氮化鋁陶瓷的濕法成型工藝

氮化鋁陶瓷的濕法成型工藝
    氮化鋁陶瓷具有優(yōu)良的絕緣性、導(dǎo)熱性、耐高溫性、耐腐蝕性以及與硅的熱膨脹系數(shù)相匹配等優(yōu)點，成為新一代大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體模塊電路及大功率器件的理想散熱和封裝材料。成型工藝是陶瓷制備的關(guān)鍵技術(shù)，是提高產(chǎn)品性能和降低生產(chǎn)成本的重要環(huán)節(jié)之一。

    隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的成型方法已難以滿足人們對陶瓷材料在性能和形狀方面的要求。陶瓷的濕法成型近年來成為研究的重點，因為濕法成型具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本低和可制備復(fù)雜形狀制品等優(yōu)點，易于工業(yè)化推廣。濕法成型包括流延成型、注漿成型、注射成型和注凝成型等。
1.氮化鋁陶瓷的流延成型
料漿均勻流到或涂到支撐板上，或用刀片均勻的刷到支撐面上，形成漿膜，經(jīng)干燥形成一定厚度的均勻的素坯膜的一種料漿成型方法。流延成型工藝包括漿料制備、流延成型、干燥及基帶脫離等過程。

溶劑和分散劑
高固相含量的流延漿料是流延成型制備高性能氮化鋁陶瓷的關(guān)鍵因素之一。溶劑和分散劑是高固相含量的流延漿料的關(guān)鍵。溶劑必須滿足以下條件：
（1）必須與其他添加成分相溶，如分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑等；
（2）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與粉料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
（3）對粉料顆粒的潤濕性能好；
（4）易于揮發(fā)與燒除；
（5）使用安全、衛(wèi)生且對環(huán)境污染小。

粘結(jié)劑和增塑劑
在流延漿料中加入粘結(jié)劑與增塑劑主要是為了提高薄片的強度和改善薄片的韌性及延展性。流延薄片在室溫下自然干燥時，溶劑不斷揮發(fā)，粘結(jié)劑則能自身固化成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)防止薄片中的顆粒沉降，并且賦予薄片一定的強度。增塑劑的引入保證了薄片的柔韌性，同時降低了粘結(jié)劑在室溫和較低溫度時的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
流延成型的工藝特點：
優(yōu)點：設(shè)備不太復(fù)雜，工藝穩(wěn)定，可連續(xù)生產(chǎn)，效率高，自動化程度高，坯膜性能均一且易于控制, 適于制造各種超薄形陶瓷器件，氧化鋁陶瓷基片等。
缺點：坯體密度小，收縮性高。
2.氮化鋁陶瓷的注射成型
陶瓷注射成型技術(shù)（CIM）是一種制造復(fù)雜形狀陶瓷零部件的新興技術(shù)，在制備復(fù)雜小部件方面有著其不可比擬的獨特優(yōu)勢。隨著近年來全球范圍內(nèi)電子陶瓷產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的不斷擴大，CIM 技術(shù)誘人的應(yīng)用前景更值得期待。該工藝主要包括喂料制備、注射成型、脫脂和燒結(jié)。

粘結(jié)劑
粘結(jié)劑是氮化鋁陶瓷粉末的載體，決定了喂料注射成形的流變性能和注射性能。良好的粘結(jié)劑可起到形狀維持的作用，且有效減少坯體變形和脫脂缺陷的產(chǎn)生。
陶瓷注射成型粘結(jié)劑須具備以下條件：
(1)流動特性好，注射成型黏度適中，且黏度隨溫度不能波動太大，以減少缺陷產(chǎn)生；
(2)對粉體的潤濕性和粘附作用好；
(3)具有高導(dǎo)熱性和低熱膨脹系數(shù)。 
(4)一般由多組分有機物組成，單一有機粘結(jié)劑很難滿足流動性要求。
排膠工藝
由于注射成型坯體中有機物含量較高，排膠過快會造成坯體開裂、起泡、分層和變形，因此，如何快速高效排膠成為注射成型的一大難點。排膠工藝包括熱排膠和溶劑排膠。起初主要采用熱排膠，簡單地把有機物燒除，這種方式能耗高、時間長。為了提高排膠效率，一些學(xué)者探索了溶劑排膠的工藝。由于粘結(jié)劑中石蠟占比重較大，溶劑排膠主要是將坯體中的石蠟溶解，其他粘結(jié)劑仍能維持坯體形狀。溶劑排膠結(jié)合熱工藝排膠可以大大縮短排膠時間。

注射成型的工藝特點：
(1)可近凈尺寸成型各種復(fù)雜形狀，很少(或無需)進行機械加工；
(2)成型產(chǎn)品生坯密度均勻，且表面光潔度及強度高；
(3)成型產(chǎn)品燒結(jié)體性能優(yōu)異且一致性好；
(4)易于實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。
3.氮化鋁陶瓷的注凝成型
該工藝的基本原理是在黏度低、固相含量高的料漿中加入有機單體，在催化劑和引發(fā)劑的作用下，使料漿中的有機單體交聯(lián)聚合形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使料漿原位固化成型，然后再進行脫模、干燥、去除有機物、燒結(jié)，即可得到所需的陶瓷零件。

注凝成型的工藝特點：
坯體強度高、坯體整體均勻性好、可做近凈尺寸成型、適于制備復(fù)雜形狀陶瓷部件和工業(yè)化推廣、無排膠困難、成本低等。
目前流延成型和注射成型在制備氮化鋁陶瓷方面具有一定優(yōu)勢，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對環(huán)境污染的重視，凝膠流延成型和注凝成型必然會取代上述兩種方法，成為氮化鋁陶瓷的主要生產(chǎn)方法，從而促進氮化鋁陶瓷的推廣與應(yīng)用。
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