随着智能手机向着追求极致的轻薄化、高强度和耐用性发展,对手机外壳材料的需求也在不断提升。传统的金属、塑料和玻璃已经很难满足现代手机对于轻薄、耐磨和抗震动的综合要求。因此,各大手机厂商都在努力研发新型复合材料
,将金属、陶瓷和玻璃等传统材料的优点融合起来,以获得更加出色的综合性能。
玻璃陶瓷(Glass Ceramic)就是这种新型复合材料的杰出代表。它兼具玻璃般的光泽透明度,以及陶瓷的高硬度和耐磨损性,同时还具备很高的机械强度和抗震性,被认为是新一代智能手机外壳的理想材料。
玻璃陶瓷究竟是怎样一种"混血"材料?我们首先来了解一下它的制备过程。玻璃陶瓷是在普通玻璃基体中添加特殊的晶核剂和助晶剂,经过一定温度的热处理,使玻璃基体中析出大量微小的晶体。这些晶体嵌入在玻璃非晶体基质中,形成一种以玻璃为基体,内嵌大量纳米级晶体颗粒的复合材料。
玻璃陶瓷独特的结构赋予了它非凡的综合性能:
高硬度和耐磨损性 玻璃陶瓷中大量嵌入的纳米晶体使其硬度可以达到6-7目,接近普通陶瓷的硬度水平,远高于普通玻璃3-5目的莫氏硬度。因此玻璃陶瓷外壳具有极佳的耐磨损和防刮擦性能。
卓越的抗震性和机械强度 玻璃陶瓷不仅硬度高,而且强度也比普通玻璃高出2-3倍,压力强度可达1000MPa以上。纳米晶体以及玻璃基质赋予了它出色的抗震动性能,跌落时不易破碎。同时其显著提高的韧性,也使其在受冲击时不易开裂延伸。
优异的化学稳定性 玻璃陶瓷不溶于水和大多数酸碱溶液,耐腐蚀性能卓越,可广泛应用于各种恶劣环境。
透光性好 玻璃陶瓷由非晶体基质构成,外观呈现出透明或半透明状,因此可以作为手机外壳或显示屏盖板使用。
制造工艺成熟 玻璃陶瓷实际上是从普通玻璃出发,经过调节成分和热处理,因此与玻璃的制造工艺基本相同,成本较陶瓷低廉很多。
正因为这些优异的综合性能,玻璃陶瓷材料近年来在高端智能手机领域得到了越来越广泛的应用。苹果从iPhone 12开始首次在其手机后壳上使用了"Ceramic Shield"超瓷晶玻璃,大幅提升了手机的耐磨损和抗震动能力。去年发布的iPhone 14系列依然沿用了这种材料。
除了苹果,华为、小米、三星、OPPO等国内外主流手机品牌也纷纷跟进,在旗舰机型上使用了各自研发的玻璃陶瓷材料。如华为Mate 50 Pro使用了"纳米微晶陶瓷"玻璃,小米14 Ultra和14 Pro则采用了"龙晶陶瓷"背板。
需要指出的是,尽管不同厂商对其玻璃陶瓷产品命名不尽相同,但它们本质上都是在普通玻璃基体中添加晶核剂和助晶剂,经过热处理形成晶体颗粒而制成的复合材料。各家的差别主要在于晶体种类、尺寸、含量以及非晶基质成分的不同。
例如苹果"超瓷晶"的主要晶相是透锂长石,而小米"龙晶陶瓷"中主要晶体是透锂长石、二硅酸锂和硅铝锂石。这些都属于硅酸盐类无机晶体,可以显著提高玻璃材料的硬度、强度和耐热性。
除了智能手机,玻璃陶瓷还广泛应用于平板电脑、可穿戴设备、医疗器械等诸多领域。特别值得一提的是,玻璃陶瓷还可以作为高端耐火材料,用于航空航天、能源环保等极端恶劣环境。
当然,玻璃陶瓷材料的发展并未就此止步。各家手机厂商和材料供应商正在致力于进一步提升玻璃陶瓷的综合性能。比如小米最新推出的"小芯陶瓷"工艺,通过提高晶体含量和调整晶体种类,使得新一代龙晶陶瓷的抗折力较之前提高80%以上,几乎达到氧化锆陶瓷的性能水平。
同时,还有研究者提出在玻璃陶瓷中添加金属纳米晶体,如银纳米晶体等,可以大幅度提升材料的导热性和抗菌性能。这对于未来发展折叠手机等发热量较大的新型智能设备至关重要。
不难预见,随着手机向更轻薄坚固的方向发展,玻璃陶瓷必将成为主导性的外壳和盖板材料。未来几年,我们有望看到高硬度、超强韧性、优异透光的全新一代玻璃陶瓷材料的面世,为智能手机开启新的体验时代。
总的来说,作为一种融合了多种材料优点的新型复合材料,玻璃陶瓷的广阔发展前景可以预见。相比单一材料,它无疑具有更高的性价比和更好的综合表现。手机行业以及更广泛的科技领域都在为这种"混血儿"投入大量研发力量。有理由相信,未来属于这样既轻薄坚固、又透光美观的新型复合材料。
