AlNBN复相陶瓷的SPS制备及导热性能的研究

《AlNBN复相陶瓷的SPS制备及导热性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要曼量m,,II

2、=一l,．Iz,／II——II曼曼曼曼曼葛摘要AIN陶瓷具有优异的热传导性能，良好的电绝缘性、与硅相匹配的热膨胀系数，以及良好的化学稳定性、耐高温耐腐蚀等突出优点，是一种集结构、功能于一体综合性能优良的陶瓷材料，已引起电子材料专家的充分重视。近年来，随着器件高性能化和小型化应用的不断深入，作为大功率集成电路的基板和散热器件候选材料的AIN陶瓷来说，改善其固有脆性，提高其可加工性逐渐受到重视。而BN复相陶瓷的研究也因其良好的可加工性能而蓬勃兴起。于是，具有高热导率和可加工性的A1N／BN复相陶

3、瓷越来越受到研究者的关注。但目前存在的问题是：AIN／BN复相陶瓷的烧结非常困难。无压烧结A1N／BN复相陶瓷可以达到的致密度化，但制备条件苛刻，力学性能不高。热压烧结，采用高温长时间烧结使烧结体致密度高，A1N晶粒充分长大，晶界数量减少。但是，热压烧结√删／BN陶瓷在显微结构和性能上存在各向异性，粗化的显微组织会显著劣化材料的导热性能。本文采用放电等离子烧结技术(SPS)制备灿N／BN复相陶瓷，同时根据BN含量不同调整烧结助剂Y203的添加剂。在极大提高烧结效率的同时，提高材料抗弯强度，有效减缓因引入BN对复

4、相陶瓷导热性能的劣化，实现了材料综合性能的统一。研究了晶粒起始尺寸和烧结助剂添加量对A1N陶瓷相组成、显微结构以及性能的影响。重点研究了A1N／BN复相陶瓷显微结构和性能的影响因素。通过烧结工艺和烧结助剂添加量的改变调整A1N／BN的显微结构，使其在提高可加工性的同时，保持较高力学性能和导热性能。SPS制备单相AIN陶瓷，烧结温度在1800℃，保温时间10min，样品相对密度可达98．5％以上，硬度约11．5Crpa，抗弯强度在300MPa以上。A1N起始粒径尺寸和烧结助剂添加量，但对材料的显微结构和导热性能有

5、显著影响。起始粒径为1．3I．tm的A1N粉末添加3wt％Y203的试样，热导率达到148W／m·k。A1N粉末的起始粒径和Y203的添加量影响A1N的晶体发育、晶界相的分布，从而影响热导率。AIN／BN复相陶瓷在SPS(1600．1800'c)的制备条件下可以快速致密，BN含量在5-30v01％范围内，致密度均达到98％以上。材料的硬度则随着BN含量的增加而线性降低，从而改善可加工性，BN含量达到10v01％时，复相陶瓷的硬度己低于硬质合金刀具的硬度，从而可以机械加工。BN含量在10v01％时，晶粒细化增韧的

6、作用远远大于弱相劣化作用，复相陶瓷的强度较A1N单相陶瓷有较大提高，继续增加含量至25v01％，强度呈下降趋势，但仍比单相陶瓷强度高。北京TqI：大学工学硕{‘学位论文BN含量达到5v01％以上时，复相陶瓷的热导率较单相A1N陶瓷明显降低，在15v01％一25v01％的范围内，热导率表现出相对稳定的变化趋势，下降幅度变缓。第二相BN的起始粒径尺寸对复相陶瓷的显微组织结构和导热性能有显著影响。BN起始颗粒尺寸过小，显微结构中的团聚现象明显，不利于热导率的优化。进一步研究A1N／BN复相陶瓷热导率的影响因素并对其进

7、行优化。根据BN的具体含量调整烧结助剂Y203的添加量，探讨烧结温度和保温时间，可以调控复相陶瓷的显微结构，有效提高复相陶瓷热导率。BN含量为15v01％，Y203添加剂为8wt％时，烧结温度1800℃，保温时间10min，获得热导率141W／m·k，可加工性优异的复相陶瓷。本文采用SPS制备的A1N／BN复相陶瓷所获得的高热导率己远远超过国内外采用热压烧结制备的A1N／BN复相陶瓷的最高水平，而且拥有同样优异的可加工性能和力学强度。而借助SPS可以在实现A1N／BN复相陶瓷快速致密化基础上进行相组成及显微组织

8、的调控。SPS工艺的烧结温度要比热压烧结工艺的烧结温度(1850．1900℃)低100-200℃，SPS的保温时间也较热压烧结的保温时间1．3h大大缩短，极大地提高了烧结效率。这对于A1N／BN可加工复相陶瓷的高性能、高效率制备和应用有重要的意义。关键词氮化铝；氮化硼；放电等离子烧结；热导率；可加工性ABSTRACTA1Nisahi曲一performanceceramicsmaterialsintegratedstructureandfunction，becauseofexcellentpropertiessu

9、chashi曲thermalconductivity,goodelectricalinsulation．toe筋cientofthermalexpansionmatchedwithsilicon，andchemicalstability,hightemperaturecorrosionresistance，etc．Ithasattractedattentionofmaterialexp