你觀察過自己的手機嗎?仔細看一下你的手機,大概率是由背板、中框、屏幕組成的三明治結構。其中的中框連接著背板和屏幕,里面藏著一臺手機全部的元器件,可以說中框是整個手機最重要的基礎。
它不僅需要牢固穩定,保護手機在跌落時不會變形導致背板或者屏幕破裂,而且還要精準開孔,讓手機的信號能夠穩定從這個“牢籠”中傳遞出去。同時,中框還要輕便好看,不然整個手機的手感都要大打折扣。

華為最新推出的Mate 70 Pro+手機搭載了業界首個高亮鈦玄武架構中框,相比Mate 60 Pro+,耐摔能力提升1倍,耐磨能力提升5倍。這是怎么做到呢?
為什么是鈦合金
早在2017年,華為的研發團隊就在著手將鈦引入到手機制造之中。彼時,手機行業正經歷著從4G到5G的時代變革。但當時市面上的手機中框無非塑料、鋁合金和鋼三種材料。塑料手感差、導熱差,結構強度也低;鋁合金導熱性強但強度低;鋼的強度高,但非常沉重。
為了能做出更強的手機,他們需要一種輕量化、高導熱、高可靠質量的材料來作為傳統材料。于是華為手機結構部的金屬材料專家黃禮忠把目標瞄向了經常被用作航天材料的鈦。

鈦金屬很早就開始被用作航天材料,因為其具有諸多優異的性能。鈦擁有金屬中最高的比強度(強度-密度比)。鈦的強度跟某些鋼相當,但卻還要輕45%。鈦的抗腐蝕能力也非常強,常溫下不和氧氣、鹵素及水反應。鈦的抗高溫和低溫的能力也非常優秀。但是鈦金屬本身的密度和導熱用作手機中框材料仍有不足。
但如果鈦和鋁這兩種輕質的金屬結合,邊框采用高強度高耐腐蝕的鈦合金,中板采用輕質高導熱的鋁合金,就可以更好地滿足手機中框材料的需求,兼顧輕質、高強度、高耐腐蝕、高導熱。當然這也意味著材料制備難度也就更高,對鈦和鋁的界面結合強度要求極高,如果界面結合強度不足會導致加工過程中的開裂問題,甚至在受到外力碰撞時就會發生崩裂。

經過團隊的不懈努力,2017年,他們的鈦鋁復合材料方案終于論證成功,并申請了“一種移動終端、結構件及其制造方法”國家發明專利。這項專利當時在材料領域已經領先業界。
從材料到產品
當鈦鋁復合材料方案到了可商用的狀態時,華為的產品材料專家朱旭卻開始思考,如何開發一種界面結合更可靠、更適合產品的方案?他把這個材料取名叫作“茉莉花”,只是現在“茉莉花”還只是一朵充滿能量的花蕾,想要開放,還需更多辛勤的澆灌。
“有無限進化潛力的技術才能為用戶帶來極致體驗”,于是,朱旭團隊創新性地將航天領域的“熱等靜壓”技術借用到手機材料的制作上。
熱等靜壓(Hot IsostaticPressing,簡稱HIP)工藝是將制品放置到裝有惰性氣體的密閉容器中,向制品施加各向同等的壓力,同時施以高溫,在高溫高壓的作用下,制品得以燒結和致密化。它就像是一種工藝的萬能鑰匙,可以把不同種的金屬有效地結合起來,實現物盡其用,提升產品的可靠性。

但從一種材料到成型的產品,中間還有著遙遠的距離。讓鈦與鋁在520°C高溫與120MPa高壓結合的航天級鈦鋁復合技術應用,無論是生產工藝還是生產設備,在國內都是一片空白,華為的研發團隊只能一點一點摸索。畫出的思維導圖被朱旭自己一次次否定。沒有巨人的肩膀可站,那就成為巨人,朱旭帶領團隊一遍遍實驗,自研燒結工藝,終于得到了第一塊坯體。
但當他興奮地測試材料的時候,這個備受期待的坯體竟然崩斷了。“應力”、“氧化物”、“設備問題”,各種可能開始充斥在朱旭的腦海中。不論如何,“數據是不會說謊的”。他決定回歸到最基本的材料學原理上,從測量產品尺寸、到分析界面原子擴散層的厚度,再到調整燒結工藝,終于得到了滿足強度需求的穩定的坯體。

盡管如此,這個穩定的坯體還是沒能達到預期。朱旭團隊對于坯體天線縫的設計最多在0.5毫米,超過就說明結構不合格,在使用中會出現可靠性的問題。但新的坯體的天線縫超過1毫米,鋁把縫隙脹開了。這在“熱等靜壓”理論上是不可能的。因為這個問題,朱旭甚至開始懷疑是不是一開始的方向就錯了。這是他在華為八年以來,最難的項目。最后朱旭提出了一個違反常識的方法——主動放寬縫隙,去吸收鋁的膨脹。在一片質疑聲之中,這一次終于成功了。
要好,還要好看
不同于業內的其他廠商,華為的鈦合金玄武中框汲取了珠寶工藝的靈感,將中框做成了高亮的質感。這是華為對于產品的一貫追求,不僅要好,還要好看。
鈦也是一種稀有金屬,這是由于在自然界中其存在分散并難于提取。它同時存在于幾乎所有生物、巖石、水體及土壤中。很多高奢手表品牌采用鈦金屬材質,其銀白色的光澤和不易腐蝕的特性深受大眾的喜歡。但正因如此,鈦的拋光技術是有比較高的難度的。

鈦及其合金具有某些難以拋光和各向異性的特性。各向異性行為意味著其性能在不同方向上發生變化,而且微觀結構的變化會產生α相機械孿晶,這使得在拋光過程中保持均勻的機械性能和表面光潔度具有挑戰性。此外,其高度穩定性、耐化學性層和硬質TiO?也使其難以通過機械或化學拋光去除。
華為的工程師借鑒了珠寶級的拋光工藝,對中框表面擦拭收光,結合自動化擦拭設備,去除鈦表面的不可見臟污,提高PVD(Physical Vapor Deposition,物理氣相沉積 )的膜層附著力,從而打造了兼顧亮度和涂層可靠性的高亮中框效果。通過20000秒鎢鋼CNC(Computer Numerical Control,數控加工)精密加工,18道珠寶級拋光工藝,Mate70 Pro+的高亮鈦玄武中框才最終成型。

這時的茉莉花才終于到了盛放的時候,“芬芳美麗滿枝丫”。《茉莉花》是中國人耳熟能詳的傳統歌曲了,也是世界上對中國認識最多的歌曲,甚至有“第二國歌”之稱。它贊美中國民間勞動人民之間質樸真誠的美好感情,道出人們對美好生活的熱愛和向往。
在科技日新月異的今天,面對著各種各樣的挑戰,華為始終堅信高質量才是華為持續走向未來的關鍵。華為歷時多年創造出前所未有的高亮鈦玄武機身,這一朵“芬芳美麗”的茉莉花凝聚了華為沉淀多年的質量理念和文化,本身就是最好的證明。