本發(fā)明屬于氮化鋁陶瓷制備技術領域，涉及一種高熱導率氮化鋁陶瓷的制備方法。
背景技術：
氮化鋁陶瓷具有優(yōu)異的導熱性能，電絕緣性能與耐高溫性能，同時也具有較低的介電常數，與硅匹配的線膨脹系數及無毒等特性，從而使其成為目前最理想的基本材料與電子器件封裝材料。
高熱導率是氮化鋁陶瓷工業(yè)應用的優(yōu)勢所在。要想實現高熱導率陶瓷的制備，必須要滿足兩個條件：一是氮化鋁陶瓷要具有較高的致密度；二是氮化鋁陶瓷晶格中的固溶氧含量要盡可能的低。在實際生產中，一般是通過引入稀土化合物(氧化釔、氧化釤、氧化鏑、氟化釔、氟化釤等)或堿土金屬化合物(氧化鈣、氧化硼、氟化鈣等)等燒結助劑，在高溫下通過與氧化鋁反應生成第二相來降低晶格中固溶氧含量，同時促進燒結，進而實現高熱導率氮化鋁陶瓷的制備。中國專利(cn102030538b)公開了一種氮化鋁陶瓷的制備方法及采用該方法制備的氮化鋁陶瓷，以氧化釔、氧化鈣、氟化鈣、氧化鏑中的一種或多種作為燒結助劑，制備得到了系列氮化鋁陶瓷，其中以氧化釔與氧化鈣作為復合燒結助劑時制備得到的氮化鋁陶瓷的熱導率最高(180w·m-1·k-1)。tohru等(scriptamaterialia,2005,52:583-586)以氧化釔作為燒結助劑，制備得到了熱導率為164.7w·m-1·k-1的氮化鋁陶瓷。yu等(journaloftheeuropeanceramicsociety,2002,22:247-250)以氧化釔與氟化鈣作為燒結助劑，制備得到了熱導率為147w·m-1·k-1的氮化鋁陶瓷。可見，氮化鋁陶瓷的熱導率與燒結助劑選擇具有很重要的關系。因此，尋找、開發(fā)適用于氮化鋁陶瓷的多元體系燒結助劑對于高熱導率氮化鋁陶瓷的制備至關重要。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種可用于氮化鋁陶瓷制備用三元燒結助劑(氧化鈰+其它稀土化合物中的一種+堿土金屬化合物中的一種)及其制備方法，可以實現高熱導率氮化鋁陶瓷的無壓燒結制備。在相同的條件下，通過引入三元燒結助劑制備得到氮化鋁陶瓷的性能優(yōu)于引入單一及二元復合燒結助劑制備得到氮化鋁陶瓷的性能。
本發(fā)明的技術方案是：一種高熱導率氮化鋁陶瓷的制備方法，具體工藝過程包括以下步驟：
1)配料：將氮化鋁粉與燒結助劑按比例稱取后置于球磨罐中，加入無水乙醇與氧化鋯磨球，經球磨后獲得混合均勻漿料，其中球磨轉速為150～180r/min；
2)成型：將漿料置于50～70℃的低溫烘箱內，干燥后研磨、破碎，然后加入適量的粘結劑混合均勻，再將粉體過篩。將粉體裝入鋼制模具中于壓力機上進行一次成型，然后再將成型的生坯塑封后放入冷等靜壓機內二次加壓成型，最終得到氮化鋁陶瓷生坯；
3)脫脂：將氮化鋁生坯放置于馬弗爐內，在空氣氣氛下進行脫脂；
4)燒結：將脫脂后生坯放置于高溫燒結爐中，于氮氣氛圍下于1800～1900℃對樣品進行燒結，保溫時間為2～6h。燒結結束后以1～5℃/min降溫速率降至1600～1700℃后，再隨爐冷卻至室溫，得到氮化鋁陶瓷。
優(yōu)選的是，步驟(1)所述的燒結助劑為三元復合燒結助劑，其中必含有氧化鈰，稀土化合物氧化釔、氧化釤、氧化鏑、氟化釔、氟化釤等中的一種，堿土金屬化合物氧化鈣、氧化硼、氟化鈣等中的一種。其中，氧化鈰、其它稀土化合物及堿土金屬化合物引入質量分別占粉體總質量的0.5～1.5％，1～3％，0.5～1.5％；
優(yōu)選的是，步驟(1)所述的配料過程中，為實現陶瓷粉料快速混合均勻，一般陶瓷粉料、磨球及無水乙醇的質量比應為1:1:1～1:2:3；
優(yōu)選的是，步驟(2)成型過程中為保證成型坯體結構的均勻性，成型工藝如下：一次成型壓力為20～40mpa，保壓時間1～3min；二次成型過程中，在80～120mpa保壓1-6min，在200～240mpa保壓1～6min；升、降壓速率均在10-20mpa/min范圍內；
優(yōu)選的是，步驟(3)中所述的脫脂工藝必須要保證脫脂過程中坯體內不能產生裂紋等缺陷，以保證后繼燒結樣品顯微結構的均勻性；脫脂后坯體內的粘結劑要完全分解，分解殘留碳的含量要盡可能的低，以減少對樣品結構及性能的影響，鑒于以上考慮，坯體的脫脂溫度范圍一般在450～600℃，升溫速率≤4℃/min，保溫時間2～6h；
優(yōu)選的是，步驟(4)中所述的燒結工藝必須要保證坯體的致密化燒結，同時也要避免燒結過程中發(fā)生彎曲變形等，一般燒結溫度應控制在1800～1900℃，升溫速率≤8℃/min，保溫時間2～6h；保溫結束后先溫控降溫至1600～1700℃，降溫速率為1～5℃/min，再隨爐冷卻至室溫。得到氮化鋁陶瓷的熱導率在180～230w·m-1·k-1，致密度≥99.3％。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，所得氮化鋁陶瓷的熱導率在180～230w·m-1·k-1，致密度≥99.3％。制備得到的氮化鋁陶瓷顯微結構均勻；制備工藝簡單，便于批量化生產。引入的三元燒結助劑可以較好的對氮化鋁陶瓷結構性能進行調控，進而實現高熱導率氮化鋁陶瓷無壓燒結的制備。
附圖說明
圖1為高熱導率氮化鋁陶瓷顯微結構圖。
具體實施方式
1按質量比96:2.5:1:0.5依次準確稱取氮化鋁粉、氧化釤、氧化鈰、氟化鈣粉末置于尼龍球磨罐中，同時添加質量比0.3％硬脂酸作為分散劑，加入無水乙醇及氧化鋯球為球磨介質，濕法球磨4h。其中粉料、無水乙醇及氧化鋯球的質量比為1:1:2，球磨轉速為160r/min。漿料干燥后的得到混合均勻的物料；
2添加聚乙烯醇縮丁醛溶液為粘結劑，與混合物料混合均勻，過80目網篩后，將粉體置于鋼制模具中于壓力機上壓制成生坯，成型壓力為40mpa；然后將生坯塑封包裝，置于冷等靜壓機中進行二次壓制，壓制成型壓力為100mpa保壓60s，220mpa保壓時間為180s；
3將成型后生坯置于脫脂爐內于空氣氣氛中進行排膠。升溫速率為2℃/min，膠溫度為500℃，保溫時間為4h；
4脫脂后生坯放入坩堝中，置于高溫燒結爐內氮氣氛圍下進行燒結，以一定的速率升溫至1860℃，保溫時間為4h，燒結結束后再以一定的速率降溫至1700℃后再隨爐冷卻至室溫，得到高熱導率氮化鋁陶瓷樣品；
采用此工藝制備得到的氮化鋁陶瓷樣品顯微結構致密(見附圖1)，體積密度為3.3g/cm3，氣孔率為0.6％，致密度為99.4％，熱導率為201.3w·k-1·m-1，較相同條件下單一(4wt％氧化釤)及二元助燒劑(3wt％氧化釤-1wt％氧化鈰；3.5wt％氧化釤-0.5wt％氟化鈣)制備得到的氮化鋁陶瓷樣品的熱導率高。