[发明专利]一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法，特别是涉及一种氮化铝陶瓷异型件及其制备方法。

背景技术

近年来，高热导率和高尺寸精度复杂形状氮化铝(AlN)陶瓷零部件的成形和制备成为国际上AlN陶瓷研究领域的研究热点，这是由于：(1)微电子、航空航天等高技术行业的飞速发展，对微型、复杂形状高导热陶瓷零部件的需求量越来越大，例如，大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异型陶瓷封装和散热器件的需求正在每年成倍增加，大功率LED需要有高导热的异型绝缘散热支架解决散热问题，等等；(2)AlN陶瓷具有高的热导率、相对较低的介电常数和介电损耗、与硅和砷化镓等芯片材料相匹配的热膨胀系数、无毒、绝缘等一系列优异性能，被认为是新一代高性能陶瓷散热器件的首选材料(氮化铝的理论热导率为320W·m^-1·K^-1，是氧化铝陶瓷的十倍左右；热膨胀系数约为3.5～4.8×10^-6K^-1，20～500℃)。

由于AlN陶瓷硬度高，脆性大，加工困难，采用机械加工方法很难制备出高尺寸精度的复杂形状零件。通过添加加工性能良好的氮化硼(BN)陶瓷，制备出可加工AlN-BN陶瓷材料后，再利用机械加工的方法可以制备出异型导热陶瓷零件。但是由于BN陶瓷的导热和力学性能较差，BN的加入不仅会降低了AlN陶瓷的导热性能，恶化了AlN陶瓷的力学性能，而且工艺复杂，原材料浪费大，成本高。但无论采取何种成形工艺，均需要精确控制后续的排胶(或脱脂)、烧结制度，防止坯体在致密化收缩过程中发生变形。由于氮化铝陶瓷烧结性能差，通常需要添加烧结助剂(稀土金属或碱土金属的氧化物、氟化物等)产生液相使其致密化，烧结致密化温度通常高于1700℃，不仅烧结温度高，而且大量液相的产生使产品在烧结过程中容易发生变形(通常认为在烧结过程中，由于重力、摩擦力等因素作用，液相的出现即液相烧结更容易使坯体产生变形)，产品的尺寸精度较低。

由此可见，上述现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。有鉴于上述现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的氮化铝陶瓷异型件制备方法，能够改进一般现有的氮化铝陶瓷异型件及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的氮化铝陶瓷异型件制备方法存在的缺陷，而提供一种新的氮化铝陶瓷异型件制备方法，所要解决的技术问题是提供一种高尺寸精度和高导热率异型氮化铝陶瓷制品制备方法，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，其原料包括氮化铝粉末和烧结助剂，所述氮化铝粉末包括纳米级氮化铝粉末和微米级氮化铝粉末，所述助剂选自稀土氧化物、稀土金属盐的一种或者多种。

本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，所述氮化铝粉末中的纳米级粉末质量百分比为40～90％，其余为微米级粉末；所述烧结助剂的添加量的质量百分比为2～5％。

本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，所述纳米级氮化铝粉末粒径为20～150nm，微米级氮化铝粉末的粒径为0.5～2μm。

本发明的另一目的在于，依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件，所述稀土氧化物选自氧化钇、氧化镧、氧化镝中的一种或多种，所述稀土金属盐选自硝酸钇、硝酸镧、硝酸镝中的一种或多种。

本发明的另一目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种氮化铝陶瓷异型件的制备方法，其包括以下步骤：

a.制备混合粉末：将氮化铝粉末、烧结助剂混合后，干燥过筛得到混合粉末；

b.制备喂料：将混合粉末与粘结剂混炼制成喂料，喂料中混合粉末所占体积百分比为55～65％，其余为粘结剂；

c.注射成形：将喂料采用注射成形技术制备出所需形状的成形坯体；

d.脱脂：将成形坯体通过溶剂脱脂和热脱脂的方式进行脱脂，经冷却后形成脱脂坯；

e.将脱脂坯体经烧结、保温、冷却至室温后，即得到氮化铝陶瓷异型件。