中國粉體網訊 氧化鋯陶瓷是一種新型高技術陶瓷，它除了具有高強度、高硬度、耐高溫、耐酸堿腐蝕及高化學穩定性等性能，同時具有抗刮耐磨、無信號屏蔽、散熱性能優良、外觀效果好等特點，因此成為繼塑料、金屬、玻璃之后一種新型的手機機身材質。目前氧化鋯陶瓷在手機中的應用主要是背板和指紋識別蓋板兩部分。
有數據顯示，2015年消費電子外觀件領域的塑料和金屬材質占出貨量比重的90%以上，而氧化鋯陶瓷占比不到1%。雖然此前有媒體預測“氧化鋯陶瓷有望超越金屬、玻璃成為第三代手機機身的主流材質”，然而現實中有多重的因素限制了氧化鋯陶瓷成為主流的手機機身材質。
陶瓷手機 （來源：網絡）
高筑的技術壁壘
氧化鋯陶瓷手機后蓋采用精密陶瓷加工工藝，其材料制備和加工工藝非常繁雜。一塊陶瓷后蓋從粉體到成品主要要經過9個環節，主要包括粉體制備、加膠、蓋板成型、脫膠、燒結、CNC 加工、拋光研磨/打孔、檢測以及鐳射/PVD 鍍膜。按照供應鏈上下游來說主要分三段：最上游的原材料粉體制備；中游的胚料成型與高溫燒結；下游的CNC 拋光/打磨。
納米氧化鋯粉體是手機陶瓷后蓋主要的原材料。后蓋產業鏈最上游的氧化鋯陶瓷粉體的技術壁壘最高，目前絕大多數納米級高端粉體制備技術掌握在日美德等少數國家手中，其中陶瓷后蓋用的高端氧化鋯粉體領域，目前實力較強的廠商有日本TOSOH、京瓷、中國三環集團以及國瓷材料、東方鋯業等。
氧化鋯粉體 （來源：網絡）
氧化鋯陶瓷粉體制備技術是制備手機精密部件的關鍵，粉體質量的好壞直接影響成品的內在質量與性能。純度高、粒度超細、粒度分布窄及分散性能好是評價陶瓷粉體質量性能的重要依據。目前氧化鋯陶瓷粉體常用的制備方法有化學沉淀法、水熱法、溶膠－凝膠法等。
就氧化鋯粉體團聚這一大難題，甘學賢等通過設計使用不同的研磨設備和工藝參數來考察最終的解聚效果。以d50＝1.355μm的氧化鋯粉體為研究對象，當分別采用立式球磨機、立式珠磨機和臥式砂磨機為研磨設備，以φ2mm的氧化鋯球作為研磨介質，以m介質∶m物料＝5∶1的介質物料比研磨15h后，檢測研磨后氧化鋯料漿的粒度，結果表明：（1）臥式砂磨機的研磨效果最優，研磨后氧化鋯料漿的d50為0.303μm；（2）當采用臥式砂磨機為研磨設備時，在介質物料比（m介質∶m物料）為4∶1，料漿固含量（w）為45％，線速度為10m·s－1，研磨時間為25h的條件下，研磨效果最佳。
在氧化鋯粉體的表面改性處理方面，梁玥等通過實驗得出結論：（1）國產氧化鋯粉體經過臥式攪拌磨磨細和手工造粒處理后，燒結活性有顯著提高，在1400℃燒結條件下，燒結密度可接近99.5%。（2）國產氧化鋯粉體經磨細處理后，燒結試樣抗彎強度均低于原始粉體的主要原因是存在大尺寸缺陷，因此粉體磨細處理必須有適當的造粒工藝相配合，才能提高粉體成型性能。（3）初步認為提高粉體相變的穩定性有利于獲得高性能氧化鋯粉體。
在粉體配方這一環節，為了增強粉體燒結產品的韌性等性能，還需向氧化鋯粉體里添加改性材料，改性添加劑主要包括稀土類元素如釔等，以保證配方粉的絕緣性；另一部分添加劑如鎂、錳、釩、鎢等，主要用以保證配方粉的溫度穩定性和可靠性。在此環節中，改性添加劑的摻入成分和摻入比例是配方粉的關鍵，工藝要求極高，這些都需要靠長時間的積累，是技術壁壘的一大體現。
CNC機臺 （來源：網絡）
除了高筑的技術壁壘，相應的設備投資壁壘也非常高。氧化鋯陶瓷燒結用的隧道爐、后道打磨所用CNC機臺和研磨機等設備的高資金投入壁壘嚴重制約了高端氧化鋯陶瓷的規模化、產業化。據粗略統計，全球納米氧化鋯粉體的年產能約為4萬噸，其中多半以上為中低端粉體，無法用于制造手機后蓋；即使有1萬多噸產能的高端粉體，也不會全都用于生產手機后蓋，因為部分高端粉體會用于傳感器、燃料電池等等。高端氧化鋯粉體的產能瓶頸同時制約了陶瓷手機背板的產能，氧化鋯陶瓷要成為主流的手機機身材質短期內幾乎無可能。
突出的成本問題
用于制造陶瓷手機部件的高端氧化鋯粉體占總成本的30%左右，全球質量最好的日本TOSOH（東曹）粉體價格已超過100萬/噸，國產粉體如國瓷材料也需要大約30萬/噸，按照每片陶瓷后蓋需要用粉100g來計算，粉體的價格就為30-100 元，另外結合生產良率，其綜合成本會更高。因此粗略估計陶瓷背板單價為200元左右。據一位業內人士透露：“陶瓷材料現在基本上都是高端手機中的高端才敢用，因為價格太高，普通的基本上一塊要200多元以上，如果再做一些裝飾和著色的話，還要更貴一些。目前主要還是聚焦于一些較小批量的高端旗艦機市場。”
（來源：網絡）
除了成本的問題，陶瓷外觀件的加工時間長、良率較低等問題也很突出。因為氧化鋯陶瓷的莫氏硬度高，所以在精細加工如拋光打磨方面需要的時間較長。同時，由于陶瓷外觀件的生產工藝流程很多，并且各個環節的良率環環相扣，非常容易出現瓶頸導致整體良率無法提升。這些因素都嚴重制約了氧化鋯陶瓷的產能。
不容忽視的其它問題
在中國粉體網主辦的2018新型陶瓷技術與產業高峰論壇上，中國科學院上海硅酸鹽研究所蔣丹宇研究員就當前比較流行的手機陶瓷背板發表了自己的反思，他指出，隨著指紋識別的需求量減少、成本問題突出、難以批量化生產以及受手機品牌知名度的影響，手機陶瓷背板未來的發展撲朔迷離。這其中的兩點很值得我們深思，一個是由于技術的快速發展導致指紋識別被其它新技術替代，指紋識別陶瓷蓋板的需求必然減少；另一個是消費者的心理因素致使高技術陶瓷材質被手機品牌的影響力所遮蓋。
小結：
盡管國內市場上的高端氧化鋯陶瓷粉體主要依賴進口，但是近幾年國內粉體企業也相繼崛起，三環、國瓷、東方鋯業等在國內市場的占額逐年提高。其中三環集團作為行業內最早開始制作陶瓷外觀件的廠商，目前無論是在產能還是在良率上領先優勢都較明顯。三環集團也是目前全球唯一一家實現了從粉體到成品加工全產業鏈一體化的廠商，未來其在產能與成本上的問題一旦解決，將會使陶瓷手機部件的市場占有率加速提升。
參考來源：
甘學賢等.研磨設備和工藝參數對氧化鋯粉體粒度的影響
梁玥等.國產氧化鋯粉體的表面改性處理
上海證券報、華強微電子、光大證券等
