一种低收缩率耐高温氧化铝材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低收缩率耐高温氧化铝材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的低收缩率耐高温氧化铝材料，包括如下质量百分比的组分：45～55％电熔白刚玉，25～33％氧化铝，13～18％石英砂，5～7％助熔剂；所述电熔白刚玉包括球形刚玉、板状刚玉，所述球形刚玉、板状刚玉的质量比为1：1～2。本发明专利技术同时使用两种不同形貌的球形刚玉和板状刚玉，其中球形刚玉烧结活性低，与石英砂缓慢反应生成莫来石相，赋予制品较好的抗折性能与优异的高温使用性能，而板状刚玉具有相对较高的反应活性，能生成大量分布均匀的小尺寸晶粒，为制品提供更高的气孔率、低的热膨胀系数以及优异的抗热震性能。以及优异的抗热震性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低收缩率耐高温氧化铝材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于陶瓷材料
，具体涉及一种低收缩率耐高温氧化铝材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氧化铝陶瓷基片具有强度高、导热性优、绝缘性好、耐热冲击和抗化学腐蚀等优点，是一种综合性能良好且价格低廉的陶瓷封装材料，被广泛应用于半导体模块、功率控制电路、汽车电子、航天航空和太阳能电池板组件等电子领域。
[0003]氧化铝陶瓷基片的成型方法主要有流延成型法、干压成型法、注浆成型法、等静压成型法等。流延成型法因为自动化程度和生产效率高，设备操作简单，已成为工业生产氧化铝陶瓷基片的重要成型方法。通常，流延成型需要提前将氧化铝粉体、粘结剂、分散剂等添加剂按照要求配成一定固含量及粘度的浆料，再经过流延机成型得到具有一定韧性和强度的生坯带，生坯带由冲压成型设备切割成相应于模具规格的生坯片，最后经过高温烧结得到所需的陶瓷基片。流延成型过程常存在颗粒沉降、分散不均、胶迁移等现象，这都易导致生坯各部分密度差异，从而导致生坯烧结时因收缩不一致而翘曲变形，为了抑制该缺陷的产生，目前多采用在生坯片上添加压板进行压烧的方式来阻碍生坯变形，压板的自重与生坯烧结时的热应力相抵消，从而达到改善翘曲的效果，该方法现已被多家企业采用。
[0004]但是现有的压板存在如下的问题：(1)单次使用收缩大，寿命短，短期使用后即出现与生坯尺寸不匹配的现象。(2)压板的气孔率较低，压烧后影响生坯排胶效果而产生排胶裂缺陷。(3)压板易粘连产品，必须涂覆隔粘粉，增加了工艺及成本。如何降低压板的收缩率、改善因压板气孔低导致的排胶问题以及解决高温粘连是本行业亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种低收缩率耐高温氧化铝材料，具有更高的气孔率、低的热膨胀系数以及优异的抗热震性能。
[0006]本专利技术还提出上述低收缩率耐高温氧化铝材料的制备方法和应用。
[0007]本专利技术的第一个方面，提出了一种低收缩率耐高温氧化铝材料，包括如下质量百分比的组分：
[0008][0009]所述电熔白刚玉包括球形刚玉、板状刚玉，所述球形刚玉与板状刚玉的质量比为1：1～2。
[0010]根据本专利技术的第一方面，至少具有以下有益效果：
[0011]现有技术制备氧化铝陶瓷基片中用于压烧的压板之所以会出现单次使用收缩大，寿命短，短期使用后即出现与生坯尺寸不匹配的现象，主要是因为现工艺制备的盖板采用与基片相近的配方体系及原材料，且压板的使用温度与烧成温度相同，不符合“高温烧成、低温使用”的理论前提，压板体系中的气孔在循环使用过程中不断排除而迅速致密化，引起较大的体积收缩。压板的气孔率较低，压烧后影响生坯排胶效果而产生排胶裂缺陷，主要是因为制作压板的氧化铝颗粒较小，烧成活性高，且没有对配方体系进行颗粒级配优化，导致压板致密度高。压板易粘连产品，必须涂覆隔粘粉，增加了工艺及成本，同时因为压板主要物相为氧化铝，与压烧产品材质相同，耐火度低。
[0012]本专利技术同时使用两种不同形貌、特定配比的球形刚玉和板状刚玉，其中球形刚玉烧结活性低，能够与石英砂反应，缓慢生成极少量大尺寸的莫来石相，从而赋予制品较好的抗折性能与优异的高温使用性能，而板状刚玉具有相对较高的反应活性，能生成大量分布均匀的小尺寸晶粒，为制品提供更高的气孔率、低的热膨胀系数以及优异的抗热震性能。同时，通过将各组分的用量控制在一定比例内，可避免制品在压烧过程中出现收缩、气孔率低、高温粘连等问题。
[0013]优选地，所述低收缩率耐高温氧化铝材料，包括如下质量百分比的组分：
[0014][0015][0016]优选地，所述电熔白刚玉为球形刚玉与板状刚玉的组合，所述球形刚玉与板状刚玉的质量比为1：1～1.5，进一步优选1：1左右。球形刚玉用量过多时，会大幅度提高烧成温度，且因为其热膨胀系数与莫来石失配而降低制品的抗热震性能；板状刚玉过多时，制品致密度降低，强度下降。
[0017]优选地，所述球形刚玉为致密球形刚玉，密度大于3.9g/cm3。
[0018]优选地，所述球形刚玉的平均粒径为6
‑
13μm，更优选8
‑
11μm
[0019]优选地，所述板状刚玉的当量粒径为10
‑
15μm，更优选13
‑
15μm。
[0020]优选地，所述氧化铝的平均粒径为2～8μm，更优选3～5μm，进一步优选4～5μm。
[0021]优选地，所述石英砂的平均粒径为3～7μm，更优选4～6μm，进一步优选4～5μm，如4.7μm。
[0022]优选地，所述电熔白刚玉、氧化铝、石英砂的纯度独立地≥95％，更优选≥97％，进一步优选≥99％。
[0023]优选地，所述助熔剂包括氧化镁(MgO)、二氧化锰(MnO2)、氧化钇(Y2O3)；更优选氧化镁、二氧化锰、氧化钇的组合。
[0024]本专利技术引入MgO
‑
MnO2‑
Y2O3复合助熔剂能够促进电熔白刚玉的烧结，MnO2与Al2O3的晶格常数相近，容易形成固溶体，Mn
4+
的离子半径大于Al
3+
的离子半径，能够诱使Al2O3晶体产生晶格畸变，使Al2O3晶格活化，出现晶粒异常长大现象，在促进烧结的同时，也实现制品气孔率的增加。MgO则是通过在体系中形成液相而起到促进烧结的作用，当MgO生成液相增
多，则会出现晶粒异常长大以及液相包围氧化铝粒子的现象，进而导致晶界气孔排出困难而增加压板的气孔率。Y2O3能够降低固溶体的黏度和表面张力，使高温液相更易在固相上铺展，从而促进烧结，且Y2O3能够促进体系生成针状莫来石网络，极大的提高制品强度、韧性和抗热震性能。
[0025]优选地，所述氧化镁、二氧化锰、氧化钇的质量比为1：0.4～1.5：1.2～3.5，更优选1：0.5～1.3：1.5～3.3，进一步优选1：0.53～1.27：1.93～3.14。
[0026]优选地，所述氧化镁的平均粒径为2～8μm，更优选2～5μm，进一步优选2～3μm。
[0027]优选地，所述二氧化锰的平均粒径为1～6μm，更优选2～5μm，进一步优选2.3～3.2μm。
[0028]优选地，所述氧化钇的平均粒径为0.5～2μm，更优选0.7～1.5μm，进一步优选0.9～1.5μm。
[0029]优选地，所述氧化镁、二氧化锰、氧化钇的纯度独立地≥90％，更优选≥95％，进一步优选≥98％，如99.8％。
[0030]优选地，所述低收缩率耐高温氧化铝材料包括如下质量百分比的组分：
[0031][0032]本专利技术采用上述用量的组分制备的制品具有较高的气孔率、低的热膨胀系数以及优异的抗热震性能。电熔白刚玉加入量少于45％，制品耐火度较低，高温使用过程中下易变形；当加入量大于55％，体系烧成难度急剧增加，需要加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低收缩率耐高温氧化铝材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：所述电熔白刚玉包括球形刚玉、板状刚玉，所述球形刚玉与板状刚玉的质量比为1：1～2。2.根据权利要求1所述的低收缩率耐高温氧化铝材料，其特征在于，所述球形刚玉的平均粒径为6
‑
13μm，所述板状刚玉的当量直径均为10
‑
15μm。3.根据权利要求1所述的低收缩率耐高温氧化铝材料，其特征在于，所述助熔剂包括氧化镁、二氧化锰、氧化钇。4.根据权利要求3所述的低收缩率耐高温氧化铝材料，其特征在于，所述氧化镁、二氧化锰、氧化钇的质量比为1：0.4～1.5：1.2～3.5。5.根据权利要求1所述的低收缩率耐高温氧化铝材料，其特征在于，所述氧化铝的平均粒径为2～8μm。6.根据权利要求3或4任一项所述的低收缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈烁烁，王高强，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：