[发明专利]一种复相陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种复相陶瓷及其制备方法和应用。本发明提供了一种复相陶瓷的制备方法，在第一相陶瓷粉体和第二相陶瓷粉体的表面包覆稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物，再进行混合、造粒得到复合陶瓷粉体，然后将复合陶瓷粉体经成型和烧结处理，得到复相陶瓷，制备过程中，稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物可抑制第一相陶瓷粉体和第二相陶瓷粉体的直接接触和高温化学反应，并且稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物可作为烧结助剂在复相陶瓷基体中均匀分布，还可改善复相陶瓷的微观结构均匀性，能够在不降低复相陶瓷热导率的前提下，有效提升复相陶瓷的力学强度。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种复相陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

随着微电子技术的发展革新，特别是高频、高功率集成电路的发展，对集成电路基板与散热器件提出了越来越高的要求，要求基板与散热器件具有高热导率，以便对集成电路芯片进行快速散热降温；要求基板与散热器件具有高强度，以确保电子封装构件的服役安全性、可靠性以及较长的使用寿命。氧化铝陶瓷是目前应用最为成熟的热管理材料，占陶瓷基板市场的90％。但是氧化铝陶瓷的热导率降低，通常低于30W·m^-1·K^-1，这就导致其难以应用于高频、高功率集成电路中。而氮化铝陶瓷的导热性能优良(理论热导率高达320W·m^-1·K^-1)，且具有优异的电绝缘性能、低热膨胀系数、较低的介电常数和介电损耗，但氮化铝陶瓷的烧结难度较大(烧结温度通常高于1800℃)，且成本高昂，这就导致氮化铝陶瓷基板的应用范围较窄。

此外，氮化硅、碳化硅与金刚石等亦同氮化铝一样，均具有较高的热导率，基于复合材料设计，将高导热相陶瓷粉体/微颗粒加入至氧化铝基体中制备氧化铝基复相陶瓷，可以有效提升氧化铝陶瓷的导热性能。例如：将高导热相氮化铝加入至低导热相氧化铝中制备氧化铝-氮化铝复相陶瓷，可以有效提升氧化铝的热导率。但是，高导热陶瓷陶瓷相与氧化铝的高温化学反应会导致氧化铝基复合陶瓷的导热性能与力学性能劣化，例如：氮化铝向氧化铝中的掺加会导致复相陶瓷的烧结活性降低，更为重要的是，高温条件下氧化铝与氮化铝易发生反应生成AlON，会急剧降低复相陶瓷的热导率与力学强度。

因此，如何避免因复相陶瓷中两相的高温化学反应而导致其热导率和力学强度的降低成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复相陶瓷及其制备方法和应用，用于解决复相陶瓷中因两相的高温化学反应而使其热导率和力学强度劣化的技术难题。

本发明的具体技术方案如下：

一种复相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

a)将覆膜第一相陶瓷复合粉体与覆膜第二相陶瓷复合粉体进行混合，造粒得到复合陶瓷粉体；

b)将所述复合陶瓷粉体依次经成型和烧结处理，得到复相陶瓷；

其中，所述覆膜第一相陶瓷复合粉体包括第一相陶瓷粉体和包覆于所述第一相陶瓷粉体表面的稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物，所述覆膜第二相陶瓷复合粉体包括第二相陶瓷粉体和包覆于所述第二相陶瓷粉体表面的稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物。

优选的，所述稀土金属氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化钐、氧化镝和氧化铈中的一种或多种；

所述碱土金属氧化物为氧化镁和/或氧化钙；

所述稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物的质量占所述覆膜第一相陶瓷复合粉体或所述覆膜第二相陶瓷复合粉体质量的3％～8％。

优选的，所述第一相陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体；

所述第二相陶瓷粉体为氮化铝陶瓷粉体、氮化硅陶瓷粉体、金刚石陶瓷粉体和碳化硅陶瓷粉体中的一种。