随着智能手机技术的不断发展和竞争的加剧，手机厂商们纷纷推出各种新的设计和创新，以吸引更多的消费者，陶瓷背板正是绝招之一。它的出现始于2012年夏普公司推出的一款陶瓷背板的智能手机，不过因技术和成本问题，当时陶瓷背板只应用于少数高端品牌。但随着加工技术的发展，陶瓷背板应用范围也越来越广，像小米、华为、vivo、OPPO、三星等品牌都相继推出了使用陶瓷背板的产品。

氮化硅也想加入？

在陶瓷基板领域，主角几乎都是氧化锆陶瓷，不过最近研究学者似乎开始打起了氮化硅的主意。与氧化锆相比，氮化硅被研究者认为是一种更加优异的、极具潜力的手机背板材料，尤其是晶须增韧氮化硅陶瓷。理由如下：

（1）氮化硅陶瓷抗冲击韧性更高，不容易碎裂，在机加工时不易损坏，成品率更高；

（2）氮化硅陶瓷热导率高，是氧化锆陶瓷的10倍以上，散热更加容易，因此，在手机高速运行或者电池充放电时产生的热量容易散去，有利于手机的正常运行、避免卡慢等现象；

（3）氮化硅陶瓷介电损耗比氧化锆低两个数量级，对手机信号更加透明，在信号较弱的环境更容易通信通畅；

（4）氮化硅陶瓷的硬度更高，密度比氧化锆低，能够有效地降低机身质量，成本和氧化锆接近；

（5）氮化硅陶瓷属于无色陶瓷，着色相对容易，且着色效果较好，同样具有类似于玉石的质感，适用于例如中高端手机外壳。

因此，采用氮化硅陶瓷材料作为通信装置手机背板材料，一定程度上能够弥补目前氧化锆手机背板材料的不足，确实有一定前景。

氮化硅基板

氮化硅手机背板的制作要点

①颜色控制

纯Si₃N₄由于高禁带宽度（3.5 eV~5.5 eV）而呈现透明，但Si₃N₄陶瓷制备过程中由于添加剂、杂质和烧结条件等影响而呈灰色。然而，单一的灰色并不能满足消费者对电子产品外观色彩多样性的需求。

为了解决颜色单一的个问题，就需要像氧化锆一样添加着色剂来实现。据研究，陶瓷釉料、过渡金属氧化物等大部分颜料在高温下会分解或挥发，不适用于制备预定颜色的Si₃N₄陶瓷。而稀土氧化物形成的硅酸盐晶间相熔点高，在高温下能形成液相促进Si₃N₄烧结。此外，耐高温的稀土氧化物不仅能促进致密化，而且由于稀土金属离子的f-f电子跃迁，能使Si₃N₄呈现不同的颜色。

稀土金属中包含有钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。Liu等发现，以稀土氧化物Eu₂O₃、Nd₂O₃和Dy₂O₃为着色剂时，Si₃N₄陶瓷分别呈黄色、蓝绿色和黄绿色。Herrmann等也表明，在Si₃N₄中加入不同的稀土氧化物离子可以对Si₃N₄进行着色，如Yb³⁺可以使Si₃N₄陶瓷呈现棕色或绿色。Er₂O₃具有优异的光学性能，可作为添加剂用于粉红色陶瓷。

彩色Si₃N₄陶瓷光学照片

除此之外，也有科学家指出，着色剂以稀土金属的碳酸盐、硝酸盐和/或乙酸盐的形式加入，这是特别有利的，因为稀土金属的碳酸盐、硝酸盐和/或乙酸盐在烧结过程中能够形成相应稀土金属的氧化物而不残留任何杂质元素。

②成型、烧结

Si₃N₄陶瓷的成型可通过注射成型、干压成型或流延成型工艺来实现。但对于薄片以及复杂形状的陶瓷材料，流延成型无疑是个好选择，目前市面上的手机陶瓷背板大多由流延成型工艺制作而成，具有工艺稳定、生产效率高和产品质量好等优点。实际操作中，可以根据需要将待成型物料流延为具有目标厚度的板材，例如厚度为0.4 mm～0.6mm的流延膜。

流延膜的光学照片(a)和 SEM 图像(b)

至于烧结，在一些优选的实施方式中，无压烧结、气压烧结或高温等静压烧结均可实现。但如果担心Si₃N₄陶瓷作为手机背板成本过高，李哲等人认为以硅粉为原料采用反应烧结重烧结(SRBSN)法制备Si₃N₄陶瓷能够明显降低工艺成本。

总结

虽然氮化硅手机背板材料在国内无太多相关报道，但它长期作为结构陶瓷使用，在汽车发动机等苛刻环境中已充分证明其应用稳定性和可靠性。若采用氮化硅作为新的手机背板材料，不仅具有和氧化锆同样优异的力学性能，而且具有质感好、质量轻、信号更加灵敏的优势，是极具潜力的新型手机背板材料。

目前，突破的关键在于如何通过优化工艺使得Si₃N₄陶瓷不仅能便于散热及色彩丰富，制备工艺还能简单可靠，成本变得可接受。假如以上难关都能克服，或许在未来的某一天我们就能在智能手机背板和智能穿戴设备上看到Si₃N₄的身影了。

资料来源：

李哲,周泊岸,段于森,等.粉色氮化硅陶瓷的制备和性能研究[J].陶瓷学报,2023,44(4):695-702. DOI:10.13957/j.cnki.tcxb.2023.04.009.

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:CN201811057057.X[P]. 2021-05-25.

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