CN105819865A - 一种高导热氮化硅材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热氮化硅材料，由以下重量百分比的组分制备而成：Si3N476wt％～97wt％、助烧剂Y2O31wt％～8wt％、MgO或MgSiN21wt％～8wt％、Yb2O3：0～8wt％。本发明配方合理，产品热导率达到90以上、强度达到650以上。利用该方法制备的氮化硅陶瓷强度高、致密性好，可广泛用于对材料强度要求高的领域，如电子基板、升液管、热偶套、搅拌棒等产品领域中。

Description

一种高导热氮化硅材料及其制备方法
技术领域
本发明属于改为先进结构陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高导热氮化硅材料，本发明还涉及该材料的制备方法。
背景技术
在先进结构陶瓷领域，氮化硅陶瓷具有非常好的综合力学性能。和传统的导热陶瓷材料氧化铝和氮化铝相比较，氮化硅材料具备高的强度、韧性、耐金属腐蚀、耐高温性能和抗热震的性能。例如，用于基板领域，更高的强度意味着更薄的材料就可以达到相同的使用效果，有利于导热和减少芯片尺寸。然而，传统的氮化硅材料导热系数比较低，无法被应用于基板领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有高强度、高热导率的氮化硅材料陶瓷材料。
同时，本发明还提供该陶瓷材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种高导热氮化硅材料，所述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si3N4：76wt％～97wt％
助烧剂Y2O3：1wt％～8wt％
MgO或MgSiN2：1wt％～8wt％
Yb2O3：0～8wt％。
更进一步地，上述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si3N4：85～98wt％
助烧剂Y2O3：1wt％～5wt％
MgO或MgSiN2：1wt％～5wt％
Yb2O3：0～5wt％。
当使用Si作为主相材料时，选用99％纯度以上的Si粉wt％～97wt％，将硅粉进行氮化，工艺如下：
将排粘的成形体放入硅粉氮化炉中，于1400～1500℃保温5～24小时，氮化过程中通入适量的氮气、氩气和氢气。
本发明还提供该高导热氮化硅材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、球磨：将原料放入卧式球磨设备，使用氮化硅球作为磨介，酒精或者去离子水作为球磨介质；将混合好的浆料烘干使用，也可以添加分散剂、粘结剂和润滑剂后喷雾造粒；
(2)、成型：粉料使用干压、等静压、浇铸、注射和流延中任意一种成型方式；
(3)、排粘处理：成型后的素坯先进行排粘处理，在1200～1500℃保温5～24小时，流动氮气保护；
(4)、烧结：气压或者无压烧结烧结，烧结温度为1800～2000℃，保温时间1～10h，流动氮气或者N2压力小于10MPa。
上述球磨步骤中球磨机的转速为300～360r/min、球磨时间为6～10h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明配方合理，产品热导率达到80W/mK以上、强度达到650以上。该制备方法可以实现在常压下烧结氮化硅陶瓷，同时步骤简单、方便易行，利用该方法制备的氮化硅陶瓷强度高、致密性好、耐高温和耐磨优异，可广泛用于对材料强度要求高的领域，如电子基板、升液管、热偶套、搅拌棒等产品领域中。
具体实施方式
实施例1
一种高导热氮化硅材料，所述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si3N4：93wt％
助烧剂Y2O3：2wt％
MgO：5wt％。
制备时通达干压等静压成型，1950℃气压烧结，制得的氮化硅材料的热导率达到90，强度700。
实施例2
一种高导热氮化硅材料，所述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si3N4：90wt％
助烧剂Y2O3：5wt％
MgO：5wt％。
制备时通达干压等静压成型，1950℃气压烧结，制得的氮化硅材料的热导率达到92，强度650。
实施例3
一种高导热氮化硅材料，所述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si粉：89.3wt％
助烧剂Y2O3：3wt％
MgSiN2：7.7wt％。
制备时通过流延成型，1440℃下硅粉氮化工艺16小时，流动氮气、氩气和氢气，1950℃烧结，制得的氮化硅材料的热导率达到95，强度720。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种高导热氮化硅材料，其特征在于，所述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si3N4：76wt％～97wt％
助烧剂Y2O3：1wt％～8wt％
MgO或MgSiN2：1wt％～8wt％
Yb2O3：0～8wt％。
2.如权利要求1所述的一种高导热氮化硅材料，其特征在于：所述材料由以下重量百分比的组分制备而成：
Si3N4：85～98wt％
助烧剂Y2O3：1wt％～5wt％
MgO或MgSiN2：1wt％～5wt％
Yb2O3：0～5wt％。
3.一种权利要求1或2任一项所述的高导热氮化硅材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、球磨：将原料放入卧式球磨设备，使用氮化硅球作为磨介，酒精或者去离子水作为球磨介质；将混合好的浆料烘干使用，也可以添加分散剂、粘结剂和润滑剂后喷雾造粒；
(2)、成型：粉料使用干压、等静压、浇铸、注射和流延中任意一种成型方式；
(3)、排粘处理：成型后的素坯先进行排粘处理，在1200～1500℃保温5～24小时，流动氮气保护；
(4)、烧结：气压或者无压烧结烧结，烧结温度为1800～2000℃，保温时间1～10h，流动氮气或者N2压力小于10MPa。
4.如权利要求1所述的一种高导热氮化硅材料，其特征在于：所述球磨步骤中球磨机的转速为300～360r/min、球磨时间为6～10h。
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