一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板及其制备方法，涉及陶瓷材料技术领域。该陶瓷板由以下重量份组分组成：氧化铝粉体50～99.5份，氧化锆0～45份、烧结助剂0～20份，有机溶剂30～60份；分散剂0.5～5份，粘结剂与增塑剂的混合物0.5～20份。本发明专利技术通过控制叠层陶瓷复合材料由不同掺量的氧化锆增强的氧化铝及其叠层组成方式，提高陶瓷基板抗弯强度和热导率，同时使基板能够和亲电路工作层具有良好的相容性能；进一步地，通过流延叠层的方法，将工作层设计为亲电路的材料层，改善基板与电路之间的附着性，提高陶瓷基板与覆铜层电路结合强度，减少了传统基板在覆铜前要做一个过渡层处理工艺，提高生产效率，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，尤其涉及一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板及其制备方法。
技术介绍
陶瓷基板作为电路板基材，在使用过程中对电子元器件进行承载与保护，同时电路运行产生的热量在放热冷却的过程中会产生一定的热应力，这就使得基板材料需要有一定的强度和热导率，才能保证在使用过程中不会因为热应力的存在缩短了整个电路板的使用寿命，提高电子元件的可靠性和稳定性。一方面，即使是同一种材料，不同的层间结构也会受到应力的不同影响。层状陶瓷复合材料由晶须或颗粒增强的交替层组成。这种复合材料允许两种增强机制的结合，第一种作用于微观结构的尺度，在层间，通过颗粒结构诱导应力转变；第二种作用于宏观尺度，在层间的界面处，通过晶须结构诱导应力转变。在这些叠层结构中，由于不同成分层之间热膨胀的差异，在烧结温度冷却过程中产生残余应力，同时也容易造成陶瓷烧结板分层、鼓包、开裂等问题，影响陶瓷基板机械性能。另一方面，铜线路在基板上的附着性目前也是一个问题，基于铜金属与氧化锆的润湿性比较差，粘附性比较差，这是由于氧化锆热膨胀系数(11.4x10-6)，与铜金属膨胀系数容差大，导致线路难以覆上，覆上的电路经常会断开；此外，直接接触的基板工作层的热导率对电路散热有很大影响。因此，如何改善陶瓷基板的力学性能、提高热导率，以提高基板的可靠性，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何改善陶瓷基板的力学性能、提高热导率，以提高基板的可靠性。<br>本专利技术的首要目的在于提供一种颗粒增韧层状结构补强的氧化锆增韧氧化铝(ZTA)复合陶瓷板。另一目的在于提供上述层状结构的ZTA复合陶瓷板的制备方法，该方法采用流延成型方法，可以完成不同氧化锆掺杂的氧化铝坯体制备，并利用流延坯体厚度以及堆叠方式，使得制备出的氧化锆增韧氧化铝基板具有更高的力学性能和热导率，同时可以降低烧结温度，提高基板可靠性。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，本专利技术提供一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，由以下重量份组分组成：氧化铝粉体50～99.5份，氧化锆0～45份、烧结助剂0～20份，有机溶剂30～60份；分散剂0.5～5份，粘结剂与增塑剂的混合物0.5～20份。其进一步地技术方案为，所述烧结助剂为Y2O3、MgO、CaO、SiO2、CeO2、La2O5、BaO、SrO、Sc2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3和Ho2O3中的至少一种。其进一步地技术方案为，所述有机溶剂为乙酸丁酯、乙酸乙酯、无水乙醇中的至少一种。其进一步地技术方案为，所述分散剂为三油酸甘油酯、聚乙烯酸酯、聚乙烯中的至少一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸酯、聚乙烯醇中的至少一种；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二苄酯、丙三醇中的至少一种。其进一步地技术方案为，所述氧化锆增韧氧化铝陶瓷板为层状结构，相邻层间的氧化锆掺量相差范围为0-22份。其进一步地技术方案为，所述氧化锆增韧氧化铝陶瓷板表面层的氧化锆掺量为0-7份。第二方面，本专利技术提供制备如第一方面所述氧化锆增韧氧化铝陶瓷板的方法，工艺步骤如下：(1)配制复合陶瓷粉体：将氧化锆和氧化铝按比例混合，同时加入烧结助剂，混合均匀，得到预制粉体；(2)配制流延浆料：在预制粉体中按比例先加入有机溶剂，分散剂，进行第一次球磨，再加入粘结剂和增塑剂的混合物，进行第二次球磨，得到流延浆料；(3)制备流延坯体：将(2)得到的流延浆料通过流延机制成厚度为80-200μm的流延坯；(4)裁片、叠片、温压成型：对所述流延坯按预设尺寸进行裁片；将不同氧化锆掺量的流延坯交叉堆叠得到层叠体，再将层叠体进行温压成型，于180-250MPa冷等静压，得到素坯基板；(5)对所述素坯基板进行排胶烧结，得到氧化锆增韧氧化铝陶瓷板。具体地，步骤(1)为，将氧化锆、氧化铝以及烧结助剂加入无水乙醇中，配成混合粉体，超声分散半小时；放入研磨球，球料比为2:1，球磨8～10h，得到预混浆料；将球磨后的浆料放入旋转蒸发仪，70℃干燥；粉体干燥后，过100目筛网过筛，得到混合好的预制粉体。步骤(2)为，向混合好的预制粉体加入有机溶剂、分散剂，加入研磨球，球料比2:1，一次球磨8h，再加入增塑剂和粘结剂，进行二次球磨8h；将球磨后的浆料进行真空除泡半小时，得到流延浆料。步骤(3)为，将流延浆料倒入流延机装料槽，调整刮刀高度250～350um，一区干燥温度40℃，二区干燥速度50℃，三区干燥速度65℃，制得80～200um厚的均匀无开裂流延素坯；步骤(4)为，对所述流延坯按预设尺寸进行裁片；将不同氧化锆掺量的流延坯交叉堆叠得到层叠体，再将层叠体放置在两块铝加热板中间，温度70～80℃，压力大于10MPa，保温保压半小时；再经冷等静压，压力180-250MPa，得到素坯基板。步骤(5)为，排胶烧结，排胶温度为500～600℃，保温1～2h，排除有机物；烧结温度1550℃，保温2h，得到氧化锆增韧氧化铝陶瓷板。其进一步地技术方案为，所述层叠体的不同流延坯中，相邻流延坯的氧化锆掺量相差范围为0-22份。其进一步地技术方案为，所述层叠体中，位于表面层的流延坯的氧化锆掺量为0-7份。需要说明的是，本专利技术实施例提供的氧化锆增韧氧化铝陶瓷板为层状结构，相邻层间的氧化锆掺量相差范围为0-22份。例如，可采用两种不同氧化锆掺量的流延坯进行交叉堆叠，在其他实施例中，可按氧化锆掺量的份数0份/21份、3份/18份、5份/16份、7份/15份等交叉堆叠得到层叠结构。进一步地，为改善铜金属与基板润湿性，提高附着性，将氧化锆增韧氧化铝陶瓷板的表面层设计为低热膨胀系数的高导热层，具体为采用纯氧化铝陶瓷层或少掺量氧化锆的氧化铝陶瓷层。其进一步地技术方案为，步骤(4)中，对层叠体进行温压成型的温度为50～80℃，压力大于10MPa。其进一步地技术方案为，步骤(5)中，烧结的温度为1300～1600℃。在本专利技术方案中，可以达到在氧化锆增韧氧化铝陶瓷板的氧化锆掺量相同的情况下，通过以两种(如图1中的实例6-7所示)或三种(如图1中的实例8-9所示)以上不同氧化锆掺量的氧化铝素坯，以交叉堆叠(如图1中的实例6-7所示)或先堆叠一部分再交叉堆叠(如图1中的实例9所示)的方式，提高氧化锆增韧氧化铝陶瓷板的强度。当氧化锆增韧氧化铝陶瓷板受外力冲击时，裂纹多次受到交替的层间相界面的阻碍，裂纹在界面处偏转不致使整块陶瓷断裂，可以显著提高ZTA陶瓷强度。此外，可通过将位于表面层的工作层设计为低热膨胀系数(8.5x10-6/℃)，高导热材料的纯氧化铝或少掺量氧化锆的氧化铝，以改善铜金属与基板润湿性，提高附着性；高导热层为工作层，提高基板整体热导率。本专利技术相对现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术通过在氧化铝陶瓷中加入氧化锆，在烧结体断裂时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，其特征在于，由以下重量份组分组成：/n氧化铝粉体50～99.5份，氧化锆0～45份、烧结助剂0～20份，有机溶剂30～60份；分散剂0.5～5份，粘结剂与增塑剂的混合物0.5～20份。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，其特征在于，由以下重量份组分组成：
氧化铝粉体50～99.5份，氧化锆0～45份、烧结助剂0～20份，有机溶剂30～60份；分散剂0.5～5份，粘结剂与增塑剂的混合物0.5～20份。


2.如权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，其特征在于，所述烧结助剂为Y2O3、MgO、CaO、SiO2、CeO2、La2O5、BaO、SrO、Sc2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Dy2O3和Ho2O3中的至少一种。


3.如权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，其特征在于，所述有机溶剂为乙酸丁酯、乙酸乙酯、无水乙醇中的至少一种。


4.如权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，其特征在于，所述分散剂为三油酸甘油酯、聚乙烯酸酯、聚乙烯中的至少一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸酯、聚乙烯醇中的至少一种；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二苄酯、丙三醇中的至少一种。


5.如权利要求1所述的氧化锆增韧氧化铝陶瓷板，其特征在于，所述氧化锆增韧氧化铝陶瓷板为层状结构，相邻层间的氧化锆掺量相差范围为0-22份。


6.制备如权利要求1-5任一项所述氧化锆增韧氧化铝陶瓷板的方法，其特征在于，工艺步骤如下：
(1)配制复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，黄丹武，丁达飞，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