[发明专利]一种高热导、高电阻液相烧结碳化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高热导、高电阻液相烧结碳化硅陶瓷及其制备方法，以SiC粉体作为原料粉体，以氧化铝前驱体和氧化镱前驱体作为烧结助剂，通过热压烧结制备得到所述碳化硅陶瓷。本发明通过添加Al₂O₃的前驱体和Yb₂O₃的前驱体作为烧结助剂，通过前驱体的均匀分散实现烧结助剂在SiC粉体表面的均匀包裹，实现烧结助剂的少量添加，同时使生成的绝缘烧结助剂相隔离开SiC晶粒，从实现高热导、高电阻LPS SiC陶瓷的制备。

技术领域

本发明涉及一种高热导液相烧结碳化硅(SiC)陶瓷及其制备方法，属于高热导陶瓷领域。

背景技术

高导热、电绝缘陶瓷在大规模集成电路、计算机技术、高温工业等领域具有广阔的应用前景，被大量研究并应用于电子、航空航天等领域。碳化硅(SiC)陶瓷具有高强度、高硬度、高导热、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、性能稳定、不易老化等优良的性能，其高的热导性能，与Si相近的热膨胀系数，使其有望成为新一代半导体集成电路基板材料。

然而，碳化硅是一种强共价键化合物，为实现其致密化烧结，必须添加第二相材料即烧结助剂。碳化硅常压液相烧结(LPS SiC)常用的烧结助剂为Al₂O₃和Y₂O₃，其热导率通常仅为60-85W·m^-1·K^-1之间。同时，SiC是一种宽禁带半导体，针对大功率电路应用缺乏足够高的电阻率，上述常用的LPS SiC陶瓷电阻率通常在10^4-5Ω·cm，远远不能够半导体基板满足绝缘(ρ≥10⁹Ω·cm)的电阻率使用要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高热导、高绝缘液相烧结碳化硅陶瓷及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种液相烧结碳化硅陶瓷的制备方法，以SiC粉体作为原料粉体，以氧化铝前驱体和氧化镱前驱体作为烧结助剂，通过热压烧结制备得到所述碳化硅陶瓷。

本发明通过添加Al₂O₃的前驱体和Yb₂O₃的前驱体作为烧结助剂，通过前驱体的均匀分散实现烧结助剂在SiC粉体表面的均匀包裹，实现烧结助剂的少量添加，同时使生成的绝缘烧结助剂相隔离开SiC晶粒，从实现高热导、高电阻LPS SiC陶瓷的制备。具体来说，一是，通过Al₂O₃的前驱体和Yb₂O₃的前驱体的均匀包裹SiC粉体减少烧结助剂的添加量，减少晶界相，降低声子散射，从而实现高热导；二是通过前躯体的均匀包裹，在少量的同时，使生成的晶界绝缘相均匀分布在碳化硅颗粒表面，避免碳化硅颗粒相互接触，从而提高晶界电阻。

较佳地，所述氧化铝前驱体为异丙醇铝、硝酸铝和氢氧化铝中的至少一种。

较佳地，所述氧化镱前驱体为乙酸镱和硝酸镱中的至少一种。

较佳地，所述SiC粉体的粒径为0.1～1.0μm。

较佳地，以氧化铝前驱体和氧化镱前驱体裂解后的氧化铝、氧化镱和SiC粉体的质量计为粉体总质量100％，所述氧化铝前驱体和氧化镱前驱体裂解后的氧化铝和氧化镱的含量为粉体总质量的2～8wt％。烧结助剂含量过低，碳化硅陶瓷晶界相少，有利于热导率的提高，但碳化硅颗粒大量接触，导致电阻率大幅降低；烧节助剂含量过高，碳化硅陶瓷晶界相过多，晶界声子散射增强，导致热导率大幅降低，所以烧结助剂添加量有一定范围。

又，优选地所述氧化铝前驱体和氧化镱前驱体中Al和Yb的摩尔比为1:1～3:5。

较佳地，包括：将SiC粉体、烧结助剂和溶剂混合，得到浆料；将所得浆料经干燥、过筛后制成坯体；将所得坯体经热压烧结后得到所述碳化硅陶瓷。