Li-Al-Si基高导热陶瓷材料研究

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随着电子设备的小型化、集成化和高密度化发展,器件工作的能量密度越来越高,这对LTCC基板材料的散热性能提出了更高的要求。目前,高热导率陶瓷材料的研究主要集中在对AlN和Al2O3等陶瓷材料进行复合掺杂,但是其需要较高的烧结温度(1600℃1800℃),这严重限制了这些高热导材料在LTCC领域(烧结温度低于950℃)的应用。因此,制备出热导性能优异的LTCC材料尤为重要。由于Li-Al-Si(LAS)材料具有优异的热学和介电性能,本文利用固相烧结法制备了能在低温烧结的LAS材料。同时,研究了基料种类及含量、实验工艺和原料比例对陶瓷材料性能的影响。另外,为了降低LAS陶瓷的烧结温度,本文分别利用K2O-B2O3-SiO2(KBS)和BaO-MgO-SiO2(BMS)玻璃对LAS进行了掺杂,并研究了玻璃种类和含量对材料组成、微观结构和综合性能的影响。首先,本文对陶瓷基料进行了研究,分别探讨了Al2O3和AlN作为基料时陶瓷的组成、微观结构和综合性能。结果表明,Al2O3作为基料制备的LAS陶瓷具有更优异的综合性能;一定含量的Al2O3有利于改善陶瓷的微观结构,提升材料的性能。当Al2O3质量比为4%,烧结温度为1020℃时,LAS陶瓷具有优异的综合性能:热导系数为10.46W/(7)m?K(8),抗弯强度为180.23 MPa,介电常数为6.51。其次,本文研究了工艺流程和原料中Si/Li比例对陶瓷的影响,研究表明:适当的预烧温度有利于原料间的初步反应,加速材料的致密化烧结过程;Si/Li的最佳摩尔比为0.55。最后,为了降低LAS陶瓷的烧结温度,本文分别利用KBS和BMS玻璃进行掺杂,并研究了玻璃含量对烧结行为及性能的影响,结果表明:两种玻璃的添加均能有效降低LAS的烧结温度;相较于BMS,KBS能够取得更好的降烧效果,并且KBS/LAS复合材料的热导和机械性能更加优异。当烧结温度为900℃,KBS含量为2%时,KBS/LAS材料具有最佳的性能:热导系数为9.83W/(7)m?K(8),抗弯强度为215.09 MPa,介电常数为6.24。
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