TW201209010A - The composition and application of mica/born nitride ceramic composite powder - Google Patents

Description

201209010 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關係一種複合材料之組成及應用；該複合材料為雲 母及氮化硼粉體組成之無機粉體複合物；該無機粉體複合物應 用於複合工程塑膠領域。 【先前技術】 複合材料之定義為兩種或兩種以上物理或化學性質不同的 物質組合而成的一種多相固體材料。而在複合材料中通常有一 項為連續相，其為基質材料；另二為分散相，其為增強材料。 先前技術中，有相當多實例分別敘述以雲母粉體或氮化，粉體 作為複合材料之分散相材料，增加複合材料之功能與用途。 以雲母粉體之應用為例：中華民國專利丁界127429以雲母 粉體作為其一添加物，製作耐火、耐熱、及防水性佳之防火複 合板材，中華民國專利TW 208697發表以雲母粉體作為紫外 光遮斷劑，應用於化妝品領域；中華民國公開專利Tw 200619293，以雲母作為添加材料，應麟高拉力強度、高彈 性/或小厚度之複合材料製作；中華民國專利TW 557315發表 以雲母粉體作為汽車防撞桿的填充材料，其可降低成本、且維 持衝擊強度及抗張強度。 而以氮化硼粉體之應用為例··美國專利US6831〇31以氮化 硼作為塑膠之添加材料，用於高熱傳導工程塑膠領域；中華民 國專利TW 1326298發表將氮化蝴粉體添加至塗料中，具有散 熱及反光之效果。 3 201209010 綜合先敎獻諸之論述，雲讀體及氮化膽體於工程 塑料之朗領齡，其二者所造成之效益相為：雲母粉體添 加物之功能包含增強_之秋性、耐錄、抗㈣度耐衝 擊強度、抗料線能力、增加紐形溫度、及電_緣等功能； 而氮化领粉體添加物之功能包含增強塑料之熱傳導能力、反光 效果、及高白度等功能。 然而，雲母粉體添加之工程塑料之缺點在於其歸顏色暗 沈且無光澤，並且熱料能力普普㈣房敏）。*以氮化蝴 粉體應用於工程複合塑料製作時，其缺點在於氮化蝴之分散性 差，因此產生之複合塑料之品質不易控制；另外氮化硼價格昂 責，造成複合塑料之材料成本極高，而無法大規模用於消費性 電子產品之應用領域。 【發明内容】 本發明之目的在提供一種複合陶瓷粉體，其為雲母及氮化 硼粉體之合金複合材料，為一新式粉體複合材料，其同時具備 雲母及氮化硼之特性與功能。 另外’本發明亦提出陶瓷粉體複合塑膠材料，其為添加雲 母/氮化硼合金粉體之複合塑膠，其解決單一填充材料之缺 點··解決氮化硼填充料分散問題；以及雲母填充複合塑料無光 澤及顏色暗沈等問題。且陶瓷粉體複合塑膠材料同時具備雲母 複合塑料及氮化硼複合塑料之功能與優點：具有優異之耐火 性、耐熱性、抗拉強度、耐衝擊強度、抗紫外線能力、電氣絕 緣能力、熱變形溫度、熱傳導性質、熱擴散性質、低比熱、光 201209010 澤度、白度、以及低成本等功能與特色。 【實施方式】 本發明之複合式陶瓷粉體之組成，包含10%-90%重量 百分比之雲母粉體及90%-10%重量百分比之氮化蝴粉體，該 二固鱧粉體均勻分佈，其中前述之雲母粉體為平均粒徑1微 米〜25微米之鱗片狀粉體，粉體種類包含黑雲母(Bi〇tite)、金 雲母(Phlogopite)、白雲母(Muscovite) ' 絹雲母(Sericite)、鋰 雲母(Lepidolite)、鐵經雲母(Zinnwaldite)、或以上各種類之混 合種類；而氮化蝴粉體為平均粒徑1微米〜5〇微米之鱗片狀、 鱗片狀聚集或球狀粉體’種類包含六方氮化硼、立方氮化硼、 密排氮化蝴、或以上各型態之混合型態。 將前述之雲母粉體及氮化硼粉禮經過高溫燒結處理，產 生雲母及氮化硼合金粉體，其中燒結溫度為3〇〇〇C〜1250。(：， 燒結時間為1〜12小時。 另外’將前述之複合式陶瓷粉體以偶合劑作表面處理， 增強複合式陶瓷粉體與有機材料之分散及橋接效果，偶合劑 之添加量為複合式陶瓷粉體重量之〇 2%^3% ;其中偶合劑種 類包含碴燒類(Sliane)偶合劑、鈦酸酯類(Titanate)偶合劑、結 酸醋類(Zirconate)偶合劑、有機鉻絡合物類（Chr〇mium Complex)偶合劑、或以上各種偶合劑之混合劑。 本發明更包含一種雲母/氮化硼複合塑膠材料，其成分包 含雲母/氮化删複合式陶瓷粉體、有機樹脂、及偶合劑。其中 201209010 有機樹脂種類包含熱塑型樹脂、熱固型樹脂或光交聯型樹 脂’而偶合劑之功能在於作為無機粉體及有機樹脂之架橋 劑’有助於無機粉體之分散’其形式包含破烧類偶合劑、鈦 酸酯類偶合劑、鍅酸酯類偶合劑、有機鉻絡合物類偶合劑、 或以上各種偶合劑之混合劑。 前述之雲母/氣化硼複合式陶瓷粉體於雲母/氮化硼複合 塑膠材料中所佔之重量比例為20%〜70% ;偶合劑於雲母/氮 化蝴複合塑膠材料中所佔之重量比例為0.2%〜1%。產生之雲 母/氣化硼複合塑膠材料為一種具有光澤之白色、乳白色、灰 色或深褐色複合工程塑膠；亦為一種電氣絕緣之複合工程塑 膠，其較塑膝基材有更好之熱性質，其中包含較高熱傳導係 數、較高熱擴散係數、較低比熱、及較高熱輻射率等。其中 雲母/氮化蝴複合式陶曼粉體所佔之重量百分比例越高時，應 用之雲母/氮化硼複合塑膠材料之熱性質越好。 前述之雲母/氮化硼複合塑膠材料中雲母與氮化硼之添 加比例為10%~90%重量百分比之雲母粉體及9〇%~1〇%重量 百分比之氮化硼粉體。其中雲母粉體所佔之重量比例越高 時，複合粉體於有機樹脂中之分散性越好；而氮化硼所佔之 重量比例越高時，應用之雲母/氮化硼複合塑膠材料之熱性質 越好、且色澤白度越高。 實施例 將50%重量百分比之雲母粉體及50%重量百分比之氮 化硼粉體均勻混合；並將此混合粉體以為800。(：〜1000°c之溫 6 201209010 度燒結2〜5小時，產生雲母/氣化棚合金粉體；以1%重量百 分比之硅烷偶合劑處理雲母/氮化硼合金粉體之表面。 接著以塑膠射出成型技術製作雲母/氮化硼複合塑膠材 料，利用雙螺桿押出機分別輸送尼龍66樹脂及雲母/氮化硼 合金粉體；當輸送尼龍66樹脂之押出機穩定運作後，方可將 雲母/氮化硼合金粉體由下游側邊進料口下料；均勻混合雲母 /氮化硼合金粉體與尼龍66樹脂，並進行塑料射出成型動作。 其中雲母/氮化硼合金粉體佔複合塑膠材料之重量百分比例 為40%。另以射出成型技術製作尼龍66塑膠片材，作為型 態及功能比對之對照組。 第1圖及第2圖分別為尼龍66塑膠片材及雲母/氮化硼 複合塑膠片材之照片及SEM影像。第2圖(a)可見雲母/氮化 蝴複合塑膠材料11為一具有光澤之白色塑膠。而第1圖(b) 為尼龍66塑膠微結構1〇1之SEM影像’其顯示尼龍66塑膠 之纖維狀微結構；而第2圖(b)則顯示雲母/氮化硼複合塑膠材 料之微結構111，其中可見兩種型態之物質混合其中，其為 尼龍66塑膠111A以及雲母/氮化硼合金粉體ιι1Β。 以ISO-22007方式測試尼龍66塑膠片材及雲母/氮化硼 複合塑膠片材之熱性質，其熱性質包含熱傳導係數(Thermal

Conductivity)、熱擴散係數(Thermal Diffiisivity)、及比熱(Heat

Capacity)。第3圖則顯示雲母/氮化硼合金粉體所佔比例與熱 性質之關係，其令當雲母/氮化硼合金粉體所佔之比例為〇% 時，即為單純尼龍66塑膠材料；由第3圖⑻、（b)、及(c)分 7 201209010 別可見當雲母/氮化硼合金粉體所佔之重量百分比例越高 時’熱傳導係數提高、熱擴散係數提高、而比熱降低(即較無 熱累積現象）；當雲母/氮化硼合金粉體之添加重量百分比為 40%時’其熱傳導係數為單純尼龍66塑膠材料之〜3倍、熱 擴散係數為單純尼龍66塑膠材料之〜5倍，而比熱為單純尼 龍66塑膠材料之〜〇.5倍。由此測試結果可見雲母/氮化硼合 金粉體可大幅提升複合塑膠之熱性質。 【圖式簡單說明】 第1圖係為尼龍66塑勝片材之⑻照片及(b) SEM影像 第2圖係為雲母/乱化蝴複合塑膠片材之(a)照片及(b) sem 影像 第3圖係為塑膠材料熱性質測試結果(a)熱傳導係數、(b)熱 擴散係數、及(c)比熱 【主要元件符號說明】 10尼龍66塑膠片 101尼龍66塑膠顯微結構 11雲母/氮化硼複合塑膠片 111雲母/氣化硼複合塑膠顯微結構 111A尼龍66塑膠 111B雲母/氮化硼合金粉體

Claims (1)

1. 201209010 、申請專利範圍·· 二種複合式陶究粉體，包含 其為鱗片狀粉體； 其'該二固體佈鱗片狀聚集或球狀粉體； 〜25 i米/J中雲母粉體之平均粒徑為1微米 氣化’粉體之平均粒徑為1微米〜50微求。 所佔42:1:::雲母粉體於複合式陶綱 Πΐ:'?1項’其中雲母粉體種類包含黑雲母、金 之混合種i 雲母、鳄母、鐵㈣母、或以上各種類 :申圍第1項，其中氮化硼粉體之包含六方氮化 ，方氮化蝴、密魏_、或以上各種類之混合種類。 12 5 0二 1項’其中複合式陶瓷粉體經過300°C 之馬溫燒結處理，其為一種雲母及氮化硼合金粉體。 專利範圍第1項’其中複合式陶錄體以偶合劑作表 效要·’用以增強複合式陶瓷粉體與有機材料之分散及橋接 ’其中偶合劑種類包含硅烷類偶合劑、鈦酸酯類偶合 二錯酸醋類偶合劑、有機鉻、絡合物類偶合劑 、或以上各種 偶合劑之混合劑。 了種陶瓷粉體複合材料，包含 複合式陶瓷粉體，其包含雲母粉體及氮化硼粉體； 有機樹脂，其作為複合材料之基質； ，合劑’其作為無機粉體及有機樹脂之架橋劑’助於無機粉 體之分散》 七 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 201209010 圍第8項’其中複合式陶曼粉體經過30〇t>c 1〇 c之高溫燒結處理’其為一種雲母及氮化爛合金粉體。 8項，其巾複合摘錄體於财粉體複 。柯枓中所佔之重量_為2G〜70%。 U Ϊΐΐί利範園第8項，其中有機樹脂包含熱塑型樹脂、熱 I樹知、光交聯型樹脂、或以上各種樹脂之混合。 12 ^申圍第8項’其中偶合麵類包含歧類偶合 合劑;=合'有機鉻絡合物類偶 13· 其粉體複合材料為-具有光 礼白色、灰色、或深褐色複合工程塑膠。 14. ΐ=:8項’其中陶綱複合材料為-電氣絕 15Hf利範圍第8項，其十喊粉體複合材料為-導孰it 材料之_提高，其中體複合 熱擴散係數、降低比熱、及提高熱輻射㈡J係數、提高