[發(fā)明專利]一種氧化鋁陶瓷及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711200462.8
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109836135A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柴有權(quán);楊支朋;席新杰
• 申請（專利權(quán)）人: 山西朔神新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622;C04B35/81
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種氧化鋁陶瓷及其制備方法。本發(fā)明采用特定尺寸的一維導(dǎo)熱材料，依照特定比例與二維導(dǎo)熱材料和/或零維導(dǎo)熱材料形成導(dǎo)熱添加劑，獲得了同時具備高導(dǎo)熱系數(shù)和高抗彎強度的氧化鋁陶瓷材料，同時還可以有效保證氧化鋁陶瓷材料的絕緣性能。本發(fā)明還進一步涉及用所述氧化鋁陶瓷制得的陶瓷散熱基板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鋁陶瓷及其制備方法，特別是涉及一種可應(yīng)用于高導(dǎo)熱陶瓷基板的氧化鋁陶瓷及其制備方法。本發(fā)明還進一步涉及用所述氧化鋁陶瓷制得的陶瓷散熱基板。

背景技術(shù)

隨著國家對于可持續(xù)發(fā)展要求的不斷加強，節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)越來越受到各方的關(guān)注。LED技術(shù)是逐漸興起的新型節(jié)能照明技術(shù)，但是對于LED組件的散熱一直是制約其發(fā)展的瓶頸之一，特別是對于大功率LED照明設(shè)備。

目前廣泛采用的散熱基板為金屬鋁制基板，其具有良好的導(dǎo)熱性。但是在使用過程中鋁容易受熱膨脹，引起散熱基板的變形甚至脫落，從而影響LED照明設(shè)備的使用壽命，在大功率LED照明設(shè)備中通常無法使用。所以目前在大功率LED照明設(shè)備中廣泛采用陶瓷散熱基板，主要有氧化鈹、氮化鋁和氧化鋁材料。其中，氧化鈹雖然具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，但是由于其具有毒性，極大地限制了其應(yīng)用。氮化鋁也具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，但是由于氮化鋁易于被氧化，并且即使當其表面有非常薄的氧化層時，也會使其導(dǎo)熱性能嚴重下降；同時，由于制備工藝要求高，氮化鋁陶瓷的價格偏高。氧化鋁陶瓷基板也是常用的陶瓷散熱基板，其制備成本相對較低且強度和化學(xué)穩(wěn)定性高，但是其導(dǎo)熱系數(shù)偏低，通常導(dǎo)熱系數(shù)都在30W/mK以下。

所以，為了滿足陶瓷散熱基板的性能需求，通常會在氧化鋁陶瓷中添加高導(dǎo)熱成分。CN105254286A公開了一種高導(dǎo)熱氧化鋁陶瓷材料，其在氧化鋁原料中添加了10-20%的氮化鋁粉體。CN105236942A公開了一種高導(dǎo)熱氧化鋁陶瓷基片，其在氧化鋁原料中添加了碳化硅、碳纖維等以提高陶瓷導(dǎo)熱性能。雖然在氧化鋁陶瓷中添加高導(dǎo)熱成分可以提高其導(dǎo)熱系數(shù)，但是導(dǎo)熱添加劑的加入會使氧化鋁陶瓷基板的抗彎強度大幅衰減，通常導(dǎo)熱系數(shù)為30W/mK左右的氧化鋁陶瓷散熱基板，其抗彎強度都小于200MPa，使得使用氧化鋁陶瓷基板的設(shè)備在運輸和安裝過程中容易被損壞。另外，石墨、碳纖維等高導(dǎo)熱添加劑用于氧化鋁陶瓷時，還使得氧化鋁陶瓷基板的電阻率大幅降低，從而使得其不滿足用于大功率設(shè)備時所必須的絕緣性能要求。因此，對于LED照明設(shè)備，特別是大功率的LED照明設(shè)備，急需一種兼顧強度、導(dǎo)熱性能和絕緣性能的陶瓷基板材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種兼顧強度、導(dǎo)熱性能、絕緣性能以及制造成本的氧化鋁陶瓷材料及其制備方法。進一步地，本發(fā)明的目的還在于提供一種兼顧強度、導(dǎo)熱性能和絕緣性能的陶瓷散熱基板。

為此，本發(fā)明的發(fā)明人創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)，相比較于單一類型、單一形態(tài)的導(dǎo)熱添加劑，采用復(fù)合類型和形態(tài)的導(dǎo)熱添加劑令人意外地大幅提高了氧化鋁陶瓷材料的導(dǎo)熱系數(shù)。特別地，采用特定尺寸的一維導(dǎo)熱材料依照特定比例與二維導(dǎo)熱材料和/或零維導(dǎo)熱材料形成導(dǎo)熱添加劑，在顯著提高氧化鋁陶瓷材料導(dǎo)熱系數(shù)的同時，使得氧化鋁陶瓷材料的抗彎強度未顯著下降。另外，采用本發(fā)明的導(dǎo)熱添加劑，還可以有效保證氧化鋁陶瓷材料的絕緣性能。

本發(fā)明公開了一種氧化鋁陶瓷，其原料包括氧化鋁85-95質(zhì)量%、氧化鋯2-5質(zhì)量%、氧化鎂1-3質(zhì)量%、氧化鈣1-3質(zhì)量%、導(dǎo)熱添加劑4-6質(zhì)量%，其特征在于所述導(dǎo)熱添加劑由以下組分構(gòu)成：一維導(dǎo)熱材料以及二維導(dǎo)熱材料和/或零維導(dǎo)熱材料。

所述導(dǎo)熱添加劑中所述一維導(dǎo)熱材料與所述二維導(dǎo)熱材料和/或零維導(dǎo)熱材料的質(zhì)量比為3-5:1；所述一維導(dǎo)熱材料的長度為15-20μm，長徑比為10-30:1。

所述氧化鋁陶瓷的體積電阻率≥10¹²Ω·m，優(yōu)選體積電阻率≥10¹³Ω·m。