一种氮化铝基电介质陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化铝基电介质陶瓷及其制备方法。根据氮化铝基电介质陶瓷的设计配方，将金属粉体按一定比例进行称重混合，得到掺杂用金属粉料M；将氮化铝粉体、助烧剂、掺杂用金属粉料M、分散剂、溶剂按一定比例放入球磨机中，在一定工艺条件下进行混合研磨，得到混合浆料；将混合浆料进行干燥处理，除去多余溶剂，经过破碎处理，得到混合粉料；将混合粉料进行压制成型处理，得到呈一定形状和尺寸的素坯；将素坯置于排胶炉中进行排胶处理，以排除素坯中的有机物，从而获得不含残余碳的陶瓷素坯；将排胶后的陶瓷素坯置于高温烧结炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到共晶化的氮化铝基电介质陶瓷材料；将陶瓷材料进行形状加工并进行表面处理。进行表面处理。进行表面处理。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化铝基电介质陶瓷及其制备方法

：
[0001]本专利技术属于氮化铝陶瓷
，特别涉及一种氮化铝基电介质陶瓷及其制备方法。

技术介绍
：
[0002]所谓电介质，是指不导电的物质，即绝缘体，内部没有可以移动的电荷。若把电介质放入静电场场中。电介质原子中的电子和原子核在电场力的作用下在原子范围内作微观的相对位移，而不能象导体中的自由电子那样脱离所属的原子作宏观的移动。达到静电平衡时，电介质内部的场强也不为零。这是电介质与导体电性能的主要差别。
[0003]电介质层材料对于不同的应用场景，其要求的体积电阻率不同，对于应用于静电吸盘用的电介质层(也叫J
‑
R层)所要求的电特性，最好是在使用静电吸盘的温度下，体积电阻率为108‑
10
12
Ωcm，常规的材料无法在满足此电阻率的要求的同时，和陶瓷材料在高温下二者之间实现相互浸润的效果。
[0004]氮化铝陶瓷是一种新型封装材料，具有优良的电热性能，且是发展前途极广的高热导陶瓷材料。烧结氮化铝陶瓷一般的方式是采用在氮化铝粉末体系中加入助烧剂，此类助烧剂一般如CaO、Y2O3等稀土金属氧化物和碱土金属氧化物。没有掺杂的氮化铝陶瓷电阻率数量级通常在10
14
Ω
·
cm左右，单纯使用此陶瓷材料，无法满足电介质材料对电阻率的要求。
[0005]对于电介质层材料，为了降低其电阻率，需要以氮化铝原粉为基础，加入一些金属电性能调节剂，以使其电阻率达到设计要求的范围。
[0006]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路
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[0007]本专利技术的目的在于提供一种氮化铝基电介质陶瓷及其制备方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种氮化铝基电介质陶瓷的制备方法，其步骤为：
[0009]S01：根据氮化铝基电介质陶瓷的设计配方，将金属粉体按一定比例进行称重混合，得到掺杂用金属粉料M；
[0010]S02：将氮化铝粉体、助烧剂、掺杂用金属粉料M、分散剂、溶剂按一定比例放入球磨机中，在一定工艺条件下进行混合研磨，得到混合浆料；
[0011]S03：将混合浆料进行干燥处理，除去多余溶剂，经过破碎处理，得到混合粉料；
[0012]S04：将混合粉料进行压制成型处理，得到呈一定形状和尺寸的素坯；
[0013]S05：将素坯置于排胶炉中进行排胶处理，以排除素坯中的有机物，从而获得不含残余碳的陶瓷素坯；
[0014]S06：将排胶后的陶瓷素坯置于高温烧结炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到
共晶化的氮化铝基电介质陶瓷材料；
[0015]S07：将氮化铝基电介质陶瓷材料进行形状加工并对表面进行处理，得到符合设计要求的氮化铝基电介质陶瓷材料。
[0016]优选地，技术方案中，金属粉体为Mo、TiO2，将Mo、TiO2按化学计量比3：2称重混合，得到掺杂用金属粉料M。
[0017]优选地，技术方案中，助烧剂为Y2O3、Al2O3，分散剂为鱼油，溶剂为无水乙醇。
[0018]优选地，技术方案中，将重量百分比为5～20wt％的掺杂用金属粉料M、0.5～1.5wt％的鱼油、3～6wt％的Y2O3粉体、0.2～1wt％的Al2O3粉体、30～60wt％的氮化铝粉体、30～60wt％的无水乙醇，按化学计量的方式进行称重并根据先粉末后溶剂的方式放入球磨机中，在25～30℃的环境下，进行湿法球磨20～24小时，掺杂用金属粉料M、Y2O3粉体、Al2O3粉体被氮化铝粉体包裹，形成具有一定粘度的混合浆料。
[0019]优选地，技术方案中，在温度≤150℃、真空度≤0.01Pa的环境下对混合浆料通过真空蒸馏干燥的方式去除多余的的无水乙醇，将混合浆料烘干成粉末状，通过辊式破碎机和颚式破碎机对粉末进行破碎，经过200目筛网处理得到粒径在20
‑
80um的混合粉料。
[0020]优选地，技术方案中，根据产品的需求，设计干压成型模具和真空石墨烧结炉模具，将混合粉料放入干压成型模具中，并在其上通过液压机施加10
‑
30Mpa/cm2的压力，制备成对应形状和尺寸的素坯。
[0021]优选地，技术方案中，在≤800℃的温度下，氮气气氛中进行排胶处理。
[0022]优选地，技术方案中，在氮气气氛下进行高温烧结，升温过程中，在T≤1600℃时，烧结炉升温速率50
‑
100℃/min，在T＝1600℃时保温30
‑
90min，在1600℃≤T≤T
max
时，烧结炉升温速率3
‑
8℃/min，T
max
设定在1700℃
‑
1900℃之间，在T
max
范围内进行高温烧成，高温烧成的时间为1
‑
6h，当温度升至T
max
时，则设定压力程序，开始施加振荡压力20MPa
‑
25MPa，振荡频率设定为1Hz；保温段结束后，进入冷却过程中，去除外加振荡压力，从T
max
到1600℃的降温速率为3
‑
8℃/min，低于1600℃的降温速率为随炉空冷，最终获得共晶氮化铝基电介质陶瓷材料。
[0023]优选地，技术方案中，将氮化铝基电介质陶瓷材料放在平面磨床上进行表面研磨处理，每次进刀量设置在0.005
‑
0.01mm，上下表面均去除1mm，得到表面光滑、均匀一致的氮化铝基电介质陶瓷材料样块，其表面光洁度≤0.8um；再将氮化铝基电介质陶瓷材料样块放在切割机上，根据设计要求的尺寸以及公差要求进行形状加工。
[0024]优选地，技术方案中，还包括步骤S08氮化铝基电介质陶瓷材料进行体积电阻率测试。
[0025]一种氮化铝基电介质陶瓷，采用上述制备方法制得。
[0026]与现有技术相比，本专利技术技术方案采用Mo、Ti02对氮化铝陶瓷进行掺杂，Mo、Ti02不仅能够基于Mo
3+
、Ti
4+
等离子取代Al
3+
，引起晶胞畸变，促进电子运动，提高可动性，促使其相对介电常数提高，体积电阻率下降，同时具有细化晶粒的作用，从而进一步提升氮化铝基电介质陶瓷的导电性能。Y2O3和Al2O3作为助烧剂可以有效吸附氮化铝粉体表面的氧原子，并生成Y
‑
Al
‑
O的氧化物，从而提高原子的扩散速度，增加烧结的驱动力，使烧结变得更容易，降低烧结温等，且使烧结出的产品更致密。本专利技术具有如下有益效果：
[0027]很好地避免晶粒的长大，具有综合性能优异、节能环保、生产效率高、易于实现批
量化生产等优点，解决了现有技术中生产效率低、成本高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝基电介质陶瓷的制备方法，其步骤为：S01：根据氮化铝基电介质陶瓷的设计配方，将Mo、TiO2按化学计量比3：2称重混合，得到掺杂用金属粉料M；S02：将重量百分比为5～20wt％的掺杂用金属粉料M、0.5～1.5wt％的鱼油、3～6wt％的Y2O3粉体、0.2～1wt％的Al2O3粉体、30～60wt％的氮化铝粉体、30～60wt％的无水乙醇，按化学计量的方式进行称重并根据先粉末后溶剂的方式放入球磨机中，进行混合研磨，得到混合浆料；其中助烧剂为Y2O3、Al2O3，分散剂为鱼油，溶剂为无水乙醇；S03：将混合浆料进行干燥处理，除去多余溶剂，经过破碎处理，得到混合粉料；S04：将混合粉料进行压制成型处理，得到呈一定形状和尺寸的素坯；S05：将素坯置于排胶炉中进行排胶处理，以排除素坯中的有机物，从而获得不含残余碳的陶瓷素坯；S06：将排胶后的陶瓷素坯置于高温烧结炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到共晶化的氮化铝基电介质陶瓷材料；S07：将氮化铝基电介质陶瓷材料进行形状加工并对表面进行处理，得到符合设计要求的氮化铝基电介质陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的氮化铝基电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S02中在25～30℃的环境下，进行湿法球磨20～24小时，掺杂用金属粉料M、Y2O3粉体、Al2O3粉体被氮化铝粉体包裹，形成具有一定粘度的混合浆料。3.根据权利要求1所述的氮化铝基电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S03中在温度≤150℃、真空度≤0.01Pa的环境下对混合浆料通过真空蒸馏干燥的方式去除多余的的无水乙醇，将混合浆料烘干成粉末状，通过辊式破碎机和颚式破碎机对粉末进行破碎，经过200目筛网处理得到粒径在20
‑
80um的混合粉料。4.根据权利要求1所述的氮化铝基电介质陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S04中根据产品的需求，设计干压成型模具和真空石墨烧结炉模具，将混合粉料放入干压成型模具...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽霞，孙伟，
申请(专利权)人：无锡海古德新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：