[發(fā)明專利]一種高電阻率碳化硅陶瓷及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410364075.8
• 申請(qǐng)日: 2014-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN104098335A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃政仁;梁漢琴;劉學(xué)建;姚秀敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳化硅陶瓷領(lǐng)域，具體涉及一種高電阻率碳化硅陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅陶瓷由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能，且具有耐磨損，耐酸堿腐蝕性強(qiáng)，抗氧化性強(qiáng)等特點(diǎn)而一直以來作為結(jié)構(gòu)材料使用。但是實(shí)際上碳化硅是一種寬帶隙半導(dǎo)體，具有熱導(dǎo)率高，電子飽和漂移速率大，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且具有Si最為接近的熱膨脹系數(shù)，因而有希望替代Si制作苛刻環(huán)境下應(yīng)用的電路基板。實(shí)現(xiàn)Si基板替代的關(guān)鍵是制備高電阻碳化硅。雖然單晶碳化硅具有很高的電阻率，可以滿足應(yīng)用。但是單晶碳化硅的制作成本高，工藝復(fù)雜，這使得單晶碳化硅的應(yīng)用受到很大的限制。相比之下，多晶碳化硅陶瓷的制備成本較低，工藝也較為簡(jiǎn)單。因而若能制備高電阻率的碳化硅陶瓷，則能實(shí)現(xiàn)Si基板的大幅替代，實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷的廣泛應(yīng)用。早在80年代Takeda等人就通過摻雜BeO制備了電阻率高達(dá)10¹³Ωcm的碳化硅陶瓷，但是BeO對(duì)環(huán)境和人體都有很大的毒害作用。因而這種制備方法無法得到廣泛的應(yīng)用。A.Can等人則通過研究微觀結(jié)構(gòu)與電阻率的關(guān)系制備出了電阻率高達(dá)10³-10⁹Ωcm的碳化硅陶瓷，但是該水平的電阻率依然無法滿足實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有碳化硅陶瓷的性能缺陷，本發(fā)明提供了一種高電阻率碳化硅陶瓷及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種高電阻率碳化硅陶瓷，所述高電阻率碳化硅陶瓷的組成包括1.54-3.08wt％的Al₂O₃、3.46-6.92wt％的Er₂O₃以及碳化硅，上述三種組成之和為100wt％；所述高電阻率碳化硅陶瓷含有晶化的碳化硅晶粒、包覆在晶化的碳化硅晶粒表面的非晶化碳化硅顆粒以及存在于晶化的碳化硅晶粒之間的晶界膜。

本發(fā)明碳化硅陶瓷高電阻率的實(shí)現(xiàn)在于形成了細(xì)晶的微結(jié)構(gòu)，細(xì)晶使得晶界增多，晶界對(duì)電子具有散射作用。同時(shí)微結(jié)構(gòu)中的第二相是絕緣相，第二相在微結(jié)構(gòu)中形成了連通，對(duì)具有半導(dǎo)體性質(zhì)的碳化硅進(jìn)行了包裹。另外，由于在燒結(jié)過程中降溫速度非常快，第二相未能有效結(jié)晶，非晶第二相同樣對(duì)電阻率的提高具有促進(jìn)作用。

較佳地，所述晶化的碳化硅晶粒的尺寸可為0.5-0.8μm，所述非晶化碳化硅顆粒的尺寸可為0.03-0.2μm，所述晶界膜的尺寸可為0.5-3nm。

較佳地，所得碳化硅陶瓷的電阻率可在4.38×10¹⁰-3.52×10¹¹Ω·cm。

又，本發(fā)明還提供了一種上所述高電阻率碳化硅陶瓷的制備方法，所述方法包括：

1)制備符合所述高電阻率碳化硅陶瓷的組成及組成之間比例的、含有SiC粉體、Al₂O₃粉體以及Er₂O₃粉體的均勻混合的復(fù)合粉體；

2)將步驟1)制備的復(fù)合粉體脫粘后，在放電等離子燒結(jié)爐中、1650-1750℃、真空條件下燒結(jié)，得到所述高電阻率碳化硅陶瓷。

較佳地，所述復(fù)合粉體的制備方式可為：

1)稱量符合所述高電阻率碳化硅陶瓷的組成及組成之間比例的有SiC粉體、Al₂O₃粉體以及Er₂O₃粉體，與酒精混合得到固含量為45-55wt％的漿料；

2)將所述漿料依次經(jīng)過以下處理：以SiC球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)進(jìn)行球磨處理、烘干、破碎研磨、過篩。

較佳地，漿料中SiC粉體、Al₂O₃粉體以及Er₂O₃粉體的質(zhì)量之和與SiC球研磨介質(zhì)的質(zhì)量比可為1：(1-3)。

較佳地，所述SiC粉體可為α-SiC粉體。

較佳地，所述燒結(jié)的時(shí)間可為10-30分鐘。

本發(fā)明提供的有益效果：

本發(fā)明以氧化鋁以及氧化鉺作為燒結(jié)助劑，通過放電等離子液相燒結(jié)法來制備高電阻率的碳化硅陶瓷。相比于其他方法制備的碳化硅陶瓷，其電阻率得到了大幅提高。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中燒結(jié)助劑含量7wt％的經(jīng)放電等離子燒結(jié)制備的碳化硅陶瓷的表面拋光圖像；

圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中燒結(jié)助劑含量7wt％的經(jīng)放電等離子燒結(jié)制備的碳化硅陶瓷的SiC-SiC晶界形貌；