AlON-AlN復(fù)相陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、AIN陶瓷具有高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)、高電阻率及與硅相近的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用作大功率微波電子器件的基板材料及封裝材料。目前，隨著微波技術(shù)向著更高頻率過渡，要求基板的厚度變得更薄，這就對(duì)材料的強(qiáng)度提出了更高的要求。本文圍繞高強(qiáng)度AlN基復(fù)相陶瓷基板的制備，通過在AlN中加入Al2O3，原位反應(yīng)燒結(jié)制備了AlON-AlN復(fù)相陶瓷，研究了Al2O3加入量、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、燒結(jié)助劑、燒結(jié)方式(無壓、熱壓)等對(duì)復(fù)相陶瓷燒結(jié)性能、相組成

2、、顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　 研究了在1600～1850℃燒結(jié)的試樣的相組成。在1600℃下燒結(jié)的試樣中沒有發(fā)現(xiàn)γ-AlON晶相的存在，在1650～1800℃的溫度范圍內(nèi)可觀察到γ-AlON，當(dāng)溫度升高至1850℃時(shí)，AlON與ALN發(fā)生反應(yīng)生成新相27R，由此可以確定AlON-AlN復(fù)相陶瓷的制備溫度為1650～1800℃。
　　 燒結(jié)溫度對(duì)復(fù)相陶瓷燒結(jié)性能影響的研究表明，Al2O3加入量為30wt

3、％的試樣，無壓燒結(jié)時(shí)隨著燒結(jié)溫度從1650℃升高至1700℃，試樣氣孔率逐漸減小，在1700～1800℃范圍內(nèi)，晶粒尺寸增大，但氣孔率無明顯變化，約為0.1％。當(dāng)溫度升高至1850℃時(shí)，氣孔率又有所增加。熱壓燒結(jié)的試樣在1650～1800℃范圍內(nèi)氣孔率無顯著變化，氣孔率均比較低，約為0.05％，在1850℃時(shí)氣孔率同樣有所升高。與無壓燒結(jié)相比，在各溫度下熱壓燒結(jié)試樣均具有更低的氣孔率。
　　 Al2O3和燒結(jié)助劑Y2O3加入量對(duì)

4、復(fù)相陶瓷燒結(jié)性能影響的研究結(jié)果表明，1750℃下，隨著Al2O3加入量從10wt％增加到30wt％，試樣氣孔率逐漸減小，加入量進(jìn)一步增加至50wt％于，試樣氣孔率無明顯變化，約為0.24％。隨著Y2O3加入量從1wt％增加到5wt％，試樣顯氣孔率先減小后增大，加入量為2wt％的試樣氣孔率最小，約為0.13％，說明一定量Y2O3和.Al2O3能有效地提高復(fù)相陶瓷的致密度。
　　 保溫時(shí)間對(duì)復(fù)相陶瓷燒結(jié)性能影響的研究結(jié)果表明，隨著保

5、溫時(shí)間從1h延長至8h，晶粒尺寸明顯增大，保溫時(shí)間為2h時(shí)試樣氣孔率最低，約為0.24％。
　　 燒結(jié)溫度對(duì)復(fù)相陶瓷抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率影響的研究結(jié)果表明，對(duì)于Al2O3加入量為30wt％的試樣，在1650～1800℃范圍內(nèi)無壓燒結(jié)時(shí)，1700℃燒結(jié)的試樣抗彎強(qiáng)度與熱導(dǎo)率值最大，分別為378MPa和38W/m·K。熱壓燒結(jié)試樣的抗彎強(qiáng)度隨著燒結(jié)溫度的升高逐漸降低，1650℃時(shí)抗彎強(qiáng)度最大，為457MPa。此外，熱壓燒結(jié)試樣的抗彎強(qiáng)度

6、整體高于無壓燒結(jié)的試樣。
　　 Al2O3加入量對(duì)復(fù)相陶瓷抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率影響的研究結(jié)果表明，對(duì)1750℃無壓燒結(jié)的試樣，隨著Al2O3加入量從10wt％增加到50wt％，在加入量為30wt％時(shí)抗彎強(qiáng)度達(dá)最大值355MPa，熱導(dǎo)率則隨著Al2O3加入量的增加逐漸減小，Al2O3加入量為10wt％時(shí)熱導(dǎo)率最大，為50 W/m·K。
　　 保溫時(shí)間對(duì)抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率影響的研究結(jié)果表明，對(duì)Al2O3加入量為30wt％、1750

7、℃無壓燒結(jié)的試樣，在1～8h保溫時(shí)間內(nèi)，保溫2h時(shí)具有最大抗彎強(qiáng)度355MPa，熱導(dǎo)率隨著保溫時(shí)間的延長逐漸增大，保溫8h得到最大值59W/m·K。對(duì)于熱壓燒結(jié)試樣，在保溫2h時(shí)抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值429MPa，延長保溫時(shí)間對(duì)熱導(dǎo)率影響不明顯，各保溫時(shí)間下熱導(dǎo)率約為65 W/m·K，整體高于無壓燒結(jié)試樣。
　　 Y2O3加入量對(duì)復(fù)相陶瓷抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率影響的研究結(jié)果表明，隨著Y2O3加入量從1wt％增加至5wt％，試樣抗彎強(qiáng)度在加