流延成型超薄氮化铝陶瓷的制备开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

氮化铝（aln ）是一种综合性能优良的新型陶瓷材料，具有优良的绝缘性、导热性、耐高温性、高热导率，低介电系数，高电阻率，耐腐蚀性以及与硅的热膨胀系数相匹配等优点，成为新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料，受到国内外研究者的广泛重视。理论上，氮化铝的热导率为320w/(m),工业上实际制备的多晶氮化铝的热导率也可达100~250w/(m),该数值是传统基片材料氧化铝热导率的5倍~10倍，由此可见其在电子工业中的应用前景非常广泛。

陶瓷的成型工艺主要有：干法成型和湿法成型。干法成型包括普通模压成型和冷等静压成型。湿法成型包括流延成型、注浆成型、注射成型和注凝成型等。普通模压成型虽然可实现批量化生产，但是制品形状简单；冷等静压成型成本较高，不适合工业化推广。湿法成型中流延成型工艺由于具有设备简单、可连续操作、生产效率高、坯体性能均一等特点,已成为制备大面积、超薄陶瓷基片的重要方法, 被广泛应用于电子工业、能源工业等领域。流延成型技术为电子元件的微型化以及超大规模集成电路的实现提供了广阔的前景。

流延成型工艺包括浆料制备、流延成型、干燥及基带脱离等过程。首先将陶瓷粉体、分散剂及有机混合溶剂均匀混合，其次在流延浆料中添加适量的粘结剂与增塑剂，形成具有假塑性特征且无触变性的流延浆料。流延浆料经真空除泡后进行流延成型操作，通过控制流延基带的移动速率，使得流延浆料在刮刀的剪切应力作用下，浆料迅速通过刮刀下表面，在流延基带上形成有厚度的一层薄膜。浆料膜经过干燥才能从基板上剥落下来，制定合适的干燥工艺是获得高质量膜带的重要因素。将经过脱模处理之后的陶瓷基片叠层、等静压后在合理的烧结温度控制下进行排胶烧结最终制得工业生产中所需的超薄氮化铝陶瓷。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

根据查阅资料进行氮化铝陶瓷配料配方计算，并依照设计组分完成配料、球磨混合、流延成型、干燥、烧成、检测分析等一系列工艺，研究得到陶瓷基片的结构与性能并进行整理分析，得到超薄氮化铝陶瓷在流延成形工艺制度下的物相结构以及性能的变化规律。

2.1研究目标

本课题的目的是制备得到强度高，硬度大，密度小的超薄氮化铝陶瓷，通过不同组分试验分析得到高固含量并且具有较高流动性的流延浆料，通过注凝成型与流延成型相结合的工艺得到湿基之后设定合理的烧结制度，使坯体在此烧结制度下不干燥开裂。

2.3技术方案及措施

2.3.1 配方原料选取

本课题为流延成型超薄氮化铝陶瓷的制备，考虑到氮化铝自身易水解的性质，水基流延成型工艺较为困难。本实验选用硬脂酸和酒精溶剂先对AlN粉体进行表面改性，然后利用改性后的粉体进行水基流延成型与水基注凝成型相结合的工艺制备超薄氮化铝陶瓷基片。

2.3.2 初步组分设计

配制硬脂酸与酒精溶剂1:1的预混液与AlN粉体球磨混匀然后进行烘干，烘干之后将所得块体进行破碎研磨得到改性后的氮化铝粉体；注凝成型工艺中选择丙烯酰胺为单体，N-N亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以水作为溶剂，比例定为水：单体：交联剂=100:15:1配制预混液，选用过硫酸钾为引发剂，N,N,N,N-四甲基乙二胺（TEMED）作为催化剂，丙烯酸作为分散剂，预混液：引发剂：催化剂=100:1:0.5,而分散剂取用1wt.%。按照此比例设计进行相关实验，制备超薄氮化铝陶瓷基片。

2.3.3 研究方案

2.3.4 流延成型浆料体系

用硬脂酸与酒精溶剂对氮化铝粉体进行溶解混料，然后球磨烘干后破碎之后会在AlN表面包裹一层硬脂酸层从而阻止其与水的进一步反应，这样便得到改性之后的氮化铝陶瓷粉体。按照比例配制预混液加入改性后的AlN陶瓷粉料得到固含量为55%的流延浆料，加入1wt.%丙烯酸作为分散剂。

2.3.5 烧结制度的确定

根据流延浆料的性质结合注凝成型工艺得到湿基陶瓷基片，此时需要设置合理的烧结制度。根据各原料的性质，初期设定干燥速率为50℃/min以防止坯体的干裂，中期提高升温速率至80℃/min,升温控制在1340℃下保温4h完成烧结。

2.3.6 对陶瓷基片处理

利用有关测试手段，对样品进行结构测试（XRD、SEM等）及性能测试（密度、抗折强度等）；表征陶瓷试样组分、热处理制度、烧结制度、显微结构及性能之间的关系； 对所取得的实验数据进行分析、总结，撰写论文，论文答辩。

3. 研究计划与安排

第1周 — 第2周 布置设计任务，查阅资料；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]how att g n .metho d o f producing high-dielec tric hig h-insulation ce ramicplates :us , 2582993[ p] .1952-10-06

[2]youngac, omateteoo, janneym a, etal.gelcastingofalumina[j] .jamceramsoc, 1991,74(3):612 -618.

[3]mistler r e .ta pecasting :past , pr esent , po tential[ j] .am ceram soc bull,1998 , 77(10):82