【技术实现步骤摘要】
一种制备高导热氮化硅陶瓷的方法
[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
,尤其涉及一种制备高导热氮化硅陶瓷的方法。
技术介绍
[0002]随着社会信息化、智能化的发展,电子元器件正沿着大功率化、高频化、集成化方向发展,在微波通信、风力及光伏发电、电动汽车和LED照明等领域有广泛的应用,而高性能的陶瓷封装材料是电子元器件良好性能的重要保障,尤其针对存在颠簸、震动等工况较恶劣、对材料力学性能要求较高的复杂环境,氮化硅陶瓷由于具有非常好的力学性能、较高的热导率,在电力电子领域,尤其在散热基板方面的市场应用前景相当广阔。
[0003]氮化硅作为强共价键化合物,自身扩散系数很低,并且在1700℃左右会发生分解和挥发,因此纯氮化硅无法烧结致密化,在烧结时除了要在一定的氮气压力下抑制其分解挥发,还必须要添加烧结助剂形成液相以帮助其致密化。在烧结过程中,烧结助剂首先与氮化硅颗粒表面的二氧化硅反应形成液相并在液相中借助表面张力的作用使颗粒重排,随着温度的不断升高,α相氮化硅溶解在液相中并通过沉淀的方式析出β相氮化硅,最后排出坯体中的气孔实现致密化。
[0004]目前行业普遍认为,影响氮化硅陶瓷热导率的因素有气孔率、晶粒尺寸、晶界相和晶格缺陷等。对于气孔率,氮化硅热导率受致密度影响很大,随气孔率增大而降低;对于晶粒尺寸,在达到临界值前,随晶粒尺寸增加,氮化硅的热导率显著提高;对于晶界相,晶粒之间的晶界膜厚度增大,热导率明显降低,减少玻璃相并增强氮化硅晶粒之间的连续性可以提高材料的热导率;对于晶格缺陷,也是降低氮化硅陶瓷 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种制备高导热氮化硅陶瓷的方法,氮化硅陶瓷粉料包括氮化硅粉和烧结助剂,其特征在于,先对α相的氮化硅粉进行细化处理和氧化处理,再向α相的氮化硅粉中添加一定含量的氮化硅β相籽晶和烧结助剂,混料成型成陶瓷素坯经排胶后进行气压烧结,得到高导热氮化硅陶瓷材料;其中,氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉含量90~96wt%,烧结助剂含量4~10wt%;所述的氮化硅粉中,α相的氮化硅粉含量为60~95wt%,β相籽晶含量为5~40wt%,所述的β相籽晶中位粒径D
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1~2μm,所述的β相籽晶经烧结时长大发育成为成熟的粗大柱状晶粒;所述的细化处理采用球磨或者气流粉碎粉料细化技术,使α相的氮化硅粉中位粒径D
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不大于0.8μm;所述的氧化处理将粉料置于700~1200℃的空气气氛中进行高温氧化处理,保温时间0.5~6小时。2.根据权利要求1所述制备高导热氮化硅陶瓷的方法,其特征在于,所述细化处理选用水基湿法球磨细化,用去离子水作为分散介质,对α相的氮化硅粉进行球磨处理,使α相的氮化硅粉中位粒径D
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不大于0.8μm,利用氮化硅水解反应原理,在细化的同时实现氧化处理。3.根据权利要求1所述制备高导热氮化硅陶瓷的方法,其特征在于,所述细化处理选用过热水蒸气气流粉碎细化,使α相的氮化硅粉中位粒径D
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不大于0.8μm,利用氮化硅水解反应原理,在细化的同时实现氧化处理。4.根据权利要求1所述制备高导热氮化硅陶瓷的方法,其特征在于,所述的烧结助剂为镁、锆元素化合物中的至少一种,以及稀土元素化合物中的至少一种,添加量占氮化硅陶瓷粉料的含量为4~10wt%。5.根据权利要求1所述制备高导热氮化硅陶瓷的方法,其特征在于,所述排胶与高温氧化处理合并,即在排胶阶段选择空气气氛的排胶炉,将成型后的素坯置于700~1200℃的空气气氛中进行高温处理,保温时间0.5~6小时。6.根据权利要求1至5任一项所述制备高导热氮化硅陶瓷的方法,其特征在于,包括以下步骤:1)α相的氮化硅粉的细化和氧化处理,其中,细化处理采用球磨或者气流粉碎粉料细化技术,使α相的氮化硅粉中位粒径D
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不大于0.8μm,高温氧化处理是将粉料置于700~1200℃的空气气氛中进行高温氧化处理,保温时间0.5~6小时;2)配料,氮化硅粉含量90~96wt%,烧结助剂含量4~10wt%,其中,经细化和氧化处理的α相氮化硅占氮化硅粉的含量为60~95wt%,β相籽晶占氮化硅粉的含量为5~40wt%;3)混料,将氮化硅粉与烧结助剂混合均匀得到氮化硅陶瓷粉料;4)坯体成型、排胶;5)烧结,将成型的素坯置于气压烧结炉中,在0.1~10MPa的氮气保护下,在1650~1850℃的温度范围内进行烧结,保温时间1~5小时。7.根据权利要求6所述制备高导热氮化硅陶瓷...
【专利技术属性】
技术研发人员:祁海,李峰,沈十林,田云龙,张培志,郭方全,
申请(专利权)人:上海维安电子股份有限公司,
类型:发明
国别省市:
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