[发明专利]一种钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及低温共烧陶瓷技术领域，尤其涉及一种钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着现代信息技术的飞速发展，电子线路的微型化、轻量化＝集成化和高频化对电子器件提出了小尺寸、高频率、高可靠性和高集成度等要求。选择适当的能与银等导电材料在不超过900℃的温度下低温共烧的陶瓷，从而制备多层元件或把无源器件埋入多层电路中，成为上述趋势的必然，作为无源集成元件主要介质材料的低温共烧陶瓷也成为一种重要的发展趋势。

低温共烧陶瓷(LTCC)技术是采用多层结构，通常以银或铜等电阻率小的金属作为互连导体，多层介质结构和良好的金属导体可以有效解决信号之间的串扰，可将不同无源器件集成起来，实现电子元件的小型化和多功能化。但是，LTCC基板材料的热导率偏低，限制了其在更大功率、更高封装密度中的应用，从而提高LTCC基板材料的热导率成为低温共烧领域研究的重点和难点之一。

现有技术对低温共烧陶瓷材料及其制备方法进行了广泛的报道，例如，申请号为200610022007.9的中国专利文献报道了一种低温共烧氮化铝陶瓷和堇青石基玻璃复合材料，通过将粉料加入模具中热压烧结，得到热导率最高为7.5W/mK的复合材料。美国J.H.Enloe等人报道了一种环保的基板材料，在900～1400℃下烧结得到AlN-硼硅酸盐玻璃基板材料，其热导率最高为7W/mK。但是，上述报道的基本材料的制备方法均采用氮化铝与玻璃材料复合提高材料热导率，制备得到的材料热导率较低，而且不利于大规模工业化生产。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法，该方法制备的钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料的热导率较高。

有鉴于此，本发明提供了一种钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料，由以下成分组成：

优选的，由以下成分组成：

相应的，本发明还提供一种钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

将40～60重量份钙铝硅玻璃粉、2～5重量份碳化硅、10～20重量份镁橄榄石和5～10重量份碳纳米管混合后加入乙醇，球磨处理后烘干，得到低温共烧陶瓷粉料；

向所述低温共烧陶瓷粉料中加入溶剂、粘结剂、增塑剂、分散剂和润湿剂，混合均匀后流延成型，烘干后烧结，得到低温共烧陶瓷材料。

优选的，所述钙铝硅玻璃由SiO₂、Al₂O₃和CaO制备。

优选的，所述钙铝硅玻璃粉的粒径为1～6μm。

优选的，所述钙铝硅玻璃为50～60重量份，所述碳化硅为4～5重量份，所述镁橄榄石为10～15重量份，所述碳纳米管为8～10重量份。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

优选的，所述分散剂为三油酸甘油酯。

优选的，所述湿润剂为聚氧乙烯酯。

优选的，所述烧结步骤具体为：

升温至400～450℃保温2～3小时，升温至500～550℃保温1～5小时，然后升温至650～680℃保温1～5小时。

本发明提供了一种钙铝硅玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法，由以下成分组成：钙铝硅玻璃40～60重量份；碳化硅2～5重量份；镁橄榄石10～20重量份；碳纳米管5～10重量份。本发明以钙铝硅玻璃为基础玻璃，其主晶相为链状结构的硅酸盐p-硅灰石，其在玻璃体内以针状形式交叉排列呈网状，使材料具有耐磨、耐腐蚀和抗冲击等特性。碳化硅陶瓷相具有抗氧化性强、耐磨性能好、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率高以及抗热震耐化学腐蚀等优良特性。本发明以镁橄榄石作为弥散陶瓷相，可以一定程度上提高陶瓷材料的导热率；通过添加具有高导热率的碳纳米管，连接具有高导热率的碳化硅和镁橄榄石，形成三维立体化的网络状导热结构，增强陶瓷材料的导热性能。与现有技术相比，本发明通过在钙铝硅玻璃中加入碳化硅、镁橄榄石和碳纳米管，利用相互之间的协同作用，提高了制备的低温共烧陶瓷材料的热导率，并进一步降低钙铝硅玻璃的熔点。实验结果表明，本发明制备的低温共烧陶瓷材料的热膨胀系数为6.0×10^-6K^-1，介电常数为5.2(1MHz)，热导率为32W/mK。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。