[发明专利]一种高热导率氮化铝陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料技术领域，提供一种高热导率氮化铝陶瓷及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)一次球磨；(2)煅烧；(3)二次球磨；(4)真空除泡；(5)流延成型；(6)等静压成型；(7)排胶；(8)热压烧结，得到氮化铝陶瓷的热导率为200～230W/(m·K)，抗弯强度为470～540MPa，体积密度为3.3～3.5g/cm，解决了现有氮化铝陶瓷仅在热导率、强度等某一方面具有突出性能，不能同时兼顾各方面性能的问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高热导率氮化铝陶瓷及其制备方法。

背景技术

陶瓷基片材料主要有氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂0₃)、氧化铍(BeO)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si₃N₄)等。Al₂O₃陶瓷作为传统的基板材料，其热导率低，线膨胀系数和Si不太匹配，易造成基片与Si片之间的热失配现象；BeO陶瓷虽然热导率高，可达310W/(m·K)，但其原料具有剧毒性，生产成本高昂，已经逐步被淘汰。SiC基板虽然热导率高，但绝缘性能差；BN难以烧结致密，制备工艺复杂，而且热导率低，机械强度差。与其它材料比较而言，AlN具有优异的导热性能，低介电常数，与Si相匹配的线膨胀系数，电绝缘性优良，无毒等，其综合性能优异，是新一代高集成度和功率器件理想的基板和封装材料。

AlN陶瓷的理论热导率高达320W/(m·K)，是Al₂O₃陶瓷的5～10倍，可有效提高电子器件运行的可靠性。但是，实际生产的AlN陶瓷热导率与理论值相差甚远，针对此情况，国内外对于氧化铝陶瓷进行了大量的研究，例如中国专利申请号：201510276618.5公开了一种高导热氮化铝陶瓷的制备方法，所述高导热氮化铝陶瓷以氮化铝粉体为基本原料，采用稀土金属氟化物EuF₃、LaF3、SmF₃或其混合物为烧结助剂，烧结助剂稀土氟化物的加入量为氮化铝粉末质量的2－8％，经湿磨混合、干燥、成形、脱脂、烧结形成氮化铝陶瓷，所得氮化铝陶瓷热导率大于200W/(m·K)，但抗弯强度仅为300～350MPa，限制了AlN陶瓷更广泛的应用。为提高氮化铝陶瓷的力学性能，中国专利申请号：200710063448.8公开了一种制备氮化铝/氮化硼复相陶瓷的方法，将氮化硼前驱体C₃N₆H₁₂B₂O₆与氮化铝颗粒一起在非氧环境中煅烧，生成纯净的氮化铝/氮化硼复合粉体，氮化硼在氮化铝基体中均匀弥散无团聚；稀土氧化物作为烧结添加剂与该复合粉充分混合，置于放电等离子烧结炉中进行烧结，利用放电等离子烧结技术低温快速的特点，实现对该体系的烧结，使氮化铝致密化形成晶粒紧密接触的结构，而氮化硼在烧结过程中长大幅度较小，使氮化硼细晶均匀弥散在氮化铝基体晶界。该方法得到的氮化铝/氮化硼复相陶瓷抗弯强度高达450Mpa以上，但热导率仅为95－130W/(m·K)。近几年来，随着科学技术的发展，对所用材料的性能要求越来越高，在某些特定领域，对氮化铝材料要求高导热率的同时还要求其具备高的抗弯强度，但现有关于兼具高强度和高热导率(热导率≥200W/(m·K))氮化铝陶瓷的报道较少，因此，亟待开发出同时具备高热导率和高强度的AlN陶瓷，来满足使用需求。

发明内容

因此，针对以上内容，本发明提供一种高热导率氮化铝陶瓷及其制备方法，解决现有氮化铝陶瓷仅在热导率、强度等某一方面具有突出性能，不能同时兼顾各方面性能的问题。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高热导率氮化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)一次球磨：将氮化铝粉体、碳酸钙、硝酸锂和乙醇加入球磨机内进行一次球磨，球磨分散6－15h，球磨后干燥、过筛得到中间粉体；