[發明專利]氮化鋁陶瓷的制備方法及采用該方法制備的氮化鋁陶瓷

有效

• 申請號: 200910190563.0
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102030538A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 朱淑麗;林信平;林勇釗;周龍飛
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/581;C04B35/63
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技術領域

本發明涉及一種氮化鋁陶瓷的制備方法及采用該方法制備的氮化鋁陶瓷。

背景技術

氮化鋁(AlN)以其優異的高熱導率、低介電常數、與Si相匹配的熱膨脹系數及其它優良的物理化學性能受到了國內外學術界和生產廠家的廣泛關注，被譽為新一代高密度封裝的理想基板材料。其熱導率在160-230W/mk，已經在大功率模塊電路、開關電源以及其他需要既絕緣又高散熱的大功率器件上，以及作為手提電話微電路芯片承載基板而被廣泛應用。目前陶瓷基板的成型主要有流延、干壓和冷等靜壓等成型方法。

目前用的較多的成型方法是流延成型，如一項現有技術中公開了一種用流延法制造高熱導率即成電路氮化鋁陶瓷基片的方法，該技術中氮化鋁片的制備方法主要有以下幾個步驟：1)在氮化鋁粉中按比例加入燒結助劑，攪拌均勻；2)在1得到的粉體中按比例加入增塑劑、懸浮劑、粘結劑和溶劑后，經振磨，制成混合均勻的漿料；3)將上述漿料通過流延成型機制成陶瓷坯帶，并烘干成固體坯帶，將坯帶裁制成坯片；4)將坯片送入燒結爐內燒結；5)燒結后的基片冷卻后得到陶瓷片。

流延法成型生產效率最高，且易于實現生產的連續化和自動化，可改善產品質量，實現大批量生產，但是流延法制備陶瓷基板對工藝要求非常嚴格，并且，通過流涎法獲得的產品密度較低。

有人想到用干壓的方法制備氮化鋁陶瓷基板，如一項現有技術中公開了一種采用干壓的方法制備氮化鋁陶瓷的方法，該方法包括：1)將氮化鋁粉末、混合燒結助劑混合均勻得到原料粉末；2)在上述得到的粉末中加入粘結劑后造粒；3)將上述得到的粉體在壓力機上成型；4)對坯片進行排膠；5)燒結及后續處理得到氮化鋁陶瓷零部件。

干壓成型具有操作方便，生產周期短，效率高，易于實現自動化生產的特點。但干壓成形用于大面積(如5cm*5cm)的制品的生產時，產品的致密度不均勻，熱導率較低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種同時具備導熱率好、致密度高的氮化鋁陶瓷的制備方法以及通過這種方法制備的氮化鋁陶瓷。

為此本發明中提供了一種氮化鋁陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)稱取氮化鋁粉、燒結助劑、增塑劑、粘結劑、潤滑劑、混合配制成混合物；

2)對1步驟中所制得的混合物依次進行過篩、加壓造粒、過篩，獲得氮化鋁陶瓷原料；

3)將步驟2中獲得的氮化鋁陶瓷原料，放入模具中進行熱壓，獲得氮化鋁陶瓷坯；

4)將步驟3中制備的氮化鋁陶瓷坯在450-600℃下保溫2-5h；

5)將步驟4中制備的氮化鋁陶瓷在真空條件下，通入氮氣，在1650-1900℃的條件下燒結，并保溫后，冷卻至室溫，獲得氮化鋁陶瓷。

同時還提供了一種根據上述方法制備的氮化鋁陶瓷，該氮化鋁陶瓷包括氮化鋁和燒結助劑，其中，氮化鉛采用純度在98％以上的氮化鋁粉，燒結助劑為稀土金屬氧化物、堿土金屬氧化物、金屬氟化物中的一種或多種，該氮化鋁陶瓷的密度為3.35-3.39g/cm³，該氮化鋁陶瓷的導熱率為160-180K/m.k。

與現有技術相比，通過本發明所提供的方法制得的氮化鋁陶瓷具備在致密度高的條件下同時具備導熱率好的特點。

具體實施方式

本發明人通過大量實驗，發現通過本發明中所提供的溫壓方法能夠有效提高氮化鋁陶瓷的致密性，發明人認為主要有以下幾點原因：

其一，在溫壓成形溫度范圍內，粉體的屈服強度、加工硬化速率和程度降低，粉體的塑性變形阻力和致密化阻力降低，便于獲得較高的生坯密度；其二，聚合物潤滑劑的加入，由于聚合物在溫壓時處于粘流態，在此時加入潤滑劑，可以提高壓制過程中粉末顆粒之間的潤滑效果，減少了摩擦阻力，使壓制時粉末顆粒能更好地傳遞壓力，粉末顆粒充填性好，有利于壓坯密度的明顯提高，且降低了脫模力。溫壓一方面改善了粉末顆粒的重排，促使小粉末填充到大粉末顆粒的間隙中，增大了粉末顆粒的塑性變形，提高了生坯密度。生坯強度的提高主要是由于溫壓后期粉末顆粒上包覆的潤滑劑薄膜很薄，從而促進了粉末顆粒之間的冶金結合作用；第三點，在本制備方法中采用了純度為98％以上的氮化鋁粉體作為燒結原料，是因為當氮化鋁粉體中含有雜質時，雜質易進入氮化鋁晶格，形成晶格缺陷，會降低氮化鋁的導熱率。

因此通過本發明所提供的溫壓方法，可以有效提高氮化鋁陶瓷的致密度。

通過溫壓成型的坯體比其他成型方法如流延成型、干壓成型的坯體更致密，氮化鋁粉體之間的間隙更小，有利于致密化燒結；合理的燒結工藝后，其燒結體相對密度高、氣孔等缺陷少，導熱性能好。