秦明礼[1]2002年在《AIN粉末的制备、低温烧结及其注射成形技术的研究》文中进行了进一步梳理现代科学技术的飞速发展对所用材料的性能提出了更高的要求，AIN陶瓷具有高的热导率、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性，在许多高技术领域具有十分广阔的应用前景。然而，就目前而言，氮化铝的商品化程度并不高，制约着AlN陶瓷进一步发展的关键因素是其较高的生产成本以及复杂形状陶瓷零部件成形困难的问题。为了促进AlN研究和应用的进一步发展，本论文围绕着改善粉末合成条件、降低烧结温度以及制备复杂形状陶瓷零部件等问题对AlN陶瓷进行了研究。 采用化学沉淀法制备出混合均匀的Al_2O_3+C前驱物，以此前驱物为原料制备AlN粉末，与直接以氧化铝和碳黑为原料的工艺相比较，氮化反应温度降低约100℃，反应速率也大大提高。系统地研究了PH值、表面活性剂、盐浓度、氮气流量、碳源以及碳量等工艺条件对氮化反应和AlN粉末性能的影响，得出了最佳制粉工艺参数。以0.4M的硝酸铝溶液和比表面积为156m~2／g的碳黑为原料，控制原料中碳铝比(C／Al)为3∶1，添加适量的硬脂酸(SA)和聚乙二醇(PEG)作为表面活性剂，控制沉淀过程中PH=9，通过共沉淀工艺得到分散性好、团聚程度小的前驱物，将此前驱物在常压、氮气流量为5L／min的条件下，于1550℃煅烧4h，最后将反应产物在650℃的空气中除碳4h，制备出氮含量为33.20％，氧含量为0.98％，比表面积为4.26 m~2／g的AlN粉末。 以硝酸铝(Al(NO_3)_3·9H_2O)和葡萄糖(C_6H_(12)O_6·H_2O)为原料利用碳热还原法制备了AlN粉末。研究了尿素对前驱物以及AlN粉末制备的影响，发现尿素不仅可以影响前驱物的微观结构和组成，而且对AlN粉末的性能有重要影响。在溶液中添加尿素后，尿素与硝酸铝发生低温燃烧合成反应，放出大量热量和气体，生成由纳米级颗粒组成的比表面积高的泡沫状前驱物。而没有添加尿素的溶液中没有燃烧反应发生，合成的前驱物为比表面积低的块状团聚体。尿素可以通过影响前驱物的粒度形貌进一步影响AlN粉末的粒度形貌。添加尿素合成的前驱物制备的AlN粉末是由细小颗粒组成的很容易分散的软团聚体，而没有添加尿素的前驱物所制备的AlN粉末则为很难分散的硬团聚体。 尿素与硝酸铝配比(U／A)对合成的前驱物氮化反应过程中的相变、反应温度和速率以及AlN粉末的性能有重要影响。当U／A小于最小理论化学计量比(约为1)时，即属于贫燃料体系时，合成的前驱物在氮化反应过程中有γ-A1_2O_3，α-Al_2O_3，AlON等出现，由于有反应活性差的α-Al_2O_3出现，前驱物完全氮化需要的温度高、时间长，且随着U/A的增加，前驱物的反应速率加快，完全氮化温度逐渐降低。当U/A大于或等于1后，即属于化学计量比和富燃料体系时，前驱物在氮化反应过程中仅有Y一A12O3出现，AIN由Y一A12O3直接氮化反应生成。由于Y一A12O3反应活性高，前驱物可以在1400℃的温度下实现完全转化，反应速率也大大提高。继续增加尿素用量，U/A对反应速率和温度影响不大。另外，U/A可以通过影响燃烧反应而影响AIN粉末的性能。在U从小于1时，燃烧反应放出的热量随U/A的增加而增加，前驱物中铝源的粒度逐渐变粗，使得合成的AIN粉末的粒度增加，比表面积减小，并在U/A=1时，AIN粉末的比表面积达最小值。继续增加U/A的值，燃烧反应放出的热量减少，AIN粉末的比表面积又增加。 研究了碳源和碳量对低温燃烧合成前驱物的氮化反应和合成粉末性能的影响，指出以水溶性有机物(蔗糖、可溶性淀粉、柠檬酸和葡萄糖)为碳源时，在U/A大于或等于1，C/AI摩尔比在1.8一2.2范围内时，氮化反应速率最快，并利用燃烧合成前驱物制备出氮含量为32.56%，氧含量为1.69%，比表面积为17.4m2/g的AIN粉末。 研究了粉末比表面积对AIN烧结性能的影响。以沉淀前驱物合成的低比表面积的AIN粉末为原料，添加YZ仇作为烧结助剂，需要在高于1 800℃的温度下才能将试样烧结致密;而低温燃烧合成前驱物合成的高比表面积粉末的试样在1600℃即可烧结致密，其烧结温度降低了约200℃。微观结构和氧含量是影响AIN陶瓷热导率的关键性因素，在1650℃烧结3h后，燃烧合成前驱物合成粉末的试样己经致密，材料的热导率为139.3w，m一，·K一，，然而在相同的烧结条件下，沉淀前驱物合成粉末的试样没有致密，热导率仅为48.7W·m一’·K一’。在材料获得致密后，由氧杂质引起的结构缺陷成为热导率的控制因素，在1850℃烧结后，两种粉末的烧结试样都获得致密，但由于燃烧合成前驱物合成的AIN粉末氧含量高，所制备的陶瓷中结构缺陷多，热导率为159.4w·m一’一，，低于沉淀前驱物合成粉末的烧结试样的热导率(183.6w·m一l·K一’)。 通过添加BN制备出了加工性能良好和热导率较高的AIN一BN复合陶瓷。以燃烧合成前驱物制备的AIN粉末为原料，添加巧%的BN和5%的YZO3烧结助剂，在1650’C烧结3h，制备出热导率为108.4w·m”·K一，，硬度为HRA72的AIN一BN复合陶瓷;在1850℃烧结3h，制备出热导率为132.6w，m”·K一，，硬度为HRA64.2的AIN一BN复合陶瓷。以沉淀前驱物合成的AIN粉末为原料，添加巧%的BN和5%的YZO3烧结助剂，在1 850
刘盟[2]2011年在《电子封装用AlN烧结工艺及机理》文中进行了进一步梳理氮化铝陶瓷导热性能良好,是集成电路基板和电子封装的理想材料。但氮化铝为强共价键结合物,熔点高,自扩散系数小,通常需要热压烧结才能制备出高致密的氮化铝陶瓷。并且氮化铝对氧的亲和力很强,在陶瓷制备过程中容易引入氧杂质,造成导热性下降。本文通过常压烧结氮化铝陶瓷,研究了不同制备工艺和选取不同烧结助试剂对氮化铝陶瓷的的烧结过程的影响。通过分析氮化铝陶瓷制备过程中引入氧杂质的情况,研究了氮化铝粉末热氧化和水解氧化行为,并以此为基础研究了氮化铝陶瓷制备工艺对氮化铝氧化的影响。结果表明：氮化铝热氧化过程在800℃下便可以进行,并且粒径较小的氮化铝粉末更易被氧化。而氮化铝水解氧化过程有一个较长时间的起始阶段,此阶段反应进行较缓慢。在陶瓷烧结过程中,利用碳黑埋粉,可产生碳热还原作用,避免了氮化铝的氧化。通过改变制备工艺,进行了氮化铝陶瓷的低温烧结,研究了不同条件对氮化铝陶瓷致密度的影响。结果表明：在氮化铝陶瓷的低温烧结中,单一添加Y203为烧结助剂可以与氮化铝中的氧杂质反应,净化晶格,但是不能有效促进陶瓷体积收缩与致密度提高,其烧结过程依然依靠扩散实现。提高坯体成型压力可以促进纳米级氮化铝烧结致密化,但此影响伴随烧结温度的提高而逐渐微弱。亚微米级氮化铝原料在低温烧结过程中,表面扩散到体积扩散转变是在1500℃-1550℃之间完成的。而纳米级氮化铝原料扩散转变温度较低,可以在较低温度下提高致密度。以液相烧结机理和相图作为理论基础,研究了烧结助剂对氮化铝高温烧结行为的影响。结果表明：单独添加Y203作烧结助剂促进烧结动力不足,烧结体微观行貌具有缺陷,且陶瓷仍未完全致密。采用CaF2或CaO与Y2O3搭配做复合助剂,在烧结过程中能有效降低最低与Al2O3的共熔温度,较早产生液相,使氮化铝陶瓷完全致密化。选取CaF2与Y2O3搭配使用比CaO更利于氮化铝陶瓷烧结。添加3wt%Y2O3-2wt%CaF2作为复合烧结助剂,在1800℃下烧结的氮化铝陶瓷样品微观结构良好,第二相分布于叁角晶界处。烧结体致密度高,密度高达3.35g/cm3。介于氮化铝粉末的易水解特点,利用磷酸对氮化铝粉末进行酸洗处理制备了具有较高抗水解能力的氮化铝粉末。研究了磷酸酸洗预处理对于氮化铝高温烧结过程的影响。结果表明：磷酸酸洗提高了氮化铝粉末的抗水性,优化了粉末的烧结性能,有利于氮化铝陶瓷的制备,在1800℃烧结的氮化铝陶瓷密度为3.223g/cm3。氮化铝粉末经酸洗处理后的烧结产物没有新相生成,实验中也并未发现磷酸酸洗对烧结体微观结构物相有任何不良影响。
李保平[3]2009年在《AlN陶瓷低温烧结制备与性能研究》文中指出随着电子信息技术的飞速发展,散热问题严重制约了电子元件向高密度、多功能、高速化和大功率的发展。AlN因具有高热导率、低介电常数、与Si相匹配的线胀系数、绝缘以及机械性能良好、成本低、无毒等优点,作为一种综合性能优越的新型电子陶瓷逐渐成为新一代集成电路封装材料的首选。AlN作为共价化合物,熔点高,自扩散系数小,通常都是通过高温烧结制备,高成本限制了AlN作为封装基板的应用。本文主要以纳米AlN粉体为原料,通过选取不同的烧结助剂和添加剂,合理控制烧结工艺,在1600℃低温常压烧结制备了致密的AlN陶瓷。本文研究了AlN陶瓷烧结过程的氧化现象,进行了空气氧化实验、气氛实验、埋粉实验和温度实验等研究。研究发现,AlN在空气中600℃以下无氧化现象,800℃左右开始先变为无定形状态,1200℃时完全氧化成Al2O3相;在流动工业N2气氛下,使用AlN+4wt%无定形碳混合埋粉时,无氧化现象发生,在烧结过程中产生碳热还原气氛,有效地抑制了氮化铝陶瓷烧结过程的氧化问题,避免了使用高纯N2的高成本和使用一氧化碳或氢气作还原气氛的危险性。本文通过热力学分析和相图分析,确定了使用不同烧结助剂的实验方案。实验结果表明:添加Y2O3、CaF2等单一烧结助剂无法在1600℃获得致密的AlN陶瓷,在添加3wt%Y2O3-2wt%CaF2做烧结助剂时,1600℃保温4h制备了接近理论密度的AlN陶瓷,相对密度分别达到99.4%,保温时间过短或过长都不利于AlN陶瓷的致密化,XRD分析表明主晶相为AlN相,晶界相为烧结助剂与Al2O3反应生成的化合物,断面SEM照片显示晶粒发育完善,气孔极少。制得AlN陶瓷的热导率为83.62W/m·K,维氏硬度为13.8GP,同时具有较低的相对介电常数和介电损耗。本文探索了碳纳米管作为添加剂对AlN陶瓷烧结过程的影响,分别探讨了多壁碳纳米管添加量对AlN陶瓷的相对密度、物相、断面形貌、介电性能和热导率的影响。实验结果表明:添加多壁碳纳米管的AlN在1550℃以下烧结时有利于致密化,但随着添加量的增多效果反而减弱,以1wt%的添加量为最佳。碳纳米管的加入可以净化晶格,并不影响AlN的主晶相;随着碳纳米管含量的增加,AlN陶瓷的相对介电常数减小,电阻率下降;在添加1wt%碳纳米管的基础上,加入3wt%Y2O3-2wt%CaF2做烧结助剂制备了较致密的AlN陶瓷,热导率为90.57W/m·K,硬度为12.4 GPa,具有较低的相对介电常数和介电损耗。介电性能和热导率测试表明C仍然存在AlN陶瓷内,尚无法证明碳纳米管形态的存在。本文通过不同烧结助剂、添加剂的选取和烧结工艺的优化,在1600℃左右的低温制备了高热导率的AlN陶瓷,大大降低了烧结温度,为工业化生产AlN基板提供了极大的参考价值。
佚名[4]1996年在《粉末冶金文摘》文中提出粉末冶金文摘９６１００１高密度粉末锻造铁基合全的性能／ＷａｎｓＭ．Ｃ．ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ．－１９９４，３７（３）．－２０１～２０５研究了钢件制造的各种粉末锻造方法和可变量例如烧结温度、时间、初始密度和预形坯结构等，并与烧结方法进行了比较...
刘君武[5]2007年在《高增强体含量的SiC/Al复合材料无压渗透法制备及性能研究》文中进行了进一步梳理高增强体含量SiC/Al复合材料不仅具有高的比强度、比弹性模量和耐磨损等力学性能，还拥有低膨胀、高导热的热学性能，而且原材料价格低廉、性能可任意剪裁，无论用作结构件、还是功能构件，都有很大的发展潜力。探求低成本的制造工艺是当前该材料研究的热点。与诸多制造工艺相比，SiC预成形坯无压渗透工艺具有近净成形能力强、设备投入少等优点，因而成为一种极具经济竞争力的制备技术。本文在首先研究了SiC粉体氧化条件下的液态铝合金自发渗透现象及其机理。以此为基础，进一步探求了SiC/A1复合材料无压渗透法的简洁工艺。将SiC粉体低温自氧化结合成SiC预成形坯，于氮气气氛中将液态铝合金自发渗入SiC预成形坯内，成功制备出不同增强体粒度及含量的SiC/Al复合材料。应用金相显微镜、扫描电显微镜、透射电子显微、x-Ray、能谱等测试手段对复合材料进行成分、结构与形貌分析，并研究SiC粒度和含量对复合材料力学和热学性能的影响。在助渗剂镁的作用下，液态铝与SiC_p表面的SiO_2膜生成MgO和MgAl_2O_4，放出反应热，使熔渗前沿温度升高，有效改善了SiC与Al液之间的润湿性，诱发Al液自发向SiC粉体间隙中渗透。采用片状助渗剂Mg，Al液自发渗透前有一孕育期，渗透过程由Al液与SiC粉体表面的SiO_2反应所控制，渗透速度较慢，浸渗高度与时间呈抛物线关系。采用Mg粉与SiC粉混合来诱发的铝液自发渗透几乎没有孕育期，其渗透过程也符合抛物线关系，但能获得比片剂Mg快得多的渗透速度。SiC粉体在1100℃氧化结合成SiC预成形坯的过程中，碳化硅和石墨同时发生氧化反应。石墨氧化成CO_2去除后留下孔隙：碳化硅粉体因其氧化产生的SiO_2膜的粘结作用而聚合在一起，形成陶瓷骨架。SiC粉体间的本征孔隙和石墨去除后留下的孔隙一起构成叁维互连通的、开放的孔隙网络。因SiC氧化导致SiC坯体产生3～5％左右的线膨胀，膨胀量随石墨含量的增加而略有增大。通过调整石墨含量，能获得不同孔隙率SiC预成形坯。对于W28的SiC粉，能获得38～61％的孔隙率；对于W7的SiC粉，能获得47～63％的孔隙率。在900℃的氮气氛中，液态铝合金能自发渗入SiC预成形坯内颗粒间的孔隙，达到接近全致密。液态铝自发渗入后，SiC预成形坯无任何形状和尺寸的变化，易于实现近净成形。SiC-Al间存在厚度为0．3～0．5μm的MgAl_2O_4氧化物界面层，该界面层能有效阻止铝液与SiC的接触与反应。界面层与铝基体、SiC增强体都存在一定的位相关系。4H型和8F型SiC都能和MgAl_2O_4形成半共格结构，半共格张应力使MgAl_2O_4一侧产生位错和层错；MgAl_2O_4和Al则形成共格界面，晶格匹配性好，界面两侧没有发现因半共格产生的缺陷。SiC/Al复合材料的断裂方式以脆性断裂为主。裂纹走向主要沿着SiC-Al分界面、SiC与SiC间较脆弱的烧结颈扩展。延性的金属在裂纹扩展过程中产生少量的塑性变形后被撕裂。铝基体中引入高体积分数的SiC增强体后强度显着提高。弯曲强度并不随着增强体体积分数的增加而单调增加，过高的增强体含量反而使复合材料的强度下降。以Z1101为基的复合材料强度普遍高于以工业纯铝为基的复合材料强度。SiC/Al复合材料的弹性模量随着SiC含量的增加而增加，以ZL101合金为基体的都略高于以工业纯铝为基体的。铝基体中引入SiC能大幅降低其热膨胀系数(CTE)。SiC/Al复合材料的CTE都随温度的升高而增大；随着SiC含量的增加，复合材料的CTE快速降低；在SiC体积含量相同的情况下，含细颗粒SiC复合材料的CTE显着低于粗颗粒SiC的；金属基体CTE小的SiC/Al复合材料CTE相应也小。当SiC的体积含量从39％增至62％之间时，SiC(W28)/ZL101的导热系数从146W·m~1·K~1降至118W·m~(-1)·K~(-1)；当SiC的体积含量从37％增至53％之间时，SiC(W7)/ZL101的导热系数从136W·m~(-1)·K~(-1)降至118W·m~(-1)·K~(-1)。粗颗粒的SiC在相同体积含量下比细颗粒增强Z1101具有更高的导热率。
参考文献：
[1]. AIN粉末的制备、低温烧结及其注射成形技术的研究[D]. 秦明礼. 中南大学. 2002
[2]. 电子封装用AlN烧结工艺及机理[D]. 刘盟. 南昌大学. 2011
[3]. AlN陶瓷低温烧结制备与性能研究[D]. 李保平. 济南大学. 2009
[4]. 粉末冶金文摘[J]. 佚名. 粉末冶金技术. 1996
[5]. 高增强体含量的SiC/Al复合材料无压渗透法制备及性能研究[D]. 刘君武. 合肥工业大学. 2007
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