高导热氮化铝陶瓷的粉末注射成形技术的研究.pdfVIP

2009全国粉末冶金学术会议 高导热氮化铝陶瓷的粉末注射成形技术研究 秦明礼曲选辉杜学丽 北京科技大学材料科学与工程学院 摘要 氮化铝(AIN)陶瓷具有高的热导率、低的热膨胀系数、高的电阻率、良好的力学性能等特性，被认为是 新一代高性能陶瓷基片和封装的首选材料。论文研究了利用粉末注射成形技术制备高导热AIN陶瓷零部件的工艺。以 在1850℃流动氮气氛中烧结，可以制备出热导率为232．4W·(111～·K。1)的3,IN陶瓷。 关键词 舢N陶瓷；粉末注射成形；陀螺仪力矩器骨架；热导率 1 前言 氮化铝(AIN)陶瓷具有高的热导率(理论热导率为320W·(m·K)～、低的介电常数(约8．8， 料¨“J。近年来，随着微电子技术的飞速发展，大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异 形封装和散热器件的需求正在每年成倍增加，因此，需要越来越多的微型、复杂形状高导热AIN陶瓷 零部件，但是AIN陶瓷硬度高、脆性大，采用传统的加工方法很难制备出形状和尺寸精度满足需要的 零部件。 粉末注射成形是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型近终形成形技术。 该技术的最大特点是可以直接制备出复杂形状的零件，而且由于是流态充模，基本上没有模壁摩擦， 成形坯的密度均匀，尺寸精度高。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技 术的一场革命，被誉为“21世纪的零部件成形技术”【4qj。粉末注射成形技术为制备较高尺寸精度、复 杂形状AIN陶瓷零部件提供了一种研究思路。本论文研究了利用粉末注射成形技术来制备高导热A1N 陶瓷零部件的工艺。 2实验方法 所用AIN粉末的主要性能见表1，采用纯度为99．9％Y：O，作为烧结助剂。以无水乙醇作为介质， 将重量比为95：5=AIN：Y203粉末球磨6h后，烘干筛分得到混合均匀的AIN+Y：O，混合粉末。在 XNZ—I型转矩流变仪中将配置好的粘结剂与予混合好的粉末按照粉末装载量为62％进行混和，再在 PSJ32型混炼挤出机上制粒使喂料进一步均匀，喂料在CJ50一E型注射机上注射成形得到注射坯。注 L·min‘1的VSF一150／150 射坯采用溶剂脱脂+热脱脂工艺进行脱脂，脱脂后的坯体在氮气流速为1．0 高温真空烧结炉中制备出烧结试样。 七、注射成型及其它 表1 AIN粉末的性质 Chemical Particle—size composition／％ distribution／panSurfacean阻 N 0 C Al Xlo X∞ X∞ ／m2·g一1 33．20 O．98 0．07 含量 1．055 3．069 6．814 4．26 321 喂料的流变数据在毛细管流变仪(Instron 进行热失重分析(TGA)和差热扫描量热分析(DSC)；用阿密基德排水法测量样品的密度；日本理学 Rigaku公司D／max—RBl2型旋转阳极x射线衍射仪(CuKa，A=0．15406nln)进行物相分析(X—ray Electron Diffraction，XRD)；英国LEO公司JSM一6301F型扫描电镜(Scanning 公式计算出烧结试样的热导率。 A=CP·P·a (1) 式中：A为AIN烧结试样的热导率； c，是AIN材料的热容(在这里按纯AIN在20℃的热容0．734J·(g～·K。1)计算； P是烧结试样的密度； a测得烧结试样的热扩散系数。 3结果与讨论 3．1粘结剂的选择以及喂料的流变性能 粘结剂的选择是注射成形技术的核心，首先