[發明專利]一種高熱導率氮化硅陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 202010197262.7
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111362704A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 管晶;宋索成;管甲鎖;李世佳
• 申請（專利權）人: 西安澳秦新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/645
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種高熱導率氮化硅陶瓷及其制備方法，按照質量百分比計，其制備原料包括：90.2％?96.7％的氮化硅粉和3.3％?9.8％的氮化硅鎂。制備方法包括：將氮化硅粉、溶劑、氮化硅鎂、粘結劑和添加劑混合，得到混合料；將混合料噴霧造粒，然后壓制成型，得素坯；將素坯烘干，然后脫脂；將經過脫脂的素坯進行氣壓燒結，氣壓燒結的最高溫度低于1750℃；將經過氣壓燒后的氮化硅陶瓷進行熱等靜壓燒結；將熱等靜壓燒結后的氮化硅陶瓷進行退火熱處理。本發明加無氧氮化硅鎂，利用氣壓?熱等靜壓燒結促使陶瓷組織高致密化，然后第二步再利用熱處理的辦法讓晶粒繼續異常長大，提高了氮化硅陶瓷的熱導率。

技術領域

本發明屬于陶瓷領域，涉及一種高熱導率氮化硅陶瓷及其制備方法。

背景技術

近年來，半導體器件沿著大功率化、高頻化、集成化的方向迅猛發展。半導體器件工作產生的熱量是引起半導體器件失效的關鍵因素，而絕緣基板的導熱性是影響整體半導體器件散熱的關鍵。此外，如在電動汽車、高鐵等領域，半導體器件使用過程中往往要面臨顛簸、震動等復雜的力學環境，這對所用材料的力學可靠性提出了嚴苛的要求，氮化硅陶瓷是綜合性能最好的結構陶瓷材料。單晶氮化硅的理論熱導率可達400W·m^-1·K^-1以上，具有成為高導熱基片的潛力。優良的力學性能和良好的高導熱潛質使氮化硅陶瓷有望彌補現有氧化鋁、氮化鋁等基板材料的不足，在高端半導體器件，特別是大功率半導體器件基片的應用方面極具市場前景。然而，現階段的氮化硅陶瓷熱導率不高限制著其大范圍應用發展。

發明內容

本發明的目的是提供一種高熱導率氮化硅陶瓷及其制備方法，解決了現階段氮化硅陶瓷熱導率不高的問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種高熱導率氮化硅陶瓷，按照質量百分比計，其制備原料包括：90.2％-96.7％的氮化硅粉和3.3％-9.8％的氮化硅鎂。

所述的高熱導率氮化硅陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將氮化硅粉、溶劑、氮化硅鎂、粘結劑和添加劑混合，得到混合料；

步驟2，將混合料噴霧造粒，然后壓制成型，得素坯；

步驟3，將素坯烘干，然后脫脂；

步驟4，將經過脫脂的素坯進行氣壓燒結，氣壓燒結的最高溫度低于1750℃；

步驟5，將經過氣壓燒后的氮化硅陶瓷進行熱等靜壓燒結；

步驟6，將熱等靜壓燒結后的氮化硅陶瓷進行退火熱處理。

優選的，步驟1中，粘結劑為聚乙烯醇縮丁醛酯，添加劑為正硅酸、正辛酸、磷酸和油酸的混合物。

進一步的，粘結劑的質量與氮化硅粉質量之比為1.4:98.6，添加劑的質量與氮化硅粉質量之比為6.9:93.1；正硅酸、正辛酸、磷酸和油酸的質量比為57:51:8:11。

優選的，步驟1中，溶劑為酒精。

優選的，步驟1中，采用分級混料進行混合，先將氮化硅粉和溶劑混合，再加入氮化硅鎂混合，再加入粘結劑和添加劑混合。

優選的，步驟2中，壓制成型具體為先用50MPa壓強壓成塊狀，然后裝入真空袋中抽真空，抽完放入冷等靜壓機中加200MPa壓強，保壓2min時間，卸壓至壓強140MPa，保壓1min，卸壓至壓強70MPa，保壓40s，得素坯。

優選的，步驟3中，脫脂具體為：將烘干后的素坯裝入脫脂爐中，抽真空，然后加熱處理。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：