[发明专利]氮化铝陶瓷的制备方法及采用该方法制备的氮化铝陶瓷

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化铝陶瓷的制备方法及采用该方法制备的氮化铝陶瓷。

背景技术

氮化铝(AlN)以其优异的高热导率、低介电常数、与Si相匹配的热膨胀系数及其它优良的物理化学性能受到了国内外学术界和生产厂家的广泛关注，被誉为新一代高密度封装的理想基板材料。其热导率在160-230W/mk，已经在大功率模块电路、开关电源以及其他需要既绝缘又高散热的大功率器件上，以及作为手提电话微电路芯片承载基板而被广泛应用。目前陶瓷基板的成型主要有流延、干压和冷等静压等成型方法。

目前用的较多的成型方法是流延成型，如一项现有技术中公开了一种用流延法制造高热导率即成电路氮化铝陶瓷基片的方法，该技术中氮化铝片的制备方法主要有以下几个步骤：1)在氮化铝粉中按比例加入烧结助剂，搅拌均匀；2)在1得到的粉体中按比例加入增塑剂、悬浮剂、粘结剂和溶剂后，经振磨，制成混合均匀的浆料；3)将上述浆料通过流延成型机制成陶瓷坯带，并烘干成固体坯带，将坯带裁制成坯片；4)将坯片送入烧结炉内烧结；5)烧结后的基片冷却后得到陶瓷片。

流延法成型生产效率最高，且易于实现生产的连续化和自动化，可改善产品质量，实现大批量生产，但是流延法制备陶瓷基板对工艺要求非常严格，并且，通过流涎法获得的产品密度较低。

有人想到用干压的方法制备氮化铝陶瓷基板，如一项现有技术中公开了一种采用干压的方法制备氮化铝陶瓷的方法，该方法包括：1)将氮化铝粉末、混合烧结助剂混合均匀得到原料粉末；2)在上述得到的粉末中加入粘结剂后造粒；3)将上述得到的粉体在压力机上成型；4)对坯片进行排胶；5)烧结及后续处理得到氮化铝陶瓷零部件。

干压成型具有操作方便，生产周期短，效率高，易于实现自动化生产的特点。但干压成形用于大面积(如5cm*5cm)的制品的生产时，产品的致密度不均匀，热导率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时具备导热率好、致密度高的氮化铝陶瓷的制备方法以及通过这种方法制备的氮化铝陶瓷。

为此本发明中提供了一种氮化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)称取氮化铝粉、烧结助剂、增塑剂、粘结剂、润滑剂、混合配制成混合物；

2)对1步骤中所制得的混合物依次进行过筛、加压造粒、过筛，获得氮化铝陶瓷原料；

3)将步骤2中获得的氮化铝陶瓷原料，放入模具中进行热压，获得氮化铝陶瓷坯；

4)将步骤3中制备的氮化铝陶瓷坯在450-600℃下保温2-5h；

5)将步骤4中制备的氮化铝陶瓷在真空条件下，通入氮气，在1650-1900℃的条件下烧结，并保温后，冷却至室温，获得氮化铝陶瓷。

同时还提供了一种根据上述方法制备的氮化铝陶瓷，该氮化铝陶瓷包括氮化铝和烧结助剂，其中，氮化铅采用纯度在98％以上的氮化铝粉，烧结助剂为稀土金属氧化物、碱土金属氧化物、金属氟化物中的一种或多种，该氮化铝陶瓷的密度为3.35-3.39g/cm³，该氮化铝陶瓷的导热率为160-180K/m.k。

与现有技术相比，通过本发明所提供的方法制得的氮化铝陶瓷具备在致密度高的条件下同时具备导热率好的特点。

具体实施方式

本发明人通过大量实验，发现通过本发明中所提供的温压方法能够有效提高氮化铝陶瓷的致密性，发明人认为主要有以下几点原因：

其一，在温压成形温度范围内，粉体的屈服强度、加工硬化速率和程度降低，粉体的塑性变形阻力和致密化阻力降低，便于获得较高的生坯密度；其二，聚合物润滑剂的加入，由于聚合物在温压时处于粘流态，在此时加入润滑剂，可以提高压制过程中粉末颗粒之间的润滑效果，减少了摩擦阻力，使压制时粉末颗粒能更好地传递压力，粉末颗粒充填性好，有利于压坯密度的明显提高，且降低了脱模力。温压一方面改善了粉末颗粒的重排，促使小粉末填充到大粉末颗粒的间隙中，增大了粉末颗粒的塑性变形，提高了生坯密度。生坯强度的提高主要是由于温压后期粉末颗粒上包覆的润滑剂薄膜很薄，从而促进了粉末颗粒之间的冶金结合作用；第三点，在本制备方法中采用了纯度为98％以上的氮化铝粉体作为烧结原料，是因为当氮化铝粉体中含有杂质时，杂质易进入氮化铝晶格，形成晶格缺陷，会降低氮化铝的导热率。

因此通过本发明所提供的温压方法，可以有效提高氮化铝陶瓷的致密度。

通过温压成型的坯体比其他成型方法如流延成型、干压成型的坯体更致密，氮化铝粉体之间的间隙更小，有利于致密化烧结；合理的烧结工艺后，其烧结体相对密度高、气孔等缺陷少，导热性能好。