一种复相陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A composite ceramic and its preparation and Application

The invention belongs to the technical field of ceramic materials, in particular to a composite ceramic and a preparation method and application thereof. The invention provides a preparation method of composite ceramic. The surface of the first phase ceramic powder and the second phase ceramic powder is coated with rare earth metal oxide and / or alkaline earth metal oxide, and then mixed and granulated to obtain composite ceramic powder. Then the composite ceramic powder is shaped and sintered to obtain composite ceramic. In the preparation process, rare earth metal oxide and / or alkaline earth are coated The metal oxide can inhibit the direct contact and high temperature chemical reaction between the first phase ceramic powder and the second phase ceramic powder, and the rare earth metal oxide and / or alkaline earth metal oxide can be used as sintering aids to evenly distribute in the composite ceramic matrix, improve the microstructure uniformity of the composite ceramic, and effectively improve the composite ceramic without reducing the thermal conductivity of the composite ceramic Mechanical strength of porcelain.

【技术实现步骤摘要】
一种复相陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术属于陶瓷材料
，尤其涉及一种复相陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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。优选的，所述复相陶瓷为氧化铝-氮化铝复相陶瓷，覆膜氮化铝陶瓷复合粉体质量为氧化铝-氮化铝复合陶瓷粉体质量的5％～50％。优选的，所述覆膜第二相陶瓷复合粉体通过以下方法制备：步骤一：将第二相陶瓷粉体分散于覆膜溶液中，再加入沉淀剂溶液至悬浮液体系pH值为8.5～9.5，得到覆膜第二相陶瓷浆料；步骤二：将所述覆膜第二相陶瓷浆料依次进行干燥和煅烧，得到覆膜第二相陶瓷复合粉体；其中，所述覆膜溶液通过将稀土硝酸盐和/或碱土硝酸盐溶于有机溶剂得到，所述沉淀剂溶液通过将胺类有机物溶于有机溶剂得到。优选的，所述稀土硝酸盐的稀土金属离子选自Y3+、La3+、Sm3+、Dy3+和/或Ce3+；所述碱土硝酸盐的碱土金属离子为Mg2+和/或Ca2+；所述覆膜溶液的有机溶剂选自乙醇、异丙醇、丙酮和乙醚中的一种或多种。优选的，所述胺类有机物选自乙二胺、二乙胺、三乙胺、三乙烯二胺和一乙醇胺中的一种或多种；所述沉淀剂溶液的有机溶剂选自乙醇、异丙醇、丙酮、乙醚、甲苯和二甲苯中的一种或多种。优选的，所述烧结处理为无压烧结、气压烧结或热压烧结；所述烧结处理的温度为1300℃～1650℃。本专利技术还提供了一种复相陶瓷，由上述技术方案所述制备方法制得。本专利技术还提供了上述技术方案所述复相陶瓷在散热器件中的应用。综上所述，本专利技术提供了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。本专利技术中，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，利用稀土金属氧化物和/或碱土金属氧化物包覆层的隔离作用，抑制第一相陶瓷粉体和第二相陶瓷粉体的直接接触和二者的高温化学反应；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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1和对比例1氧化铝-氮化铝复相陶瓷的X射线衍射图谱；图2为本专利技术实施例1氧化铝-氮化铝复相陶瓷的显微结构图；图3为本专利技术实施例1氧化铝-氮化铝复相陶瓷的粒径分布图；图4为本专利技术对比例1氧化铝-氮化铝复相陶瓷的显微结构图；图5为本专利技术对比例1氧化铝-氮化铝复相陶瓷的粒径分布图。具体实施方式本专利技术提供了一种复相陶瓷及其制备方法和应用，用于解决复相陶瓷因高温制备工艺过程导致的热导率和力学强度降低的问题。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。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)将复合陶瓷粉体依次经成型和烧结处理，得到复相陶瓷；其中，覆膜第一相陶瓷复合粉体包括第一相陶瓷粉体和包覆于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，覆膜第二相陶瓷复合粉体包括第二相陶瓷粉体和包覆于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。本专利技术中，在第一相陶瓷粉体和第二相陶瓷粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复相陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/na)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；/nb)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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种复相陶瓷的制备方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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粉体、氮化硅粉体、金刚石粉体和碳化硅粉体中的一种。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述复相陶瓷为氧化铝-氮化铝复相陶瓷，覆膜氮化铝陶瓷复合粉体质量为氧化铝-氮化铝复合陶瓷粉体质量的5％～50％。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述覆膜第二相陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，聂光临，黎业华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44