CN104244617B - 一种壳体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种壳体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种壳体、一种壳体的制备方法、以及所述壳体作为通讯设备外壳的应用。所述壳体包括基底部分（1）和边缘弯曲部分（2），其中，所述基底部分（1）由陶瓷制成，所述边缘弯曲部分（2）由非晶合金制成。本发明提供的壳体具有较高的耐磨性和抗摔性。

Description

一种壳体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种壳体、一种壳体的制备方法、以及所述壳体作为通讯设备外壳的应用。
背景技术
今年来，手机已经成为日常生活中必不可少的通讯工具。随着使用时间的延长，手机的外壳往往容易磨损，使其看起来不够美观。为此，市面上陆续出现了各式各样的手机保护套。目前，手机保护套多采用玻璃、金属、塑料等材料制成。尽管由这些材料制成的手机保护套在视觉、手感等方面取得了巨大的成功，但是在耐磨、耐摔等方面又稍有欠缺。特别是目前的手机大多数为触摸屏的智能手机，比较娇贵，抗摔能力比以往的普通手机差很多。因此，亟需开发一种具有较高的耐磨性和抗摔性的手机保护套。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的通讯设备外壳的耐磨性和抗摔性较差的缺陷，而提供一种具有较高的耐磨性和抗摔性的壳体、一种壳体的制备方法、以及所述壳体作为通讯设备外壳的应用。
本发明提供了一种壳体，该壳体包括基底部分和边缘弯曲部分，其中，所述基底部分由陶瓷制成，所述边缘弯曲部分由非晶合金制成。
本发明还提供了一种壳体的制备方法，该方法包括：
提供基底部分，所述基底部分由陶瓷制成；
在所述基底部分的外缘形成边缘弯曲部分，所述边缘弯曲部分由非晶合金制成。
本发明还提供了上述壳体或由上述方法制备得到的壳体作为通讯设备外壳的应用。
本发明提供的壳体具有较高的耐磨性和抗摔性，非常适用于通讯设备的外壳。
根据本发明的一种优选实施方式，当形成所述边缘弯曲部分的过程包括：在第一压力下提供温度为600-1000℃的合金液，然后在第二压力下保持1-10分钟后以100-200℃/s的速率快速冷却，且所述第二压力大于第一压力时，能够使得到的壳体具有更高的耐磨性和抗摔性。推测其原因，可能是由于，在较低的压力下提供合金液后，所述合金液中可能存在一些微小的气泡，通过增大压力不仅能够将这些气泡赶出，还能够使得合金液与基底部分的结合部位能够得到更充分地浸润，有利于改善两者的结合性能。
根据本发明的另一种优选实施方式，当所述壳体的制备在封闭模具中进行且该方法包括将基底部分装入封闭模具的底槽中，并将基底部分预热至200-400℃，然后在第一压力下，将温度为600-1000℃的合金液充入所述封闭模具的侧槽中并在第二压力下保持1-10分钟，然后以100-200℃/s的速率快速冷却，得到边缘弯曲部分时，能够使得到的壳体具有更高的耐磨性和抗摔性。推测其原因可能是由于：虽然陶瓷具有较高的强度和硬度，非晶合金具有较好的韧性和耐腐蚀性，但是，在制备过程中，由陶瓷制成的基底部分与合金液的相容性较差，合金液不能充分浸润基底部分，这样会导致得到的壳体的基底部分和边缘弯曲部分的结合性较差，从而降低所述壳体的抗摔性；而将基底部分预热至200-400℃，然后将温度为600-1000℃的合金液充入之后，能够明显改善两者的相容性，合金液与基底部分的结合部位能够得到更充分地浸润，有利于改善两者的结合性能，得到抗摔性能较高的壳体。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的壳体的结构示意图；
图2为沿图1中的A-A线的截面图。
附图标记说明
1-基底部分；2-边缘弯曲部分
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明，如图1和2所示，本发明提供的壳体包括基底部分1和边缘弯曲部分2，其中，所述基底部分1由陶瓷制成，所述边缘弯曲部分2由非晶合金制成。
其中，所述基底部分1和边缘弯曲部分2为一体形成。需要说明的是，所述边缘弯曲部分可以根据实际使用的需要进行设置，例如，可以在基底部分1的四个边缘均设置所述边缘弯曲部分2，也可以在基底部分1的任意三个边缘设置所述边缘弯曲部分2，还可以在基底部分1的相对的两个边缘设置所述边缘弯曲部分2。
本发明对所述边缘弯曲部分2的弯曲角度没有特别地限定，可以根据实际使用情况进行合理选择。例如，所述基底部分1与边缘弯曲部分2可以为相互垂直设置（即弯曲角度为90°），也可以为非垂直设置。在优选情况下，所述基底部分1与边缘弯曲部分2呈圆弧过渡，且过渡的弧度为R2.5mm-R5mm，这样能够使得基底部分1与边缘弯曲部分2呈现平缓过渡，避免出现应力集中。所述圆弧部分的材质可以与基底部分1相同，也可以与边缘弯曲部分2相同，对此本领域技术人员公知，在此将不再赘述。
根据本发明，优选情况下，所述基底部分1的硬度不低于1000Hv，所述边缘弯曲部分2的硬度不低于450Hv，这样不仅能够使得到的壳体具有较高的耐磨性和抗摔性，还能够保证可以轻易地将相应的保护主体如通讯设备套入该壳体中。
根据本发明，所述非晶合金的种类可以为本领域的常规选择，例如，可以为锆基非晶合金。具体地，所述锆基非晶合金中含有锆、铜、镍和铝，且以所述锆基非晶合金的总重量为基准，所述锆的含量可以为60-68重量%，所述铜的含量可以为23-28重量%，所述镍的含量可以为5.5-8重量%，所述铝的含量可以为3-4重量%。
根据本发明，所述非晶合金可以通过商购得到，也可以采用现有的方法制备得到。例如，所述非晶合金可以由将温度为600-1000℃的合金液进行快速冷却而制得，所述快速冷却的速度为100-200℃/s。将所述合金液以100-200℃/s的速率冷却之后，原子来不及进行有序排列结晶，得到的固体合金为长程无序的结构，即，通常所称的“非晶合金”。
根据本发明，尽管所述基底部分1和边缘弯曲部分2的厚度可以为本领域的常规选择，但是当所述边缘弯曲部分2的厚度大于1mm时，由非晶合金形成的边缘弯曲部分2的弹性缓冲保护能力减弱，容易开裂，而当厚度小于0.35mm时，成型时合金液不能充型完全，易出现结构缺陷，因此，从各方面的因素综合考虑，所述基底部分1和边缘弯曲部分2的厚度优选各自独立地为0.35-1mm，更优选为0.5-0.8mm。
根据实际使用的需要，所述壳体还可以包括设置在所述基底部分1和/或边缘弯曲部分2上的能够让按键及插口外露的通孔。例如，当所述壳体用于手机外壳时，所述壳体的边缘弯曲部分2上还可以包括音量大小键通孔、开关机键通孔、耳机插口通孔、充电插口通孔、手机卡插口通孔等中的一种或多种。
本发明提供的壳体的制备方法包括：
提供基底部分1，所述基底部分1由陶瓷制成；
在所述基底部分1的外缘形成边缘弯曲部分2，所述边缘弯曲部分2由非晶合金制成。
本发明对在所述基底部分1的外缘形成边缘弯曲部分2的方法没有特别地限定，优选情况下，形成所述边缘弯曲部分2的过程包括：在第一压力下提供温度为600-1000℃的合金液，然后在第二压力下保持1-10分钟后以100-200℃/s的速率快速冷却，所述第二压力大于第一压力，这样不仅能够有效避免得到的边缘弯曲部分2中气泡的产生，而且还能够使得合金液与基底部分1的结合部位有充分的时间湿润，从而改善两者的结合性能。
具体地，所述壳体的制备在封闭模具中进行，所述封闭模具包括底槽和侧槽，所述侧槽设置在底槽的周边并沿所述底槽的一侧弯曲，所述底槽和侧槽一体构成。需要说明的是，所述封闭模具是指能够拆卸，将需要成型的部件如基底部分1装入之后再组装使其封闭的模具。所述侧槽弯曲的角度可以根据需要得到的壳体进行合理地选择。例如，所述底槽与侧槽可以相互垂直设置（即弯曲角度为90°），也可以为非垂直设置，对此本领域技术人员公知，在此将不再赘述。
采用上述封闭模具制备壳体时，先将基底部分1装入封闭模具的底槽中，然后将合金液充入所述封闭模具侧槽中。其中，将合金液充入所述封闭模具侧槽中的方法可以采用本领域技术人员公知的方式进行，例如，可以为先将合金液装入与所述封闭模具侧槽通过管路连通的存储容器中，并在该存储容器的液面上方施加压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽。需要说明的是，当采用该方法制备壳体时，所述第一压力和第二压力均指在存储容器的液面上方施加的压力。
根据本发明，优选情况下，所述壳体的制备方法包括将基底部分1装入封闭模具的底槽中，并将基底部分1预热至200-400℃，然后在第一压力下，将温度为600-1000℃的合金液充入所述封闭模具的侧槽中并在第二压力下保持1-10分钟，然后以100-200℃/s的速率快速冷却，得到边缘弯曲部分2，这样能够使得到的壳体具有更高的耐磨性和抗摔性。
本发明对所述第一压力和第二压力的大小没有特别地限定，只要能够分别将合金液压入所述封闭模具的侧槽中以及将侧槽合金液中的气泡赶出即可，优选情况下，所述第二压力比第一压力大0.01-0.07MPa。具体地，所述第一压力可以为0.01-0.05MPa，所述第二压力可以为0.05-0.08MPa。
在本发明中，所述压力均指表压。
本发明对所述合金液的种类没有特别地限定，例如，可以为锆基合金液，具体已经在上文中有所描述，在此将不再赘述。
在本发明中，实现快速冷却的方式通常可以为将填装有基底部分1和合金液的封闭模具置于冷却介质中。所述冷却介质可以为本领域的常规选择，并且所述快速冷却的速率可以通过冷却介质的种类和用量进行控制，对此本领域技术人员均能知悉，在此将不再赘述。
此外，根据实际使用的需要，本发明提供的壳体的制备方法还可以包括在通过上述方法得到的基底部分1和/或边缘弯曲部分2上设置让按键及插口外露的通孔。
本发明还提供了上述壳体或由上述方法制备得到的壳体作为通讯设备外壳的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，所述合金液为锆基合金液，具体由锆、铜、镍和铝组成，其中，以所述合金液的总重量为基准，所述锆的用量为65重量%，所述铜的用量为25重量%，所述镍的用量为6重量%，所述铝的用量为4重量%。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的壳体及其制备方法。
所用的封闭模具包括底槽和侧槽，所述侧槽设置在底槽的四个边缘并沿所述底槽的一侧弯曲，所述底槽和侧槽一体构成。其中，底槽的尺寸为45mm×45mm×1.5mm，底槽的四个角的弧度均为R3.5mm，侧槽和底槽呈圆弧过渡，且过渡的弧度为R3.5mm，侧槽的厚度为0.35mm，高度为5mm。
先制作具有平面结构的陶瓷件并通过机械加工获得所需尺寸精度及表面效果，得到尺寸为45mm×45mm×1.5mm、平面的四个角弧度均为R3.5mm的陶瓷底板。
将陶瓷底板装入封闭模具的底槽中，并将陶瓷底板预热至400℃。将温度为950℃的合金液装入与该封闭模具侧槽通过管路连通的存储容器中，并在存储容器的液面上方施加0.05MPa的压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽，然后再将存储容器液面上方的压力增大至0.09MPa，并保持2分钟。之后将封闭模具置于冷却介质中以将合金液快速冷却，控制合金液的冷却速度为200℃/s，得到包括基底部分1和边缘弯曲部分2的壳体K1。其中，基底部分1的硬度为1000Hv，边缘弯曲部分2的硬度为500Hv。
在壳体K1上放置一块重量为1kg的砖块，然后推动壳体K1在由水泥铺成的地面上均匀前进100m，前进速度为10m/min，在测试过程中，将陶瓷底板与地面接触，结果发现，该壳体K1并未出现划痕。此外，将得到的壳体K1分别从5m高的地方和10m高的地方自由摔落（初速度均为0）至由水泥铺成的地面上，结果发现，该壳体并未出现任何裂纹。由此可见，壳体K1具有优异的耐磨性和抗摔性。
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的壳体及其制备方法。
所用的封闭模具包括底槽和侧槽，所述侧槽设置在底槽的四个边缘并沿所述底槽的一侧弯曲，所述底槽和侧槽一体构成。其中，底槽的尺寸为45mm×45mm×1.5mm，底槽的四个角的弧度均为R3.5mm，侧槽和底槽呈圆弧过渡，且过渡的弧度为R3.5mm，侧槽的厚度为1mm，高度为5mm。
先制作具有平面结构的陶瓷件并通过机械加工获得所需尺寸精度及表面效果，得到尺寸为45mm×45mm×1.5mm、平面的四个角弧度均为R3.5mm的陶瓷底板。
将陶瓷底板装入封闭模具的底槽中，并将陶瓷底板预热至200℃。将温度为600℃的合金液装入与该封闭模具侧槽通过管路连通的存储容器中，并在存储容器的液面上方施加0.01MPa的压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽，然后再将存储容器液面上方的压力增大至0.06MPa，并保持10min。之后将封闭模具置于冷却介质中以将合金液快速冷却，控制合金液的冷却速度为100℃/s，得到包括基底部分1和边缘弯曲部分2的壳体K2。其中，基底部分1的硬度为1000Hv，边缘弯曲部分2的硬度为500Hv。
按照实施例1的方法对壳体K2的耐磨性和抗摔性进行测试，结果表明，壳体K2并未出现任何划痕和裂纹，由此可见，壳体K2具有优异的耐磨性和抗摔性。
实施例3
该实施例用于说明本发明提供的壳体及其制备方法。
所用的封闭模具包括底槽和侧槽，所述侧槽设置在底槽的四个边缘并沿所述底槽的一侧弯曲，所述底槽和侧槽一体构成。其中，底槽的尺寸为45mm×45mm×1.5mm，底槽的四个角的弧度均为R3.5mm，侧槽和底槽呈圆弧过渡，且过渡的弧度为R3.5mm，侧槽的厚度为0.6mm，高度为5mm。
先制作具有平面结构的陶瓷件并通过机械加工获得所需尺寸精度及表面效果，得到尺寸为45mm×45mm×1.5mm、平面的四个角弧度均为R3.5mm的陶瓷底板。
将陶瓷底板装入封闭模具的底槽中，并将陶瓷底板预热至300℃。将温度为800℃的合金液装入与该封闭模具侧槽通过管路连通的存储容器中，并在存储容器的液面上方施加0.03MPa的压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽，然后再将存储容器液面上方的压力增大至0.07MPa，并保持6min。之后将封闭模具置于冷却介质中以将合金液快速冷却，控制合金液的冷却速度为150℃/s，得到包括基底部分1和边缘弯曲部分2的壳体K3。其中，基底部分1的硬度为1000Hv，边缘弯曲部分2的硬度为500Hv。
按照实施例1的方法对壳体K3的耐磨性和抗摔性进行测试，结果表明，壳体K3并未出现任何划痕和裂纹，由此可见，壳体K3具有优异的耐磨性和抗摔性。
实施例4
该实施例用于说明本发明提供的壳体及其制备方法。
按照实施例1的方法制备壳体，不同的是，该方法不包括在0.05MPa的压力下将至少部分合金液压入侧槽并充满侧槽之后，将存储容器液面上方的压力增大至0.09MPa并保持2min的步骤，而是直接在存储容器的液面上方施加0.05MPa的压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽，并保持2min。得到包括基底部分1和边缘弯曲部分2的壳体K4。其中，基底部分1的硬度为1000Hv，边缘弯曲部分2的硬度为500Hv。
按照实施例1的方法对壳体K4的耐磨性和抗摔性进行测试，结果表明，壳体K4并未出现任何划痕，且在5m高的地方摔落时并未出现裂纹，但当从10m高的地方摔落时壳体K4的边缘弯曲部分出现了一条小裂纹。
实施例5
该实施例用于说明本发明提供的壳体及其制备方法。
按照实施例1的方法制备壳体，不同的是，该方法不包括将陶瓷底板预热至400℃的步骤，得到包括基底部分1和边缘弯曲部分2的壳体K5。其中，基底部分1的硬度为1000Hv，边缘弯曲部分2的硬度为500Hv。
按照实施例1的方法对壳体K5的耐磨性和抗摔性进行测试，结果表明，壳体K5并未出现任何划痕，且在5m高的地方摔落时并未出现裂纹，但当从10m高的地方摔落时壳体K5的基底部分1和边缘弯曲部分2分离。
对比例1
该对比例用于说明参比壳体及其制备方法。
所用的封闭模具包括底槽和侧槽，所述侧槽设置在底槽的四个边缘并沿所述底槽的一侧弯曲，所述底槽和侧槽一体构成。其中，底槽的尺寸为45mm×45mm×1.5mm，底槽的四个角的弧度均为R3.5mm，侧槽和底槽呈圆弧过渡，且过渡的弧度为R3.5mm，侧槽的厚度为0.35mm，高度为5mm。
将温度为950℃的合金液装入与该封闭模具侧槽通过管路连通的存储容器中，并在存储容器的液面上方施加0.05MPa的压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽和底槽，然后在该压力下保持2min。之后将封闭模具置于冷却介质中以将合金液快速冷却，控制合金液的冷却速度为200℃/s，得到包括基底部分1和边缘弯曲部分2的参比壳体DK1。其中，基底部分1和边缘弯曲部分2的硬度均为500Hv。
按照实施例1的方法对参比壳体DK1的耐磨性和抗摔性进行测试，结果表明，参比壳体DK1出现了很多划痕，且在5m高的地方摔落时就出现了两条裂纹。由此可以推测，该壳体的耐磨性和抗摔性均有待进一步提高。
从以上结果可以看出，本发明提供的壳体具有较高的耐磨性和抗摔性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种壳体的制备方法，该方法包括：
提供基底部分(1)，所述基底部分(1)由陶瓷制成；
在所述基底部分(1)的外缘形成边缘弯曲部分(2)，所述边缘弯曲部分(2)由非晶合金制成，所述非晶合金为锆基非晶合金，所述锆基非晶合金由锆、铜、镍和铝组成，且以所述锆基非晶合金的总重量为基准，所述锆的含量为60-68重量％，所述铜的含量为23-28重量％，所述镍的含量为5.5-8重量％，所述铝的含量为3-4重量％；
形成所述边缘弯曲部分(2)的过程包括：在第一压力下提供温度为600-1000℃的合金液，然后在第二压力下保持1-10分钟后以100-200℃/s的速率快速冷却，所述第二压力大于第一压力，所述第二压力比第一压力大0.01-0.07MPa；
所述基底部分(1)和边缘弯曲部分(2)的厚度各自独立地为0.35-1mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述壳体的制备在封闭模具中进行，所述封闭模具包括底槽和侧槽，所述侧槽设置在底槽的周边并沿所述底槽的一侧弯曲，所述底槽和侧槽一体构成；所述壳体的制备方法包括将基底部分(1)装入封闭模具的底槽中，并将基底部分(1)预热至200-400℃，然后在第一压力下，将温度为600-1000℃的合金液充入所述封闭模具的侧槽中并在第二压力下保持1-10分钟，然后以100-200℃/s的速率快速冷却，得到边缘弯曲部分(2)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，将合金液充入所述封闭模具侧槽中的方法为先将合金液装入与所述封闭模具侧槽通过管路连通的存储容器中，并在该存储容器的液面上方施加压力以将至少部分合金液压入侧槽中并充满侧槽。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一压力为0.01-0.05MPa，所述第二压力为0.05-0.08MPa。
5.由权利要求1-4中任意一项所述的方法制备得到的壳体作为通讯设备外壳的应用。
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