[发明专利]一种含稀土元素的高热导高强韧的氮化硅陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体为一种含稀土元素的具有高热导、高强韧的氮化硅陶瓷材料，以及该种氮化硅陶瓷材料的制备方法。本发明通过添加稀土金属来代替复合粉体中的部分稀土氧化物，稀土金属作为减氧剂，可减少烧结助剂引入的氧元素并且捕获氮化硅粉体中的氧杂质，从而明显改进烧结行为，使氮化硅热导率和强度与断裂韧性得到提升，制备高热导、高强韧的氮化硅陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种含稀土元素的高热导、高强韧的氮化硅陶瓷材料，以及该种氮化硅陶瓷材料的制备方法。

背景技术

随着以电动汽车为代表的大功率电力电子元器件的应用，如交直流变换模块，不仅功率增加，所需的散热量增加，而且工作环境存在严重的震动冲击情况，所需的强度更高，在高强度的交变电流下需要良好的介电性能。目前在陶瓷绝缘散热基板中，成本较低的氧化铝散热基板热导率偏低，常用于功率较低的模块，高热导率的氮化铝散热基板强度较低，常用于功率较大的模块，高强度高热导率的碳化硅散热基板绝缘性较差，而氮化硅散热基板以其高强度、高断裂韧性、高绝缘性以及满足需求的热导率等优点被广泛研究。氮化硅陶瓷材料制备成本较高，为了获得具有高热导率的氮化硅陶瓷材料一般采用长时间、高温、高气压的方法制备，在现有对氮化硅陶瓷某一方面性能改善时，通常是以牺牲别的性能为代价，目前采用长时间、高温、高气压的方法制备获得的氮化硅陶瓷机械性能下降，并且成本非常高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种具有高热导高强韧的含稀土元素的氮化硅基板陶瓷材料，以及该种氮化硅陶瓷材料的及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明的第一个方面，提供一种含稀土元素的高热导高强韧的氮化硅陶瓷材料，所述氮化硅陶瓷材料由复合粉体烧结而成，所述复合粉体包括氮化硅粉体和减氧剂；所述减氧剂为稀土金属。

优选的，所述氮化硅粉体的粒径为10nm～20μm；更优选的，所述氮化硅粉体的粒径为200nm～1μm。

优选的，所述稀土金属选自Yb、Lu、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Tm中的一种或多种。

优选的，所述稀土金属的粒径为100μm以下，更优选的，所述稀土金属的粒径为25μm以下。

优选的，复合粉体中稀土金属的含量少于或等于15wt％；更优选的，复合粉体中稀土金属的含量为0.5wt％～6wt％。

优选的，所述复合粉体还包括稀土氧化物。

优选的，所述稀土氧化物选自Yb₂O₃、Lu₂O₃、Sc₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Ce₂O₃、Pr₂O₃、Nd₂O₃、Pm₂O₃、Sm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、Er₂O₃和Tm₂O₃中的一种或多种。

优选的，所述稀土氧化物的粒径为10nm～20μm；更优选的，所述稀土氧化物的粒径为40nm～1μm。