论文题目: A1N 陶瓷的SPS烧结致密化及其机理研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 李淘
导师: 沈强
关键词: 氮化铝,热导率,温度分布
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 氮化铝(AlN)陶瓷具有优良的综合性能,如高热导率、高绝缘性、低介电常数和介电损耗等,是大规模集成电路、半导体模块电路和大功率器件的理想散热材料和封装材料。但AlN难以烧结,在很大程度上限制了AlN的应用。放电等离子烧结(SPS)是一种新颖的具有独特技术优势的烧结技术,在促进AlN烧结致密化和降低制备成本方面具有很大的发展潜力。本文对纯AlN、Y2O3-AlN、Sm2O3-AlN粉体进行了SPS烧结,重点分析了SPS烧结AlN的过程与致密化机理,探讨了试样组成、结构与热导率之间的关系。温度的升高、保温时间的延长有利于粉体的烧结,纯AlN在1800℃下保温15min可得到致密度为97. 5%的烧结体;而添加Y2O3或Sm2O3可显著促进AlN的烧结,采用100℃/min的升温速率,在1650℃-1700℃下保温5min均可得到接近理论密度的试样,比同样烧结条件下的纯AlN提高了10%以上。对SPS烧结AlN过程的观察表明,其分为两个阶段:在1600℃-1700℃,添加剂与AlN粉体表面的Al2O3发生固相反应生成晶界相,促进烧结,显微结构由疏松变得致密;温度高于1700℃,生成的晶界相发生移动,逐渐聚集于AlN颗粒交界处,使得AlN颗粒之间的面接触增加,并且温度的升高进一步促进了AlN晶粒的发育,形成的结构与成分向有利于提高AlN热导率的方向发展。对试样热导率的研究表明,热导率较高的试样多使用Sm2O3作为添加剂,并且添加剂含量较低、烧结温度高、保温时间较长,这样可以形成具有高热导率的结构与成分。如添加1. 5wt%Sm2O3的AlN粉体,在1900℃下保温5min,得到热导率达150W/ink的烧结体。对SPS中的温度场分布进行了分析,研究了其中的电流分布、温度分布及热量流动,推断出压头为最主要的热量输入部位,并通过实验过程中的监测进行了证实。对于试样内部,可能存在等离子体与脉冲电磁场效应。这两种现象都可以促进扩散,加速添加剂与AlN颗粒表面的Al2O3之间的固相反应,从而降低烧结温度,促进烧结。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1．1 氮化铝
1．1．1 氮化铝的性能与应用
1．1．2 氮化铝粉体的制备
1．1．3 氮化铝陶瓷的烧结
1．2 放电等离子烧结技术简介
1．2．1 放电等离子烧结装置及工作原理
1．2．2 放电等离子烧结技术的特点与应用
1．3 本文研究的目的、意义及主要内容
1．3．1 本文研究的目的和意义
1．3．2 本文研究的主要内容
第2章 实验与测试
2．1 实验原料
2．2 实验设计
2．3 测试方法
第3章 AlN陶瓷的SPS烧结致密化及其热导率
3．1 纯AlN的SPS烧结
3．2 Y_2O_3-AlN、Sm_2O_3-AlN的SPS烧结
3．2．1 Y_2O_3-AlN粉体致密化结果
3．2．2 Sm_2O_3-AlN粉体致密化结果
3．2．3 不同制备条件对致密度的影响
3．3 SPS烧结AlN的过程
3．3．1 显微结构分析
3．3．2 晶界相分析
3．3．3 物相分析
3．3．4 SPS烧结AlN的机理分析
3．4 AlN陶瓷的热导率
3．4．1 AlN的导热机理及影响因素
3．4．2 AlN的热导率测试
3．4．3 结果与分析
3．5 小结
第4章 SPS烧结非导电陶瓷材料的理论分析
4．1 模具系统引起的温度场分布
4．2 SPS烧结非导电陶瓷材料的机理
4．2．1 放电等离子体
4．2．2 脉冲电磁场效应
4．3 小结
第5章 结论
参考文献
致谢
发布时间: 2005-07-11
参考文献
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