基于流延薄带烧结制备取向Si3N4陶瓷及其性能开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着我国高铁,航空航天,军工等各个领域的迅速发展,未来对大功率的电子器件的需求也将会越来越大,为了适应更加复杂多变的应用条件,大功率电子器件将朝着高温,高频,低功耗,智能化,系统化方向发展,这对整个电子器件的散热提出了巨大的挑战,而功率器件中基板的作用是吸收芯片产生的热量,然后传到热沉上,实现与外界的热交换,因此对基片的材料提出了更高的要求,用来适应未来芯片发热量高,热应变大,要求环保无污染等应用状况。

大功率散热基板材料要求具有低成本,高稳定性,高电绝缘性,高导热性以及与芯片匹配的热膨胀系数,较高的强度以及平整性。为了满足这些要求,人们将目光投向了陶瓷,聚合物,金属氧化物,复合材料等。主要应用的散热基板材料有氧化铝,氮化铝,碳化硅,硅等。

氮化硅是一种共价键化合物, 主要有α和β两种晶体结构, 其中β氮化硅,具有高的热导率和更高的强度,抗氧化性能力强、电绝缘性好、对环境无污染等优点。在早期阶段人们认为氮化硅的热导率很低。直到1995年, Haggerty等提出复杂的晶体结构并非氮化硅低热导率的原因, 而是晶格内缺陷、杂质等原因, 并预测β-Si3N4陶瓷热导率可以达到200-320 W/ (m·K) 。在1999年, Watar等用热等静压法在温度2773 K、氮气压力200 MPa的条件下制备出了热导率为155 W/ (m·K) 氮化硅陶瓷, 用实验的方法证明了氮化硅陶瓷具有很高的热导率。目前氮化硅陶瓷的热导率得到了大幅度的提升, You Zhou等[9]用反应烧结重烧结的方法, 即先用气压烧结的方法烧结成致密的β-Si3N4陶瓷, 然后在1900℃下再次烧结60小时, 得到了目前为止热导率最高的氮化硅陶瓷为177 W/ (m·K) ,但是其制备条件苛刻, 不适用大规模生产。

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