隨著智能電話向著追求極致的輕薄化、高強度和耐用性發展,對手機外殼材料的需求也在不斷提升。傳統的金屬、塑膠和玻璃已經很難滿足現代手機對於輕薄、耐磨和抗震動的綜合要求。因此,各大手機廠商都在努力研發新型復合材料
,將金屬、陶瓷和玻璃等傳統材料的優點融合起來,以獲得更加出色的綜合效能。
玻璃陶瓷(Glass Ceramic)就是這種新型復合材料的傑出代表。它兼具玻璃般的光澤透明度,以及陶瓷的高硬度和耐磨損性,同時還具備很高的機械強度和抗震性,被認為是新一代智能電話外殼的理想材料。
玻璃陶瓷究竟是怎樣一種"混血"材料?我們首先來了解一下它的制備過程。玻璃陶瓷是在普通玻璃基體中添加特殊的晶核劑和助晶劑,經過一定溫度的熱處理,使玻璃基體中析出大量微小的晶體。這些晶體嵌入在玻璃非晶體基質中,形成一種以玻璃為基體,內嵌大量納米級晶體顆粒的復合材料。
玻璃陶瓷獨特的結構賦予了它非凡的綜合效能:
高硬度和耐磨損性 玻璃陶瓷中大量嵌入的納米晶體使其硬度可以達到6-7目,接近普通陶瓷的硬度水平,遠高於普通玻璃3-5目的莫氏硬度。因此玻璃陶瓷外殼具有極佳的耐磨損和防刮擦效能。
卓越的抗震性和機械強度 玻璃陶瓷不僅硬度高,而且強度也比普通玻璃高出2-3倍,壓力強度可達1000MPa以上。納米晶體以及玻璃基質賦予了它出色的抗震動效能,跌落時不易破碎。同時其顯著提高的韌性,也使其在受沖擊時不易開裂延伸。
優異的化學穩定性 玻璃陶瓷不溶於水和大多數酸堿溶液,耐腐蝕效能卓越,可廣泛套用於各種惡劣環境。
透光性好 玻璃陶瓷由非晶體基質構成,外觀呈現出透明或半透明狀,因此可以作為手機外殼或顯示器蓋板使用。
制造工藝成熟 玻璃陶瓷實際上是從普通玻璃出發,經過調節成分和熱處理,因此與玻璃的制造工藝基本相同,成本較陶瓷低廉很多。
正因為這些優異的綜合效能,玻璃陶瓷材料近年來在高端智能電話領域得到了越來越廣泛的套用。蘋果從iPhone 12開始首次在其手機後殼上使用了"Ceramic Shield"超瓷晶玻璃,大幅提升了手機的耐磨損和抗震動能力。去年釋出的iPhone 14系列依然沿用了這種材料。
除了蘋果,華為、小米、三星、OPPO等國內外主流手機品牌也紛紛跟進,在旗艦機型上使用了各自研發的玻璃陶瓷材料。如華為Mate 50 Pro使用了"納米微晶陶瓷"玻璃,小米14 Ultra和14 Pro則采用了"龍晶陶瓷"背板。
需要指出的是,盡管不同廠商對其玻璃陶瓷產品命名不盡相同,但它們本質上都是在普通玻璃基體中添加晶核劑和助晶劑,經過熱處理形成晶體顆粒而制成的復合材料。各家的差別主要在於晶體種類、尺寸、含量以及非晶基質成分的不同。
例如蘋果"超瓷晶"的主要晶相是透鋰長石,而小米"龍晶陶瓷"中主要晶體是透鋰長石、二矽酸鋰和矽鋁鋰石。這些都屬於矽酸鹽類無機晶體,可以顯著提高玻璃材料的硬度、強度和耐熱性。
除了智能電話,玻璃陶瓷還廣泛套用於平板電腦、可穿戴器材、醫療器械等諸多領域。特別值得一提的是,玻璃陶瓷還可以作為高端耐火材料,用於航空航天、能源環保等極端惡劣環境。
當然,玻璃陶瓷材料的發展並未就此止步。各家手機廠商和材料供應商正在致力於進一步提升玻璃陶瓷的綜合效能。比如小米最新推出的"小芯陶瓷"工藝,透過提高晶體含量和調整晶體種類,使得新一代龍晶陶瓷的抗折力較之前提高80%以上,幾乎達到氧化鋯陶瓷的效能水平。
同時,還有研究者提出在玻璃陶瓷中添加金屬納米晶體,如銀納米晶體等,可以大振幅提升材料的導熱性和抗菌效能。這對於未來發展折疊手機等發熱量較大的新型智能器材至關重要。
不難預見,隨著手機向更輕薄堅固的方向發展,玻璃陶瓷必將成為主導性的外殼和蓋板材料。未來幾年,我們有望看到高硬度、超強韌性、優異透光的全新一代玻璃陶瓷材料的面世,為智能電話開啟新的體驗時代。
總的來說,作為一種融合了多種材料優點的新型復合材料,玻璃陶瓷的廣闊發展前景可以預見。相比單一材料,它無疑具有更高的性價比和更好的綜合表現。手機行業以及更廣泛的科技領域都在為這種"混血兒"投入大量研發力量。有理由相信,未來屬於這樣既輕薄堅固、又透光美觀的新型復合材料。
