[发明专利]一种氮化硼复合陶瓷及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种氮化硼复合陶瓷及其制备方法和用途，所述制备方法包括S10：将粉末原料混合，得到混合粉末，所述混合粉末包含氮化硼；S20：将所述混合粉末配制成粉末悬浮液；S30：将所述粉末悬浮液进行高压分散剥离处理，形成粉末浆料；S40：对所述粉末浆料进行干燥和除碳处理，之后进行烧结，得到氮化硼复合陶瓷。该方法可提高氮化硼复合陶瓷的导热性能和强度，利用高压均质分散剥离技术对层状氮化硼进行分散和层数剥离，同时解决氮化硼粉末的均匀分散与低二维层数的技术难题，获得高质量的氮化硼复合粉末，同时烧结温度明显降低，具有较好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及陶瓷制备技术，尤其是一种氮化硼复合陶瓷及其制备方法和用途。

背景技术

氮化铝陶瓷由于其优异的性能在集成电路、半导体微波器件和蒸发舟等领域有着广泛应用前景。由于氮化铝的脆性好，常规形状的氮化铝制品一般通过线切割加工来获得，而特殊形状的氮化铝产品则需要复杂的成形模具并结合注射成形等复杂工艺才能生产，这无疑是大大增加了氮化铝陶瓷的生产成本。因此，改善氮化铝陶瓷的可加工性能，降低成形成本，是降低氮化铝陶瓷制品价格的重要环节。

目前，通过向氮化铝基体中引入适量的六方层状氮化硼形成氮化铝氮化硼复合陶瓷，是改善陶瓷制品可加工性能的重要手段。将氮化铝粉末和适量的氮化硼粉末混合后，采用热压烧结技术可批量制备出可加的氮化铝氮化硼复合陶瓷块体，再根据客户需求采用车铣刨磨等机械加工方法，直接加工出特定形态的氮化铝氮化硼陶瓷制品，这可大大降低陶瓷制品的成形成本，产生巨大的经济效益。

这种方法可以实现陶瓷制品的直接机械加工，但由于一定含量氮化硼的引入造成氮化铝氮化硼复合陶瓷的导热性能和强度明显低于单一相的氮化铝陶瓷，导致无法满足一些对材料导热性能和强度要求较高的领域，这限制了可加工的氮化铝氮化硼陶瓷的应用范围。因此，如何在保证可加工性能的同时，提高其导热性能和强度，是氮化铝氮化硼复合陶瓷的面临的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的陶瓷制备因引入氮化硼造成的热导率和抗弯强度下降的问题，提供一种氮化硼复合陶瓷的制备方法。

现有氮化铝陶瓷脆性大，导致：(1)特殊形状的氮化铝制品需要借助昂贵的模具进行成形和工艺繁琐的注射成形技术，造成成形成本高，推高了产品价格；(2)向氮化铝中引入适量的层状氮化硼形成氮化铝氮化硼复合陶瓷，可以显著改善陶瓷制品的加工性能，大幅降低成形成本；(3)但由于氮化硼的引入，造成氮化铝氮化硼复合陶瓷的导热性能和强度明显低于单一氮化铝陶瓷，导致无法应用于对材料导热性能和强度要求较高的领域。

发明人认为：造成氮化铝氮化硼复合陶瓷导热性能和强度降低的原因主要是两个方面，一方面是层状结构的氮化硼易出现堆垛和团聚现象，导致分散不均匀；另一方面是层状氮化硼的层数过多，阻碍了热传输和容易成为裂纹源。

针对上述原因，本发明提供一种氮化硼复合陶瓷的制备方法，该方法可以在不降低氮化硼复合陶瓷的加工性能的前提下，明显提高导热性能和强度。具体来说，本发明采用高压均质分散剥离技术，同时解决了两个技术难题：(1)陶瓷主料与氮化硼粉末的均匀混合，抑制氮化硼的堆垛与团聚现象，实现高度均匀分散；(2)对层状氮化硼进行液相剥离，有效降低层状氮化硼的二维层数，从而获得高质量的粉末浆料。最后，利用经过高压均质分散剥离技术处理的粉末浆料，具有高的烧结活性，烧结致密化温度低于常规复合粉末。

本发明实施例中以氮化铝氮化硼复合陶瓷为例进行说明，需要说明的是，本发明的技术思路不仅适用于氮化铝氮化硼复合陶瓷，同样适用其它陶瓷主料中添加氮化硼作为改性剂的情况，例如氧化铝氮化硼复合陶瓷、氮化硅氮化硼复合陶瓷、氧化锆氮化硼复合陶瓷等。当氮化铝作为陶瓷主料时，氮化硼占总质量的20～30％，此时采用本发明所述制备方法，制备得到的氮化铝氮化硼复合陶瓷，相对常规混料、烧结得到的常规氮化铝氮化硼复合陶瓷，热导率提高10～20W/(m·K)，抗弯强度提高60～100MPa。

具体方案如下：