3分钟科普：为什么目前手机上7075超硬铝材质是最耐摔的为什么手机「3分钟科普：为什么目前手机上7075超硬铝材质是最耐摔的」

这篇文章旨在让你最短的时间内明白为什么7075铝是目前手机上最合适的材料（比7075铝还好的只有TC4钛合金，但是目前成本难以压缩到做整个后盖或者中框的程度）。

在文章开头咱们先来了解几个概念：

应力：表示作用在单位面积上的力的大小，单位为牛顿每平方米，当然这个单位还有个别名叫帕斯卡。更大的单位比如1kPa=1000Pa，1MPa=100万Pa，1GPa=10亿Pa。比如，如果有100万牛顿的力均匀作用在一块截面积为1平方米的金属上，金属内部截面受到的应力为1MPa。

应变：表示金属受到应力之后，相比原来长度产生的形变。比如一块金属原来长1米，受到应力后长度变成1001毫米了，应变就是0.001.

弹性模量：金属应力和应变的比值为弹性模量，因为应变无量纲，因此单位依然为Pa。假如一块金属受到1MPa的应力产生十万分之一的应变，那么金属的弹性模量为100GPa。金属的弹性模量都在30GPa以上，合金的弹性模量一般和纯金属相同，比如镁合金和镁金属弹性模量都是45GPa，铝合金和铝金属弹性模量都是70GPa，铁和钢、不锈钢弹性模量一般都是200GPa。

金属材料形变曲线：简化模型给出，金属材料在受到应力之后，会发生形变。在某个力之下，金属材料原子之间不发生相对移动，此时去掉应力金属依然维持原来的形状；大于该应力时，金属原子之间发生相对移动，即发生塑性形变，此时金属的形状就被改变了。当应力再大，以至于大于某个值时，金属材料断裂。

屈服强度：让金属不发生塑性形变最大的应力。

拉伸强度：让金属不发生断裂最大的应力。

在了解上述材料力学概念之后，你就可以了解手机为什么目前，7075铝依然是最好的材料。

首先我们了解一下手机防摔是要达到什么样的目标。实际上，目标就是在屈服强度以内尽可能的吸收冲击能。不能大于屈服强度，大于屈服强度的应力会导致金属形变，反映到手机上就是你手机机身和边框摔了个坑。

能量等于力乘以距离，而力又等于应力乘以面积。假设两个中框截面积相似，长度也相似。截面积相似，意味着相同应力，两个中框的冲击能吸收力相似。距离呢？距离主要和弹性模量有关，弹性模量越大，相同应力下应变越小，反映到这个中框上，意味着吸收能量的距离越小。因此，我们得到中框第一定律：最佳的手机中框应当是弹性模量比较小的，因而可以有较大的距离吸收冲击能。

前面提到，手机吸收冲击能的应力不能大于屈服强度，否则手机就摔出坑了。因此，一部手机中框能吸收能量可以用公式最大力×距离=屈服强度×中框面积×距离表示。中框面积相同的情况下，我们就找屈服强度最大的材料。

但是这还不是全部。前面的讨论基于中框截面积一样，但是我们都知道，手机中框设计考虑的因素是同重量而非同面积。因此，铝合金中框截面积肯定比钛合金更大。考虑到这个因素，我们可以得到的是比屈服强度，当两个中框长度一样，密度不一样而比屈服强度一样时，假设两个中框弹性模量相同，二者可以吸收一样多的冲击能量。因此手机中框设计第二定律：我们应该找比屈服强度最大的材料。

那么最终一个中框可以吸收的能量，基本上可以表示为比屈服强度和弹性模量倒数的乘积。我们算出7075铝合金的数据来做一个基准。7075铝的屈服强度为430MPa，密度为2.7，弹性模量为70GPa，因此它的冲击能吸收值近似表示为430/2.7/70=2.27。

塑料的弹性模量很低，那么塑料是不是一种很合适的冲击能吸收材料呢？不是，因为塑料的强度很低（塑料没有明显的屈服强度）。塑料的强度约为20MPa，密度1.4，而弹性模量约为10GPa，最终算出来的值为1.4。虽然不比7075铝大，但是注意这个值依然不小，因此很多的塑料中低端机实际上很耐摔。

接下来算304不锈钢。304不锈钢密度7.8，屈服强度约为700MPa，弹性模量约为200GPa，算出来的值为0.44.换句话说，长度重量一样而截面积不一样的铝板和不锈钢板从同样高度跌落，肯定是不锈钢板先出坑。

最后算钛合金。TC4的屈服强度约为900MPa，弹性模量约为110GPa，密度4.5。所以可以计算出钛合金的值为1.8，实际上也是不如7075铝的。因此，钛合金的边框实际上还是不如7075铝耐摔。

纯钛呢？TA2的屈服强度只有约区区300MPa（大概是6061铝合金，也就是苹果5S的边框材质的水平），密度4.5，弹性模量110GPa。因此，可以算出值为0.6，只比不锈钢稍微耐摔一点点。

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