專(zhuān)利名稱：采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷基片，尤其是涉及一種采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片 的方法。
背景技術(shù)：
目前，氮化鋁陶瓷基片均使用流延法(薄片)和模壓法(厚片)制備(參見(jiàn)文 獻(xiàn)[1]吳音，周和平，繆衛(wèi)國(guó).流延法制AlN陶瓷基片工藝[J].電子元件與材料，1996， 15(1) 20-23 ； [2]中國(guó)專(zhuān)利 98125129. 3 ； [3]中國(guó)專(zhuān)利 200410016144. 2 ； [4]中國(guó)專(zhuān)利 200810142697. 0)，但普遍存在生產(chǎn)效率低下等問(wèn)題，特別是普遍應(yīng)用的流延法，其工藝路 線復(fù)雜、設(shè)備投資大、耗能高、成品合格率低，造成無(wú)法滿足電子、電氣、新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā) 展對(duì)高質(zhì)量、低成本、批量化氮化鋁陶瓷基片的巨大需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的制備氮化鋁陶瓷基片的方法所存在的缺點(diǎn)，提供一 種采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法。本發(fā)明所述氮化鋁陶瓷基片的原料組成及其按質(zhì)量百分比的含量為氮化鋁 (AlN) 93 % 98 %，三氧化二釔(Y2O3) 2 % 7 %。本發(fā)明所述氮化鋁陶瓷基片的制備方法包括以下步驟1)在納米或亞微米AIN粉體中，添加納米或亞微米Y2O3，經(jīng)干法球磨混合均勻，得 混合粉體；2)使用模壓機(jī)將混合粉體成型，得混合粉體坯；在步驟2)中，所述混合粉體坯的形狀可為截面50mmX 50mm以上的立方體混合粉 體坯或直徑50mm以上的圓柱體的混合粉體坯。3)將混合粉體坯燒結(jié)；在步驟3)中，所述將混合粉體坯燒結(jié)，可將混合粉體坯放入石墨或AIN材質(zhì)的燒 結(jié)模具中加壓燒結(jié)；所述燒結(jié)可采用石墨燒結(jié)爐熱壓燒結(jié)、微波燒結(jié)爐微波燒結(jié)或等離子 放電燒結(jié)爐等離子放電燒結(jié)等。所述熱壓燒結(jié)的溫度可為1550 1750°C，熱壓燒結(jié)的時(shí)間可為4 6h。所述微波燒結(jié)的溫度可為1500 1600°C，微波燒結(jié)的時(shí)間可為10 25min。所述等離子放電燒結(jié)的溫度可為1700 1800°C，等離子放電燒結(jié)的時(shí)間可為5 IOmin04)將燒結(jié)后的混合粉體坯切片，再經(jīng)打磨拋光處理后，得氮化鋁陶瓷基片。在步驟4)中，所述切片可采用多線切片機(jī)或圓切機(jī)等將燒結(jié)后的混合粉體坯切 成表面平整的薄片或厚片。與現(xiàn)有的氮化鋁陶瓷基片制備方法(流延法和模壓法)相比，本發(fā)明具有以下突 出的優(yōu)點(diǎn)
1)由于采用納米或亞微米級(jí)AIN粉體和納米或亞微米級(jí)Y2O3，經(jīng)干法球磨混合，因 此改變以前使用微米級(jí)Y2O3所造成的缺點(diǎn)；另外，由于Y2O3是一種燒結(jié)助劑，因此明顯降低 了燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間。2)由于使用模壓機(jī)將混合粉體直接壓成所需形狀(例如截面為50mmX50mm以上 的立方體或直徑為50mm以上的圓柱體)的混合粉體坯，因此避免了薄片燒結(jié)的變形和懼怕 碳的侵入無(wú)法用石墨爐燒結(jié)、提高后續(xù)的切片效率；同時(shí)無(wú)須添加粘接材料，減少排膠、等 靜壓工序的投資、耗時(shí)和殘留物對(duì)品質(zhì)的影響。3)由于將混合粉體坯放入石墨或AIN材質(zhì)的燒結(jié)模具，并適當(dāng)加壓，在高導(dǎo)熱模 具中燒結(jié)，因此有利于混合粉體坯的定型和熱的均勻傳導(dǎo)。4)本發(fā)明擯棄高投入、高運(yùn)行成本的鎢鉬燒結(jié)爐，由于前述材料和工藝的運(yùn)用，可 根據(jù)產(chǎn)品要求，經(jīng)濟(jì)性選用石墨燒結(jié)爐、微波燒結(jié)爐或等離子放電燒結(jié)爐進(jìn)行塊體燒結(jié)。燒 結(jié)溫度可采用1500 1800°C，燒結(jié)溫度和時(shí)間視燒結(jié)方式和產(chǎn)品要求而定，因此可大幅度 降低投資和運(yùn)行成本，燒結(jié)均勻通透，省時(shí)。5)由于采用多線切片機(jī)或圓切機(jī)，因此可將成品批量切成表面平整的薄片或厚 片，因此生產(chǎn)效率高，表面加工損耗低。6)本發(fā)明的工藝生產(chǎn)步驟大大簡(jiǎn)化，減少排膠、等靜壓工序，消除粘合劑等殘留物 對(duì)品質(zhì)的影響，品質(zhì)穩(wěn)定，致密性好，成品率高；另外，可減少投資、節(jié)能、成本低、生產(chǎn)效率 高，適合大批量低成本產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，可廣泛運(yùn)用于其他陶瓷材料、合成材料的片材生產(chǎn)過(guò) 程中。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例11)選用粒徑為0.9μπι的高純度(含氧量< 0.9%，含碳量< 0.06% ) AlN粉體及 Y2O3粉體，按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比Α1Ν粉體95 %，Y2O3粉體5 %，經(jīng)干法球磨混合均勻， 得混合粉體。2)使用模壓機(jī)將混合粉體成型，得混合粉體坯；所述混合粉體坯的形狀可為截面 50mmX50mm以上的立方體混合粉體坯。3)將混合粉體坯燒結(jié)；所述將混合粉體坯燒結(jié)，可將混合粉體坯放入石墨燒結(jié)模 具中采用石墨燒結(jié)爐熱壓燒結(jié)，通N2保護(hù)，壓力為25MPa，升溫至1550 1650°C，保溫4 5h，隨爐冷卻。4)將燒結(jié)后的混合粉體坯切片，再經(jīng)打磨拋光處理后，得氮化鋁陶瓷基片。所述切 片可采用多線切片機(jī)將燒結(jié)后的混合粉體坯切成表面平整的薄片。實(shí)施例2與實(shí)施例1類(lèi)似，其區(qū)別在于AlN粉體及Y2O3粉體按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比 AlN粉體96%，Y2O3粉體4%。熱壓燒結(jié)的溫度為1700 1750°C，熱壓燒結(jié)的時(shí)間為5 6h。實(shí)施例3與實(shí)施例1類(lèi)似，其區(qū)別在于AlN粉體及Y2O3粉體按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比AlN粉體93%，Y2O3粉體7%?；旌戏垠w坯的形狀可為直徑50mm以上的圓柱體的混合粉體 坯?；旌戏垠w坯燒結(jié)時(shí)，將混合粉體坯放入AIN材質(zhì)的燒結(jié)模具中加壓燒結(jié)；所述燒結(jié)可采 用微波燒結(jié)爐微波燒結(jié)，所述微波燒結(jié)的溫度可為1500 1550°C，微波燒結(jié)的時(shí)間為10 15min。切片時(shí)可采用圓切機(jī)將燒結(jié)后的混合粉體坯切成表面平整的厚片。實(shí)施例4與實(shí)施例3類(lèi)似，其區(qū)別在于AlN粉體及Y2O3粉體按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比 AlN粉體97%，Y2O3粉體3%?；旌戏垠w坯的形狀可為截面50mmX 50mm以上的立方體混合 粉體坯?；旌戏垠w坯燒結(jié)時(shí)，微波燒結(jié)的溫度可為1550 1600°C，微波燒結(jié)的時(shí)間為20 25min。實(shí)施例5與實(shí)施例1類(lèi)似，其區(qū)別在于AlN粉體及Y2O3粉體按以下質(zhì)量百分比進(jìn)行配比 AlN粉體98%，Y2O3粉體2%?；旌戏垠w坯的形狀可為直徑50mm以上的圓柱體的混合粉體 坯?；旌戏垠w坯燒結(jié)時(shí)，將混合粉體坯放入AIN材質(zhì)的燒結(jié)模具中加壓燒結(jié)；所述燒結(jié)可 采用等離子放電燒結(jié)，等離子放電燒結(jié)的溫度為1700 1800°C，等離子放電燒結(jié)的時(shí)間為 5 IOmin0用阿基米德法測(cè)定AlN陶瓷基片的密度，用HOT DISK 2500SS型熱導(dǎo)分析儀和 DSC/TG分析儀測(cè)定線性膨脹系數(shù)，用60t萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法測(cè)量抗 彎強(qiáng)度，TR-100表面粗糙度儀測(cè)定表面粗糙度，ADE 6034測(cè)定翹曲度，并用掃描電鏡(SEM) 觀察燒結(jié)體的形貌。測(cè)得所制備的氮化鋁陶瓷基片的性能如表1所示。表 權(quán)利要求
采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于所述氮化鋁陶瓷基片的原料組成及其按質(zhì)量百分比的含量為氮化鋁93％～98％，三氧化二釔2％～7％；所述方法包括以下步驟1)在納米或亞微米AIN粉體中，添加納米或亞微米Y2O3，經(jīng)干法球磨混合均勻，得混合粉體；2)使用模壓機(jī)將混合粉體成型，得混合粉體坯；3)將混合粉體坯燒結(jié)；4)將燒結(jié)后的混合粉體坯切片，再經(jīng)打磨拋光處理后，得氮化鋁陶瓷基片。
2.如權(quán)利要求1所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在步 驟2)中，所述混合粉體坯的形狀為截面50mmX50mm以上的立方體混合粉體坯或直徑50mm 以上的圓柱體的混合粉體坯。
3.如權(quán)利要求1所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在步 驟3)中，所述將混合粉體坯燒結(jié)，是將混合粉體坯放入石墨或AIN材質(zhì)的燒結(jié)模具中加壓Ams口 °
4.如權(quán)利要求3所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在步 驟3)中，所述燒結(jié)采用石墨燒結(jié)爐熱壓燒結(jié)、微波燒結(jié)爐微波燒結(jié)或等離子放電燒結(jié)爐等 離子放電燒結(jié)。
5.如權(quán)利要求4所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在步 驟3)中，所述熱壓燒結(jié)的溫度為1550 1750°C，熱壓燒結(jié)的時(shí)間為4 6h。
6.如權(quán)利要求4所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在步 驟3)中，所述微波燒結(jié)的溫度為1500 1600°C，微波燒結(jié)的時(shí)間為10 25min。
7.如權(quán)利要求4所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在 步驟3)中，所述等離子放電燒結(jié)的溫度為1700 1800°C，等離子放電燒結(jié)的時(shí)間為5 IOmin0
8.如權(quán)利要求1所述的采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，其特征在于在步 驟4)中，所述切片是采用多線切片機(jī)或圓切機(jī)將燒結(jié)后的混合粉體坯切成表面平整的薄 片或厚片。
全文摘要
采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法，涉及一種陶瓷基片。提供一種采用燒塊切片法制備氮化鋁陶瓷基片的方法。氮化鋁陶瓷基片的原料組成及其按質(zhì)量百分比的含量為氮化鋁93％～98％，三氧化二釔2％～7％。在納米或亞微米AIN粉體中，添加納米或亞微米Y2O3，經(jīng)干法球磨混合均勻，得混合粉體；使用模壓機(jī)將混合粉體成型，得混合粉體坯；將混合粉體坯燒結(jié)；將燒結(jié)后的混合粉體坯切片，再經(jīng)打磨拋光處理后，得氮化鋁陶瓷基片。工藝生產(chǎn)步驟大大簡(jiǎn)化，減少排膠、等靜壓工序，消除粘合劑等殘留物對(duì)品質(zhì)的影響，品質(zhì)穩(wěn)定，致密性好，成品率高。
文檔編號(hào)C04B35/582GK101985396SQ201010531720
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者劉述江 申請(qǐng)人:劉述江