[發明專利]一種高熱導液相燒結碳化硅陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201710917024.7
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN109592983B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 姚秀敏;張輝;楊曉;劉學建;黃政仁
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/645
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種高熱導液相燒結碳化硅陶瓷及其制備方法，包括：將SiC粉體、稀土氧化物和溶劑混合，制備得到漿料，所述稀土氧化物為CeO₂、Y₂O₃、Er₂O₃中的至少兩種；將所得漿料經干燥、過篩、成型后得到坯體；將所得坯體經過熱壓燒結，得到所述高熱導液相燒結碳化硅陶瓷。

技術領域

本發明涉及一種高熱導液相燒結碳化硅(SiC)陶瓷及其制備方法，屬于高熱導陶瓷領域。

背景技術

高導熱、電絕緣陶瓷在大規模集成電路、計算機技術、高溫工業等領域具有廣闊的應用前景，被大量研究并應用于電子、航空航天等領域。目前，廣泛使用具有良好的電氣絕緣和機械強度的氧化鋁瓷(Al₂O₃)和氧化鈹瓷(BeO)。Al₂O₃的熱導率偏低(10～30W/m·K)，不適宜在高密度、大功率的器件中應用；BeO是最具代表性的高導熱陶瓷，其化學穩定性、電絕緣性以及耐熱性都極好，但是BeO具有很強的毒性，現在工業生產中已逐漸停止使用。隨著半導體制品向高性能、小型輕量化、高可靠性方向發展，迫切需要同時具備良好電氣絕緣(電阻率10⁹Ω·cm)和熱傳導，且熱膨脹系數同硅半導體相近的新材料。

碳化硅(SiC)陶瓷具有高強度、高硬度、高導熱、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、性能穩定、不易老化等優良的性能，現已被廣泛應用于各工業領域。根據Slack的估計，純SiC單晶的室溫本征熱導率為490W/(m·K)。但SiC陶瓷是一種強共價健的化合物，為實現其致密化燒結必須添加燒結助劑，然而，由于自由的晶粒取向、晶粒內晶格缺陷、氣孔和晶界上的第二相，多晶碳化硅陶瓷的熱導率遠遠低于單晶SiC。如使用Al₂O₃-Y₂O₃作為燒結助劑的碳化硅陶瓷的熱導率通常低于85W/(m·K)。因此，針對高熱導SiC，學者們開展了大量的研究。Nakano等通過添加1wt％BeO熱壓燒結制備出熱導率為270W/(m·K)的液相燒結SiC陶瓷(LPS-SiC)，這是目前有文獻報道的具有最高熱導率SiC陶瓷。Kinoshita等通過添加0.15wt％Al₂O₃熱壓燒結制備LPS-SiC陶瓷，其熱導率可達235W/(m·K)。Kim等熱壓燒結SiC與1vol％Y₂O₃-Sc₂O₃，制備出室溫熱導率為234W/(m·K)的LPS-SiC陶瓷。SiC是一種典型的半導體材料，若用于半導體基板材料要求其有一定的電絕緣性能，過于低的燒結助劑導致其低的電阻率，通常低于10⁶Ω·cm。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于制備一種具有高熱導率的液相燒結碳化硅SiC陶瓷及其制備方法。

一方面，本發明提供了一種一種高熱導液相燒結碳化硅陶瓷的制備方法，包括：

將SiC粉體、稀土氧化物和溶劑混合，制備得到漿料，所述稀土氧化物為CeO₂、Y₂O₃、Er₂O₃中的至少兩種；

將所得漿料經干燥、過篩、成型后得到坯體；

將所得坯體經過熱壓燒結，得到所述高熱導液相燒結碳化硅陶瓷。