氮化硅陶瓷片
  • 影响雕铣机加工氮化硅陶瓷的因素
来源:米乐体育m6官网下载    发布时间:2025-01-19 02:08:49
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  Si3N4氮化硅陶瓷材料是一种极具潜力的高导热材料。而影响Si3N4陶瓷热导率的因素主要有:晶格排布和体相氧、物相组成、晶界相含量、陶瓷气孔及密度及其他杂质缺陷等。

  原料粉体的粒度、纯度、物相是影响高导热氮化硅陶瓷学性能、热导率的重要的条件。内部杂质和晶格缺陷都会阻碍氮化硅陶瓷热导率的提升。要选择高纯度高的氮化硅原料,尤其避免引入氧(O)、铝(Al)元素。原因是,O元素能形成晶格氧的晶格缺陷造成声子的剧烈散射,Al元素固溶于Si3N4,将Si替换,形成低热导率的Sialon相。此外,原料粉体形貌也十分重要,小初始粒径、大比表面积、具备“自形”晶的粉体拥有非常良好的烧结活性,易制备出高致密度的成品。

  氮化硅的强共价键使得其很难通过固相扩散达到烧结致密的目的,需要加入一定的添加剂。但烧结助剂存在也会对氮化硅陶瓷材料的热导率造成不利影响,因此选用的烧结助剂应符合:活性好,含量尽可能的减少,降低形成的晶界相,不影响氮化硅陶瓷的致密度;在烧结过程中形成液较低相粘度,有利于氮化硅的相变以及晶粒的长大;形成的晶界相易于晶化,并形成高导热晶相。

  氧化物三氧化二钇(Y2O3)—MgO是制备是高导热氮化硅材料应用较为广泛的烧结助剂。在选择原料粉体时要尽可能的避免O元素的引入,烧结助剂的选择也遵从这一原则,能够大大减少晶界玻璃相、净化氮化硅晶格提高热导率及高温力学性能。因此,作为非氧化物烧结助剂的代表,氮化硅镁(MgSiN2)、氟化钇(YF3)等成为了制备高导热氮化硅陶瓷的常用助剂。

  为了制备具有各向异性的陶瓷材料,能够最终靠成型方法调控晶粒的排列和生长进行,保证晶粒在一维或二维方向上能够产生较好的定向效果。氮化硅陶瓷具有各向异性,Si3N4晶粒排列也呈现取向性,不同方向热导率也不相同,并且在特定方向上具有较高的热导率。目前流延、轧膜、浇注和注射成型等高导热氮化硅基板的成型方法中,流延成型被公认为最适合于工程化制备技术。

  制备高导热Si3N4陶瓷材料的制备方法主要烧结方法主要有热等静压烧结(HIP)、热压烧结(HPS)、反应烧结重烧结(SRBSN)和气压压力烧结(GPS)。气压压力烧结、热压烧结和反应烧结重烧结是目前制备高导热Si3N4陶瓷材料使用较多的烧结工艺。工程化制备主要是采用气氛压力烧结和反应烧结重烧结烧结2种方法,分别针对以Si3N4粉体和硅粉为原料。Si3N4陶瓷的导热率的提高通常认为是与晶粒增大有关,因此通常选择高的烧结温度和长时间的保温环境促进晶粒生长。高温可以使α—Si3N4溶解沉淀向β—Si3N4发生相变,新生成的β—Si3N4晶粒晶格缺陷浓度较低,能够大大减少声子的散射,从而能够提升热导率。