把氮化硅陶瓷也做成手機背板，現實嗎？

發布時間 | 2023-10-31 10:41 分類 | 粉體應用技術點擊量 | 726

稀土顏料氮化硅氧化鋯

導讀：?隨著智能手機技術的不斷發展和競爭的加劇，手機廠商們紛紛推出各種新的設計和創新，以吸引更多的消費者，陶瓷背板正是絕招之一。它的出現始于2012年夏普公司推出的一款陶瓷背板的智能手機，不...

隨著智能手機技術的不斷發展和競爭的加劇，手機廠商們紛紛推出各種新的設計和創新，以吸引更多的消費者，陶瓷背板正是絕招之一。它的出現始于2012年夏普公司推出的一款陶瓷背板的智能手機，不過因技術和成本問題，當時陶瓷背板只應用于少數高端品牌。但隨著加工技術的發展，陶瓷背板應用范圍也越來越廣，像小米、華為、vivo、OPPO、三星等品牌都相繼推出了使用陶瓷背板的產品。

氮化硅也想加入？

在陶瓷基板領域，主角幾乎都是氧化鋯陶瓷，不過最近研究學者似乎開始打起了氮化硅的主意。與氧化鋯相比，氮化硅被研究者認為是一種更加優異的、極具潛力的手機背板材料，尤其是晶須增韌氮化硅陶瓷。理由如下：

（1）氮化硅陶瓷抗沖擊韌性更高，不容易碎裂，在機加工時不易損壞，成品率更高；

（2）氮化硅陶瓷熱導率高，是氧化鋯陶瓷的10倍以上，散熱更加容易，因此，在手機高速運行或者電池充放電時產生的熱量容易散去，有利于手機的正常運行、避免卡慢等現象；

（3）氮化硅陶瓷介電損耗比氧化鋯低兩個數量級，對手機信號更加透明，在信號較弱的環境更容易通信通暢；

（4）氮化硅陶瓷的硬度更高，密度比氧化鋯低，能夠有效地降低機身質量，成本和氧化鋯接近；

（5）氮化硅陶瓷屬于無色陶瓷，著色相對容易，且著色效果較好，同樣具有類似于玉石的質感，適用于例如中高端手機外殼。

因此，采用氮化硅陶瓷材料作為通信裝置手機背板材料，一定程度上能夠彌補目前氧化鋯手機背板材料的不足，確實有一定前景。

氮化硅基板

氮化硅手機背板的制作要點

①顏色控制

純Si₃N₄由于高禁帶寬度（3.5 eV~5.5 eV）而呈現透明，但Si₃N₄陶瓷制備過程中由于添加劑、雜質和燒結條件等影響而呈灰色。然而，單一的灰色并不能滿足消費者對電子產品外觀色彩多樣性的需求。

為了解決顏色單一的個問題，就需要像氧化鋯一樣添加著色劑來實現。據研究，陶瓷釉料、過渡金屬氧化物等大部分顏料在高溫下會分解或揮發，不適用于制備預定顏色的Si₃N₄陶瓷。而稀土氧化物形成的硅酸鹽晶間相熔點高，在高溫下能形成液相促進Si₃N₄燒結。此外，耐高溫的稀土氧化物不僅能促進致密化，而且由于稀土金屬離子的f-f電子躍遷，能使Si₃N₄呈現不同的顏色。

稀土金屬中包含有鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)。Liu等發現，以稀土氧化物Eu₂O₃、Nd₂O₃和Dy₂O₃為著色劑時，Si₃N₄陶瓷分別呈黃色、藍綠色和黃綠色。Herrmann等也表明，在Si₃N₄中加入不同的稀土氧化物離子可以對Si₃N₄進行著色，如Yb³⁺可以使Si₃N₄陶瓷呈現棕色或綠色。Er₂O₃具有優異的光學性能，可作為添加劑用于粉紅色陶瓷。

彩色Si₃N₄陶瓷光學照片

除此之外，也有科學家指出，著色劑以稀土金屬的碳酸鹽、硝酸鹽和/或乙酸鹽的形式加入，這是特別有利的，因為稀土金屬的碳酸鹽、硝酸鹽和/或乙酸鹽在燒結過程中能夠形成相應稀土金屬的氧化物而不殘留任何雜質元素。

②成型、燒結

Si₃N₄陶瓷的成型可通過注射成型、干壓成型或流延成型工藝來實現。但對于薄片以及復雜形狀的陶瓷材料，流延成型無疑是個好選擇，目前市面上的手機陶瓷背板大多由流延成型工藝制作而成，具有工藝穩定、生產效率高和產品質量好等優點。實際操作中，可以根據需要將待成型物料流延為具有目標厚度的板材，例如厚度為0.4 mm～0.6mm的流延膜。