[发明专利]一种高导热SiC-AlN复合陶瓷的制备方法

说明书

本发明属于SiC‑AlN复合陶瓷烧结制备领域，本发明提供了一种高导热SiC‑AlN复合陶瓷的制备方法，制备该复合陶瓷的方法包括：S1、提供含硅原料粉体，所述含硅原料粉体的组成物质包括粗颗粒碳化硅粉和细颗粒硅粉；S2、将所述含硅原料粉体、氮化铝源和碳源进行低能球磨混料，得到均匀混合原料粉体；S3、将所述均匀混合粉体进行合成反应，得到含有碳化硅晶须的SiC‑AlN复合粉体；S4、将所述SiC‑AlN复合粉体与烧结助剂混合后烧结，得到SiC‑AlN复合陶瓷。本工艺简便易行，在提高SiC‑AlN复合陶瓷的导热率和强度等方面有重要意义。

技术领域

本发明属于先进陶瓷制备技术领域，具体涉及一种高导热SiC-AlN复合陶瓷的制备方法。

背景技术

随着电子产品特别是消费类电子产品和大功率LED的发展，电路集成度越来越高，电子器件过热的问题愈来愈严重。在大多数电子产品中，基板和电路层之前往往采用绝缘介质，而绝缘介质大多是有机材料和金属氧化物，它们的热导率都相当低。热量累积过高，会造成基板变形，降低电子器件寿命。一般来说，使用散热性良好的基板材料是解决热量累积问题的首要选择，因此，如何提高基板材料的导热性能是目前研究的重点。

近年来，相比于其他基板材料，陶瓷基板材料由于导热性能突出而成为大功率集成电路基板的最佳选择之一。在陶瓷材料中，常用作基板的有氧化铍(BeO)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC)等。其中，BeO综合性能好，散热高，但因为有毒性而限制了其使用范围。Al₂O₃成本低廉，但导热性相对较差，只有30W/m·K左右。AlN陶瓷和SiC陶瓷是重要的先进陶瓷材料。相比Al₂O₃，AlN有更优异的导热性，而且其绝缘性好，介电常数低，适用于大功率电路。此外，SiC具有高热导率、高硬度、良好的耐磨性及耐腐蚀性、优异的抗热震性和低热膨胀系数等特点。

不过，SiC陶瓷和AlN陶瓷在制备和性能方面也有一些不足。SiC由于有较强的共价键，使得陶瓷的烧结温度高、难以致密；AlN原料价格昂贵，因而陶瓷制备成本高，且易发生水解反应。而SiC-AlN复合陶瓷既能弥补两者单独存在的缺点，又能保持原有优良特性。特别的，由于两者具有相似的密度和热膨胀系数，使得复合陶瓷制品致密度高，抗弯强度等力学性能较好。

然而，与AlN陶瓷和SiC陶瓷的理论热导率相比，目前制备的SiC-AlN复陶瓷材料的热导率普遍较低。比如：D.H.A.Besisa等人[Densification and characterization ofSiC-AlN composites for solar energy applications,D.H.A.Besisa,E.M.M.Ewais.Y.M.Z.Ahmed,Renewable Energy 129(2018)201-213]，在不同气氛下制备的SiC-AlN复合陶瓷的热导率最高只有51W/m·K；J.l.Gu等人[Thermal conductivity andhigh-frequency dielectric properties of pressureless sintered SiC-AlNmultiphase ceramics,J.L.Gu,L.L.Sang,B.Pan,Materials.11(2018)969]采用无压烧结的方式，得到的SiC-AlN复合陶瓷的热导率最高也只有61W/m·K。总之，如何进一步提升材料的热导率是SiC-AlN复合陶瓷工业应用亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种高导热SiC-AlN复合陶瓷的制备方法，本发明方法可得到力学性能良好、热导率高的SiC-AlN复合陶瓷。

本发明提供一种SiC-AlN复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供含硅原料粉体，所述含硅原料粉体的组成物质包括粗颗粒碳化硅粉和细颗粒硅粉；