CN112876260B - 一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺 - Google Patents

一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氮化铝陶瓷技术领域,提供一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,包括以下步骤:(1)将氮化铝粉体、复合烧结助剂、UV单体、活性稀释剂、光引发剂、分散剂、硅烷偶联剂混合均匀,得到陶瓷浆料;(2)所述陶瓷浆料在流延机上流延后,通过紫外照射引发聚合反应,浆料原位固化成型,得到陶瓷生坯,再将陶瓷生坯用模具切成需要的形状和尺寸,得到陶瓷坯片;(3)将陶瓷坯片进行叠层后放入排胶炉内进行排胶;(4)排胶后的陶瓷坯片在氮气气氛保护下进行热压烧结,烧结后冷却至室温,再进行除粉抛光工艺,即得到超薄氮化铝陶瓷基片。制备的氮化铝陶瓷基片厚度超薄、导热性好、抗弯强度高。

Description

一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺
技术领域
本发明涉及氮化铝陶瓷技术领域,尤其涉及一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺。
背景技术
氮化铝是一种具有优良导热性能、较低介电常数和介电损耗、高体积电阻率、无毒以及与硅相近的热膨胀系数等优良综合性能的新兴陶瓷材料。氮化铝陶瓷的理论热导率高达320W/(m·K),是传统电子封装基板氧化铝的5-10倍,而且耐高温和腐蚀,其综合性能好于氧化铝和氧化铍陶瓷,是新一代半导体基片和电子原件封装材料的首选,在电子工业领域的应用前景十分广阔。
随着电子集成和封装技术的快速发展,电子元器件和设备向小型化、微型化方向发展,使得氮化铝陶瓷基片也朝超薄方向发展。流延成型工艺是目前生产氮化铝陶瓷薄片的主要方法,该工艺是在陶瓷粉料中加入溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分,球磨得到稳定、均一的陶瓷浆料,陶瓷浆料经过脱泡处理后在流延机上进行流延,干燥后形成一层坯膜,坯膜按照需要的尺寸进行切割,并进行排胶、烧结,得到陶瓷薄片。但是由于流延成型工艺要求陶瓷浆料的流动性好,因此陶瓷浆料中的有机物含量高,坯片密度低,排胶、烧结过程中坯片收缩严重,而且坯片越薄越容易变形开裂,影响产品的质量。因此,如何制备出厚度薄、导热性好的高品质氮化铝陶瓷基片是个技术难点,亟待本领域技术人员解决。
发明内容
因此,针对上述现有技术的不足,本发明提供一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,获得的氮化铝陶瓷基片厚度超薄、导热性好、抗弯强度高。
为达到上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,包括以下步骤:
将氮化铝粉体、复合烧结助剂、UV单体、活性稀释剂、光引发剂、分散剂、硅烷偶联剂混合均匀,然后采用真空脱泡机对球磨后的物料进行抽真空脱泡,得到陶瓷浆料;所述氮化铝粉体的纯度为99.9%,由微米级氮化铝和纳米级氮化铝组成,其中微米级氮化铝的平均粒径为1-3μm,所述微米级氮化铝占氮化铝粉体总质量的95-99%,所述纳米级氮化铝的平均粒径为40-150nm;
所述陶瓷浆料在流延机上流延后,通过紫外照射引发聚合反应,浆料原位固化成型,得到陶瓷生坯,再将陶瓷生坯用模具切成需要的形状和尺寸,得到陶瓷坯片;
在陶瓷坯片表面敷一层隔粘粉,将陶瓷坯片进行叠层后放入排胶炉内进行排胶;
排胶后的陶瓷坯片在氮气气氛保护下进行热压烧结,烧结后冷却至室温,再进行除粉抛光工艺,即得到超薄氮化铝陶瓷基片。
进一步的改进是:所述氮化铝粉体、复合烧结助剂、UV单体、活性稀释剂、光引发剂、分散剂、硅烷偶联剂的质量比为80-90:1.6-4:7-12:10-16:0.1-0.3:2-5:0.8-1.5。
进一步的改进是:所述复合烧结助剂为CaCO3-YF3-La2O3-Dy2O3四元体系。
进一步的改进是:所述复合烧结助剂中:CaCO3的质量分数为40-50wt.%、YF3的质量分数为22-32wt.%、La2O3的质量分数为12-18wt.%、Dy2O3的质量分数为9-15wt.%。
进一步的改进是:所述UV单体为环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯按任意比组成的混合物。
进一步的改进是:所述活性稀释剂为丙烯酸羟乙酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯按质量比2-4:1.5-3:0.5-1.5混合而成。
进一步的改进是:所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、1-羟基环己基苯基甲酮中的任意一种。
进一步的改进是:所述分散剂为嵌段共聚物型分散剂、丙烯酸酯高分子型分散剂、聚羧酸盐分散剂中的一种或两种以上组成的混合物。
进一步的改进是:所述陶瓷浆料的具体制备步骤为:(1)将氮化铝粉体、复合烧结助剂、部分分散剂和溶剂加入球磨罐中,所述溶剂的质量为2-4倍,球磨1-5h,干燥过筛后得到预分散的陶瓷粉体;(2)将UV单体、活性稀释剂、光引发剂、硅烷偶联剂和剩余分散剂搅拌混合均匀,得到混合液;(3)将混合液加入球磨罐内,分多次向球磨罐中加入预分散的陶瓷粉体,每次球磨1-3h,充分球磨后进行抽真空脱泡,即得陶瓷浆料。
进一步的改进是:陶瓷坯片表面敷一层隔粘粉之前进行等静压处理,所述等静压处理是将陶瓷坯片进行真空包装密封,然后升压至55-65MPa,保压30-60s,然后升压至125-145MPa,保压1-2min,再升压至190-220MPa,保压3-5min。
进一步的改进是:排胶的具体步骤为:在惰性气体气氛保护下先以1-3℃/min的速率升温至250-300℃,保温1-2h,接着以0.5-2℃/min的速率升温至580-620℃,然后保温2-4h,最后在空气气氛中维持580-620℃温度40-80min。
进一步的改进是:烧结的具体参数:压力为18-28MPa,烧结温度为1720-1760℃,烧结时间为4-6h。
进一步的改进是:复合烧结助剂的粒径在200nm以下。
通过采用前述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明的氮化铝粉体由微米级氮化铝粉体和纳米级氮化铝组成,添加少量的纳米级氮化铝,利用纳米级氮化铝高比表面积的特性,可以促进氮化铝陶瓷烧结的致密化程度,同时又不会大幅增加生产成本。
为提高氮化铝陶瓷的烧结性能、降低其烧结温度,通常加入合适的烧结助剂,一方面在烧结过程中可以与氮化铝表面氧化形成的氧化铝反应,生成较低熔点的第二相,促进氮化铝晶粒的重排,加速烧结致密化进程。另一方面,在晶界处形成的第二相降低了氮化铝晶粒中的氧含量,起到净化晶格的作用,提高了氮化铝陶瓷的热导率。第二相冷却后,凝结在晶界上,减少了高温下氧进入晶格的可能,起到净化晶格,提高热导率的作用。单一烧结助剂很难达到预期降低烧结温度的目的,因此常采用复合烧结助剂,大幅度降低烧结温度,从而降低生产成本。虽然对各种烧结助剂的研究已经非常成熟,但复合烧结助剂对于氮化铝陶瓷烧结的机理并不明确,本申请发现CaCO3-YF3-La2O3-Dy2O3四元体系形成的复合烧结助剂为最佳选择,对于氮化铝陶瓷的烧结具有更好的促进效果,能够降低氮化铝陶瓷的烧结温度,热导率优于单一组分、双组分、三元体系烧结助剂条件下得到的氮化铝陶瓷。复合烧结助剂的粒径在200nm以下,可以吸附包裹在微米级氮化铝粉体表面,烧结过程中能形成均匀的液相薄层,提高致密度和热导率。
传统的流延成型工艺采用有机溶剂体系,陶瓷浆料中的有机物含量高,坯片密度低,结构松散,排胶、烧结过程中坯片收缩严重,而且坯片越薄越容易变形开裂,影响产品的质量。本发明将UV单体、光引发剂、活性稀释剂加入浆料中,然后通过紫外照射引发聚合反应,使浆料原位固化成型。UV单体和活性稀释剂的粘度小,氮化铝粉体可以很好地分散在混合液中,无需再添加有机溶剂调整浆料的粘度,降低了陶瓷浆料中有机物的含量,克服了排胶过程中坯片易变形开裂的问题,产品质量更稳定。
烧结前进行排胶处理,能够有效去除陶瓷坯体中的有机物,有利于提高烧结的质量,在空气气氛下排胶,陶瓷坯片的内部和外部有机物的分解速度不同,残碳量分布不均,容易引起产品出现变形、裂纹等缺陷。本发明在惰性气体气氛保护下,将陶瓷坯片在分段式升温的排胶炉内进行排胶,保证陶瓷坯片的有机物均匀分解,残碳量分布均匀,烧结过程中不易开裂。最后在空气气氛下保温一段时间,可以最大程度地除去陶瓷坯片中残留的碳,提高烧结后成品的品质。
陶瓷坯片排胶烧结之前等静压处理,可以增大氮化铝陶瓷基片的致密度,提高氮化铝陶瓷基片的热导率、抗弯强度。相比于直接升压至最高值并保压处理一段时间的处理方式,本发明采用分段式升压,可以最大程度地提高产品性能,获得的氮化铝陶瓷基片热导率、抗弯强度性能更加优异。
总而言之,本申请制备出的氮化铝陶瓷导热性好、抗弯强度高,厚度薄,可达60μm以下。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明,实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段,所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者,均在首次出现时标明。
实施例一
一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,包括以下步骤:
S1、陶瓷浆料的制备:
(1)称取以下重量份的各原料:氮化铝粉体80份、复合烧结助剂1.6份、环氧丙烯酸酯2.5份、聚氨酯丙烯酸酯4.5份、丙烯酸羟乙酯5份、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯3.75份、季戊四醇三丙烯酸酯1.25份、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮0.1份、BYK190分散剂2份、硅烷偶联剂KH-5500.8份,
其中氮化铝粉体的纯度为99.9%,由微米级氮化铝和纳米级氮化铝按质量比95:5组成,微米级氮化铝的平均粒径为1μm,纳米级氮化铝的平均粒径为40nm;所述复合烧结助剂为CaCO3-YF3-La2O3-Dy2O3四元体系,CaCO3的质量分数为40wt.%、YF3的质量分数为32wt.%、La2O3的质量分数为18wt.%、Dy2O3的质量分数为10wt.%,复合烧结助剂的粒径为200nm;
(2)将氮化铝粉体、复合烧结助剂、1/3的分散剂和乙醇溶剂加入球磨罐中,所述乙醇溶剂的质量为2倍,球磨1h,干燥过筛后得到预分散的陶瓷粉体;(3)将环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、硅烷偶联剂和剩余分散剂搅拌混合均匀,得到混合液;(4)将混合液加入球磨罐内,分三次向球磨罐中加入预分散的陶瓷粉体,每次球磨1h,充分球磨后进行抽真空脱泡,即得陶瓷浆料;
S2、流延成型:
所述陶瓷浆料在流延机上流延后,通过紫外照射引发聚合反应,浆料原位固化成型,得到陶瓷生坯,再将陶瓷生坯用模具切成需要的形状和尺寸,得到陶瓷坯片;辐照能量为600mJ/cm2,固化时间为30s;
S3、等静压处理:
将陶瓷坯片进行真空包装密封,然后升压至55MPa,保压30s,然后升压至125MPa,保压1min,再升压至190MPa,保压3min;
S4、排胶:
在陶瓷坯片表面敷一层氮化硼隔粘粉,将陶瓷坯片进行叠层后放入排胶炉内进行排胶,排胶的具体步骤为:在惰性气体气氛保护下先以1℃/min的速率升温至250℃,保温1h,接着以0.5℃/min的速率升温至580℃,然后保温2h,最后在空气气氛中维持580℃温度40min;
S5、烧结:
排胶后的陶瓷坯片在氮气气氛保护下进行热压烧结,压力为18MPa,烧结温度为1720℃,烧结时间为4h,烧结后冷却至室温,再进行除粉抛光工艺,即得到超薄氮化铝陶瓷基片。
通过本实施例制备得到的氮化铝陶瓷,其热导率为166W/m·K,抗弯强度为540MPa。
实施例二
一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,包括以下步骤:
S1、陶瓷浆料的制备:
(1)称取以下重量份的各原料:氮化铝粉体85份、复合烧结助剂2.8份、环氧丙烯酸酯5份、聚氨酯丙烯酸酯5份、丙烯酸羟乙酯6份、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯4份、季戊四醇三丙烯酸酯2份、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯0.2份、EFKA-4560分散剂4份、硅烷偶联剂A1711.2份,
其中氮化铝粉体的纯度为99.9%,由微米级氮化铝和纳米级氮化铝按质量比97:3组成,微米级氮化铝的平均粒径为2μm,纳米级氮化铝的平均粒径为100nm;所述复合烧结助剂为CaCO3-YF3-La2O3-Dy2O3四元体系,CaCO3的质量分数为45wt.%、YF3的质量分数为28wt.%、La2O3的质量分数为12wt.%、Dy2O3的质量分数为15wt.%,复合烧结助剂的粒径为200nm;
(2)将氮化铝粉体、复合烧结助剂、1/2分散剂和乙醇溶剂加入球磨罐中,所述乙醇溶剂的质量为3倍,球磨3h,干燥过筛后得到预分散的陶瓷粉体;(3)将环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸、季戊四醇三丙烯酸酯、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、硅烷偶联剂和剩余分散剂搅拌混合均匀,得到混合液;(4)将混合液加入球磨罐内,分四次向球磨罐中加入预分散的陶瓷粉体,每次球磨2h,充分球磨后进行抽真空脱泡,即得陶瓷浆料;
S2、流延成型:
所述陶瓷浆料在流延机上流延后,通过紫外照射引发聚合反应,浆料原位固化成型,得到陶瓷生坯,再将陶瓷生坯用模具切成需要的形状和尺寸,得到陶瓷坯片;辐照能量为600mJ/cm2,固化时间为45s;
S3、等静压处理:
将陶瓷坯片进行真空包装密封,然后升压至60MPa,保压50s,然后升压至135MPa,保压90s,再升压至200MPa,保压4min;
S4、排胶:
在陶瓷坯片表面敷一层氮化硼隔粘粉,将陶瓷坯片进行叠层后放入排胶炉内进行排胶,排胶的具体步骤为:在惰性气体气氛保护下先以2℃/min的速率升温至270℃,保温1.5h,接着以1.5℃/min的速率升温至600℃,然后保温3h,最后在空气气氛中维持600℃温度60min;
S5、烧结:
排胶后的陶瓷坯片在氮气气氛保护下进行热压烧结,压力为23MPa,烧结温度为1740℃,烧结时间为5h,烧结后冷却至室温,再进行除粉抛光工艺,即得到超薄氮化铝陶瓷基片。
通过本实施例制备得到的氮化铝陶瓷,其热导率为172W/m·K,抗弯强度为528MPa。
实施例三
一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,包括以下步骤:
S1、陶瓷浆料的制备:
(1)称取以下重量份的各原料:氮化铝粉体90份、复合烧结助剂4份、环氧丙烯酸酯8份、聚氨酯丙烯酸酯4份、丙烯酸羟乙酯7.4份、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯5.7份、季戊四醇三丙烯酸酯2.9份、1-羟基环己基苯基甲酮0.3份、聚羧酸钠分散剂5份、硅烷偶联剂KH5701.5份,
其中氮化铝粉体的纯度为99.9%,由微米级氮化铝和纳米级氮化铝按质量比99:1组成,微米级氮化铝的平均粒径为3μm,纳米级氮化铝的平均粒径为150nm;所述复合烧结助剂为CaCO3-YF3-La2O3-Dy2O3四元体系,CaCO3的质量分数为50wt.%、YF3的质量分数为22wt.%、La2O3的质量分数为15wt.%、Dy2O3的质量分数为13wt.%,复合烧结助剂的粒径为200nm;
(2)将氮化铝粉体、复合烧结助剂、2/3分散剂和乙醇溶剂加入球磨罐中,所述乙醇溶剂的质量为4倍,球磨5h,干燥过筛后得到预分散的陶瓷粉体;(3)将环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、1-羟基环己基苯基甲酮、硅烷偶联剂和剩余分散剂搅拌混合均匀,得到混合液;(4)将混合液加入球磨罐内,分五次向球磨罐中加入预分散的陶瓷粉体,每次球磨3h,充分球磨后进行抽真空脱泡,即得陶瓷浆料;
S2、流延成型:
所述陶瓷浆料在流延机上流延后,通过紫外照射引发聚合反应,浆料原位固化成型,得到陶瓷生坯,再将陶瓷生坯用模具切成需要的形状和尺寸,得到陶瓷坯片;辐照能量为600mJ/cm2,固化时间为60s;
S3、等静压处理:
将陶瓷坯片进行真空包装密封,然后升压至65MPa,保压60s,然后升压至145MPa,保压2min,再升压至220MPa,保压5min;
S4、排胶:
在陶瓷坯片表面敷一层氮化硼隔粘粉,将陶瓷坯片进行叠层后放入排胶炉内进行排胶,排胶的具体步骤为:在惰性气体气氛保护下先以3℃/min的速率升温至300℃,保温2h,接着以2℃/min的速率升温至620℃,然后保温4h,最后在空气气氛中维持620℃温度80min;
S5、烧结:
排胶后的陶瓷坯片在氮气气氛保护下进行热压烧结,压力为28MPa,烧结温度为1760℃,烧结时间为6h,烧结后冷却至室温,再进行除粉抛光工艺,即得到超薄氮化铝陶瓷基片。
通过本实施例制备得到的氮化铝陶瓷,其热导率为175W/m·K,抗弯强度为520MPa。
实施例四
本实施例的超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺与实施例三基本相同,区别在于,陶瓷浆料流延成型后直接进行排胶,省略等静压处理工序。
通过本实施例制备得到的氮化铝陶瓷,其热导率为155W/m·K,抗弯强度为398MPa。
对比例一
本对比例的生产工艺与实施例三基本相同,区别在于,等静压处理的步骤为:将陶瓷坯片进行真空包装密封,然后升压至220MPa,保压8min。
通过本实施例制备得到的氮化铝陶瓷,其热导率为167W/m·K,抗弯强度为475MPa。
将实施例三中的复合烧结助剂换成等量的二元烧结助剂CaCO3-YF3(CaCO3的质量分数为50wt.%)、三元烧结助剂CaCO3-YF3-La2O3(CaCO3的质量分数为50wt.%,YF3的质量分数为35wt.%,La2O3的质量分数为15wt.%)、三元烧结助剂CaCO3-YF3-Dy2O3(CaCO3的质量分数为50wt.%,YF3的质量分数为37wt.%,Dy2O3的质量分数为13wt.%),制备得到的氮化铝陶瓷基片热导率均低于145W/m·K。
以上所记载,仅为利用本创作技术内容的实施例,任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化,皆属本创作主张的专利范围,而不限于实施例所揭示者。

Claims (9)

1.一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:包括以下步骤:
将氮化铝粉体、复合烧结助剂、UV单体、活性稀释剂、光引发剂、分散剂、硅烷偶联剂混合均匀,然后采用真空脱泡机对球磨后的物料进行抽真空脱泡,得到陶瓷浆料;所述氮化铝粉体的纯度为99.9%,由微米级氮化铝和纳米级氮化铝组成,其中微米级氮化铝的平均粒径为1-3μm,所述微米级氮化铝占氮化铝粉体总质量的97-99%,所述纳米级氮化铝的平均粒径为40-150nm,所述复合烧结助剂为CaCO3-YF3-La2O3-Dy2O3四元体系,所述复合烧结助剂中:CaCO3的质量分数为40-50wt.%、YF3的质量分数为22-32wt.%、La2O3的质量分数为12-18wt.%、Dy2O3 的质量分数为9-15wt.%,所述烧结助剂的粒径在200nm以下,可以吸附包裹在微米级氮化铝粉体表面,烧结过程中能形成均匀的液相薄层,提高致密度和热导率;
所述陶瓷浆料在流延机上流延后,通过紫外照射引发聚合反应,浆料原位固化成型,得到陶瓷生坯,再将陶瓷生坯用模具切成需要的形状和尺寸,得到陶瓷坯片;
所述陶瓷坯片表面敷一层隔粘粉之前进行等静压处理,所述等静压处理是将陶瓷坯片进行真空包装密封,然后升压至55-65MPa,保压30-60s,然后升压至125-145MPa,保压1-2min,再升压至190-220MPa,保压3-5min;
在陶瓷坯片表面敷一层隔粘粉,将陶瓷坯片进行叠层后放入排胶炉内进行排胶;
排胶后的陶瓷坯片在氮气气氛保护下进行热压烧结,烧结后冷却至室温,再进行除粉抛光工艺,即得到超薄氮化铝陶瓷基片。
2.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:所述氮化铝粉体、复合烧结助剂、UV单体、活性稀释剂、光引发剂、分散剂、硅烷偶联剂的质量比为80-90:1.6-4:7-12:10-16:0.1-0.3:2-5:0.8-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在
于:所述UV单体为环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯按任意比组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:所述活性稀释剂为丙烯酸羟乙酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯按质量比2-4:1.5-3:0.5-1.5混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、1-羟基环己基苯基甲酮中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:所述分散剂为嵌段共聚物型分散剂、丙烯酸酯高分子型分散剂、聚羧酸盐分散剂中的一种或两种以上组成的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:所述陶瓷浆料的具体制备步骤为:(1)将氮化铝粉体、复合烧结助剂、部分分散剂和溶剂加入球磨罐中,所述溶剂的质量为2-4倍,球磨1-5h,干燥过筛后得到预分散的陶瓷粉体;(2)将UV单体、活性稀释剂、光引发剂、硅烷偶联剂和剩余分散剂搅拌混合均匀,得到混合液;(3)将混合液加入球磨罐内,分多次向球磨罐中加入预分散的陶瓷粉体,每次球磨1-3h,充分球磨后进行抽真空脱泡,即得陶瓷浆料。
8.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:排胶的具体步骤为:在惰性气体气氛保护下先以1-3℃/min的速率升温至250-300℃,保温1-2h,接着以0.5-2℃/min的速率升温至580-620℃,然后保温2-4h,最后在空气气氛中维持580-620℃温度40-80min。
9.根据权利要求1所述的一种超薄氮化铝陶瓷基片的生产工艺,其特征在于:烧结的具体参数:压力为18-28MPa,烧结温度为1720-1760℃,烧结时间为4-6h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113563085B (zh) * 2021-08-04 2022-07-05 湖南省新化县鑫星电子陶瓷有限责任公司 一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料
CN114105651B (zh) * 2021-08-31 2023-03-28 森霸传感科技股份有限公司 一种热释电超薄陶瓷片的制作方法及其在传感器上的应用
CN114560706B (zh) * 2022-03-15 2023-01-24 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
CN115231928A (zh) * 2022-05-31 2022-10-25 哈尔滨工业大学重庆研究院 一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法
CN114920556B (zh) * 2022-06-09 2022-11-29 潮州三环(集团)股份有限公司 一种陶瓷浆料及其制备的多层陶瓷电容器
CN115504792B (zh) * 2022-10-18 2023-07-28 福建华清电子材料科技有限公司 一种高强度氮化铝陶瓷的制备方法
CN115626817B (zh) * 2022-10-31 2023-04-21 福建华清电子材料科技有限公司 一种大尺寸超薄氧化铝陶瓷基片的制备方法
CN115710129B (zh) * 2022-10-31 2023-06-23 福建华清电子材料科技有限公司 一种氮化硅陶瓷的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3882859T2 (de) * 1987-09-22 1993-11-18 Nippon Steel Corp Keramikverbundkörper und Verfahren zu seiner Herstellung.
CN102826853B (zh) * 2012-09-04 2014-12-17 福建华清电子材料科技有限公司 一种高强度氮化铝陶瓷基板及其制造方法
CN105585319B (zh) * 2015-12-22 2018-12-04 东莞信柏结构陶瓷股份有限公司 氧化锆陶瓷基片制备方法
CN105481368A (zh) * 2015-12-23 2016-04-13 北京大学包头创新研究院 氮化铝陶瓷流延浆料、陶瓷基板及其制备方法和应用
CN107200588B (zh) * 2016-03-18 2020-10-20 深圳光峰科技股份有限公司 一种氮化铝基质的荧光陶瓷的制备方法及相关荧光陶瓷
CN107522495B (zh) * 2017-02-16 2020-08-14 李军廷 一种使用流延法制备氮化铝电子陶瓷基板的方法和流延法制备陶瓷用溶剂
CN107188568A (zh) * 2017-07-11 2017-09-22 中国人民大学 一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法
CN107857594A (zh) * 2017-11-29 2018-03-30 北京科技大学 一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法
CN110467443A (zh) * 2019-09-19 2019-11-19 广东工业大学 一种氮化铝/氧化铝复相陶瓷及其制备方法

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