CN112759402A - 一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，将氮化铝、粉体材料、氧化物和分散剂按照一定质量比例进行混合后得到待磨粉体，得到的待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以适当重量比例混合，采用高能球磨法球磨8～30小时，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体，经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结，得到抗弯强度为450～520MPa，导热系数为145～170 W/（m·K）的纯黑色氮化铝陶瓷。本发明的高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺优化了制备陶瓷的配方组成、球磨工艺以及球料配比，经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结，得到抗弯强度为450‑520MPa，导热系数为145‑170 W/（m·K）的纯黑色氮化铝陶瓷。

Description

一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺
技术领域
本发明涉及陶瓷材料制备技术领域，尤其涉及一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺。
背景技术
随着微电子技术的飞速发展，要求器件朝着大容量、高密度、高速度、大功率输出的方向发展，越来越复杂的器件对基片和封装材料的散热提出了越来越高的要求。传统的树脂基板和氧化铝陶瓷基板，最高热导率均仅为30W/(m·K)左右，远不能满足当今器件的散热要求。此外，氮化铝（AlN）陶瓷的抗弯强度一般为低于300MPa，限制了氮化铝（AlN）陶瓷的工业应用。氮化铝陶瓷具有导热性能优良、与硅相接近的热膨胀系数、较好的绝缘性能、适中的介电常数和介电损耗、室温和高温力学性能良好且无毒等优良特点，其作为集成电路和大功率器件的基板材料和电子封装材料具有广阔的应用前景。
因此，开发新的方法使A1N陶瓷同时具备高热导率和高抗弯强度性能，具有重要的应用前景。
发明内容
本发明提供一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，制备所得的氮化铝陶瓷同时具备高热导率和高抗弯强度性能。
本发明采用如下技术方案：
一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：将氮化铝、粉体材料、氧化物和分散剂按照一定质量比例进行混合后得到待磨粉体；
步骤2：将步骤1得到的待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以适当重量比例混合，采用高能球磨法球磨8～30小时，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体；
步骤3：将步骤2得到的粉体经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结，得到抗弯强度为450～520MPa，导热系数为145～170 W/（m·K）的纯黑色氮化铝陶瓷。
进一步改进地，上述氮化铝、粉体材料、氧化物和分散剂依次按质量比例为（92～96）：（0.5～1.0）：（2～5）：（0.1～0.2）混合。
进一步改进地，上述粉体材料为钛酸铝、碳化锆、氧化锆的一种或者多种的混合物。
进一步改进地，上述氧化物为氧化镱、氧化钇、氧化钐的一种或者多种的混合物。
进一步改进地，上述球磨溶剂为甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃中的一种或者多种的混合物。
进一步改进地，上述粘结剂为丙烯酸树脂、脲醛树脂、酚醛树脂中的一种和多种的混合物。
进一步改进地，上述待磨粉体、适量球磨溶剂和粘结剂依次按重量比例(40～50)：(45～55)：（5～12）混合。
进一步改进地，上述氮化铝与上述粉体材料、氧化物和分散剂按照球料比（5～10）：1混合。
进一步改进地，上述氮化铝的粒径为0.1～2毫米。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺将氮化铝、低热膨胀系数的粉体材料、氧化物、分散剂按照一定质量比例进行混合后，将所得待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以适当重量比例混合，采用高能球磨法球磨8-30小时，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体，优化了制备陶瓷的配方组成、球磨工艺以及球料配比，经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结，得到抗弯强度为450-520MPa，导热系数为145-170 W/（m·K）的纯黑色氮化铝陶瓷。
具体实施方式
实施方式一：
一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：将氮化铝、粉体材料、氧化物和分散剂按照一定质量比例进行混合后得到待磨粉体；
步骤2：将步骤1得到的待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以适当重量比例混合，采用高能球磨法球磨8～30小时，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体；
步骤3：将步骤2得到的粉体经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结，得到抗弯强度为450～520MPa，导热系数为145～170 W/（m·K）的纯黑色氮化铝陶瓷。
将氮化铝、钛酸铝、氧化镱、分散剂按照质量比例94：0.8：5：0.2进行混合后，将所得待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以重量比例40：50：10混合，采用高能球磨法球磨10小时，球磨溶剂为甲苯，磨球为0.1毫米的氧化铝（高纯），球料比（5：1），粘结剂为丙烯酸树脂，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体，经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结。
实施方式二：
将氮化铝、钛酸铝、氧化镱、分散剂按照质量比例96：0.9：3：0.1进行混合后，将所得待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以重量比例45：50：5混合，采用高能球磨法球磨12小时，球磨溶剂为二氯甲烷，磨球为0.5毫米的氧化铝（高纯），球料比（8：1），粘结剂为丙烯酸树脂和脲醛树脂的混合物，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体，经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结。
实施方式三：
将氮化铝、钛酸铝、氧化镱、分散剂按照质量比例95：0.8：4：0.2进行混合后，将所得待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以重量比例50：45：5混合，采用高能球磨法球磨15小时，球磨溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃的混合物，磨球为0.8毫米的氮化硅，球料比（7：1），粘结剂为脲醛树脂、酚醛树脂的混合物，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体，经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结。
得到案例的样品性能结果列表如下：
Figure 174755DEST_PATH_IMAGE001
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将氮化铝、粉体材料、氧化物和分散剂按照一定质量比例进行混合后得到待磨粉体；
步骤2：将步骤1得到的待磨粉体与适量球磨溶剂和粘结剂以适当重量比例混合，采用高能球磨法球磨8～30小时，球磨后的浆料经过喷雾干燥后得到流动性好的粉体；
步骤3：将步骤2得到的粉体经过干压、脱脂和在氮气炉中烧结，得到抗弯强度为450～520MPa，导热系数为145～170 W/（m·K）的纯黑色氮化铝陶瓷。
2.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于， 所述氮化铝、粉体材料、氧化物和分散剂依次按质量比例为（92～96）：（0.5～1.0）：（2～5）：（0.1～0.2）混合。
3.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述粉体材料为钛酸铝、碳化锆、氧化锆的一种或者多种的混合物。
4.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述氧化物为氧化镱、氧化钇、氧化钐的一种或者多种的混合物。
5.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述球磨溶剂为甲苯、二氯甲烷、四氢呋喃中的一种或者多种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述粘结剂为丙烯酸树脂、脲醛树脂、酚醛树脂中的一种和多种的混合物。
7.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于，所述待磨粉体、适量球磨溶剂和粘结剂依次按重量比例(40～50)：(45～55)：（5～12）混合。
8.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述氮化铝与所述粉体材料、氧化物和分散剂按照球料比（5～10）：1混合。
9.如权利要求1所述的一种高强度黑色氮化铝陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述氮化铝的粒径为0.1～2毫米。
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