CN205115306U

CN205115306U - 陶瓷部件

Info

Publication number: CN205115306U
Application number: CN201520769473.8U
Authority: CN
Inventors: 松雪直人; A·T·克拉维尔勒; 岩田祈履; D·I·纳扎罗
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: US20160089811A1; US10335979B2

Abstract

本申请涉及陶瓷部件。所述陶瓷部件用于便携式电子设备的外壳。所述陶瓷部件包括由包括二氧化锆的陶瓷粉末形成的坯体。所述陶瓷部件还包括形成到坯体中的机加工特征部。

Description

陶瓷部件

技术领域

本文所公开的实施例涉及用于在便携式电子设备中使用的陶瓷零件。更具体地，实施例涉及用于在陶瓷零件被彻底烧结之前机加工陶瓷零件的方法。

背景技术

随着便携式电子设备变得更小和更耐用，在用于便携式电子设备的零件的制造中使用陶瓷材料已增加。一般地，需要增加形成一些电子设备的部件的耐用性。在增加耐用性的同时还维持或减少电子设备的总重量和尺寸会是尤其有利的。

相对于陶瓷材料的相对高的硬度和耐擦伤性，陶瓷材料的相对轻的重量有利于利用陶瓷零件用于结构和/或保护性部件。陶瓷还可以帮助设备满足消费者对于美观和精致的表面光洁度的需求。

但是，用在便携式电子设备中的一些部件包括各种尺寸和复杂的形状。可以利用不同的方法和工艺将陶瓷材料形成到用于便携式电子设备的外壳和其它零件中。但是，由于陶瓷零件非常硬且耐用的属性，它们可能难以形成精细或精确的特征部，尤其是利用传统的机加工技术。

实用新型内容

根据一个实施例，提供了一种陶瓷部件。所述陶瓷部件用于便携式电子设备的外壳，所述陶瓷部件包括：由包括二氧化锆的陶瓷粉末形成的坯体；形成到坯体中的机加工特征部。

根据另一个实施例，所述坯体处于未烧结状况。

根据另一个实施例，所述坯体处于部分烧结状况。

根据另一个实施例，坯体包括未被完全熔化的粉末状氧化锆。

根据另一个实施例，所述坯体已在低于700摄氏度的温度下加热。

根据另一个实施例，所述坯体已在700摄氏度和1200摄氏度之间的温度下加热。

根据另一个实施例，所述坯体在维氏硬度标度上具有在10HV和100HV之间的硬度。

根据另一个实施例，所述机加工特征部是具有小于1mm的直径的孔。

根据另一个实施例，所述机加工特征部是孔的阵列，每个孔具有小于1mm的直径。

根据另一个实施例，所述孔的阵列形成用于声学部件的穿孔区域。

根据一个实施例，提供了一种陶瓷部件。所述陶瓷部件用于电子设备的外壳，所述陶瓷部件包括：主体，由包括烧结的二氧化锆的材料形成，并且在维氏硬度标度上具有至少1000HV的硬度；以及机加工到所述主体中的孔的阵列，每个孔具有小于1mm的直径。

根据另一个实施例，所述孔的阵列是在所述主体被完全烧结之前被机加工到所述主体中的。

根据另一个实施例，所述主体没有粘合剂和未熔化的二氧化锆粉末。

根据一个实施例，提供了一种陶瓷部件，所述陶瓷部件用于电子设备，所述陶瓷部件包括：主体，包括烧结的二氧化锆，并且在维氏硬度标度上具有至少1000HV的硬度；形成到所述主体中的机加工特征部，其中所述特征部的至少一部分具有1mm或更小的开口。

根据另一个实施例，所述机加工特征部是在所述主体被完全烧结之前被形成到所述陶瓷部件中的。

根据另一个实施例，所述主体没有未熔化的二氧化锆粉末。

根据另一个实施例，所述机加工特征部包括具有小于1mm的直径的孔的阵列。

根据另一个实施例，所述机加工特征部是以下中的一个或多个：安装凸台；肋特征部；通孔；或机加工的表面。

根据另一个实施例，所述陶瓷部件被配置为耦合到配对部件，以形成用于便携式电子设备的外壳。

在一个实施例中，坯体或者未烧结陶瓷材料被机加工以产生用于便携式电子设备的陶瓷部件。通过利用坯体或部分烧结部件，可以增强或改善机加工操作，包括钻孔、附连特征部、肋、凸台等。特别地，可以提高或延长工具寿命并且钻类似深度的孔所需的时间量可以被显著降低。对机加工周期时间和停机时间的改进可以降低陶瓷部件的成本。

一些示例实施例针对用于制造用于便携式电子设备的陶瓷部件的方法。坯体可以由包含二氧化锆的陶瓷粉末构成。可以机加工坯体以在坯体的表面中形成特征部。坯体在机加工之后可以被完全地或彻底地烧结以形成陶瓷部件。在一些实施例中，机加工坯体包括在坯体的表面中钻孔。孔可以具有小于1mm的直径。

在一些实施例中，形成坯体是利用凝胶铸造工艺执行的。在一些实施例中，形成坯体是利用注塑成型工艺执行的。在一些实施例中，形成坯体包括将包括溶剂、水和陶瓷粉末的浆料混合，并且将浆料浇注到铸造模具中。当浆料在铸造模具中时，可以向浆料施加压力。当浆料在铸造模具中时还可以加热浆料，以形成坯体。坯体可以从模具中移出。

在一些实施例中，加热浆料包括在足以烧掉或蒸发浆料中的水和溶剂的温度下加热浆料。在一些情况下，加热浆料导致部分地烧结坯体的至少一部分。加热浆料可以在低于700摄氏度的温度下执行。加热浆料可以导致在维氏(Vickers)硬度标度上具有小于100HV的硬度的坯体。

一些示例实施例针对用于制造陶瓷部件的方法。坯体可以由二氧化锆材料形成。坯体可以被部分地烧结以形成部分烧结部件。部分烧结部件可以被机加工，以在部分烧结部件表面中形成特征部。部分烧结部件可以被完全烧结以形成陶瓷部件。

部分地烧结可以在700摄氏度和1500摄氏度之间的温度执行。在一些情况下，部分地烧结坯体导致在维氏硬度标度上具有大约100HV的硬度的部分烧结部件。在一些情况下，部分地烧结包括将坯体加热到大约900摄氏度的温度并且持续1至5小时。完全地烧结部件可以包括将坯体加热到大约1500摄氏度的温度并且持续12至24小时。

形成坯体可以利用以下中的一个执行：凝胶铸造工艺或注塑成型工艺。在一些实施例中，将包括溶剂、水和二氧化锆材料的浆料混合。浆料被注入到注塑模具中并且被加热。所述加热可以执行或造成部分烧结，以形成部分烧结部件。

一些示例实施例针对由二氧化锆材料形成的并且配置为用于在便携式电子设备中组装的陶瓷部件。陶瓷部件可以包括表面和在表面中形成的机加工特征部。机加工特征部可以在陶瓷部件被完全烧结之前形成。在一些情况下，机加工特征部是具有小于1mm的直径的孔。在一些实施例中，机加工特征是以下中的一个或多个：安装凸台；开口；肋特征部；通孔；或机加工的表面。在一些情况下，陶瓷部件配置为耦合到配对部件，以形成用于便携式电子设备的外壳。

附图说明

通过以下详细说明并结合附图，本公开将容易地被理解，其中相同的标号表示相同的结构元素，并且其中：

图1绘出了包括具有在其中形成的各种特征部的陶瓷零件的示例外壳。

图2是描绘用于通过机加工未烧结材料制作陶瓷部件的示例工艺的流程图；

图3是描绘用于通过机加工未烧结材料制作陶瓷部件的可替代示例工艺的流程图；

图4是描绘用于通过机加工部分烧结部件制作陶瓷部件的示例工艺的流程图；

图5绘出了用于在陶瓷部件被完全烧结之前机加工陶瓷部件的示例系统。

具体实施方式

本申请是于2014年9月30日提交的标题为“CeramicMachining”的美国临时专利申请No.62/057,859的非临时专利申请并要求其权益，其公开内容由此通过引用被完整地结合于此。

现在将详细参考在附图中示出的代表性实施例，并且特别地参考图1-4。应当理解，以下描述不是要把实施例限定到一种优选的实施例。相反，它是要涵盖可以包括在由所附权利要求定义的所述实施例的精神与范围内的替代、修改和等同物。本领域技术人员将容易地理解，本文针对这些附图给出的详细描述只是为了解释的目的并且不应该被认为是限制。贯穿各个附图中的每一个，相同的标号表示相同的结构。

用于电子设备的许多零件都可以由陶瓷材料制成。外壳、保护片、内部结构元件、按钮、开关和显示器盖都可以由各种陶瓷材料制成。陶瓷零件的一般形状和特征部可以利用成型(molding)或铸造工艺形成。但是，利用包括例如铣、钻、磨等的机加工操作来形成一些特征部会是有利的。但是，硬陶瓷材料可能难以利用传统技术来机加工。由于陶瓷材料的硬度，即使温和的机加工操作也会导致过度的工具磨损。而且，小或精细的特征部可能难以被机加工到陶瓷零件中，因为形成小或精细的特征部所需的小工具可能缺乏足够的强度和耐用性。

本文描述的实施例针对用于在零件被完全烧结之前机加工陶瓷部件的工艺。特别地，一些实施例针对将特征部机加工到与完全烧结的陶瓷部件相比通常柔软得多并且更容易机加工的未烧结或坯体陶瓷材料中。一些实施例针对将特征部机加工到已通过烧结陶瓷材料中的一些(但不是全部)而被稳定化的部分烧结陶瓷中，这会导致比未烧结或坯体陶瓷在尺寸上和结构上更稳定、但是与完全烧结的陶瓷部件相比仍然较软的零件。一些示例实施例可以针对使用特定量的部分烧结的制造工艺，该特定量的部分烧结被配置为平衡适当的或可接受水平的硬度与更稳定的材料的潜在益处。在一些情况下，制造工艺被配置为在可接受的制造时间或成本上产生期望的几何形状和容差。

一般地，陶瓷材料是由金属、非金属和/或类金属化合物制成的无机非金属材料。陶瓷材料可以是结晶的、部分结晶的或者在一些情况下是无定形的。陶瓷材料往往是坚固的、硬的、脆的、化学上惰性的并且不是热和电的导体，但是它们的性质可能有很大不同。虽然诸如瓷(porcelain)的一些陶瓷材料可以用作电绝缘体，但是一些陶瓷化合物可以具有导电属性和/或可以是超导体。某些陶瓷由于其相对轻的重量、耐擦伤性、耐用性、以及在一些情况下由于陶瓷可以形成为具有触感光滑的表面，因此被用于各种应用中。

在一些情况下，陶瓷材料可以由透明材料形成，诸如氧化铝(例如，蓝宝石)或二氧化锆(例如，氧化锆)。透明陶瓷材料会尤其适于用作显示器、相机或其它光学部件的保护盖。由于透明陶瓷材料与聚碳酸酯或通常用来形成电子设备的外壳或保护盖的一些金属材料相比提高了抗冲击性和耐擦伤性，因此透明陶瓷材料会尤其好地适于在便携式或可穿戴电子设备的外表面上使用。

利用诸如上述二氧化锆的某些陶瓷材料形成的零件可以以多种不同的方式形成。在一些情况下，零件的整体几何形状可以利用凝胶浇铸、注塑成型或其它类似的成型技术形成。这些工艺通常依赖于热敏增塑剂(诸如聚合物)，以允许材料流入到限定零件的形状的模具(mold)或模子(die)中。零件被冷却然后从模子中移出。

虽然可以使用凝胶铸造和陶瓷注塑成型来形成多种多样的零件几何形状，但是这些工艺不能产生精细或抛光的表面光洁度。这些工艺可能也无法再现具有应用所需的必要的尺寸精度或容差的精细或小的特征部。在一些情况下，精细或小的特征部可以利用机加工操作形成。但是，由于一些陶瓷材料的硬度像大多数金属一样硬或比其更硬，因此利用金属工具的机加工会存在很大的挑战。用来机加工一些陶瓷零件的金属工具往往会快速地磨损，从而需要昂贵和耗时的工具更换。重新安装工具减慢了制造并且通常导致更昂贵的成品零件。

本文描述的实施例针对用于通过在陶瓷部件被完全烧结之前机加工陶瓷部件来形成陶瓷部件的制造工艺。一般地，制造工艺可以包括利用铸造或成型操作形成陶瓷材料块以形成主体零件。在形成主体零件之后但是在被完全烧结之前，可以利用机加工操作把一个或多个特征部形成到部件中。机加工操作可以对未烧结或坯体或部分烧结部件执行。

一般地，烧结可以针对通过施加热和/或压力形成材料的固体物质的工艺，而无需彻底熔化对其施加热和/或压力的材料。在烧结之前，陶瓷粉末或粉末状陶瓷可以与粘合剂、溶剂和/或水混合以形成浆料，其中浆料可以被进一步加工以形成部分稳定的零件(其可以被称为“坯体”、“坯态材料”或“主体零件”)。

在一些情况下，坯体可以在低温下加热以烧掉或降低粘合剂的浓度。坯体可以在被部分或完全烧结之前进行机加工以形成一个或多个特征部。烧结操作可以包括高温烧制步骤，其在低于陶瓷的熔点的温度但是足够高以熔化或部分熔化坯体的颗粒并增加其密度的温度下执行。增加密度会导致部件具有提高的强度和断裂韧性，这是对用于耐用的便携式电子设备中的陶瓷零件所期望的特点。

图1绘出了包括具有在其中形成的各种特征部的陶瓷部件110的示例外壳100。外壳100包括陶瓷部件110和配对部件150，其可以被耦合在一起以形成用于电子设备的壳体。电子设备可以是便携式电子设备，诸如移动电话、便携式媒体播放器、平板计算系统、笔记本计算系统或其它类似的设备。电子设备也可以采用可穿戴电子设备的形式，诸如腕戴电子设备、健康监测设备、计时设备等等。

陶瓷部件110，以及可能的配对部件150，可以由根据本文所述的实施例制造的陶瓷材料形成，诸如氧化锆陶瓷。特别地，陶瓷部件110可以包括通过在陶瓷部件110被彻底或完全烧结之前执行机加工操作形成的一个或多个特征部。

在一些实现中，外壳100的陶瓷部件110和配对部件150协作以形成用于电子设备的内部部件的保护性壳体。例如，外壳的陶瓷部件110和配对部件150可以为内部部件提供保护性壳体和/或结构支撑，其中内部部件包括例如一个或多个处理单元、计算机存储器、扬声器、麦克风、电路和其它类似的部件。可以由透明陶瓷材料形成的配对部件150可以形成透明盖或光学窗口，用于为放置在外壳100内的可视元件提供保护，可视元件为诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器等。

陶瓷部件110可以包括或包含可用于将部件附连到设备或与其它部件接口的各种特征部。特别地，陶瓷部件110包括一个或多个安装特征部102，其也可以被称为安装凸台(mountingboss)、支架、突起或其它类似的特征部。安装特征部102可以被整体地形成到陶瓷部件110的侧壁中(如在图1中示出的)，或者可替代地，可以是独立的和从陶瓷部件110的内表面中突出的。

在这个例子中，每个安装特征部102都包括孔104，其可以用来将陶瓷部件110附连到配对部件150。孔104可以被配置为容纳在配对部件150上形成的耦合特征部152或紧固件，以便于这两个部件的附连。在一些情况下，孔104被配置为与耦合特征部152形成可以利用粘合剂、过盈适配、卡扣适配、螺纹连接或其它类似的机械固定技术被固定的机械接合。在一些实施例中，孔104具有紧密容差以便于陶瓷部件110和配对部件150之间可靠和牢固的耦合是有利的。

如在图1中示出的，陶瓷部件110还包括位于沿陶瓷部件110的侧壁的肋(rib)特征部106。肋特征部106可以限定升起的突起或者从侧壁突出并至少部分地沿陶瓷部件110的长度的至少一部分延伸的特征部。虽然在这个例子中肋特征部106被形成为突起，但是在其它实施例中，肋特征部106可以被形成为至少部分地沿陶瓷部件110的长度延伸的架子或凹槽。

肋特征部106可以被配置为形成互锁机械接合或与配对部件150连接。肋特征部106也可以形成用于放置或定位配对部件150的支撑表面。在一些情况下，肋特征部106具有控制在紧密容差内的厚度或宽度以便确保与配对部件150正确适配可能是有利的。

如在图1中示出的，陶瓷部件110包括被形成到陶瓷部件110的表面114中的孔112的阵列或图案。孔112可以被形成为完全地通过或者可以部分地通过(例如，盲孔)陶瓷部件110的侧壁。在一些情况下，孔112可以形成到外壳100的内部容积中的声音或通风通道。

虽然术语“孔”被用来描述形成到陶瓷部件110的表面114中的大体圆柱形凹槽，但是孔112的图案也可以表示精细穿孔区域或保护性格栅(grate)。穿孔区域可以被配置为覆盖或保护声学设备，诸如放置在设备的外壳内的扬声器或麦克风。陶瓷部件110还包括形成到陶瓷部件110的表面中的孔116和118。孔116和118可以用来附连至少部分地暴露于外壳100的外部的附加部件，附加部件包括例如一个或多个按钮、拨号盘或其它类似的部件。如在图1中示出的，孔118可以不必是圆形的，并且可以是矩形或其它形状的，以适配配对零件或组件。陶瓷部件110还包括开口120，其可以被配置为附连单独的部件或子组件或与单独的部件或子组件连接。

取决于实现，本例子的孔或开口112、116、118和120在大小和形状上可以不同。在一些情况下，孔或开口112、116、118和120形成在特定的容差内，以便于与其它部件的机械连接和/或增强陶瓷部件110的性能。

在一些实现中，孔112可以具有小于1.0mm的直径。在一些情况下，孔112可以具有大约0.5mm的直径。孔的大小可以被配置为允许空气或声音信号通过，同时阻挡碎屑或其它外来污染物。孔112具有高尺寸容差会是有利的。例如，孔112具有+/-0.05mm的圆形或类似尺寸测量的尺寸容差。

一般地，陶瓷部件110的一个或多个特征部可以通过将特征部机加工到陶瓷零件110中来形成。在一些情况下，特定应用可能需要难以利用传统的烧结后技术实现的制造容差。尤其，特征部的大小、特征部的尺寸容差和/或特征部的放置的精度可能难以利用传统的机加工技术实现。尤其，由于许多陶瓷材料的硬度和韧性，传统的烧结后机加工技术会导致过度的工具磨损和/或工具故障，从而增加了制造的成本和时间。

在一些实现中，在陶瓷部件被完全烧结之前执行一个或多个机加工操作会是有利的。在一些情况下，与烧结后技术相比，较软的烧结前陶瓷材料可以以更快的速度、明显更少的工具磨损被机加工。此外，可以形成更精细和/或更小的特征部，因为对较软的材料可以使用更精致的工具。

下面关于图2-4描述的示例制造工艺可用来在烧结完成之前在陶瓷部件中机加工一个或多个特征部。特别地，图2-4的制造工艺可用来形成陶瓷部件110中的一个或多个特征部和/或以上关于图1描述的配对部件150。

图2绘出了用于在烧结完成之前机加工陶瓷部件的示例工艺200。特别地，工艺200针对其中在陶瓷部件经受显著的烧结操作或工艺之前执行机加工的示例铸造工艺200。例如，陶瓷部件可以在零件仍然是坯体或主体零件时被机加工。

关于工艺200的示例操作，陶瓷零件可以利用凝胶铸造技术形成。虽然凝胶铸造被提供为一个具体例子，但是也可以使用其它类似的铸造或部分成形操作。一般地，工艺200的凝胶铸造方法可以产生较容易机加工的零件，提供更精确的机加工的特征部，并且仍然导致坚固、稳定的陶瓷零件。

在操作202中，将溶剂、水和/或陶瓷粉末材料混合。在一些实施例中，陶瓷粉末包括或包含二氧化锆粉末。二氧化锆粉末会尤其好地适于形成用于电子设备的外壳的坚固和耐用的部件，如以上关于图1所描述的。在一些情况下，陶瓷粉末包括二氧化锆和其它陶瓷成分的混合物。在其它实施例中，陶瓷粉末的主要成分包括一种或多种其它类型的陶瓷材料，包括例如氧化铝、二氧化硅、石灰、氧化铍、氧化铁和/或氧化镁。浆料也可以包括一种或多种粘合剂成分，包括例如聚合物、蜡、骨灰、纤维素和/或粘土。

在操作204中，浆料混合物被浇注到铸造模具中。铸造模具通常提供陶瓷部件的整体形状和形式。铸造模具可以包括陶瓷部件的许多最终特征部，但是由于成型工艺中的限制，可能难以利用模具形成精细或精致的特征部。

在操作206中，模具中的材料被施压。在许多凝胶浇铸操作中，施加到模具中的材料的压力被维持在相对低的压力。在一些情况下，压力刚好足够高以迫使任何鼓泡或气泡从浆料中出来。通过使压力保持低，浆料受到较少量的应力，这会减少材料将在随后的烧结工艺过程中弯曲或以其它方式变形的机会。

在操作208中，材料被加热到足以氧化粘合剂和蒸发或烧掉水和溶剂的温度。在一些情况下，加热工艺不执行任何陶瓷粉末的烧结或熔化。但是，在一些实施例中，操作208的加热使得一些陶瓷粉末熔化并且可能执行一定量的烧结。例如，加热操作208会导致部分地烧结坯体的至少一部分。在一些实施例中，材料被加热到低于700摄氏度的温度。部分或少量的烧结可以帮助一旦从模具中移出部件时稳定部件。即使可以执行一定量的烧结，但是在这个阶段，部件可以仍然被称为坯体。

在操作210处，材料从模具中移出。在一些实现中，模具可以被配置为分为两等份(例如，上型箱(copehalf)和下型箱(draghalf))。在加热操作208和允许零件冷却之后，模具可以被分割或打开，并且移出材料。在一些情况下，模具是单次使用的模具并且可以作为操作210的一部分被弄破裂或毁坏。

在操作212中，材料可以被机加工。在本例子中，材料处于基本上未烧结或坯体状态。如上所述，虽然材料可能在操作208中经历了少量的烧结，但是材料仍然可以被认为是坯体。如之前所提到的，通过机加工处于坯体状态的材料，可以减少对工具的磨损，并且可以使用更精细或更精致的工具。此外，切割的速度或速率可以被大大提高，这会对制造时间和成本产生巨大的影响。

示例机加工操作包括用于机械地从部件的一个或多个表面去除材料的切割、铣、钻、磨以及其它技术。关于图1，操作212可以用来形成安装特征部102和/或肋特征部106的至少一部分。例如，操作212可以用来铣或磨安装特征部102和/或肋特征部106两者或其中一个的上表面。因此，这些特征部的总高度可以被控制到比通常利用毛坯铸件(as-cast)特征部产生的容差更紧密的容差。在一些情况下，机加工的特征部可以具有+/-0.05mm或更小的容差。在一些情况下，容差可以是+/-0.03mm或更小。此外，表面光洁度可以更光滑，这会便于与配对零件150的附连和/或密封。

操作212也可以尤其好地适于在陶瓷部件中机加工孔。特别地，操作212可以用来机加工比通常可以在硬化的、完全烧结的部件上或穿过其创建的更小的孔。在一些例子中，当材料是坯体时，可以钻出具有小于1mm的直径的孔。在一些情况下，可以将小至0.5毫米或更小的孔机加工到未烧结或坯体材料中。精细或小孔的形成对于形成以上关于图1的陶瓷部件110描述的孔112的穿孔图案会尤其有用。

在一些情况下，如本文所述，利用操作212机加工孔与在烧结完成之后执行机加工操作的工艺相比，可以允许形成更小的孔并且周期时间被显著改善。作为例子，如果孔112是在完全烧结操作之后形成的，那么材料的硬度(例如，在维氏硬度标度上的1000HV)会将最小直径限制为1mm或更大。完全烧结的零件的硬度还会导致五分钟或更长的钻单个孔的周期时间。相比较而言，通过在具有10HV和100HV之间的范围的硬度的相对软的坯体中机加工孔112，孔直径可以小至0.5mm或者更小。周期时间也可以被显著减小，并且，在一些情况下，2mm深度的每个1mm直径的孔的周期时间可以是五秒或更小。

类似地，操作212可以用来在坯体中形成各种其它特征部中的任何一种。关于图1，操作212可以用来形成陶瓷部件110的孔或开口120、118和116中的一个或多个。另外，或可替代地，操作212可以用来形成沿陶瓷部件110的外部的光滑表面，以提供或者期望的触感或者光学上光滑有光泽的表面。类似地，如果配对部件150是由陶瓷部件利用类似于当前工艺200的工艺形成的，则配对零件150的一个或多个特征部可以在操作212中形成。

在操作214中，材料被加热到高温以将陶瓷颗粒烧结在一起。在一些实施例中，材料在高达1500摄氏度的温度下烧结长达24小时，以形成硬化的陶瓷材料块。在一些情况下，完全烧结工艺包括将材料加热到1400和1600摄氏度之间的温度并且持续12至24小时。在烧结工艺过程中，坯体中的陶瓷粉末和/或陶瓷颗粒被融化在一起，以形成基本上固态并且结构上坚硬的部件。在烧结工艺中，材料可以从它的原始尺寸收缩高达40％。操作212的机加工操作可以配置为考虑预测的收缩，以提供在期望尺寸容差内的最终尺寸。在一些情况下，在烧结之后执行一定量的最终机加工(诸如扩孔、抛光或磨光，以实现最终尺寸容差和/或表面光洁度。

图3绘出了用于在烧结完成之前机加工陶瓷部件的示例工艺300。特别地，工艺300针对其中在陶瓷部件经受显著的烧结操作或工艺之前执行机加工的示例成型工艺300。例如，陶瓷部件可以在零件仍然是坯体或主体零件时被机加工。

关于工艺300的示例操作，陶瓷零件可以利用注塑成型技术形成。虽然注塑成型被提供为一个具体例子，但是也可以使用其它类似的成型或部分成形的操作。

在操作302中，将溶剂、水和/或陶瓷粉末材料混合。操作302可以基本上类似于以上关于图2描述的工艺200的操作202。由于工艺300针对基于成型的而不是基于铸造的工艺，因此浆料的具体配方在这些工艺之间会有所不同。尤其，液体的量可以不同，以产生较粘稠或较不粘稠的浆料。此外，粘合剂或所使用的其它添加剂的类型可以为注塑成型而不是凝胶铸造工艺进行专门配置或配制。

在操作304中，将浆料注入到模具中。在一些实现中，浆料(也称为原料)可以被注入到在注塑模具的两等份(例如，上型箱和下型箱)之间形成的模具腔中，注塑模具经受可能达50吨或更大的显著夹紧力。在一些情况下，用于注射浆料或原料的压力由液压活塞、进料螺杆或其它类似的机构提供。操作304中施加到浆料的压力与以上关于图2讨论的工艺200的施压操作206相比可能大得多。这会迫使浆料填充在模具中形成的较小或较复杂的特征部，这些特征部会有助于形成更精细的零件。但是，注塑成型工艺的高压会在材料中形成一些残余应力。

在操作306处，材料被加热。在操作306中，材料可以被加热至足以氧化粘合剂和蒸发或烧掉水和溶剂的温度。操作306可以基本上类似于以上关于图2讨论的工艺200的操作208。在一些情况下，操作306的加热可以在更高的温度和/或更长的持续时间下执行，以便帮助减小在注射操作304的过程中引入的一些残余应力。在一些实现中，这会导致在操作306的过程中烧结或融化更大比例的陶瓷粉末或颗粒。但是，为了这个例子的目的，即使作为操作306的加热的结果，加热的材料可能已被部分烧结，但是它仍可以被认为是坯体。

在操作308中，材料可以从模具中移出。在一些情况下，在注塑模具的两等份被松开和分离之前，材料被允许稍微冷却。注塑模具可以包括顶出销(knock-outpin)或帮助从模具中移出材料的其它特征部。

在操作310中，材料通过机加工进行处理。操作310可以基本上类似于以上关于工艺200描述的操作212。特别地，各种特征部可以在陶瓷部件基本上未烧结时机加工到陶瓷部件中，这与传统的烧结后机加工操作相比，可以提高制造周期时间和便于使用更小、更精致的工具。

在操作312中，材料被完全烧结。操作312可以基本上类似于以上关于工艺200描述的操作214。特别地，成型和机加工的部件可以被完全烧结以形成最终部件。在一些情况下，可以对烧结部件执行另外的轻机加工操作，包括例如扩孔、抛光和表面光洁机加工操作。

图4绘出了用于通过机加工部分烧结部件来制造陶瓷部件的示例工艺400的流程图。工艺400可以是上述工艺200或工艺300的变体，添加的区别是一个或多个特征部可以在坯体被至少部分烧结之后进行机加工。工艺400的一个优点是部分烧结部件会具有增加的尺寸和结构稳定性，这会便于较高精度或较高容差特征部的机加工。此外，机加工和充分烧结操作之间的收缩量可以被减少，这可以增加收缩的可预测性，其可以进一步改善可以在最终部件上维持的尺寸容差。

在操作402中，坯体被形成为具有期望的主体形状。操作402可以根据以上关于图2和3描述的工艺200或300来执行。特别地，操作402可以与铸造工艺200的操作202、204、206、208和210对应。操作402还可以与注塑成型工艺300的操作302、304、306和308对应。

在操作404中，对坯体执行部分烧结工艺。在一些实现中，材料被加热到的温度高于分别在工艺200和300的加热操作208和306的温度。但是，在一些实施例中，操作404与加热操作208和306在同一时间或连续地执行。在一些实施例中，材料被加热到的温度大于或等于700摄氏度并且小于或等于1200摄氏度。在一些情况下，部分烧结操作在大约900摄氏度的温度下执行。材料可以持续1至5小时经受升高的温度。

操作404会导致与坯体陶瓷相比具有改进的结构和尺寸稳定性的材料。在一些情况下，这可以提高处理部件并执行以下讨论的操作406的机加工操作的能力。但是，部分烧结也可以使材料的硬度从用于完全未烧结的坯体的大约10HV增加到用于部分烧结部件的大约100HV。虽然部分烧结部件与坯体相比硬度已经提高，但是与可以具有1000HV或更高硬度的完全烧结部件相比，部分烧结部件将通常具有显著减小的硬度。

在操作406中，材料被机加工。操作406可以基本上类似于以上关于工艺200描述的操作212。虽然操作406仍然可以提供与以上关于212的坯体机加工操作所描述的许多相同优点，但是材料的增加的硬度会具有不同的效果。特别地，增加的硬度会提高处理(例如，夹紧和固定)部件的能力，这会提高部件的制造性或机加工性。在一些情况下，部分烧结部件与坯体相比会具有减小的破碎或破裂的风险。部分烧结也可以增加机加工和最终烧结之间的尺寸稳定性和整体收缩，这会导致更可预测的尺寸和更高的容差特征部。但是，由于增加的硬度，因此机加工特征部的整个周期时间会增加。作为例子，钻1mm的孔的周期时间会从用于坯体机加工操作的五秒钟增加到用于部分烧结机加工操作的大约30秒。这对于会花五分钟或更长时间的完全烧结机加工操作来说，仍然是显著的改进。此外，机加工部分烧结部件，仍然可以钻直径小于1.0mm的孔，包括0.5mm或更小的孔。

在操作408中，材料被完全烧结。操作408可以基本上类似于以上关于工艺200描述的操作214。特别地，成型和机加工的部件可以被完全烧结以形成最终部件。在一些情况下，对烧结部件执行另外的轻机加工操作，包括例如扩孔、抛光和表面光洁机加工操作。

图5绘出了用于在陶瓷部件或陶瓷材料510被完全烧结之前机加工陶瓷部件或陶瓷材料510的示例系统500。图5的系统500可以用来执行以上关于图2-4描述的机加工操作中的一个或多个。在图5中绘出的陶瓷材料510可以是根据工艺200和300形成的坯体陶瓷，或者可替代地，可以是根据工艺400形成的部分烧结陶瓷。

如在图5中示出的，陶瓷材料510可以用操作地耦合到CNC机床520的钻头522沿朝下方向502钻。由于陶瓷材料510还没有被完全烧结，因此用于钻孔512的周期时间与对完全烧结的部件执行的机加工操作相比会显著改善。例如，如果陶瓷材料510是具有大约10HV的硬度的坯体，则钻具有大约1mm的直径和大约2mm的深度的孔的时间会是大约五秒钟。如果陶瓷材料510是具有大约100HV的硬度的部分烧结部件，则用于具有大约1mm的直径和大约2mm的深度的孔的钻孔时间会是大约30秒。应当理解，钻孔时间会在实施例之间有所不同。

此外，相对于钻烧结的材料，当钻坯体材料时，工具寿命会增加。在一个实施例中，钻头522在更换之前可以机加工大约100个孔(相对于当钻完全烧结的陶瓷时，钻头在更换之前钻一个孔)。

此外，磨损的钻头会创建不均匀的孔，这进而会在陶瓷材料510被完全烧结时导致其不均匀的收缩。这种不均匀收缩进而会改变陶瓷材料510在孔512的区域中的密度，或者会导致在孔512附近形成裂纹。因此，机加工坯体或部分烧结部件而不是完全烧结的部件会最终使得在最终产品上有较少的缺陷。

应当理解，机加工坯体和/或部分烧结的陶瓷材料所需的技术程度会高于机加工完全烧结的产品所需的技术程度，以便防止坯体和/或部分烧结的材料由于它们较软的材料特性而破裂或有破碎。但是，关于图2-4所公开的实施例的改进的工艺特性通常导致对陶瓷零件更高的生产运营，从而在维持期望功能和美观的同时，降低了整体制造成本和零件的最终价格。

为了解释，以上描述使用了具体的命名法来提供对所述实施例的透彻理解。但是，对本领域技术人员来说清楚的是，具体的细节不是实践所述实施例所必需的。因此，前面对本文所述具体实施例的描述是为了说明和描述而给出的。它们不是详尽的或者把实施例限定到所公开的精确形式。对本领域普通技术人员来说清楚的是，鉴于以上示教，许多修改和变化都是可能的。

Claims

1.一种陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷部件用于便携式电子设备的外壳，所述陶瓷部件包括：

由包括二氧化锆的陶瓷粉末形成的坯体；

形成到坯体中的机加工特征部。

2.如权利要求1所述的陶瓷部件，

其特征在于，所述坯体处于未烧结状况。

3.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述坯体处于部分烧结状况。

4.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，坯体包括未被完全熔化的粉末状氧化锆。

5.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述坯体已在低于700摄氏度的温度下加热。

6.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述坯体已在700摄氏度和1200摄氏度之间的温度下加热。

7.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述坯体在维氏硬度标度上具有在10HV和100HV之间的硬度。

8.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述机加工特征部是具有小于1mm的直径的孔。

9.如权利要求1所述的陶瓷部件，其特征在于，所述机加工特征部是孔的阵列，每个孔具有小于1mm的直径。

10.如权利要求9所述的陶瓷部件，其特征在于，所述孔的阵列形成用于声学部件的穿孔区域。

11.一种陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷部件用于电子设备的外壳，所述陶瓷部件包括：

主体，由包括烧结的二氧化锆的材料形成，并且在维氏硬度标度上具有至少1000HV的硬度；以及

机加工到所述主体中的孔的阵列，每个孔具有小于1mm的直径。

12.如权利要求11所述的陶瓷部件，其特征在于，所述孔的阵列形成用于声学部件的穿孔区域。

13.如权利要求11所述的陶瓷部件，其特征在于，所述孔的阵列是在所述主体被完全烧结之前被机加工到所述主体中的。

14.如权利要求13所述的陶瓷部件，其特征在于，所述主体没有粘合剂和未熔化的二氧化锆粉末。

15.一种陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷部件用于电子设备，所述陶瓷部件包括：

主体，包括烧结的二氧化锆，并且在维氏硬度标度上具有至少1000HV的硬度；

形成到所述主体中的机加工特征部，其中所述特征部的至少一部分具有1mm或更小的开口。

16.如权利要求15所述的陶瓷部件，其特征在于，所述机加工特征部是在所述主体被完全烧结之前被形成到所述陶瓷部件中的。

17.如权利要求16所述的陶瓷部件，其特征在于，所述主体没有未熔化的二氧化锆粉末。

18.如权利要求15所述的陶瓷部件，其特征在于，所述机加工特征部包括具有小于1mm的直径的孔的阵列。

19.如权利要求15所述的陶瓷部件，其特征在于，所述机加工特征部是以下中的一个或多个：

安装凸台；

肋特征部；

通孔；或

机加工的表面。

20.如权利要求15所述的陶瓷部件，其特征在于，所述陶瓷部件被配置为耦合到配对部件，以形成用于便携式电子设备的外壳。