CN107857594A - 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法 - Google Patents

一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107857594A
CN107857594A CN201711224948.5A CN201711224948A CN107857594A CN 107857594 A CN107857594 A CN 107857594A CN 201711224948 A CN201711224948 A CN 201711224948A CN 107857594 A CN107857594 A CN 107857594A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium nitride
powder
profiled piece
nitride ceramics
degreasing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711224948.5A
Other languages
English (en)
Inventor
秦明礼
鲁慧峰
何庆
吴昊阳
贾宝瑞
刘昶
章林
曲选辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201711224948.5A priority Critical patent/CN107857594A/zh
Publication of CN107857594A publication Critical patent/CN107857594A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63408—Polyalkenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/638—Removal thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6022—Injection moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法，该氮化铝陶瓷异型件以氮化铝粉末和烧结助剂为主要原料，其中氮化铝粉末主要由纳米级氮化铝粉末和微米级氮化铝粉末根据比例混合而成，烧结助剂选自稀土氧化物、稀土金属盐中的一种或者多种。根据本发明公开的氮化铝陶瓷异型件制备方法制备得到的氮化铝陶瓷异型件具有粉末装载量高，异型件收缩小，尺寸精度高，导热性能好等优点。

Description

一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法，特别是涉及一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法。
背景技术
近年来，高热导率和高尺寸精度复杂形状氮化铝(AlN)陶瓷零部件的成形和制备成为国际上AlN陶瓷研究领域的研究热点，这是由于：(1)微电子、航空航天等高技术行业的飞速发展，对微型、复杂形状高导热陶瓷零部件的需求量越来越大，例如，大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异型陶瓷封装和散热器件的需求正在每年成倍增加，大功率LED需要有高导热的异型绝缘散热支架解决散热问题，等等；(2)AlN陶瓷具有高的热导率、相对较低的介电常数和介电损耗、与硅和砷化镓等芯片材料相匹配的热膨胀系数、无毒、绝缘等一系列优异性能，被认为是新一代高性能陶瓷散热器件的首选材料(氮化铝的理论热导率为320W·m-1·K-1，是氧化铝陶瓷的十倍左右；热膨胀系数约为3.5～4.8×10-6K-1，20～500℃)。
由于AlN陶瓷硬度高，脆性大，加工困难，采用机械加工方法很难制备出高尺寸精度的复杂形状零件。通过添加加工性能良好的氮化硼(BN)陶瓷，制备出可加工AlN-BN陶瓷材料后，再利用机械加工的方法可以制备出异型导热陶瓷零件。但是由于BN陶瓷的导热和力学性能较差，BN的加入不仅会降低了AlN陶瓷的导热性能，恶化了AlN陶瓷的力学性能，而且工艺复杂，原材料浪费大，成本高。但无论采取何种成形工艺，均需要精确控制后续的排胶(或脱脂)、烧结制度，防止坯体在致密化收缩过程中发生变形。由于氮化铝陶瓷烧结性能差，通常需要添加烧结助剂(稀土金属或碱土金属的氧化物、氟化物等)产生液相使其致密化，烧结致密化温度通常高于1700℃，不仅烧结温度高，而且大量液相的产生使产品在烧结过程中容易发生变形(通常认为在烧结过程中，由于重力、摩擦力等因素作用，液相的出现即液相烧结更容易使坯体产生变形)，产品的尺寸精度较低。
由此可见，上述现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。有鉴于上述现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的氮化铝陶瓷异型件制备方法，能够改进一般现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的氮化铝陶瓷异型件制备方法存在的缺陷，而提供一种新的氮化铝陶瓷异型件制备方法，所要解决的技术问题是提供一种高尺寸精度和高导热率异型氮化铝陶瓷制品制备方法，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，其原料包括氮化铝粉末和烧结助剂，所述氮化铝粉末包括纳米级氮化铝粉末和微米级氮化铝粉末，所述助剂选自稀土氧化物、稀土金属盐的一种或者多种。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，所述氮化铝粉末中的纳米级粉末质量百分比为40～90％，其余为微米级粉末；所述烧结助剂的添加量的质量百分比为2～5％。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，所述纳米级氮化铝粉末粒径为20～150nm，微米级氮化铝粉末的粒径为0.5～2μm。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镝中的一种或多种，所述稀土金属盐选自硝酸钇、硝酸镧、硝酸镝中的一种或多种。
本发明的另一目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其包括以下步骤：
a.制备混合粉末：将氮化铝粉末、烧结助剂混合后，干燥过筛得到混合粉末；
b.制备喂料：将混合粉末与粘结剂混炼制成喂料，喂料中混合粉末所占体积百分比为55～65％，其余为粘结剂；
c.注射成形：将喂料采用注射成形技术制备出所需形状的成形坯体；
d.脱脂：将成形坯体通过溶剂脱脂和热脱脂的方式进行脱脂，经冷却后形成脱脂坯；
e.将脱脂坯体经烧结、保温、冷却至室温后，即得到氮化铝陶瓷异型件。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其中步骤a中混合采用湿法球磨法；所述球磨是在以无水乙醇为溶剂、以高纯氧化锆球为研磨介质、球磨1～10小时的条件下进行的。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其中步骤b中粘结剂选自石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯、硬脂酸，其质量比分别为61:17:13:9。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其中步骤d中溶剂脱脂和热脱脂过程分别为：将成形坯体置于航空煤油中处理8～24小时进行溶剂脱脂，再将其置于脱脂炉中以1～2℃/min升温至600℃后保温1小时进行热脱脂。
本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其中步骤e中烧结条件为：温度1400～1700℃，时间1～10小时；保温条件为：温度1800～2000℃，时间1～10小时。
借由上述技术方案，本发明(名称)至少具有下列优点：
利用纳米粉末烧结活性高的特点，在低温烧结段，液相未出现前，坯体已具有较高致密度，减少由于后期高温液相烧结过程中坯体的变形。
利用纳米粉末与微米粉末的配合使用，在混炼过程中，纳米粉末填充微米粉末之间的间隙，提高了粉末的松装密度与振实密度，从而提高粉末装载量，减少粘结剂的使用量，从而减少烧结过程中的收缩变形，提高尺寸精度。
固相烧结致密后，再升温至液相生成温度，利用液相加速物质迁移促进晶粒长大，并使晶界相逐渐向三角晶界处迁移，保证氮化铝晶粒间充分接触，提高材料的导热率。
综上所述，本发明特殊的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法，提供一种高尺寸精度和高导热率异型氮化铝陶瓷制品及其制备方法，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类制备方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在制备方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
本发明的具体制备方法及其结构由以下实施例详细给出。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明采用粒度小于200nm的氮化铝粉末与粒度大于0.5μm的氮化铝粉末混合后作为原料，添加稀土氧化物如氧化钇、氧化镧、氧化镝或稀土金属盐如硝酸钇、硝酸镧、硝酸镝中的一种或几种作为烧结助剂，采用粉末注射成形技术成形复杂形状的陶瓷坯体，采用两步烧结法：首先在1400～1700℃温度范围内烧结1～10小时，再在1800～2000℃的温度下保温1～10小时，然后采用一定的制度降温至室温，可得到高精度和高导热的陶瓷制品。
通常认为烧结助剂促进氮化铝陶瓷致密化是烧结助剂与AlN粉末颗粒表面的氧化铝反应生成液相，促进材料致密化。同时，这些液相析出后形成的第二相还可将氧固结于晶界上，避免氧进入晶格产生缺陷而降低热导率，因此烧结助剂还具有净化AlN晶格，提高陶瓷热导率的作用。由于稀土氧化物与氧化铝反应生成的第二相的固氧作用强，更有利于陶瓷热导率的提高，因此，是制备高导热氮化铝陶瓷的主要烧结助剂，但由于稀土氧化物与氧化铝反应生成液相的温度通常高于1650℃，因此通常需要高于1700℃才能将氮化铝陶瓷致密化，不仅烧结温度高，而且大量液相的产生使产品在烧结过程中容易发生变形，产品的尺寸精度较低。
本发明采用纳米级氮化铝与微米级氮化铝粉末作为原料，由于纳米级氮化铝粉末活性好，与烧结助剂作用可使坯体在低于1700℃的温度下烧结致密化，此时尚未达到第二相的熔点，材料内部没有液相产生，即在液相产生前材料已致密化。继续升高温度后大于1700℃，尽管达到第二相的熔点后，会有液相产生，但由于产品已经致密化，不会发生收缩，因此，也就减少液相烧结收缩变形的风险。此时，产生的液相可促进材料晶粒长大，使晶界相逐渐向三角晶界处迁移，保证氮化铝晶粒间充分接触，可提高材料的导热率。
实施例1：
一种本发明的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂，该粘结剂成份如下：
采用本实施例的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂及氮化铝注射成形工艺的具体工艺步骤如下：
1、喂料制备：首先将400g纳米级氮化铝粉末(粒径为80nm)与600g微米级氮化铝粉末(粒径为1.1μm)与烧结助剂氧化钇40g在酒精中进行球磨混合，再经干燥过筛，制得混合粉末。将其与上述成份的粘结剂192g放入捏合机中进行混炼，混炼温度为170℃，转速为30r/min，待混合物形成熔融态后，继续混炼1h，冷却后取出喂料，喂料中氮化铝粉末的体积分数为60％。
2、注射成形：将喂料破碎后，利用注射成形机进行成形，注射温度为160℃，制得氮化铝异型件生坯。
3、脱脂：氮化铝生坯置于航空煤油中10h，煤油通过水浴加热控制在45℃，取出晾干，此时已去除大部分石蜡组分，取出后放入脱脂炉中进行热脱脂，升温速率为2℃/min，600℃保温1小时，冷却后得到脱脂坯。
4、将脱脂坯体放入坩埚中，在高温烧结炉中通入氮气，保持氮气流量为5L/min，以5℃/min速率升温到1650℃，保温3小时，再以3℃/min升温到1850℃，保温3小时，随炉冷却至室温，得到注射成形氮化铝陶瓷。
上述技术方案中，纳米级氮化铝粉末添加量为40％，纳米粉末能填充微米氮化铝粉末间隙，起到增加松装密度与振实密度的目的，同时促进纳米级氮化铝粉末烧结性能较好，经过烧结到1650℃时，坯体致密度已经达到90％，后续烧结过程中粉末颗粒之间已经形成烧结颈，液相出现后颗粒之间已经形成骨架，避免由于重力及物质迁移造成的变形，经过高温烧结后，由于纳米粉末的存在，颗粒直径长大明显，更加有利于氮化铝陶瓷热导率的提高。
通过本方案制备得到的氮化铝陶瓷异型件，其相对密度为99.1％，热导率为180W/m·K，尺寸精度在±0.4％之内。
实施例2：
一种本发明的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂，该粘结剂成份如下：
采用本实施例的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂及氮化铝注射成形工艺的具体工艺步骤如下：
1、喂料制备：首先将500g纳米级氮化铝粉末(粒径为80nm)与500g微米级氮化铝粉末(粒径为1.1μm)与烧结助剂氧化镧30g在酒精中进行球磨混合，再经干燥，制得混合粉末。将其与上述成份的粘结剂192g与混合粉末放入捏合机中进行混炼，混炼温度为170℃，转速为30r/min，待混合物形成熔融态后，继续混炼1h，冷却后取出喂料，喂料中氮化铝粉末的体积分数为60％。
2、注射成形：将喂料破碎后，利用注射成形机进行成形，注射温度为160℃，制得氮化铝异型件生坯。
3、脱脂：氮化铝生坯置于航空煤油中10h，煤油通过水浴加热控制在45℃，取出晾干，此时已去除大部分石蜡组分，取出后放入脱脂炉中进行热脱脂，升温速率为2℃/min，600℃保温1小时，冷却后得到脱脂坯。
4、将脱脂坯体放入坩埚中，在高温烧结炉中通入氮气，保持氮气流量为5L/min，以5℃/min速率升温到1600℃，保温3小时，再以3℃/min升温到1850℃，保温3小时，随炉冷却至室温，得到注射成形氮化铝陶瓷。
上述技术方案中，纳米级氮化铝粉末添加量为50％，纳米粉末能填充氮化铝粉末间隙，起到增加松装密度与振实密度的目的，同时促进纳米级氮化铝粉末烧结性能较好，经过烧结到1600℃时，坯体致密度已经达到92％，后续烧结过程中粉末颗粒之间已经形成烧结颈，液相出现后颗粒之间已经形成骨架，避免由于重力及物质迁移造成的变形，经过高温烧结后，由于纳米粉末的存在，颗粒直径长大明显，更加有利于氮化铝陶瓷热导率的提高。
通过本方案制备得到的氮化铝陶瓷异型件，其相对密度为99.2％，热导率为185W/m·K，尺寸精度在±0.4％之内。
实施例3：
一种本发明的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂，该粘结剂成份如下：
采用本实施例的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂及氮化铝注射成形工艺的具体工艺步骤如下：
1、喂料制备：首先将600g纳米级氮化铝粉末(粒径为80nm)与400g微米级氮化铝粉末(粒径为1.1μm)与烧结助剂氧化镝30g在酒精中进行球磨混合，再经干燥，制得混合粉末。将其与上述成份的粘结剂176.5g与混合粉末放入捏合机中进行混炼，混炼温度为170℃，转速为30r/min，待混合物形成熔融态后，继续混炼1h，冷却后取出喂料，喂料中氮化铝粉末的体积分数为62％。
2、注射成形：将喂料破碎后，利用注射成形机进行成形，注射温度为160℃，制得氮化铝生坯。
3、脱脂：氮化铝生坯置于航空煤油中10h，煤油通过水浴加热控制在45℃，取出晾干，此时已去除大部分石蜡组分，取出后放入脱脂炉中进行热脱脂，升温速率为2℃/min，600℃保温1小时，冷却后得到脱脂坯。
4、将脱脂坯体放入坩埚中，在高温烧结炉中通入氮气，保持氮气流量为5L/min，以5℃/min速率升温到1600℃，保温3小时，再以3℃/min升温到1850℃，保温3小时，随炉冷却至室温，得到注射成形氮化铝陶瓷。
上述技术方案中，纳米级氮化铝粉末添加量为60％，纳米粉末能填充氮化铝粉末间隙，起到增加松装密度与振实密度的目的，同时促进纳米级氮化铝粉末烧结性能较好，经过烧结到1650℃时，坯体致密度已经达到93％，后续烧结过程中粉末颗粒之间已经形成烧结颈，液相出现后颗粒之间已经形成骨架，避免由于重力及物质迁移造成的变形，经过高温烧结后，由于纳米粉末的存在，颗粒直径长大明显，更加有利于氮化铝陶瓷热导率的提高。
通过本方案制备得到的氮化铝陶瓷异型件，其相对密度为99.1％，热导率为185W/m·K，尺寸精度在±0.4％之内。
实施例4：
一种本发明的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂，该粘结剂成份如下：
采用本实施例的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂及氮化铝注射成形工艺的具体工艺步骤如下：
1、喂料制备：首先将600g纳米级氮化铝粉末(粒径为80nm)与400g微米级氮化铝粉末(粒径为1.1μm)与烧结助剂氧化钇30g在酒精中进行球磨混合，再经干燥，制得混合粉末。将其与上述成份的粘结剂169g与混合粉末放入捏合机中进行混炼，混炼温度为170℃，转速为30r/min，待混合物形成熔融态后，继续混炼1h，冷却后取出喂料，喂料中氮化铝粉末的体积分数为63％。
2、注射成形：将喂料破碎后，利用注射成形机进行成形，注射温度为160℃，制得氮化铝生坯。
3、脱脂：氮化铝生坯置于航空煤油中10h，煤油通过水浴加热控制在45℃，取出晾干，此时已去除大部分石蜡组分，取出后放入脱脂炉中进行热脱脂，升温速率为2℃/min，600℃保温1小时，冷却后得到脱脂坯。
4、将脱脂坯体放入坩埚中，在高温烧结炉中通入氮气，保持氮气流量为5L/min，以5℃/min速率升温到1550℃，保温3小时，再以3℃/min升温到1850℃，保温3小时，随炉冷却至室温，得到注射成形氮化铝陶瓷。
上述技术方案中，纳米级氮化铝粉末添加量为60％，纳米粉末能填充氮化铝粉末间隙，但是，由于纳米粉末较高的比表面积，造成需要包覆颗粒表面的粘结剂增加，当需要配制合适粘度的喂料时，所用粘结剂的含量较多，造成粉末装载量的下降，但纳米粉末含量的增加，对于氮化铝陶瓷烧结致密化有利经过烧结到1600℃，坯体致密度已经达到95％，后续烧结过程中粉末颗粒之间已经形成烧结颈，液相出现后颗粒之间已经形成骨架，避免由于重力及物质迁移造成的变形，经过高温烧结后，由于纳米粉末的存在，颗粒直径长大明显，更加有利于氮化铝陶瓷热导率的提高。
通过本方案制备得到的氮化铝陶瓷异型件，其相对密度为99.3％，热导率为190W/m·K，尺寸精度在±0.4％之内。
实施例5：
一种本发明的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂，该粘结剂成份如下：
采用本实施例的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂及氮化铝注射成形工艺的具体工艺步骤如下：
1、喂料制备：首先将600g纳米级氮化铝粉末(粒径为80nm)与400g微米级氮化铝粉末(粒径为1.1μm)与烧结助剂硝酸镝40g在酒精中进行球磨混合，再经干燥，制得混合粉末。将其与上述成份的粘结剂155g与混合粉末放入捏合机中进行混炼，混炼温度为170℃，转速为30r/min，待混合物形成熔融态后，继续混炼1h，冷却后取出喂料，喂料中氮化铝粉末的体积分数为65％。
2、注射成形：将喂料破碎后，利用注射成形机进行成形，注射温度为160℃，制得氮化铝生坯。
3、脱脂：氮化铝生坯置于航空煤油中8h，煤油通过水浴加热控制在45℃，取出晾干，此时已去除大部分石蜡组分，取出后放入脱脂炉中进行热脱脂，升温速率为2℃/min，600℃保温1小时，冷却后得到脱脂坯。
4、将脱脂坯体放入坩埚中，在高温烧结炉中通入氮气，保持氮气流量为5L/min，以10℃/min速率升温到1400℃，保温10小时，再以5℃/min升温到2000℃，保温1小时，随炉冷却至室温，得到注射成形氮化铝陶瓷。
上述技术方案中，纳米级氮化铝粉末添加量为60％，纳米粉末能填充氮化铝粉末间隙，起到增加松装密度与振实密度的目的，同时促进纳米级氮化铝粉末烧结性能较好，经过烧结到1400℃时，坯体致密度已经达到80％，后续烧结过程中粉末颗粒之间已经形成烧结颈，液相出现后颗粒之间已经形成骨架，避免由于重力及物质迁移造成的变形，经过高温烧结后，由于纳米粉末的存在，颗粒直径长大明显，更加有利于氮化铝陶瓷热导率的提高。
通过本方案制备得到的氮化铝陶瓷异型件，其相对密度为99.5％，热导率为200W/m·K，尺寸精度在±0.4％之内。
实施例6：
一种本发明的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂，该粘结剂成份如下：
采用本实施例的氮化铝陶瓷注射成形用粘结剂及氮化铝注射成形工艺的具体工艺步骤如下：
1、喂料制备：首先将500g纳米级氮化铝粉末(粒径为80nm)与500g微米级氮化铝粉末(粒径为1.1μm)与烧结助剂硝酸镧30g在酒精中进行球磨混合，再经干燥，制得混合粉末。将其与上述成份的粘结剂192g与混合粉末放入捏合机中进行混炼，混炼温度为170℃，转速为30r/min，待混合物形成熔融态后，继续混炼1h，冷却后取出喂料，喂料中氮化铝粉末的体积分数为60％。
2、注射成形：将喂料破碎后，利用注射成形机进行成形，注射温度为160℃，制得氮化铝生坯。
3、脱脂：氮化铝生坯置于航空煤油中24h，煤油通过水浴加热控制在45℃，取出晾干，此时已去除大部分石蜡组分，取出后放入脱脂炉中进行热脱脂，升温速率为2℃/min，600℃保温1小时，冷却后得到脱脂坯。
4、将脱脂坯体放入坩埚中，在高温烧结炉中通入氮气，保持氮气流量为5L/min，以1℃/min速率升温到1700℃，保温1小时，再以1℃/min升温到1800℃，保温10小时，随炉冷却至室温，得到注射成形氮化铝陶瓷。
上述技术方案中，纳米级氮化铝粉末添加量为60％，纳米粉末能填充氮化铝粉末间隙，起到增加松装密度与振实密度的目的，同时促进纳米级氮化铝粉末烧结性能较好，经过烧结到1700℃时，坯体致密度已经达到93％，后续烧结过程中粉末颗粒之间已经形成烧结颈，液相出现后颗粒之间已经形成骨架，避免由于重力及物质迁移造成的变形，经过高温烧结后，由于纳米粉末的存在，颗粒直径长大明显，更加有利于氮化铝陶瓷热导率的提高。
通过本方案制备得到的氮化铝陶瓷异型件，其相对密度为98.6％，热导率为180W/m·K，尺寸精度在±0.4％之内。
综上所述，通过采用纳米级氮化铝粉末与微米级氮化铝粉末的配合使用，能起到促进烧结致密化的同时，减少高温液相烧结期间的收缩，对于减少氮化铝陶瓷在烧结过程中的变形，提高零件尺寸精度有利。特别对于一些薄壁，悬臂结构类型氮化铝零件，能提高效率，减少废品率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种氮化铝陶瓷异型件，其原料包括氮化铝粉末和烧结助剂，所述氮化铝粉末包括纳米级氮化铝粉末和微米级氮化铝粉末；所述烧结助剂选自稀土氧化物、稀土金属盐中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷异型件，其特征在于：所述氮化铝粉末中的纳米级粉末质量百分比为40～90％，其余为微米级粉末；所述烧结助剂的添加量的质量百分比为2～5％。
3.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷异型件，其特征在于：所述纳米级氮化铝粉末粒径为20～150nm，微米级氮化铝粉末的粒径为0.5～2μm。
4.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷异型件，其特征在于：所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镝中的一种或多种；所述稀土金属盐选自硝酸钇、硝酸镧、硝酸镝中的一种或多种。
5.一种制备权利要求1～4中任一项权利要求所述的氮化铝陶瓷异型件的方法，包括以下步骤：
a.制备混合粉末：将氮化铝粉末、烧结助剂混合后，干燥过筛得到混合粉末；
b.制备喂料：将混合粉末与粘结剂混炼制成喂料，喂料中混合粉末所占体积百分比为55～65％，其余为粘结剂；
c.注射成形：将喂料采用注射成形技术制备出所需形状的成形坯体；
d.脱脂：将成形坯体通过溶剂脱脂和热脱脂的方式进行脱脂，经冷却后形成脱脂坯；
e.将脱脂坯体经烧结、保温、冷却至室温后，即得到氮化铝陶瓷异型件。
6.根据权利要求5所述的氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其特征在于：所述步骤a中所述混合采用湿法球磨法；所述球磨是在以无水乙醇为溶剂、以高纯氧化锆球为研磨介质、球磨1～10小时的条件下进行的。
7.根据权利要求5所述的氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其特征在于：所述步骤b中所述粘结剂选自石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯、硬脂酸，其质量比分别为61:17:13:9。
8.根据权利要求5所述的氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其特征在于：所述步骤d中所述溶剂脱脂和所述热脱脂过程分别为：将成形坯体置于航空煤油中处理8～24小时进行溶剂脱脂，再将其置于脱脂炉中以1～2℃/min升温至600℃后保温1小时进行热脱脂。
9.根据权利要求5所述的氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其特征在于：所述步骤e中所述烧结条件为：温度1400～1700℃，时间1～10小时；所述保温条件为：温度1800～2000℃，时间1～10小时。
CN201711224948.5A 2017-11-29 2017-11-29 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法 Pending CN107857594A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711224948.5A CN107857594A (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711224948.5A CN107857594A (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107857594A true CN107857594A (zh) 2018-03-30

Family

ID=61704367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711224948.5A Pending CN107857594A (zh) 2017-11-29 2017-11-29 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107857594A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112876260A (zh) * 2021-03-26 2021-06-01 福建华清电子材料科技有限公司 一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺
CN113073219A (zh) * 2021-03-24 2021-07-06 山东银山电气有限公司 一种应用于仪器仪表的精密电阻材料的制造方法
CN113215655A (zh) * 2021-05-12 2021-08-06 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种提升氮化铝单晶生长中块体材料挥发量的填充方法
CN113603467A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 深圳协同创新高科技发展有限公司 一种用于3d打印的光固化陶瓷浆料及成型坯体的预处理方法
CN114560706A (zh) * 2022-03-15 2022-05-31 福建华清电子材料科技有限公司 一种高热导氮化铝陶瓷基板的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080286141A1 (en) * 2004-07-23 2008-11-20 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Method for Preparing Nano-Sized Metal Powder Feedstock and Method for Producing Sintered Body Using the Feedstock
CN104844220A (zh) * 2015-05-26 2015-08-19 北京科技大学 一种纳米氮化铝陶瓷注射成形方法
CN104973865A (zh) * 2015-05-26 2015-10-14 北京科技大学 一种高导热氮化铝陶瓷的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080286141A1 (en) * 2004-07-23 2008-11-20 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Method for Preparing Nano-Sized Metal Powder Feedstock and Method for Producing Sintered Body Using the Feedstock
CN104844220A (zh) * 2015-05-26 2015-08-19 北京科技大学 一种纳米氮化铝陶瓷注射成形方法
CN104973865A (zh) * 2015-05-26 2015-10-14 北京科技大学 一种高导热氮化铝陶瓷的制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113073219A (zh) * 2021-03-24 2021-07-06 山东银山电气有限公司 一种应用于仪器仪表的精密电阻材料的制造方法
CN113073219B (zh) * 2021-03-24 2022-04-22 山东银山电气有限公司 一种应用于仪器仪表的精密电阻材料的制造方法
CN112876260A (zh) * 2021-03-26 2021-06-01 福建华清电子材料科技有限公司 一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺
CN113215655A (zh) * 2021-05-12 2021-08-06 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种提升氮化铝单晶生长中块体材料挥发量的填充方法
CN113603467A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 深圳协同创新高科技发展有限公司 一种用于3d打印的光固化陶瓷浆料及成型坯体的预处理方法
CN113603467B (zh) * 2021-08-09 2023-03-10 深圳协同创新高科技发展有限公司 一种用于3d打印的光固化陶瓷浆料及成型坯体的预处理方法
CN114560706A (zh) * 2022-03-15 2022-05-31 福建华清电子材料科技有限公司 一种高热导氮化铝陶瓷基板的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107857594A (zh) 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法
CN100377378C (zh) 一种Bi-Sb-Te系热电材料的制备方法
TWI554561B (zh) 矽熔化液接觸構件及其製造方法與結晶矽之製造方法
CN100491554C (zh) 一种细晶择优取向Bi2Te3热电材料的制备方法
CN101913878B (zh) 一种制备碳化硅颗粒增强氮化硅复相陶瓷零件的方法
Zhang et al. The pressureless sintering and mechanical properties of AlON ceramic
CN106297904B (zh) UO2‑SiC燃料芯块的制备方法及采用该制备方法制成的UO2‑SiC燃料芯块
JP2007042963A (ja) 熱電材料及びその製造方法
CN103700759B (zh) 一种纳米复合结构Mg2Si基热电材料及其制备方法
CN104844220B (zh) 一种纳米氮化铝陶瓷注射成形方法
CN105018767B (zh) 一种微波快速合成‑烧结制备ZrNiSn块体热电材料的方法
CN108675795A (zh) 一种sps烧结制备高导热和高强度氮化铝陶瓷的方法
CN102653470B (zh) 铬二铝碳陶瓷靶材及其真空热压制备方法
CN102181753A (zh) 一种硅与碳化硅混杂增强的铝基复合材料及其制备方法
CN108863393A (zh) 一种高导热和高强度氮化铝陶瓷的制备方法
CN103820691B (zh) 一种FeAl/TiC复合材料的常压烧结制备方法
CN102924087A (zh) 一种立方氮化硼-碳化硅复相陶瓷材料的制备方法及其产品
CN101734920A (zh) 一种氮化钛多孔陶瓷及其制备方法
CN104162661B (zh) 一种微波烧结Al2O3-TiC-TiN微米复合陶瓷刀具材料的方法
KR101763122B1 (ko) 세라믹 코어의 제조방법, 이에 의해 제조된 세라믹 코어, 정밀주조 방법 및 이에 따라 제조된 정밀주조 제품
Liu et al. Highly dense β-SiC ceramics with submicron grains prepared by sintering of nanocrystalline powders
KR20120068116A (ko) 텅스텐-구리 나노 복합 분말의 제조방법 및 이를 이용한 텅스텐-구리 복합체의 제조방법
CN101549394B (zh) 一种温度控制方法
TWI523827B (zh) 坩堝
CN108558405A (zh) 一种高致密度高纯度碳化硅衬底材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180330

RJ01 Rejection of invention patent application after publication