一种高强韧氧化铝陶瓷材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强韧氧化铝陶瓷材料及其制备方法和应用，涉及氧化铝陶瓷技术领域。所述氧化铝陶瓷材料由复合粉体制备得到，其中，以质量分数计，所述复合粉体包括：Al

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧氧化铝陶瓷材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及氧化铝陶瓷
，尤其涉及一种高强韧氧化铝陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
基板作为电子元器件的重要组成部分，承担着各类电子元器件散热、绝缘保护、结构封装支撑的核心维护作用。氧化铝基板具有原材料丰富，强度、硬度、化学稳定性和耐热冲击性能高，绝缘性和与金属附着性良好的特点，是目前电子行业中综合性能较好、应用最成熟的陶瓷材料，占电子元器件陶瓷基板总量的90％。目前，电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展已成为趋势，随着电子元器件越做越小，基板的相对负载也越来越大。然而，氧化铝自身强度不高，通常弯曲强度为280-350MPa，因此为满足当今电子产品发展趋势，如何提升氧化铝封装构件的安全性与可靠性，延长氧化铝封装元器件的使用寿命，提高氧化铝基板强度成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有氧化铝陶瓷强度低的问题。为了解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提出一种高强韧氧化铝陶瓷材料，所述氧化铝陶瓷材料由复合粉体制备得到，其中，以质量分数计，所述复合粉体包括：Al2O340-89.9％、SiO20.1-10％、稀土氧化物10-50％。其进一步的技术方案为，稀土氧化物为La2O3、CeO2、Y2O3、Sc2O3、Eu2O3、Nd2O3、Sm2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3以及Tm2O3中的至少一种。第一方面，本专利技术实施例提供第一方面所述的高强韧氧化铝陶瓷材料的制备方法，包括：S1，对复合粉体依次进行球磨处理、旋蒸处理以及过筛处理；S2，依次通过干压成型工艺以及冷等静压工艺将复合粉体制成胚体；S3，依次通过煅烧工艺以及烧结工艺将胚体制成陶瓷。其进一步的技术方案为，球磨处理的工艺参数包括：球磨时间为6-10h；球磨机的转速为250-350r/min；研磨球、研磨液以及复合粉体的质量比为2:2:1。其进一步的技术方案为，旋蒸处理的工艺参数包括：旋蒸温度为50-60℃；过筛处理的工艺参数包括：筛网目数为100-120目。其进一步的技术方案为，干压成型工艺的工艺参数包括：加压压力为4-6MPa；保压时间为60-120s。其进一步的技术方案为，冷等静压工艺中，加压压力以30-40MPa/min的升压速率升至100-200MPa，然后保压3-5min，最后以30-40MPa/min的泄压速率降至0MPa。其进一步的技术方案为，煅烧工艺中，煅烧温度以2-5℃/min的升温速率升至300-800℃后，保温1-2小时。其进一步的技术方案为，烧结工艺中，烧结温度以1-200℃/min的升温速率升温至1400-2000℃后，保温1-10h。第三方面，本专利技术实施例提供如第一方面所述的高强韧氧化铝陶瓷材料在电子器件基板中的应用。与现有技术相比，本专利技术所能达到的技术效果包括：本专利技术实施例中，通过将大量稀土氧化物，SiO2和Al2O3混合，烧结过程中生成Ln4Al2O9或LnAlO3(Ln为La、Ce、Y、Sc、Eu、Nd、Sm、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm)抑制晶粒长，同时SiO2的加入填补了在烧结过程中形成的气孔，有效提高氧化铝的力学性能。本专利技术实施例提出的氧化铝陶瓷材料的断裂韧性不低于7MPa·m1/2，弯曲强度不低于600MPa。满足对导热要求较低但负载高的电子器件对氧化铝基板高负载承载力的要求。具体实施方式下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本专利技术实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术实施例。如在本专利技术实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。本专利技术实施例提供一种高强韧氧化铝陶瓷材料，所述氧化铝陶瓷材料由复合粉体制备得到，以质量分数计，所述复合粉体包括：Al2O340-89.9％、SiO20.1-10％、稀土氧化物10-50％。进一步地，稀土氧化物为La2O3、CeO2、Y2O3、Sc2O3、Eu2O3、Nd2O3、Sm2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3以及Tm2O3中的至少一种。上述高强韧氧化铝陶瓷材料能够应用在电子器件基板中。尤其是对导热要求较低但负载高的电子器件基板中。本专利技术实施例还提供上述高强度高韧性高热导的氧化铝陶瓷材料的制备方法，该方法包括如下步骤：S1，对复合粉体依次进行球磨处理、旋蒸处理以及过筛处理。具体实施中，球磨处理的工艺参数包括：球磨时间为6-10h；球磨机的转速为250-350r/min；研磨球、研磨液以及复合粉体的质量比为2:2:1。研磨液可具体为无水乙醇。进一步地，旋蒸处理的工艺参数包括：旋蒸温度为50-60℃。进一步地，过筛处理的工艺参数包括：筛网目数为100-120目。S2，依次通过干压成型工艺以及冷等静压工艺将复合粉体制成胚体。具体实施中，干压成型工艺的工艺参数包括：加压压力为4-6MPa；保压时间为60-120s。进一步地，在冷等静压工艺中，加压压力以30-40MPa/min的升压速率升至100-200MPa，然后保压3-5min，最后以30-40MPa/min的泄压速率降至0MPa。S3，依次通过煅烧工艺以及烧结工艺将胚体制成陶瓷。具体实施中，在煅烧工艺中，煅烧温度以2-5℃/min的升温速率升至300-800℃后，保温1-2小时。在烧结工艺中，烧结温度以1-200℃/min的升温速率升温至1400-2000℃后，保温1-10h。为了更好的阐述本专利技术的技术方案，本专利技术提供如下实施例1-7。实施例陶瓷材料的各性能测试标准具体如下：弯曲强度测试标准为GB/T6569-86，热导率测试标准为GB/T22588-2008，断裂韧性测试标准为GB/T37900-2019。实施例1复合粉体各成分质量分数：1％SiO2、La2O324％、Al2O375％。具体步骤如下：(1)，球磨处理：使用电子天平按比例称量复合粉体的各组分倒入到聚四氟乙烯球磨罐中，随后放入氧化锆研磨球和无水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧氧化铝陶瓷材料，所述氧化铝陶瓷材料由复合粉体制备得到，其特征在于，以质量分数计，所述复合粉体包括：Al

【技术特征摘要】
1.一种高强韧氧化铝陶瓷材料，所述氧化铝陶瓷材料由复合粉体制备得到，其特征在于，以质量分数计，所述复合粉体包括：Al2O340-89.9％、SiO20.1-10％、稀土氧化物10-50％。


2.根据权利要求1所述的高强韧氧化铝陶瓷材料，其特征在于，稀土氧化物为La2O3、CeO2、Y2O3、Sc2O3、Eu2O3、Nd2O3、Sm2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3以及Tm2O3中的至少一种。


3.一种如权利要求1-2任一项所述的高强韧氧化铝陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1，对复合粉体依次进行球磨处理、旋蒸处理以及过筛处理；
S2，依次通过干压成型工艺以及冷等静压工艺将复合粉体制成胚体；
S3，依次通过煅烧工艺以及烧结工艺将胚体制成陶瓷。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，球磨处理的工艺参数包括：球磨时间为6-10h；球磨机的转速为250-350r/min；研磨球、研磨液以及复合粉体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，吴昊霖，黎业华，刘磊仁，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44