[发明专利]一种氮化铝陶瓷LED灯散热材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化铝陶瓷LED灯散热材料的制备方法。

背景技术

传统LED结构上采用金属基板和金属外散热器，由于金属的高热应力、高导电性等特性，因此传统LED存在以下几点技术瓶颈：

第一，传统金属材质存在难以克服的热应力，用于LED散热用的金属板主要是铝和铜，其热膨胀系数远大于晶粒的衬底，工作在冷热循环的过程中，晶粒将承受很大的热应力及应力冲击，有极大机会发生开焊，同时，金属产品的热放射率较低，如铝的仅为0.05，铜的为0.1，热量无法发散到空气中，导致热量无法导出而在局部富集碳化。

第二，金属材质绝缘性差，存在安全隐患。由于金属的导电性，对LED产品的安全应用造成一定影响，存在漏电等安全隐患。

在现有技术中，加工LED散热器材的方法，传统工艺大多采用压铸铝、浇注机成型、铝型材挤压车床加工成型等方法，制成的金属材质LED散热器材存在生产成本高、工艺复杂、效率低等缺点，而且不绝缘，有安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种氮化铝陶瓷LED灯散热材料的制备方法，采用微波烧结，提高烧结体的致密化速度，提高产品热效率，同时，制作工艺简单，生产成本低，能大幅提高生产效率。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种氮化铝陶瓷LED灯散热材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）对氮化铝粉进行球磨预处理，并加入烧结助剂，使其均匀混合；

（2）上述配料与蜡在85—90MPa的压力下成型，成为初坯；

（3）将成型初坯置于马弗炉内进行排蜡，形成坯件；

（4）将坯体置于氮气气氛炉内，密封后进行抽真空处理；

（5）在流动氮气气氛下对坯体在300—400℃下进行微波预烧结1.8—4.5小时；

（6）将预烧后的坯体置于热压炉中，在1200—1300℃下的氮气气氛中进行微波烧结，并保温0.5小时；

（7）按照设定的退温变化曲线，使其冷却至室温，退温过程约5—6小时；

 （8）对烧成坯件进行表面处理，磨去毛边，成为氮化铝陶瓷LED灯散热材料。

所述氮化铝粉与烧结助剂的重量比为1:0.008-0.01；烧结助剂为氧化钙和氧化硼的混合物；氧化钙和氧化硼的重量比为2:1。

所述步骤（1）利用高能球磨机对氮化铝粉进行预处理，使其与烧结助剂均匀混合，改善物料的颗粒级配，保证物料颗粒尺寸小、颗粒分布范围窄，改善其烧结性能，提高氮化铝陶瓷材料的致密度。

所述步骤（2）中添加蜡与配料在热高压下成型，达到帮助配料成型的作用，防止初坯在成型过程中产生气泡和裂痕，影响成型效果。

所述步骤（3）抽真空是为了营造纯净的氮气气氛，为烧结步骤做充分准备。

所述步骤（5）和（6）采用微波烧结，使坯件的加热过程是整个体积内同时进行，升温迅速，温度均匀。有利于提高烧结体的致密化速度并可有效抑制晶粒生长，使成坯件的性能和结构均优于常规烧结所得的坯件；同时，微波烧结的热效率高，节省能耗、缩短生产周期，从而提高生产效率。其中步骤（5）在流动氮气气氛下进行预烧结，以排除成型坯体在存放过程中吸收的水分。

由于氮化铝自扩散系数很小，烧结非常困难，加入烧结助剂促进氮化铝的烧结。通过加入氧化钙和氧化硼的混合物，一方面可与氮化铝粉中残留的氧化铝反应生成各种金属铝盐液相（晶界相），降低烧结温度，促进烧结，使坯体致密化；另一方面，杂质氧的含量可随晶界相的排出而减少，从而提高氮化铝的导热率。另外，比例适当，不会因为过多而妨碍粒径长大，增加杂质含量，从而影响热导率，或因量过少而失去烧结助剂的作用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.采用微波烧结，提高烧结体的致密化速度，热效率高，从而提高生产效率；

2.制作工艺简单，生产成本低；

3.产品具有较高的热放射性能，热放射率达0.97，使得热量更好地发散到空气中，从而有效帮助LED灯珠散出热量；

4.产品绝缘性高，耐高压，不存在传统金属漏电的危险，安全性强；

5.能及时将LED灯珠热量及时散出，从而有效延长电源寿命，提高整灯寿命。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步解释，但实施例并不对本发明作任何限定。

实施例1

一种氮化铝陶瓷LED灯散热材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）对氮化铝粉进行球磨预处理，并加入烧结助剂，使其均匀混合；