本文關(guān)鍵詞：AlN陶瓷的水基流延成型及放電等離子燒結(jié)制備

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【摘要】：本文通過對AlN粉體的表面改性,大大地提高了AlN粉體的抑制水解能力,成功實現(xiàn)了AlN生帶的水基流延成型制備,結(jié)合放電等離子燒結(jié)(SPS)工藝制備高熱導(dǎo)AlN陶瓷。研究了各因素對漿料流變特性的影響,通過對漿料制備工藝進(jìn)行優(yōu)化獲得了均勻、致密的AlN生帶;研究了各因素對Al N陶瓷性能的影響,揭示了SPS燒結(jié)過程中的致密化機(jī)制及燒結(jié)助劑的種類、含量對AlN陶瓷性能的影響規(guī)律;對不同金屬與AlN陶瓷共燒后界面的顯微組織進(jìn)行了研究,實現(xiàn)了AlN陶瓷與W的良好共燒,形成了結(jié)合良好的共燒界面。結(jié)果表明,采用磷酸鹽對AlN粉體進(jìn)行表面改性,能夠有效地抑制AlN粉體的水解。當(dāng)采用4wt%的Al(H_2PO_4)_3對AlN粉體進(jìn)行改性時,懸浮液的pH值在12h內(nèi)均無明顯變化。選用檸檬酸銨作為分散劑,能對AlN粉體進(jìn)行有效的分散。當(dāng)分散劑的用量為1wt%時,AlN水基漿料的粘度最低,并能夠穩(wěn)定存在,此時AlN具有最佳的分散效果。粘接劑的含量與R值(增塑劑與粘接劑的比例)的大小也是影響AlN漿料粘度的重要因素。漿料的粘度隨粘接劑含量的增加而增加;隨R值的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。漿料均呈現(xiàn)出剪切變稀的特性,這有利于流延成型的進(jìn)行。稀土氧化物與碳酸鹽組成的復(fù)合燒結(jié)助劑促進(jìn)了AlN晶粒生長和晶間相的晶化。以2wt.%的Li_2CO_3-CaCO_3-Dy_2O_3為燒結(jié)助劑,采用SPS工藝在1800°C保溫10min可實現(xiàn)AlN陶瓷的最大致密化。燒結(jié)助劑與AlN表面的Al2O3反應(yīng),生成第二相降低了燒結(jié)溫度,同時降低了晶格中的氧含量,起到凈化晶格的作用,從而提高了AlN陶瓷的熱導(dǎo)率和介電性能。研究表明,當(dāng)Li_2CO_3-CaCO_3-Dy_2O_3含量為4wt.%時得到的材料顯微組織結(jié)構(gòu)均勻、介電性能較好、熱導(dǎo)率達(dá)到89W/(m·K)。利用Ag、Cu、Au和W在AlN生帶上進(jìn)行布線,實現(xiàn)了AlN與金屬的共燒。對共燒界面處進(jìn)行顯微組織觀察和能譜分析,結(jié)果表明,在1800°C保溫10min的工藝條件下,W能與AlN陶瓷實現(xiàn)良好的共燒,共燒界面清晰,沒有明顯的元素擴(kuò)散。
【關(guān)鍵詞】：水基流延成型 AlN 顯微組織 熱導(dǎo)率 介電性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-27
• 1.1 研究背景與課題來源10-11
• 1.2 AlN陶瓷的性能及應(yīng)用11-15
• 1.2.1 AlN陶瓷的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 AlN陶瓷的性能12-14
• 1.2.3 AlN陶瓷的主要應(yīng)用14-15
• 1.3 AlN陶瓷的成型工藝研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 干壓成型15
• 1.3.2 等靜壓成型15-16
• 1.3.3 粉末注射成型16-17
• 1.3.4 流延成型17-19
• 1.4 AlN陶瓷燒結(jié)的研究現(xiàn)狀19-24
• 1.4.1 燒結(jié)助劑19-23
• 1.4.2 常見的燒結(jié)工藝23-24
• 1.5 本文的研究意義及主要研究內(nèi)容24-27
• 1.5.1 本文的主要研究意義24-25
• 1.5.2 本文的主要研究內(nèi)容25-27
• 第2章 材料制備與研究方法27-32
• 2.1 實驗原料27
• 2.2 AlN材料的流延制備及燒結(jié)工藝27-28
• 2.3 組織結(jié)構(gòu)分析方法28-29
• 2.3.1 XRD物相分析28
• 2.3.2 紅外光譜分析28-29
• 2.3.3 掃描電鏡分析(SEM)29
• 2.4 性能測試方法29-32
• 2.4.1 致密度29
• 2.4.2 Zeta電位分析29
• 2.4.3 漿料的粘度、流變性分析29-30
• 2.4.4 孔徑分布測試30
• 2.4.5 熱重-差熱分析(TG-DTA)30
• 2.4.6 熱導(dǎo)率30
• 2.4.7 介電損耗及介電常數(shù)30-32
• 第3章 AlN生帶的水基流延制備工藝研究32-48
• 3.1 AlN粉體的表面預(yù)處理32-35
• 3.1.1 AlN粉體的表面改性機(jī)理及方法32-33
• 3.1.2 AlN懸浮液的p H值分析33-34
• 3.1.3 改性AlN粉末的XRD譜圖分析34-35
• 3.1.4 AlN粉體表面改性后的紅外光譜分析35
• 3.2 AlN漿料的制備35-42
• 3.2.1 AlN漿料的穩(wěn)定性分析35-37
• 3.2.2 分散劑含量對AlN懸浮液粘度的影響37-38
• 3.2.3 固相含量對AlN懸浮液粘度的影響38-39
• 3.2.4 粘接劑含量對AlN漿料流變特性的影響39-40
• 3.2.5 R值(增塑劑/粘結(jié)劑)對漿料流變特性的影響40-41
• 3.2.6 固相含量對漿料流變特性的影響41-42
• 3.3 AlN生帶的制備與表征42-46
• 3.3.1 AlN生帶的制備與微觀形貌42-43
• 3.3.2 生帶的密度及氣孔分布43-44
• 3.3.3 生帶的排膠工藝研究44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第4章 AlN陶瓷的SPS制備及其組織性能表征48-74
• 4.1 AlN陶瓷的成分設(shè)計及其SPS燒結(jié)工藝48-49
• 4.2 稀土燒結(jié)助劑對AlN陶瓷致密化與組織的影響49-66
• 4.2.1 燒結(jié)助劑類型對AlN陶瓷致密化過程的影響49-52
• 4.2.2 燒結(jié)助劑含量對AlN陶瓷致密化過程影響52-53
• 4.2.3 不同燒結(jié)助劑含量對AlN物相組成的影響53-55
• 4.2.4 不同燒結(jié)助劑含量對AlN陶瓷顯微組織影響55-61
• 4.2.5 稀土燒結(jié)助劑類型對AlN陶瓷性能的影響61-66
• 4.3 燒結(jié)溫度對AlN陶瓷組織與性能的影響66-67
• 4.4 保溫時間對AlN陶瓷組織與性能的影響67-69
• 4.5 多層AlN陶瓷基片共燒工藝的研究69-73
• 4.5.1 成分設(shè)計69-70
• 4.5.2 金屬與AlN生帶疊壓后的排膠工藝70-72
• 4.5.3 多層AlN陶瓷基片的組織結(jié)構(gòu)分析72-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81

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本文編號：1097520