CN105110771A - 一种大功率led灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种大功率led灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷，由下列重量份的原料制成：α-Al2O3(粒径为2-8μm)34-36、去离子水100-105，聚丙烯酸钠0.2-0.3、甲基纤维素2-2.3、丙三醇1.6-1.8、LiSbO3？1.4-1.6、铌酸钾钠2-3、CaF20.4-0.6、还原铁粉1.5-1.8、纳米氢氧化铝4-5、纳米铜1.2-1.5、PVA粘结剂0.9-1.1。本发明的片状氧化铝多孔陶瓷通过使用纳米铜，提高了陶瓷与金属的相容性；通过使用LiSbO3、铌酸钾钠、CaF2、还原铁粉，使得陶瓷的导热性大大提高，与金属的结合性能也大大提高，适用于大功率LED芯片散热。

Description

一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及多孔散热陶瓷领域，尤其涉及一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有强大的市场潜力，且大功率LED被业界认为是照明光源市场的主要方向1。当前水平下，大功率LED只能将10%～20%的输入功率转化为光能，其余80%～90%均转化为热能。为保证其正常工作，需通过有效的散热设计保证LED的工作温度在允许范围内。因此大功率LED芯片散热问题成了当前LED技术在照明工程中应用的障碍。
有学者使用粉末冶金法制备金属/陶瓷复合散热片。然而由于金属和陶瓷熔点相差较大，因此不易共烧。若将具有小孔径、直通孔的多孔陶瓷与金属复合，不但能避免两相共烧，还能减小金属和陶瓷复合时由于两相热膨胀系数不匹配造成在使用有学者使用粉末冶金法制备金属/陶瓷复合散热片。然而由于金属和陶瓷熔点相差较大，因此不易共烧。若将具有小孔径、直通孔的多孔陶瓷与金属复合，不但能避免两相共烧，还能减小金属和陶瓷复合时由于两相热膨胀系数不匹配造成在使用过程中的开裂失效问题。而制备这种片状多孔陶瓷是该技术发展的关键。
流延成型是目前制备大面积、薄平面陶瓷材料最有效的方法之一。以水作为溶剂代替有机溶剂的流延技术由于其低毒性、低污染的特点已经成为目前研究的重点。同时冷冻干燥法在制备孔径尺寸可控、高通孔率的多孔陶瓷方面也具有很大优势。《多层低温流延法制备片状氧化铝多孔陶瓷》一文介绍了制备氧化铝多孔陶瓷的方法，制作的陶瓷热疲劳性能好。但是该方法不能将氧化铝分散均匀，易团聚，陶瓷结构不均匀，而且如果将该陶瓷片应用于LED散热片，还需要提高陶瓷的韧性、导热性、防开裂性、耐热性等问题。该陶瓷片与金属的相容性比较差，需要改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷，该片状氧化铝多孔陶瓷导热性好，与金属的结合性能好，适用于大功率LED芯片散热。
本发明的技术方案如下：
一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：α-Al2O3(粒径为2-8μm)34-36、去离子水100-105，聚丙烯酸钠0.2-0.3、甲基纤维素2-2.3、丙三醇1.6-1.8、LiSbO31.4-1.6、铌酸钾钠2-3、CaF20.4-0.6、还原铁粉1.5-1.8、纳米氢氧化铝4-5、纳米铜1.2-1.5、PVA粘结剂0.9-1.1。
所述的大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷的生产方法，其特征在于：
（1）将α-Al2O32、还原铁粉、去离子水，聚丙烯酸钠混合，得到悬浮液，将悬浮液球磨5-5.5h，加入LiSbO3、铌酸钾钠、CaF，混合均匀，再加入PVA粘结剂，混合均匀，再加入纳米氢氧化铝，球磨0.5-1h，静置40-60min，得到浆料；
（2）将第（1）步得到的浆料加入甲基纤维素和丙三醇，继续球磨20-22h，再加入其它剩余成分，继续球磨2-2.5h，再进行真空除泡5-6min，得到Al2O3陶瓷浆料；
（3）将第（2）步得到的Al2O3陶瓷浆料在预冻温度为-45℃的冷源上流延成型，控制刮刀间隙为1mm，待流延层结晶后，重复操作，每层厚度控制为1mm，得到多层流延片；
（4）将多层流延片冷冻干燥23-24h后，在1600-1650℃下烧结，保温2-2.5h，再随炉冷至室温，即得。
本发明的有益效果
本发明的片状氧化铝多孔陶瓷层间孔道是连通，并且过渡良好，热疲劳性能好；通过使用纳米氢氧化铝，改善了氧化铝颗粒容易团聚的现象；通过使用纳米铜，提高了陶瓷与金属的相容性，减小了金属和陶瓷复合时由于两相热膨胀系数不匹配造成在使用过程中的开裂失效问题；通过使用LiSbO3、铌酸钾钠、CaF2、还原铁粉，使得陶瓷的的导热性大大提高，与金属的结合性能也大大提高，适用于大功率LED芯片散热。
具体实施方式
一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷，由下列重量份（公斤）的原料制成：α-Al2O3(粒径为2-8μm)35、去离子水103，聚丙烯酸钠0.3、甲基纤维素2.2、丙三醇1.7、LiSbO31.5、铌酸钾钠2.5、CaF20.5、还原铁粉1.7、纳米氢氧化铝4.5、纳米铜1.3、PVA粘结剂1。
所述的大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷的生产方法，其特征在于：
（1）将α-Al2O32、还原铁粉、去离子水，聚丙烯酸钠混合，得到悬浮液，将悬浮液球磨5.5h，加入LiSbO3、铌酸钾钠、CaF，混合均匀，再加入PVA粘结剂，混合均匀，再加入纳米氢氧化铝，球磨0.7h，静置50min，得到浆料；
（2）将第（1）步得到的浆料加入甲基纤维素和丙三醇，继续球磨21h，再加入其它剩余成分，继续球磨2.5h，再进行真空除泡5min，得到Al2O3陶瓷浆料；
（3）将第（2）步得到的Al2O3陶瓷浆料在预冻温度为-45℃的冷源上流延成型，控制刮刀间隙为1mm，待流延层结晶后，重复操作，每层厚度控制为1mm，得到多层流延片；
（4）将多层流延片冷冻干燥24h后，在1650℃下烧结，保温2.5h，再随炉冷至室温，即得。
实验数据：将样品在300次缓冷(25℃)、200次急冷(25℃)和195次急冷(–20℃)后，样品裂纹出现的循环次数为720次，看出该样品的热疲劳性能很好。

Claims (2)

1.一种大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：α-Al2O3(粒径为2-8μm)34-36、去离子水100-105，聚丙烯酸钠0.2-0.3、甲基纤维素2-2.3、丙三醇1.6-1.8、LiSbO31.4-1.6、铌酸钾钠2-3、CaF20.4-0.6、还原铁粉1.5-1.8、纳米氢氧化铝4-5、纳米铜1.2-1.5、PVA粘结剂0.9-1.1。
2.根据权利要求1所述的大功率LED灯芯片散热用片状氧化铝多孔陶瓷的生产方法，其特征在于：
（1）将α-Al2O32、还原铁粉、去离子水，聚丙烯酸钠混合，得到悬浮液，将悬浮液球磨5-5.5h，加入LiSbO3、铌酸钾钠、CaF，混合均匀，再加入PVA粘结剂，混合均匀，再加入纳米氢氧化铝，球磨0.5-1h，静置40-60min，得到浆料；
（2）将第（1）步得到的浆料加入甲基纤维素和丙三醇，继续球磨20-22h，再加入其它剩余成分，继续球磨2-2.5h，再进行真空除泡5-6min，得到Al2O3陶瓷浆料；
（3）将第（2）步得到的Al2O3陶瓷浆料在预冻温度为-45℃的冷源上流延成型，控制刮刀间隙为1mm，待流延层结晶后，重复操作，每层厚度控制为1mm，得到多层流延片；
（4）将多层流延片冷冻干燥23-24h后，在1600-1650℃下烧结，保温2-2.5h，再随炉冷至室温，即得。
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