一种改性氮化铝陶瓷基片及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性氮化铝陶瓷基片，其创新点在于：由氮化铝、α-Al2O3纳米粉末、助烧剂、无苯三元溶剂体系、分散剂、粘结剂和增塑剂制备得到的；其中α-Al2O3纳米粉末的平均粒径为15-25nm，比表面积≥240m2/g；助烧剂由CaO、Y2O3、CaF、BN和CaC中任意两种或两种以上按照比例混合；无苯三元溶剂体系为乙醇、异丙醇和丁酮的混合溶剂；通过流延成型和低温烧结方法制备。本发明采用的α-Al2O3纳米粉末，粒度分布均匀、纯度高、具有极好分散，其比表面高，提高产品强度；流延成型工艺，大大提高生产效率，氮化铝粉体中加入三元烧结剂，使得在中低温条件下烧结达到高的热导率，节约能耗，降低生产成本，而且无苯三元溶剂体系，分散性好，且无毒无害。
【专利说明】一种改性氮化铝陶瓷基片及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氮化铝陶瓷基片，具体涉及一种添加氧化铝纳米粉进行改性的氮化铝陶瓷基片，还涉及该氮化铝陶瓷基片的生产方法。
【背景技术】
[0002]随着大功率模块电路集成度的提高以及大功率LED的发展，对所用绝缘基板材料提出了更高的要求，氮化铝陶瓷材料由于具有较高的热导率，已广泛应用于各种大功率电子原件的绝缘基板材料。然而，在一些小型化应用领域，除了具有较高的热导率外，还要求氮化铝陶瓷基板具有较高的机械性能，尤其是在厚度小于0.38mm的薄板中，要求氮化铝陶瓷基板具有较高的抗弯强度。在一些功率组件的散热基板或半导体器件的托架应用中，为了获得较好的机械性能和抗热震性能，人们往往采用控制晶粒生长的方法来获得细晶显微结构。通过控制晶粒生长的方法来获得细晶显微结构来提高机械性能和抗热震性能，缺陷在于氮化铝陶瓷基片的热导率降低了。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种具有高热导率、高强度的改性氮化铝陶瓷基片。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种改性氮化铝陶瓷基片，其创新点在于:由氮化铝、C1-Al2O3纳米粉末、助烧剂、无苯三元溶剂体系、分散剂、粘结剂和增塑剂制备得到的。
[0005]进一步的，所述a -Al2O3纳米粉末的平均粒径为15_25nm,比表面积> 240m2/g ;所述的助烧剂由CaO、Y2O3> CaF、BN和CaC中任意两种或两种以上组成；所述的无苯三元溶剂体系为乙醇、异丙醇和丁酮的混合溶`剂；所述的分散剂为鱼油、甘油或蓖麻油中的一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
[0006]进一步的，所述a -Al2O3纳米粉末的质量为氮化铝质量的1-3% ;所述助烧剂的质量为氮化铝质量的2-10% ;所述无苯三元溶剂体系的质量为氮化铝质量的1-8% ;所述分散剂的质量为氮化铝质量的2-4% ;所述粘结剂的质量为氮化铝质量的10-13% ;所述增塑剂的质量为氮化招质量的4-9%。
[0007]本发明的另一目的是提供一种改性氮化铝陶瓷基片的生产方法，采用流延成型的方法进行制备，具体如下:将氮化铝、a -Al2O3纳米粉末和助烧剂按比例混合；将混合后的粉末溶于无苯三元溶剂体系中，再加入分散剂，在球磨机上进行一次球磨，球磨时间为24-26小时，然后再加入粘结剂和增塑剂研磨24-28小时；在负压环境下真空除泡；用流延机对处理好的浆料进行流延成型，控制刮刀高度为0.5mm，流延带速为0.1-0.3m/min，干燥温度为20-90°C ;流延胚体在连续式排胶炉内连续排胶18-20h，温度为580°C ;将流延生坯放入烧结炉中，在氮气保护下烧结，烧结温度为1550-1680°C。
[0008]本发明的有益效果:I)本发明采用的C1-Al2O3纳米粉末粒度分布均匀、纯度高、具有极好分散，其比表面高，具有耐高温的惰性，高活性，多孔性，硬度高、尺寸稳定性好，改善了成型与烧结性能，提高产品强度。
[0009]2)流延成型工艺，大大提高生产效率，氮化铝粉体中加入三元烧结剂，使得在中低温条件下烧结达到高的热导率，节约能耗，降低生产成本。
[0010]3 )本发明采用无苯三元溶剂体系，分散性好，且无毒无害。
【具体实施方式】
[0011]下面具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
[0012]实施例1
一种改性氮化铝陶瓷基片，由氮化铝、平均粒径为15nm的C1-Al2O3纳米粉末、Y2O3-CaF助烧剂、乙醇、异丙醇和丁酮的混合溶剂、甘油、聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯制备得到的；氧化铝纳米粉末的比表面积> 240m2/g。
[0013]采用流延法经低温烧结制备改性氮化铝陶瓷基片，将氮化铝、a -Al2O3纳米粉末和助烧剂按1:0.01:0.02的质量比混合；将混合后的粉末溶于质量为氮化铝质量1%的乙醇、异丙醇和丁酮(1:1:2)的混合溶剂中，再加入质量为氮化铝质量2%甘油，在球磨机上进行一次球磨，球磨时间为24-26小时，然后在加入质量为氮化铝质量10%聚乙烯醇缩丁醛和质量为氮化铝质量4%邻苯二甲酸二丁酯研磨24-28小时；在负压环境下真空除泡；用流延机对处理好的浆料进行流延成型，控制刮刀高度为0.5mm，流延带速为0.lm/min，干燥温度为300C ;流延胚体在连续式排胶炉内连续排胶18h，温度为580°C ;将流延生坯放入烧结炉中，在氮气保护下烧结，烧结温度为1600°C，制得目标产品。
[0014]实施例2` 一种改性氮化铝陶瓷基片，由氮化铝、平均粒径为20nm的a -Al2O3纳米粉末、Y2O3-BN助烧剂、乙醇、异丙醇和丁酮的混合溶剂、蓖麻油、聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯制备得到的；氧化铝纳米粉末的比表面积> 240m2/g。
[0015]采用流延法经低温烧结制备改性氮化铝陶瓷基片，将氮化铝、a -Al2O3纳米粉末和助烧剂按1:0.02:0.06的质量比混合；将混合后的粉末溶于质量为氮化铝质量4%的乙醇、异丙醇和丁酮(1:1:2)的混合溶剂中，再加入质量为氮化铝质量3%的蓖麻油，在球磨机上进行一次球磨，球磨时间为24-26小时，然后在加入质量为氮化铝质量12%的聚乙烯醇缩丁醛和质量为氮化铝质量7%的邻苯二甲酸二丁酯研磨24-28小时；在负压环境下真空除泡；用流延机对处理好的衆料进行流延成型，控制刮刀高度0.5mm,流延带速为0.lm/min,干燥温度为50°C ;流延胚体在连续式排胶炉内连续排胶19h，温度为580°C ;将流延生坯放入烧结炉中，在氮气保护下烧结，烧结温度为1620°C，制得目标产品。
[0016]实施例3
一种改性氮化铝陶瓷基片，由氮化铝、平均粒径为15nm的C1-Al2O3纳米粉末、CaO-Y2O3助烧剂、乙醇、异丙醇和丁酮的混合溶剂、鱼油、聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯制备得到的；氧化铝纳米粉末的比表面积> 240m2/g。
[0017]采用流延法经低温烧结制备改性氮化铝陶瓷基片，将氮化铝、a -Al2O3纳米粉末和助烧剂按1:0.03:0.08的质量比混合；将混合后的粉末溶于质量为氮化铝质量3%的乙醇、异丙醇和丁酮(1:1:2)的混合溶剂中，再加入质量为氮化铝质量4的％鱼油，在球磨机上进行一次球磨，球磨时间为24-26小时，然后在加入质量为氮化铝质量13%的聚乙烯醇缩丁醛和质量为氮化铝质量9%的邻苯二甲酸二丁酯研磨24-28小时；在负压环境下真空除泡；用流延机对处理好的衆料进行流延成型，控制刮刀高度为0.5mm,流延带速为0.lm/min,干燥温度为90°C ;流延胚体在连续式排胶炉内连续排胶20h，温度为580°C ;将流延生坯放入烧结炉中，在氮气保护下烧结，烧结温度为1680°C，制得目标产品。
[0018]上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明的构思和保护范围进行限定，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离技术方案的宗旨和范围 ，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【权利要求】
1.一种改性氮化铝陶瓷基片，其特征在于:所述陶瓷基片由氮化铝、C1-Al2O3纳米粉末、助烧剂、无苯三元溶剂体系、分散剂、粘结剂和增塑剂制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种改性氮化铝陶瓷基片，其特征在于:所述C1-Al2O3纳米粉末的平均粒径为15-25nm，比表面积≥240m2/g ;所述的助烧剂由CaO、Y2O3、CaF、BN和CaC中任意两种或两种以上组成；所述的无苯三元溶剂体系为乙醇、异丙醇和丁酮的混合溶剂；所述的分散剂为鱼油、甘油或蓖麻油中的一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
3.根据权利要求1所述的一种改性氮化铝陶瓷基片，其特征在于:所述C1-Al2O3纳米粉末的质量为氮化铝质量的1-3% ;所述助烧剂的质量为氮化铝质量的2-10% ;所述无苯三元溶剂体系的质量为氮化铝质量的1-8% ;所述分散剂的质量为氮化铝质量的2-4% ;所述粘结剂的质量为氮化铝质量的10-13% ;所述增塑剂的质量为氮化铝质量的4-9%。
4.一种实现权利要求1所述的改性氮化铝陶瓷基片的生产方法，其特征在于:采用流延成型的方法进行制备，具体如下:将氮化铝、a -Al2O3纳米粉末和助烧剂按比例混合；将混合后的粉末溶于无苯三元溶剂体系中，再加入分散剂，在球磨机上进行一次球磨，球磨时间为24-26小时，然后再加入粘结剂和增塑剂研磨24-28小时；在负压环境下真空除泡；用流延机对处理好的浆料进行流延成型，控制刮刀高度为0.5mm，流延带速为0.1-0.3m/min,干燥温度为20-90°C ;流延胚体在连续式排胶炉内连续排胶18-20h，温度为580°C ;将流延生坯放入烧结炉中，在氮气保护下烧结，烧结温度为1550-1680°C。
【文档编号】C04B35/622GK103819196SQ201310742139
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】颜建军, 陈建国, 张志涛, 朱卫兵 申请人:莱鼎电子材料科技有限公司