直流電弧等離子體制備納米AlN粉末及其燒結(jié)性能研究.pdf

1、科技的進(jìn)步導(dǎo)致新型功能材料被廣泛開(kāi)發(fā)，并在各自的領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。AlN陶瓷的理論熱導(dǎo)率高達(dá)320w∕m·K，以及和Al2O3相匹配的介電常數(shù)，和Si相匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特性，使它在集成電路和電子封裝等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。自然界中并沒(méi)有天然的AlN存在，人工合成AlN粉體普遍面臨著生產(chǎn)效率低、成本高、純度低、粒徑分布不均勻等難題。而AlN陶瓷在低溫下燒結(jié)不致密，難以具有較高的熱導(dǎo)率；在高溫下燒結(jié)又極易氧化變質(zhì)，形成氣孔等缺

2、陷。這些客觀的因素都導(dǎo)致AlN的推廣十分困難，商業(yè)化程度不高。因此，通過(guò)改變工藝條件制備性能優(yōu)良的AlN粉體，進(jìn)而合成高質(zhì)量的AlN陶瓷材料，具有重要的商業(yè)價(jià)值和實(shí)際意義。本論文圍繞AlN粉體的制備及其低溫下的燒結(jié)性能等對(duì)AlN材料進(jìn)行了研究。
　　本論文中首先以微米級(jí)Al為原料，在電弧放電的高溫條件下，利用Al粉與載氣N2直接反應(yīng)生成AlN粉體。為了減少試驗(yàn)次數(shù)，本文中以反應(yīng)溫度、原料粒徑大小為變量，采用正交法系統(tǒng)的研究了它們對(duì)

3、合成AlN粉體性能的影響，并找到了最佳的制粉工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)之上，采用不同配比的AlN粉體做分散劑，研究了分散劑對(duì)合成粉體的作用。研究表明：等離子體火焰的溫度遠(yuǎn)高于Al粉氮化所需要的溫度，故而制備的AlN粉體粒徑細(xì)小均勻，平均粒徑在100nm左右。原料Al粉的粒徑越大，它的流動(dòng)性也越好，所需要的載氣的壓力越低，所合成的AlN粉體的純度也越高。分散劑既能通過(guò)自己的裂解來(lái)提高粉體中AlN的含量，也可以作為納米級(jí)Al顆粒團(tuán)聚的中心，使更多的

4、Al暴露在N2氣氛下參與氮化反應(yīng)，故而分散劑能顯著的提高粉體中AlN的含量。
　　采用微波燒結(jié)工藝對(duì)合成的AlN粉體進(jìn)行燒結(jié)。結(jié)果表明：延長(zhǎng)保溫時(shí)間和使用燒結(jié)助劑都能提高陶瓷的致密度。由于我們是在較低的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，故而和Al2O3在低溫下形成復(fù)合相的CaO作為燒結(jié)助劑時(shí)效果比Y2O3好，得到的陶瓷晶粒均勻，排列規(guī)則。此外，由于燒結(jié)助劑本身也可以作為第二相存在于AlN陶瓷中，從而降低AlN陶瓷的性能，所以燒結(jié)助劑的量并不是越多越