[發明專利]一種氧化鋁陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 201711200462.8
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109836135A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 柴有權;楊支朋;席新杰
• 申請（專利權）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

本發明涉及一種氧化鋁陶瓷及其制備方法。本發明采用特定尺寸的一維導熱材料，依照特定比例與二維導熱材料和/或零維導熱材料形成導熱添加劑，獲得了同時具備高導熱系數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。

技術領域

本發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用于高導熱陶瓷基板的氧化鋁陶瓷及其制備方法。本發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

隨著國家對于可持續發展要求的不斷加強，節能減排相關技術越來越受到各方的關注。LED技術是逐漸興起的新型節能照明技術，但是對于LED組件的散熱一直是制約其發展的瓶頸之一，特別是對于大功率LED照明設備。

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照明設備的使用壽命，在大功率LED照明設備中通常無法使用。所以目前在大功率LED照明設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熱系數，但是由于其具有毒性，極大地限制了其應用。氮化鋁也具有較高的導熱系數，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穩定性高，但是其導熱系數偏低，通常導熱系數都在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熱成分。CN105254286A公開了一種高導熱氧化鋁陶瓷材料，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熱性能。雖然在氧化鋁陶瓷中添加高導熱成分可以提高其導熱系數，但是導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，通常導熱系數為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備時所必須的絕緣性能要求。因此，對于LED照明設備，特別是大功率的LED照明設備，急需一種兼顧強度、導熱性能和絕緣性能的陶瓷基板材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種兼顧強度、導熱性能、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，本發明的目的還在于提供一種兼顧強度、導熱性能和絕緣性能的陶瓷散熱基板。

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

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

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

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