CN115073185A - 一种绿色氮化硅手机背板材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绿色氮化硅手机背板材料，所述绿色氮化硅手机背板材料是以硅粉或硅粉和氮化硅粉、绿色着色剂以及烧结助剂作为原料，再经混合、成型和烧结后得到；所述氮化硅粉体或/和硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、绿色着色剂以及烧结助剂的质量比为（78～94.5）：（0.5～10）：（5～12）。

Description

一种绿色氮化硅手机背板材料
技术领域
本发明涉及一种高韧性、高强度的绿色氮化硅陶瓷手机背板材料及其应用，属于陶瓷材料的制备工艺和应用领域。
背景技术
随着通信设备的飞速发展，人们生活水平的不断提高，手机等电子产品已经成为我们生活中的必需品。为满足未来手机的5G通信、无线充电功能和OLED等要求，手机外观配件去金属化趋势已经明确。目前手机背板的主要材料为金属、塑料、玻璃和陶瓷四大类。比较而言，塑料价格低，但是介电损耗高；而玻璃材质，价格中等但硬度低热导率低；金属材料对5G信号以及无线充电功能会有一定的电磁屏蔽性；陶瓷材料硬度高，耐酸碱腐蚀，长期使用不会出现划痕和变色，质感较好，且不存在信号屏蔽的问题。但是其制备相对困难。
目前常用的陶瓷手机背板材料为氧化锆陶瓷，氧化锆陶瓷密度较大，抗冲击性较差，成品率较低，导致成本大幅提高，限制了其广泛应用。氮化硅陶瓷的密度较小，质量轻，更易于携带，且氮化硅陶瓷的抗冲击性和强度较高，使后期加工成品率较高，所以力学性能较好实用性高和成本可控使其更能适应未来手机通讯的要求。着色方面，通过优化烧结工艺，可得到可见光透过率较高的氮化硅陶瓷，也可以通过改变添加剂种类的方式来得到不同的颜色。所以，综合各方面，氮化硅陶瓷是手机背板的优选材料。目前没有文献报道制备绿色的氮化硅陶瓷。
发明内容
针对上述问，本发明的目的在于提供了绿色氮化硅手机背板材料及其应用。
一方面，本发明提供了一种绿色氮化硅手机背板材料，所述绿色氮化硅手机背板材料是以硅粉(或硅粉和氮化硅粉体)、绿色着色剂以及烧结助剂作为原料，再经混合、成型和烧结后得到；所述硅粉(或硅粉和氮化硅粉体)的质量按照换算成氮化硅粉体、绿色着色剂以及烧结助剂的质量比为(78～94.5)：(0.5～10)：(5～12)；其中，所述绿色着色剂包括碳化硅前驱体、酚醛树脂中的一种或多种。
在本发明中，本发明人综合考虑到绿色氮化硅陶瓷手机背板材料需要满足力学性能、颜色和电学性能等多方面要求：(1)力学性能方面，韧性需达到10MPa·m1/2以上，强度相对较高。目前多采用热压烧结的方式提高氮化硅陶瓷的断裂韧性，无法用于制备结构复杂且需控制成本的手机背板材料。(2)颜色方面，不同颜色的氮化硅需要不同的烧结助剂和着色剂来调控。烧结助剂包括2类，一类是Al2O3、AlN、CaO、MgO等中的至少一种，另一类是Y2O3和镧系稀土氧化物。电学性能方面，主要是介电常数和损耗。所用的添加剂，需要控制介电损耗尽可能低，以保持对微波透明。
基于上述考虑和大量前期实验研究，本发明人提出了对于氮化硅陶瓷的颜色(绿色)、力学性能、以及电性能同时调控的方案，可以弥补目前手机背板材料的不足。其中烧结助剂和着色剂的种类和含量，以及烧结工艺是制备绿色氮化硅手机背板材料的决定性因素。
在本发明中，绿色着色剂为碳化硅，本发明采用原位生成的方式来使碳化硅充分分散在氮化硅陶瓷材料中。此方法可以使制备得到的氮化硅陶瓷颜色分布更加均匀，而碳化硅本身具有较高的升华温度适合做高温添加剂，不容易发生分解，且具有相当低的化学活性，高热导性及高最大电流密度，与微波辐射有很强的耦合作用，在液相充足的情况下均匀分布可以使氮化硅呈现绿色。
较佳的，所述烧结助剂包括：Al2O3、AlN、CaO、MgO中的至少一种，以及稀土氧化物；所述稀土氧化物选自Y2O3和镧系稀土氧化物，选自由镧(La)氧化物、钷(Pm)氧化物、钆(Gd)氧化物、铽(Tb)氧化物、镝(Dy)氧化物、铥(Tm)氧化物、镥(Lu)氧化物组成的组中的至少一种，优选的是镧(La)氧化物、钆(Gd)氧化物和镝(Dy)氧化物中至少一种。烧结助剂之间互相反应或与氮化硅中的SiO2反应在较低温度即可形成液相，低粘度的液相使氮化硅扩散速率加快，色料在氮化硅中的均匀分布，促进了晶粒的生长进而提高了氮化硅的致密性和力学性能，同时降低了材料的烧结温度，使氮化硅颜色更稳定。
较佳的，所述氮化硅粉的粒径为0.5μm～10μm，优选0.5～5μm。原料粉体控制在此范围，不会因为过细导致颗粒团聚，吸附环境中的异质分子，影响着色剂的均匀分布继而影响材料的最终显色。
较佳的，所述硅粉的粒径为0.5μm～30μm，优选0.5～10μm。
较佳的，所述绿色着色剂的粒径为0.5～5μm。此粒度范围的着色剂有益于其在液相中的快速扩散，可以均匀致色。
较佳的，所述烧结助剂的粒径为0.5～10μm。粒径控制在此范围的烧结助剂有利于形成低粘度的液相，使液相均匀分布，提高氮化硅的致密性和力学性能。使着色剂均匀分布，提高致色性。
较佳的，所述原料中还包含分散剂、粘结剂和塑性剂中的至少一种。
又，较佳的，所述分散剂为三油酸甘油酯、磷酸脂、蓖麻油、鲱鱼油、抗坏血酸和松油醇中的至少一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛和聚甲基丙烯酸甲酯中至少一种；所述塑性剂为邻苯二甲酸二丁酯和和邻苯二甲酸二丁卞酯中至少一种。
又，较佳的，所述分散剂的加入量为硅粉(或硅粉和氮化硅粉体)的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的0.5～4％；所述粘结剂的加入量为硅粉(或硅粉和氮化硅粉体)的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的0.5～10％；所述塑性剂的加入量为硅粉(或硅粉和氮化硅粉体)的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的0.5～10％。
较佳的，所述成型方式为干压成型和等静压成型中的至少一种、注射成型、注浆成型、凝胶注模成型、或流延成型。
较佳的，所述烧结的方式为无压烧结、气压烧结、或高温等静压烧结，优选为气压烧结；所述气压烧结的参数包括：烧结温度为1700～1950℃；烧结时间为1小时～24小时；烧结气氛为氮气气氛，气压为0.1MPa～10MPa。
又，较佳的，当原料中含有硅粉时，在烧结之前，将成型得到的坯体置于氮气气氛中，在1300～1450℃下氮化处理5～10小时。
另一方面，本发明制备了种由上述绿色氮化硅手机背板材料制备的手机背板，所述手机背板的厚度可为0.4μm～40mm。
有益效果：
本发明基于氮化硅陶瓷手机背板的应用背景和要求，提出了绿色陶瓷手机背板的制备方法。本发明提出的绿色氮化硅手机背板材料，密度3.2～3.4g/cm3，韧性可以达到12MPam1/2。强度为500～1100MPa，热导率为20～60W/m·K，介电常数为7.4～9.4，介电损耗正切值为2～5×10-4。
本发明采用绿色氮化硅作为手机背板材料，不仅制备工艺简单，能保证和氧化锆成本相近。且力学性能和电学性能各方面更加优异，耐摔耐磨，易于散热，除此之外，氮化硅质量相对较轻、而陶瓷材料本身就质感较好，传输信号较为通畅，而绿色氮化硅使陶瓷材料更加丰富，从而有更多的应用，所以本发明提出的绿色氮化硅陶瓷材料是极具潜力的新型手机背板优选材料。
附图说明
图1为实施例2中制得氮化硅断面的SEM图；
图2为实施例3中制备得到的氮化硅XRD图；
图3为实施例3中制备得到的氮化硅的EDS图；
图4为实施例3中制备得到的氮化硅的EDS图；
图5为氮化硅实物图；
图6为实施例1-6和对比例1中烧结加工后氮化硅的波长反射率曲线对比图，从图6中可以看出未加着色剂的对比样没有明显的反射峰，而加入着色剂的几个实施例样品反射率峰值均在500-600nm波长之间，属于人眼视感曲线图中绿色波长范围。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
在本公开中，通过添加着色剂或者通过烧结助剂着色的方法实现氮化硅的颜色调控，制备得到绿色氮化硅陶瓷手机背板材料。具体地，所述绿色氮化硅陶瓷手机背板材料按照原料和制备工艺不同主要分为两类：A类采用氮化硅粉体作为硅源，通过直接烧结来制备；B类是采用Si粉为硅源(仅Si粉、或Si粉和Si3N4混合粉)，通过硅粉氮化后，再进行烧结工艺来制备。
在可选的实施方式中，绿色着色剂包括：(i)碳化硅前驱体，如派松(polyborodiphenlysiloxane，PBDPSO)、聚二甲基硅烷、聚钛碳硅烷、聚锆碳硅烷和聚碳硅烷等；(ii)酚醛树脂；其中一种或几种的组合。碳化硅前驱体和酚醛树脂均为高温裂解后与Si反应生成SiC作用于Si3N4中致色。本发明选用着色剂主要是通过高温下均匀分布在氮化硅材料内部致色，稳定性较好。着色剂加入量可为氮化硅粉体或者硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、绿色着色剂和烧结助剂总质量的0.5～10％。若是着色剂加入过量，液相的含量以及组成无法得到合适的调节，促使其生成长径比较大的柱状晶过多或过少，那么材料的致密性和力学性能将会降低，无法满足应用。
目前阶段制备绿色氮化硅陶瓷材料的困难在于多数陶瓷颜料在高温状态下容易分解而不再致色或色彩减弱，因此目前的研究是选用合适的配方，降低烧结温度，避免颜料高温分解或褪色，无法达到想要的颜色以及稳定颜色。
本发明中，主要采用的碳化硅前驱体和硅粉原位生成碳化硅，碳化硅前驱体属于聚合物，分子本身结构和性能较稳定，但分子内有活性官能团，受热后可发生反应分解转换或交联。组成元素简单，非Si、C元素成分少，转化率高，可获得较高纯度的碳化硅。而高纯度的氮化硅分布在氮化硅中起到着色的作用，可以使颜色更加均匀。且此方法有利于在低温形成液相，提高材料的致密性和力学性能，在高温下依然能较好地保持颜色的同时又不影响材料的介电性能。
在更优选的实施方式中，绿色着色剂可为碳化硅前驱体聚碳硅烷、酚醛树脂其中一种或几种的组合。
在可选的实施方式中，烧结助剂包括2类，一类是Al2O3、AlN、CaO、MgO等，另一类是稀土氧化物，包括Y2O3和镧系稀土氧化物的至少一种，优选的是钆(Gd)和镝(Dy)。其中，两种类型烧结助剂之间的质量比可为(0.1～5)：1。烧结助剂互相反应形成新的相或与氮化硅颗粒表面的SiO2反应形成硅酸盐液相，使着色剂在氮化硅陶瓷内部均匀分布，同时减少气孔含量，促进材料致密，提高氮化硅陶瓷的力学性能，低熔点的硅酸盐相能够有效的降低材料的烧结温度，继而降低了成本。烧结助剂加入量为氮化硅粉体或者硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的5～12％。
以下具体说明A类绿色氮化硅陶瓷手机背板材料及使用其制备手机背板的方法。
将氮化硅粉体、绿色着色剂和烧结助剂分散于含有分散剂、粘结剂、和塑性剂的有机溶剂中，得到浆料。所述有机溶剂可为乙醇、丁酮、甲苯、正己烷、甲醇、二甲苯、正丙醇和正丁醇中的至少一种，优选为乙醇/丁酮、乙醇/甲苯、乙醇/正己烷、丁酮/甲醇、二甲苯/正丙醇、或二甲苯/正丁醇。一些实施方式中。所述有机溶剂的加入量可为氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂的总质量的20-80wt％。所述分散剂包括但不限于三油酸甘油酯、磷酸脂、蓖麻油、鲱鱼油、抗坏血酸、松油醇等。所述分散剂的加入量可为氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂的总质量的0.5-4wt％。粘结剂可为聚乙烯醇缩丁醛或/和聚甲基丙烯酸甲酯，加入量可为氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂体系总质量的0.5～10wt％。塑性剂为邻苯二甲酸二丁酯DBP或/和邻苯二甲酸二丁卞酯BBP，加入量可为氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂体系的总质量的0.5～10wt％。所述氮化硅粉体的粒径可为0.2～10μm，此范围使陶瓷更容易烧结致密。
随后，将混合浆料成型制成坯体。成型工艺，可以包括流延成型、干压-冷等静压、注浆成型以及凝胶注模成型、注射成型等多种工艺。
将成型后的坯体在氮气气氛中、1700～1950℃下烧结1～24h，得到氮化硅陶瓷。所述烧结方式包括无压烧结、气压烧结和高温等静压烧结。气压烧结的气压可为0.1-10MPa。所述烧结气氛可为氢气和氮气的混合气体(H2：N2＝5：95)、氮气等。所述烧结过程的升温速率为1-10℃/分钟，优选为5℃/分钟。
以下具体说明B类绿色氮化硅陶瓷手机背板材料及使用其制备手机背板的方法。
在混合浆料的制备过程中，所述硅粉的粒径在1-20μm之间，在这个范围内可以确保硅粉完全氮化，并经过随后的烧结过程得到致密的氮化硅陶瓷材料。
硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体，和A类方法中氮化硅粉体的质量相当。
另外，B类绿色氮化硅陶瓷手机背板材料在烧结前，还包括氮化的步骤。一些实施方式中，所得坯体于氮气气氛下在1300-1450℃保温5-10h进行氮化处理。在氮化处理结束后，再将坯体在1700-1950℃下烧结1-24h，得到绿色氮化硅陶瓷手机背板材料。
本发明中，采用阿基米德排水方法测得氮化硅陶瓷的致密度为98-99.9％。采用激光热导仪测得氮化硅陶瓷的热导率为20-60W·m-1·K-1。采用单边切口梁法测得氮化硅陶瓷的韧性为9.5MPa·m1/2以上，甚至达到12MPa·m1/2。采用三点弯曲抗弯强度测得氮化硅陶瓷的强度为500-1100MPa。本发明采用X-Rite Ci64分光测色仪测得氮化硅陶瓷光谱反射率峰值均在绿色波长范围(510-570nm)内，a*＜0，颜色显示为绿色。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。若无特殊说明，下述实施例中氮化硅粉体的粒径一般为0.2～10μm。所述硅粉的粒径在1-20μm之间。所述低温烧结助剂体系的粒径分布为0.5～10μm。
实施例1
将39g硅粉、27.83g氮化硅粉体和1.6g派松以及烧结助剂8g氧化铝和氧化钇添加在100g乙醇中，氧化铝和氧化钇的重量比例为2:5。采用1g三油酸甘油酯作为分散剂，0.6gPVB为粘结剂球磨2h，过100目筛。采用干压-冷等静压制备素坯。脱粘后在气压炉中以5℃/min的升温速率达到1800℃，保温2h实现烧结。材料性能和颜色参数见表1所示。
实施例2
将200g硅粉和34g氮化硅粉体和3g酚醛树脂以及烧结助剂20.2g氧化铝和氧化钇添加在50g乙醇中，氧化铝和氧化钇的重量比例为2:5。采用1g三油酸甘油酯作为分散剂，0.6g PVB为粘结剂球磨7h，过100目筛。采用干压-冷等静压制备素坯。脱粘后在气压炉以5℃/min的升温速率达到1850℃，保温4h实现烧结。可以得到致密的氮化硅陶瓷。可以得到致密、完整的氮化硅陶瓷。从附图1制得氮化硅断面的SEM形貌图可以看出，致密性较好，气孔很少，生成了许多长柱状β-Si3N4晶粒，晶粒呈无序性交叉排列，除晶粒外还观察到有部分液相，分布于晶粒与晶粒之间。且仔细观察发现有晶粒拔出的现象，晶粒拔出消耗能量，使断裂韧性得到了一定的提高。材料性能和颜色参数见表1所示。
实施例3
将137.69g硅粉、2.1g聚碳硅烷以及12.8g烧结助剂氧化钇、氧化铝和氧化镁添加在38g乙醇中，氧化铝和氧化钇、氧化镁的重量比例为3:4:1。采用2g三油酸甘油酯作为分散剂，球磨5h后加入5g PVB为粘结剂，再次球磨2h后干燥，过100目筛。采用干压-冷等静压制备素坯。脱粘后在气压炉中烧结，以5℃/min的升温速率达到1900℃，保温2.5h实现烧结。可以得到致密的氮化硅陶瓷。制备得到的氮化硅陶瓷进行XRD测试分析得到数据如图2所示，由图可知，生成的氮化硅陶瓷中除了氮化硅相还检测到了SiC相，说明聚碳硅烷和硅粉反应生成了碳化硅，并以晶粒的形式存在于氮化硅陶瓷中。对制备得到的氮化硅进行EDS测试分析得到数据如图3和图4所示，发现元素Si、Mg、Al、N、O、Y存在于第二相，这与XRD分析相一致，说明碳化硅确实以晶粒的形式存在于氮化硅中。材料性能和颜色参数见表1所示。
实施例4
将259.5g硅粉、8g聚碳硅烷和38g烧结助剂氧化镁和氧化钇添加在98g乙醇/丁酮溶剂体系(乙醇和丙酮质量比为35：65)中，氧化镁和氧化钇的重量比例为3:5。采用3.5g三油酸甘油酯作为分散剂，球磨5h后加入0.6g PVB为粘结剂，12g DBP为塑性剂，再次球磨3h后脱泡、流延，并制备出厚度0.6mm的流延膜。流延膜脱粘后在气压炉中以5℃/min的升温速率达到1800℃，保温3h实现烧结。可以得到致密的氮化硅陶瓷背板。从附图5中可以看到制得的氮化硅陶瓷呈绿色。材料性能和颜色参数见表1所示。
实施例5
将270.33g硅粉和34g氮化硅粉体、4g聚二甲基硅烷和32g烧结助剂氧化铝和氧化钇添加在38g乙醇/丁酮溶剂体系(乙醇和丙酮质量比为35：65)中，氧化铝和氧化钇的重量比例为2:5。采用0.8g三油酸甘油酯作为分散剂，球磨10h后注浆成型。素坯脱粘后在气压炉中1400度保温8h氮化，氮化后在气压炉中以5℃/min的升温速率达到1850℃，0.5MPa N2气氛中保温2h实现烧结。可以得到致密、完整的氮化硅陶瓷背板。材料性能和颜色参数见表1所示。
实施例6
将44.41g硅粉、31.68g氮化硅粉体和14g聚锆碳硅烷以及烧结助剂9g氧化铝、氧化钇和氧化镁添加在100g乙醇中，氧化铝、氧化钇和氧化镁的重量比例为3:4:1。采用1g三油酸甘油酯作为分散剂，0.6g PVB为粘结剂球磨2h，过100目筛。采用干压-冷等静压制备素坯。脱粘后在气压炉中以5℃/min的升温速率达到1800℃，保温2h实现烧结。可以得到致密、完整的氮化硅陶瓷。材料性能和颜色参数见表1所示。
对比例1
为了和实施例1进行对比，补充对比例1，其制备过程如下：将105.4g氮化硅粉体和烧结助剂8g氧化铝和氧化钇添加在100g乙醇中，氧化铝和氧化钇的重量比例为2:5。采用1g三油酸甘油酯作为分散剂，0.6g PVB为粘结剂球磨2h，过100目筛。其工艺与实施例1完全相同，制得材料性能和颜色参数见表1所示。
表1为本发明制备的氮化硅背板材料的组分及其制备参数：
Figure BDA0002977167880000081
表2为本发明制备的氮化硅背板材料的性能参数：
Figure BDA0002977167880000082
Figure BDA0002977167880000091

Claims (10)

1.一种绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述绿色氮化硅手机背板材料是以硅粉或硅粉和氮化硅粉、绿色着色剂以及烧结助剂作为原料，再经混合、成型和烧结后得到；所述氮化硅粉体或/和硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、绿色着色剂以及烧结助剂的质量比为（78～94.5）：（0.5～10）：（5～12）。
2.根据权利要求1所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述绿色着色剂包括：碳化硅前驱体、酚醛树脂中的至少一种；优选地，所述碳化硅前驱体选自派松、聚二甲基硅烷、聚钛碳硅烷、聚锆碳硅烷和聚碳硅烷中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述烧结助剂包括两类：一类是Al2O3、AlN、CaO、MgO中的至少一种，另一类是稀土氧化物；所述稀土氧化物包括Y2O3和镧系稀土氧化物的至少一种，优选为氧化钆和氧化镝中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述氮化硅粉的粒径为0.5μm～10μm，所述硅粉的粒径为0.5μm～30μm，所述绿色着色剂的粒径为0.5μm～5μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述原料中还包含分散剂、粘结剂和塑性剂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述分散剂为三油酸甘油酯、磷酸脂、蓖麻油、鲱鱼油、抗坏血酸和松油醇中的至少一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛和聚甲基丙烯酸甲酯中至少一种；所述塑性剂为邻苯二甲酸二丁酯和和邻苯二甲酸二丁卞酯中至少一种。
7.根据权利要求6所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述分散剂的加入量为氮化硅粉体或/和硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的0.5～4%；所述粘结剂的加入量为氮化硅粉体或/和硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的0.5～10%；所述塑性剂的加入量为氮化硅粉体或/和硅粉的质量按照换算成氮化硅粉体、着色剂和烧结助剂总质量的0.5～10%。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述成型方式为干压成型和等静压成型中的至少一种、注射成型、注浆成型、凝胶注模成型、或流延成型。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，所述烧结的方式为无压烧结、气压烧结、或高温等静压烧结，优选为气压烧结；所述气压烧结的参数包括：烧结温度为1700～1950℃；烧结时间为1小时～24小时；烧结气氛为氮气气氛，气压为0.1MPa～10MPa。
10.根据权利要求9所述的绿色氮化硅手机背板材料，其特征在于，当原料中含有硅粉时，在烧结之前，将成型得到的坯体置于氮气气氛中，在1300～1450℃下氮化处理5～10小时。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115466124A (zh) * 2022-09-26 2022-12-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种橙色系/黄色系氮化硅陶瓷及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101774809A (zh) * 2010-03-05 2010-07-14 中国兵器工业第五二研究所 自蔓燃制备氮化硅复合碳化硅粉体的方法
CN108947539A (zh) * 2018-09-11 2018-12-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种用于手机背板的氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN111533562A (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 黑色氮化硅陶瓷手机背板材料及使用其制备手机背板的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101774809A (zh) * 2010-03-05 2010-07-14 中国兵器工业第五二研究所 自蔓燃制备氮化硅复合碳化硅粉体的方法
CN108947539A (zh) * 2018-09-11 2018-12-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种用于手机背板的氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN111533562A (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 黑色氮化硅陶瓷手机背板材料及使用其制备手机背板的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周张健编著: "《无机非金属材料工艺学》", 31 January 2010, 中国轻工业出版社 *
沃丁柱方编: "《复合材料大全》", 31 January 2002, 化学工业出版社 *
王亚洲等: "聚合物陶瓷先驱体材料的合成与应用", 《中国胶粘剂》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115466124A (zh) * 2022-09-26 2022-12-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种橙色系/黄色系氮化硅陶瓷及其制备方法和应用

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