一种无苯流延成型制备氮化铝陶瓷的方法技术

本发明专利技术公开了一种无苯流延成型制备氮化铝陶瓷的方法。本发明专利技术采用多种醇类溶剂配置成混合溶剂，将混合溶剂、分散剂、AlN陶瓷粉末和烧结助剂混合进行初次球磨；然后加入增塑剂和粘结剂进行二次球磨；对二次球磨后的AlN浆料进行真空搅拌除泡，随后进行流延操作并干燥、剥离，得到结构均匀、致密度高的AlN坯体薄片。该方法采用醇类混合溶剂取代传统的苯类有毒溶剂，减少了环境污染，降低了生产成本，而且工艺简单高效，产品稳定性较高，推进了AlN陶瓷基片的工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化铝陶瓷的制备方法，特别涉及一种无苯流延制备氮化铝陶瓷基片的方法，属于陶瓷成型

技术介绍
AlN陶瓷具有优良的绝缘性、导热性、耐高温性、耐腐蚀性以及与硅的热膨胀系数相匹配等优点，成为新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。目前，制备AlN陶瓷基片的主要方法是流延成型，且大多数为有机溶剂流延成型。流延成型技术由Glenn N.Howatt首次提出并成功地将其应用于微波介质陶瓷多层电容器的制备。流延成型技术设备简单，有利于连续性操作，基本上实现自动化，生产效率较高，而其制备膜片的成本较低，较适合工业化生产，在普通的流延机上进行流延成型制备出厚度10μm～1mm的薄片。尽管经过几十年的发展，流延成型技术已经应用于工业生产，但仍存在很多问题。目前，在工业化生产中，有机溶剂流延成型采用的是具有一定毒性的有机溶剂，如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等毒性较大的溶剂，对环境的污染较为严重，且危害身体健康。后来，由于混合溶剂的表面张力与相对介电常数等综合性能优于单一组分，浆料的黏度明显偏低，并且有效地增加粘结剂PVB的溶解度，避免了干燥过程中流延薄片的开裂，许多研究者都采用醇类溶剂和苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等作为混合溶剂，但仍存在环境污染和危害。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种适于氮化铝陶瓷基片工业化生产的流延成型方法，解决传统流延成型技术存在的问题，减少环境污染，降低生产成本，形成一种成膜快、干燥快、有机物含量低、坯体结构均匀和性能好的流延技术制备氮化铝陶瓷基片的方法，有利于实现氮化铝陶瓷基片的工业化生产。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种流延成型制备氮化铝陶瓷基片的方法，包括如下步骤：(1)初次球磨：将两种或两种以上的醇类溶剂按比例配置成混合溶剂，然后将混合溶剂、分散剂、AlN陶瓷粉末和烧结助剂混合进行初次球磨。初次球磨的球料质量比优选为0.5:1～3:1混合溶剂的加入量为AlN陶瓷粉末体积的
20％～80％，球磨时间优选为4～24h。其中所述醇类溶剂包括无水乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等；分散剂例如聚甲基丙烯酸铵、聚乙烯亚胺(PEI)、磷酸酯、聚丙烯酸铵等或它们的混合物；烧结助剂例如氧化钇、氧化镝、氧化硼、氧化钙、氧化锂等物质或是它们的混合物。所述混合溶剂优选为无水乙醇和丙醇的组合、无水乙醇和异丙醇的组合或者无水乙醇和丁醇的组合，上述混合溶剂中各组分优选的体积比例依次为1:0.25～0.5:1，1:0.2～0.25:1，1:0.5～1:1，最优选为无水乙醇和异丙醇体积比为1:1的混合溶剂。(2)二次球磨：在初次球磨得到的AlN浆料中加入增塑剂和粘结剂，以增加AlN薄片的柔韧性和拉伸强度，然后进行二次球磨。二次球磨时间优选为4h～30h。通常，增塑剂的加入量为AlN陶瓷粉末重量的0.2％～5％，粘结剂的加入量为AlN陶瓷粉末重量的0.5％～5％。增塑剂例如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、聚乙二醇、甘油、聚醚多元醇及油酸或它们的混合物；粘结剂例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和丙烯酸酯或它们的混合物。(3)真空除泡：将二次球磨得到的AlN浆料进行真空搅拌除泡。真空脱泡的搅拌速度优选为30～100转/min，真空脱泡时间优选为5～30min。(4)流延成型：将真空除泡得到的AlN浆料进行流延操作，得到AlN坯体。流延温度优选为20～40℃；对于厚度小于1mm的氮化铝生坯基片，流延速度为2m/min～5m/min；对于厚度大于1mm的氮化铝生坯基片，流延速度为0.2m/min～4m/min。(5)薄片干燥：将AlN坯体干燥，并从流延薄膜上剥离下来。对于厚度小于1mm的AlN生坯基片，优选干燥温度为30～45℃，时间为30min～2h；对于厚度大于1mm的AlN生坯基片，优选干燥温度为40～70℃，时间为1.5h～4h。坯体干燥到一定程度，可将坯体薄片从流延薄膜上剥离，然后进行切割和打孔。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本方法采用廉价的醇类(乙醇、丙醇、异丙醇等)为混合溶剂，成功取代传统流延成型有毒溶剂(苯、甲苯、二甲苯、丁酮等)，不仅减少了环境污染，还大大降低了生产成本。第二，由于无水乙醇和异丙醇等醇类溶剂的饱和蒸汽压比苯类溶剂的饱和蒸汽压大，因此，在干燥过程中，通过合理的调整混合溶剂中不同醇类溶剂的比例，可实现AlN流延生坯的快速高效干燥，缩短干燥时间；第三，无水乙醇和异丙醇等醇类溶剂的表面张力比苯类或酮类溶剂的表面张力小，对AlN颗粒的润湿效果较好，有利于得到高固含量、高均一性的AlN流延浆料。该方法工艺简单，可制备出结构均匀、
致密度高的AlN坯体和陶瓷，产品稳定性较高，推进了AlN陶瓷基片的工业化生产。附图说明图1是实施例一制备的AlN陶瓷薄片的SEM图。图2是实施例二制备的AlN陶瓷薄片的SEM图。图3是实施例三制备的AlN陶瓷薄片的SEM图。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术的范围。实施例一将无水乙醇30mL、异丙醇30mL、分散剂磷酸酯1.3g、AlN粉末124g和氧化钇6g混合，按球料质量比2:1进行初次球磨6h。然后加入增塑剂甘油6.5g和粘结剂PVB6.5g，再次球磨10h，得到AlN流延浆料。AlN浆料在40转/min的搅拌速度下真空脱泡20min，在流延机温度为45℃时进行流延，流延速度为1m/min。干燥2h后，得到厚度为1.1mm的AlN生坯薄片。所得AlN陶瓷的SEM图如图1所示，可以看出所制备的AlN陶瓷结构均匀，致密度高。实施例二将无水乙醇45mL、丙醇15mL、分散剂磷酸酯1.5g、AlN粉末100g和氧化钇3g混合，按球料质量比3:1进行初次球磨12h。然后加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯3g和粘结剂PVB 2g，再次球磨20h，得到AlN流延浆料。AlN浆料在80转/min的搅拌速度下真空脱泡15min，在流延机温度为35℃时进行流延，流延速度为2m/min。干燥1.5h后，得到厚度为0.85mm的AlN生坯薄片。所得AlN陶瓷的SEM图如图2所示，所制备的AlN陶瓷结构均匀，致密度高。实施例三将无水乙醇55mL、丁醇30mL、分散剂聚乙烯亚胺2g、AlN粉末120g、氧化钙2.4、氧化锂3.6g混合，按球料质量比1:1进行初次球磨20h。然后加入增塑剂邻苯二甲酸丁苄酯2.5g和粘结剂PVB 1.8g，再次球磨18h，得到AlN流延浆料。AlN浆料在60转/min的搅拌速度下真空脱泡25min，在流延机温度为30℃时进行流延，流延速度为4m/min。干燥3h后，得到厚度为0.55mm的AlN生坯薄片。所得AlN陶瓷的SEM图如图3所示，所制备的AlN陶瓷结构均匀，致密度高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流延成型制备氮化铝陶瓷基片的方法，包括如下步骤：1)将两种或两种以上的醇类溶剂配置成混合溶剂，然后将混合溶剂、分散剂、AlN陶瓷粉末和烧结助剂混合进行初次球磨；2)在初次球磨得到的AlN浆料中加入增塑剂和粘结剂，然后进行二次球磨；3)将二次球磨得到的AlN浆料进行真空搅拌除泡；4)将真空除泡得到的AlN浆料进行流延操作，得到AlN坯体；5)将AlN坯体干燥，并从流延薄膜上剥离下来。

【技术特征摘要】
1.一种流延成型制备氮化铝陶瓷基片的方法，包括如下步骤：1)将两种或两种以上的醇类溶剂配置成混合溶剂，然后将混合溶剂、分散剂、AlN陶瓷粉末和烧结助剂混合进行初次球磨；2)在初次球磨得到的AlN浆料中加入增塑剂和粘结剂，然后进行二次球磨；3)将二次球磨得到的AlN浆料进行真空搅拌除泡；4)将真空除泡得到的AlN浆料进行流延操作，得到AlN坯体；5)将AlN坯体干燥，并从流延薄膜上剥离下来。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)初次球磨的球料质量比为0.5:1～3:1球磨时间为4～24h。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述醇类溶剂选自下列溶剂：无水乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)所述混合溶剂是体积比为1:0.25～0.5:1无水乙醇和丙醇的混合溶剂，体积比为1:0.2～0.25:1的无水乙醇和异丙醇的混合溶剂，或者是体积比为1:0.5～1:1的无水乙醇和丁醇的混合溶剂。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述混合溶剂的加入量为AlN陶瓷粉末体积的20％～80％。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述分散剂选自聚甲基丙烯酸铵、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永健，郭坚，杨海艳，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11