机背板
目前手机背板材料主要为塑料、金属、玻璃和陶瓷。
塑料背板综合性能较好，但其耐磨性、散热性、体感较差，易老化，主要用于中低端手机。
金属背板具有抗摔、可塑性强、散热性好等优点，已成为主流手机的标配。随着5G网络、无线充电等时代的到来，智能手机对信号传输上要求越来越高，手机背板广泛使用的铝镁合金因其对信号屏蔽作用强，无法满足5G信号传输的要求，也不可进行无线充电，成为制约其发展的关键因素。
近几年，玻璃背板在智能手机中也得到较多应用，玻璃机身的优点主要在于避免手机信号的屏蔽、质感与手感较好，但因为玻璃是一类二氧化硅的非晶材料，所以容易破碎和产生划痕。全球最大的手机玻璃供应商美国康宁公司推出了第五代大猩猩玻璃，虽然其强度得到了提升，不过其硬度依然不如砂粒，容易产生划痕。此外，玻璃加工难度比金属大，特别是弧面和手机中框等加工工艺；同时钢化玻璃断裂易形成条纹状断裂纹路从而容易造成崩边。
陶瓷背板的抗弯强度、硬度、耐磨性、散热性等性能优于玻璃背板，而成为手机厂商实现手机材质差异化的重要选择。目前，用于制作手机背板的陶瓷材料为氧化锆、氧化铝、碳化硅等，其中氧化锆是手机背板中应用最为广泛的陶瓷材料。在相同强度下陶瓷背板比玻璃薄，可以减薄约40%，给手机结构设计留下更大的施展空间。此外，陶瓷背板表面可通过加工得到多种表面效果，如亮光、亚光、拉丝等机械纹理；表面还可以通过Laser、MCVN、PVD、丝印、喷漆以及边缘的C角、R角等工艺进行处理等。

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小米MIX 4的一体式陶瓷背板
指纹识别模组
指纹识别模组主要由金属环、盖板、传感器、驱动芯片、印刷电路板等部分组成。其中，指纹识别盖板是区别指纹识别好坏的重要指标，它既具有对传感器与驱动芯片的保护作用，又是决定指纹解锁速度的关键因素之一。
根据指纹识别盖板材料的不同，可分为蓝宝石、涂覆式、玻璃和陶瓷４种。
涂覆式成本低，但其涂层硬度较低，易磨损，使用寿命短，质感较差，整体美观性不强，主要应用于低端手机。
钢化玻璃具有成本低，制备工艺简单等优点，但其硬度较低，易磨损，介电常数和抗弯强度较差，目前最薄厚度仅为0.175ｍｍ，难以应用在中高端指纹识别领域。
蓝宝石硬度高，耐磨蚀，但其成本高，穿透性、断裂韧性较差，整体抗摔能力不强。
氧化锆陶瓷综合性能较好，其硬度高仅次于蓝宝石，韧性好（6MPa·ｍ1/2），在同等厚度情况下，提高了盖板整体抗冲击抗摔能力。同时，其介电常数高（32～35），穿透能力强，识别灵敏、速度，是最合适的表面贴片材料之一。

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指纹识别模组盖板
微波介质陶瓷
微波介质陶瓷是5G移动通信技术中关键部件微波介质滤波器和谐振器的关键材料。所谓微波介质陶瓷，是一种介质材料，能够应用于300MHz～30GHz的微波频率电路，实现多种功能的陶瓷材料。从微波介电性能的角度考虑，移动通信用微波介质陶瓷要求材料具有中介电常数、高品质因数和近零的谐振频率温度系数。微波介质陶瓷材料包括的种类很丰富，主要有以下几种：
（1）BaO-TiO2系微波介质陶瓷。
BaO-TiO2系微波介质陶瓷的介电性能随着陶瓷中TiO2含量的改变而发生变化，尤其是BaTi4O9、Ba2Ti9O20这2种BaO-TiO2系微波介质陶瓷，由于其具有更加适合应用的微波介电性能，而备受从业者的喜爱。
（2）BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质陶瓷。
这种微波介质陶瓷含有镧系元素La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd等，介电常数介于80～90 之间，能够应用于小型微波通信器件领域。
当镧系元素为La、Pr、Nd时，其温度系数为正；当镧系元素为Sm、Eu、Gd时，其温度系数为负，进而可以产生温度补偿效应。通过调整BaO-Ln2O3-TiO2系微波介质陶瓷的组分比例，就能制备得到频率温度系数为零的微波介质陶瓷。