[发明专利]一种高热导氮化硅陶瓷及其制备方法

权利要求书

1.一种高热导氮化硅陶瓷，其特征在于：

所述氮化硅陶瓷的原材料包括β-Si₃N₄粉、硅粉、稀土金属氟化物、金属单质；其中β-Si₃N₄粉、硅粉、稀土金属氟化物、金属单质的摩尔比为5～10：70～80：5～8：6～10；

所述金属单质为铍或镁中的至少一种；

所述β-Si₃N₄粉的β相含量在70～95wt％，其余为α相；β-Si₃N₄粉的D₅₀粒径不超过0.5μm；

所述硅粉的纯度不低于99.999％，硅粉的D₅₀粒径为7～10μm；所述硅粉为光伏级多晶硅或者电子级单晶硅；

所述稀土金属氟化物为YbF₃、YF₃、NdF₃中的至少一种；所述金属氟化物的D₅₀粒径不超过1μm，纯度不低于99.9％；

所述金属单质的纯度不低于99％。

2.一种如权利要求1所述的高热导氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，混合，将β-Si₃N₄粉、硅粉、稀土金属氟化物、金属单质按照配比使用混合细化设备进行湿法混合细化处理，得到料浆；所述湿法混合细化处理采用的介质为无水乙醇或者正丁醇；料浆的D₅₀粒度为1～3μm；

S2，成型，将步骤1得到的料浆进行喷雾干燥，得到配方粉体；将配方粉体进行干袋式等静压成型，得到氮化硅素坯；成型的压力为100～180MPa；

S3，高温处理，将步骤S2得到的氮化硅素坯装入坩埚内进行高温处理；其步骤如下：

S3.1，将装有氮化硅素坯的坩埚放进高温气氛保护炉中；在高纯氮气的保护下，升温至1400～1450℃后保温4～10h，得到陶瓷坯体；升温速率为1～6℃/min；

S3.2，步骤S3.1完成后，将装有陶瓷坯体的坩埚放进气压炉内，在高纯氮气保护下采用两步加压的方式烧结，随后升温至1800～1900℃，保温1-3h，得到氮化硅陶瓷坯体；升温速率为5～10℃/min；

S3.3，步骤S3.2完成后，将装有氮化硅陶瓷坯体的坩埚再次放进气压炉内，在高纯氮气保护下加压烧结后，升温至1900～2000℃，保温3～6h；升温速率为5～10℃/min；

保温完成后，开始降温至1800℃，降温速率为0.3～0.5℃/min；当炉内温度低于1800℃，随炉自然降温冷却，得到高热导氮化硅陶瓷。

3.根据权利要求2所述的一种高热导氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：所述混合细化设备为球磨机、行星磨、搅拌磨、砂磨机中的一种；所述混合细化设备的研磨腔体内衬为氮化硅内衬，混合细化设备采用的研磨介质为氮化硅研磨介质。

4.根据权利要求3所述的一种高热导氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：所述氮化硅内衬、氮化硅研磨介质均采用步骤S3获得的高热导氮化硅陶瓷制成。

5.根据权利要求4所述的一种高热导氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于：所述坩埚为高纯石墨坩埚；所述高纯石墨坩埚内表面喷涂有高纯氮化硼粉。