本發(fā)明涉及陶瓷基板，更具體地，涉及一種氮化硅粉體及其表面改性工藝和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、陶瓷基片的成型方式一般包括干壓成型、流延成型、凝膠成型、注射成型和熱壓鑄成型，但對(duì)于制備厚度在0.5mm以下的陶瓷基片，成型方式主要是流延成型。流延成型生產(chǎn)效率高，易于連續(xù)化生產(chǎn)，適用于規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。

2、流延成型的基本過(guò)程為：將粉料、溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等混合均勻制成漿料，漿料真空脫泡之后經(jīng)由流延機(jī)的刮刀口形成表面光滑、厚度均勻的薄膜，薄膜經(jīng)過(guò)流延機(jī)上各個(gè)溫度區(qū)域干燥后制成具有良好韌性的流延膜片。要制備連續(xù)的穩(wěn)定的流延膜片，流延漿料需要具有適當(dāng)?shù)募羟凶兿√匦?、分散良好、粘度適中和流動(dòng)性良好等性能。

3、相比氧化物粉體的流延成型，氮化硅粉體由于表面羥基少，漿料中的溶劑、分散劑、粘結(jié)劑等在氮化硅粉體表面的吸附量少，且相互之間結(jié)合很差，導(dǎo)致流延漿料在流延過(guò)程中出現(xiàn)溶劑容易揮發(fā)掉的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致氮化硅流延成型困難。此外，又因?yàn)榈璺垠w表面覆蓋有硅氧化物(如si2n2o、sio2)，硅氧化物與粘結(jié)劑、分散劑等潤(rùn)濕性差，使得氮化硅流延膜片在后續(xù)疊層壓制過(guò)程中出現(xiàn)鼓泡和分層的現(xiàn)象。

4、現(xiàn)有技術(shù)中，常采用氧化鎂作為燒結(jié)助劑加入到流延漿料中，加入方式有：(1)將氧化鎂粉末直接與氮化硅粉體混合；如專利cn118125834a中的電阻率可調(diào)的氮化硅陶瓷其制備方法，將燒結(jié)助劑和氮化硅粉體在酒精進(jìn)行濕混，形成的混合料漿經(jīng)干燥后燒結(jié)。(2)將可溶性鎂鹽(如硝酸鎂)溶解后與氮化硅粉體混合然后通過(guò)熱處理轉(zhuǎn)化為氧化鎂；如專利cn108892515a的一種光固化氮化硅陶瓷漿料、氮化硅陶瓷及其制備方法，將氮化硅粉體溶液、燒結(jié)助劑溶液、第一分散劑和沉淀劑混合，得到沉淀溶液，然后500-800℃下得到煅燒得到包覆粉體；其中，所述燒結(jié)助劑溶液包括六水合氯化鋁溶液、九水合硝酸鋁溶液、六水合硝酸釔溶液、六水氯化鎂溶液和六水硝酸鎂溶液的一種或多種。其將氮化硅粉體溶液、燒結(jié)助劑溶液、分散劑和沉淀劑混合的化學(xué)沉淀的方法實(shí)現(xiàn)氮化硅粉體的表面包覆，改變了氮化硅粉體的表面特性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)助劑的均勻分散。但是以上的技術(shù)手段均未能有效改善氮化硅粉體與其它漿料組分的潤(rùn)濕性，從而減少氮化硅流延膜片在后續(xù)疊層壓制過(guò)程中出現(xiàn)鼓泡和分層的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有氮化硅粉體的潤(rùn)濕性較差的缺陷和不足，提供一種表面改性的氮化硅粉體。

2、本發(fā)明的另一目的是提供一種氮化硅粉體的表面改性工藝。

3、本發(fā)明的另一目的是提供一種氮化硅粉體在制備氮化硅陶瓷基板中的應(yīng)用。

4、本發(fā)明上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

5、本發(fā)明保護(hù)一種表面改性的氮化硅粉體，包括氮化硅粉體和在所述氮化硅粉體表面自內(nèi)到外依次包覆的第一鎂氧化物層和第二鎂氧化物層，所述第一鎂氧化物層和第二鎂氧化物層由鎂源和氧源經(jīng)表面沉積而成；

6、所述第一鎂氧化物層中mg和o的摩爾比﹥1，

7、所述第二鎂氧化物層中mg和o的摩爾比﹤1。

8、本發(fā)明的表面改性的氮化硅粉體，氮化硅粉體表面包覆mg過(guò)飽和的第一鎂氧化物層，能夠去除氮化硅粉體表面覆蓋的硅氧化物，與氮化硅粉體表面粘附的結(jié)合力大；同時(shí)在第一鎂氧化物層的外側(cè)包覆mg低飽和的第二鎂氧化物層，在mg低飽和且o源充足時(shí)形成疏松的氧化鎂層，提高材料表面的比表面積，提高反應(yīng)活性，且氧化鎂具有較好的親油性，有利于對(duì)有機(jī)物的吸附，從而提高潤(rùn)濕性。

9、具體地，所述第一鎂氧化物層中mg呈過(guò)飽和，由于金屬鎂的活性比硅大，鎂對(duì)氧的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅對(duì)氧的親和力，導(dǎo)致氮化硅顆粒表面的硅氧化物的氧在鎂的吸附作用下轉(zhuǎn)移到鎂金屬層中，且在氧源不足量的情況下，形成部分鎂氧化物，能夠提高與氮化硅粉體表面粘附的結(jié)合力，同時(shí)氮化硅和鎂金屬的直接接觸界面無(wú)氧，避免了氮化硅中晶格氧增加的問(wèn)題。此外，部分氧化的金屬鎂能夠在氮化硅粉體的燒結(jié)過(guò)程中用作燒結(jié)助劑，另一部分未氧化的金屬鎂在燒結(jié)初期鎂和鎂氧化物均形成液相，有助于燒結(jié)過(guò)程中的物質(zhì)傳輸和反應(yīng)，促進(jìn)氮化硅陶瓷基板的致密化。

10、在其中一些實(shí)施方式中，所述第一鎂氧化物層中mg和o的摩爾比(5-10)：3。

11、在其中一些實(shí)施方式中，所述第二鎂氧化物層中mg和o的摩爾比3：(5-10)。

12、在其中一些實(shí)施方式中，所述表面沉積為原子層沉積(ald)和/或化學(xué)氣相沉積(cvd)。

13、本發(fā)明保護(hù)一種氮化硅粉體的表面改性工藝，包括以下步驟：

14、s1，將氮化硅粉體進(jìn)行一次原子層沉積，并在所述氮化硅粉體表面沉積形成第一鎂氧化物層；

15、所述一次原子層沉積的步驟包括：脈沖鎂源前驅(qū)(5～10)n秒后惰性氣體吹掃，脈沖氧源前驅(qū)體3n秒后惰性氣體吹掃，重復(fù)以上步驟周期循環(huán)沉積；其中，所述n為實(shí)數(shù)，且n≥1；

16、s2，將步驟s1得到的粉體進(jìn)行二次原子層沉積，形成第二鎂氧化物層，即得表面改性的氮化硅粉體；

17、所述二次原子層沉積的步驟包括：脈沖鎂源前驅(qū)體3m次后惰性氣體吹掃，脈沖氧源前驅(qū)體(5～10)m次后惰性氣體吹掃，重復(fù)以上步驟周期循環(huán)沉積；其中，所述m為實(shí)數(shù)，且m≥1。

18、在其中一些實(shí)施方式中，1≤n≤3；優(yōu)選地，1≤n≤2。

19、在其中一些實(shí)施方式中，1≤m≤3；優(yōu)選地，1≤m≤2。

20、本發(fā)明對(duì)鎂氧化物層的厚度無(wú)特別要求；作為優(yōu)選，所述第二鎂氧化物層的厚度大于所述第一鎂氧化物層的厚度，且兩層鎂氧化物層的總厚度≤40nm。

21、在其中一些實(shí)施方式中，所述一次原子層沉積的循環(huán)周期(cycle)為10-40。

22、在其中一些實(shí)施方式中，所述第一鎂氧化物層的厚度為1.2-6nm。

23、在其中一些實(shí)施方式中，所述二次原子層沉積的循環(huán)周期為45-70。

24、在其中一些實(shí)施方式中，所述第二鎂氧化物層的厚度為5.4-10.5nm。

25、在其中一些實(shí)施方式中，步驟s1中，在一次原子層沉積之前還包括氮化硅粉體的預(yù)處理，所述預(yù)處理為在95-130℃下加熱1.5-5h。

26、在其中一些實(shí)施方式中，所述一次原子層沉積的參數(shù)為：沉積溫度150-200℃，載氣流量為30-50sccm。

27、在其中一些實(shí)施方式中，所述二次原子層沉積的參數(shù)為：沉積溫度80-150℃，載氣流量為30-50sccm。

28、在其中一些實(shí)施方式中，所述鎂源前驅(qū)體為二環(huán)戊二烯基鎂(mg(cp)2)和/或三甲基鎂。

29、在其中一些實(shí)施方式中，所述氧源前驅(qū)體為h2o和/或o3。

30、在其中一些實(shí)施方式中，步驟s1的一次原子層沉積的過(guò)程中，在脈沖鎂源前驅(qū)體之前向所述氮化硅粉體中脈沖鉿源前驅(qū)體，所述鉿源的脈沖時(shí)間為0.2-2s。所述鉿源前驅(qū)體為四(乙基甲基氨基)鉿(hf(netme)4)，通過(guò)摻雜hf原子有利于提高鎂原子與氮化硅表面粘附的結(jié)合力。

31、在其中一些實(shí)施方式中，步驟s2的二次原子層沉積的過(guò)程中，在脈沖氧源前驅(qū)體之前脈沖氨氣，所述氨氣的脈沖時(shí)間為0.1-1s。脈沖氨氣能夠一定程度上抑制氧源的吸附和反應(yīng)。

32、在其中一些實(shí)施方式中，當(dāng)連續(xù)脈沖鎂源前驅(qū)體時(shí)，在相鄰的鎂源前驅(qū)體脈沖之間脈沖臭氧，所述臭氧的脈沖時(shí)間為0.1-1s。mg-mg原子層之間脈沖臭氧，能夠活化mg原子表面，從而增加后續(xù)mg的反應(yīng)附著位點(diǎn)。

33、本發(fā)明保護(hù)一種表面改性的氮化硅粉體或所述的表面改性的氮化硅粉體的表面改性工藝制成的產(chǎn)品在制備氮化硅陶瓷基板中的應(yīng)用。

34、在其中一些實(shí)施方式中，其制備工藝為：氮化硅粉體與分散劑、粘結(jié)劑、塑性劑和溶劑配制成流延漿料，流延成膜，疊層、真空包封、溫等靜壓，排膠，燒結(jié)，即得。

35、在其中一些實(shí)施方式中，流延漿料包括以下質(zhì)量份計(jì)的組分：

36、

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

38、本發(fā)明提供一種表面改性的氮化硅粉體，所述氮化硅粉體表面自內(nèi)到外依次包覆的第一鎂氧化物層和第二鎂氧化物層，氮化硅粉體表面包覆mg過(guò)飽和的第一鎂氧化物層，能夠去除氮化硅粉體表面覆蓋的硅氧化物，與氮化硅粉體表面粘附的結(jié)合力大，保證了表面改性的氮化硅粉體的穩(wěn)定性；在mg低飽和且o源充足時(shí)形成的第二鎂氧化物層為疏松的氧化鎂層，提高材料表面的比表面積，提高反應(yīng)活性，且氧化鎂具有較好的親油性，有利于對(duì)有機(jī)物的吸附，從而提高潤(rùn)濕性。所述氮化硅粉體制備的流延漿料在鋪層過(guò)程中粘結(jié)性高，其流延過(guò)程的無(wú)開裂，壓制后無(wú)分層。另外，包覆兩層鎂氧化物層之后，氮化硅粉不容易團(tuán)聚，流延制漿過(guò)程容易分散，得到的陶瓷產(chǎn)品的性能也會(huì)更穩(wěn)定。用改性之后的氮化硅粉體流延制備得到的氮化硅陶瓷，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度達(dá)到802mpa以上，熱導(dǎo)率達(dá)到85.8w/(m·k)以上。