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. 研究目的与意义(文献综述)

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。因此我们通过改变晶种比例和烧结助剂种类及含量来制备高热导率的氮化硅陶瓷,同时使其需要的制备条件降低,达到可大规模生产的要求。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

采用流延法,先流延出氮化硅薄带,然后采用pas烧结出具有取向的氮化硅陶瓷;

采用sem,xrd等测试手段表征陶瓷的结构及性能,同时对其硬度和导热性能进行检测,通过对比,研究晶种加入、烧结助剂种类及含量对陶瓷结构和性能的影响。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅文献,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需的原料,仪器和设备。确定技术方案,撰写开题报告

第4-8周:按照设计方案,制备具有取向的氮化硅陶瓷

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] jia hongsheng, li jiaqi, niu rui, ye chaochao, ru hongqiang, liu baochang,e. yuanlong, li haibo,fabrication of β-si3n4 with high thermal conductivity under ultra-high pressure,ceramics international 44 (2018) 23288–23292

[2] yinsheng li, ha-neul kim, haibo wu, mi-ju kim , jae-woong ko , young-jo park , zhengren huang , hai-doo kim, enhanced thermal conductivity in si3n4 ceramic by addition of a small amount of carbon,journal of the european ceramic society 39 (2019) 157–164

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