[发明专利]一种低温烧结陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种低温烧结陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料按重量份由如下成分组成：高岭土55‑68份，氮化铝氧化铝混合材料19‑31份，硅烷偶联剂7‑17份，氧化钛1.5份，云母1‑3份，氧化镧0.5份和/或氧化钇0.5份。该微波低温烧结陶瓷材料可提高散热器的热导率，提高了散热材料产品的高刚度、高耐磨、低膨胀、低密度、低成本、耐腐蚀、易加工成型、抗冲击等优异性能，加以解决LED领域内陶瓷的散热不良以及寿命短暂的问题，同时赋予了电子技术工业化以极强的生命力。

技术领域

本发明属于LED领域，涉及非金属散热材料的技术改进，具体涉及一种低温烧结陶瓷材料。

背景技术

LED是一种新型固态光源，自问世以来受到了极大的关注。它的发光机理是靠PN结中的电子在能带间跃迁产生光能。在外电场的作用下，电子与空穴的辐射复合发生电致作用，一部分能量转化为光能，无辐射复合产生的晶格震荡将其余能量转化为热能。目前LED的发光效率仅20％-30％,其余能量大多转化为热能，大量的热能需要及时地散发出去，否则将会使LED的寿命减少，甚至永久性失效。所以，在LED快速发展的同时，人们也不断进行着LED散热新技术的研究。

金属铝材凭借着密度小、热导率高、表面处理技术成熟的优势，一直占据着LED照明主体材料的市场。随着人们对安全性能要求的提高，铝材的导电性成为其一道致命的伤疤，为了提高LED照明灯具的使用安全性，电绝缘材料引起了人们的重视。

开始崭露头角的电绝缘材料有陶瓷材料和高热导塑料。人类对陶瓷材料的使用已有几千年了，现代技术制备的陶瓷材料有着绝缘性好、热导率高、红外辐射率大、膨胀系数低的特点，完全可以成为LED照明的新材料。目前，陶瓷材料主要用于LED封装芯片的热沉材料、电路基板材料和灯具散热器材料。高热导塑料凭借着其优良的电绝缘性和低密度值，高调地进入了散热材料市场，现阶段由于价格高，应用率不大。

陶瓷属于非金属材料，晶体结构中没有自由电子，具有优秀的绝缘性能。它的传热属于声子导热机理，当晶格完整无缺陷时，声子的平均自由程越大，热导率就越高。理论表明，陶瓷晶体材料的最大导热系数可高达320W/mK。

一般认为，在影响陶瓷材料导热率的诸多因素中，结构缺陷是主要的影响因素。在烧结的过程中，氧杂质进入陶瓷晶格中，伴随着空位、位错、反相畴界等结构缺陷，显着地降低了声子的平均自由程，导致热导率降低。现代陶瓷技术通过生成第二相，把氧固定在晶界上，减少了氧杂质进入晶格的可能性，随着晶界处的氧浓度大大降低，晶粒内部的氧自发扩散到晶界处，使晶粒基体内部的氧含量降低，缺陷的数量和种类减少，从而降低声子散射几率，增加声子的平均自由程。由于制备技术的不同，陶瓷材料的热导率也不一样。其中氮化铝的导热系数在40-170W/M·K，氧化铝的导热系数在16-30W/M·K，硅铝氧氮的导热系数在15-22W/M·K，氧氮化硅的导热系数在8-10W/M·K，六方氮化硼(平行于晶片)的导热系数为20W/M·K，六方氮化硼(垂直于晶片)的导热系数为33W/M·K，铝红柱石的导热系数为5.9W/M·K，尖晶石的导热系数为15W/M·K，氧化锆的导热系数为2W/M·K，氧化铝/氧化锆的导热系数为3.5W/M·K，碳化物陶瓷B4C的导热系数为28W/M·K，碳化物陶瓷SiC的导热系数为23.6W/M·K。

但是，导热系数越高的材料，其对原料的要求越严格，为了保证其性能，其烧结温度都会大于1000℃，如氧化铝(96％)陶瓷的成型温度在1400℃以上，而温度越高，烧结成型率越低，其制造成本居高不下，不适于市场推广。现阶段，还没有一种烧结温度低，成本低廉，热导系数高，性能优良的陶瓷材料问世。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波低温烧结陶瓷材料，其热导率高，高刚度、高耐磨、低膨胀、低密度、低成本、易加工成型、抗冲击工业污染小，环保节能的导热新材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述微波低温烧结陶瓷材料的制备方法。