氧化铝陶瓷概述.ppt

1,第二节 氧化铝瓷,氧化铝瓷是一种以Al2O3为主要原料、以刚玉(Al2O3)为主要矿物组成的陶瓷材料。,2,氧化铝瓷在电子技术领域中广泛用作真空电容器陶瓷、微波管输能窗的陶瓷组件、各种陶瓷基板及半导体集成电路陶瓷封装管壳等。它是电真空陶瓷的主要瓷种，也是生产陶瓷基板及多层布线封装管壳的一种基本陶瓷材料。,3,氧化铝陶瓷基片,电子陶瓷,4,2.1 Al2O3瓷的类型和性能 根据Al2O3含量来确定瓷的牌号。Al2O3含量在99左右“99瓷”，含量在95和90左右的依次称为“95瓷”和“90瓷”等等。Al2O3含量在85以上的陶瓷通常称高铝瓷，含量在99以上的也称为刚玉瓷或纯刚玉瓷。,5,氧化铝陶瓷中，Al2O3含量越高，性能越好。但Al2O3含量越高，工艺要求越高，如烧结温度过高(99瓷烧结温度1800)，能耗大，对窑炉的要求也很高。,6,高铝瓷的烧结温度较高，为了降低烧结温度，降低成本，国内外也都研制并生产了Al2O3含量在7585之间的Al2O3陶瓷。习惯上把这种Al2O3陶瓷称为“75瓷”，广泛用作金属膜电阻和线绕可变电阻基体，厚膜集成电路基片，集成电路扁平封装管壳等。,7,Al2O3陶瓷的基本性能:介电常数一般在810，介质损耗小，导热系数，绝缘强度较高，特别是高铝瓷具有极高的机械强度，其导热性能良好，绝缘强度高，电阻率高，介质损耗低，电性能随温度和频率的变化比较稳定。,8,Al2O3陶瓷的性能指标会因原料，配方和生产工艺的条件不同，在一定范围内变化。目前我国大量生产的Al2O3陶瓷是95瓷。75瓷的生产也比较普遍。此外还生产97瓷，99瓷，主要用作薄膜硅片或混合集成电路薄膜基片。,9,常用的氧化铝陶瓷为白色，但也有一些特殊要求，如一些器件为避免光照，应做成黑色，吸收可见光，可加入一些金属氧化物作为着色剂，生产黑色Al2O3陶瓷。有些氧化铝陶瓷由于加入一些着色氧化物，也会呈现一定的颜色。这些颜色却不是预期的。,10,2.2 组成与性能间的关系 瓷料组成与性能间的关系是我们设计或拟订瓷料配方的基本依据。氧化铝含量与陶瓷性能间有着密切的关系。而且其他添加剂对Al2O3瓷料性能也都会有不同程度的影响。,11,Al2O3瓷的烧结温度较高，瓷料(主要是瓷料中的一些加入物)的高温挥发性能也常常对陶瓷材料的生产和性能显示一定的影响。黑色Al2O3瓷的着色剂通常都是一些高温挥发性较强的氧化物。,12,一、瓷料高温下的挥发 Al2O3瓷烧成温度较高，99瓷烧成温度1800，95瓷也都在16501700，因此配料组分挥发性的高低直接关系到陶瓷材料的生产和利用。,13,(1)主成分Al2O3高温下挥发性较弱。(2)在99瓷中用作抑制晶粒生长，使瓷体具有细晶结构的加入物MgO，有较高的高温挥发性。当MgO结合成尖晶石时MgO Al2O3，挥发速度有所降低。但挥发速度仍较明显。,14,(3)在99瓷、97瓷以及某些95瓷的生产中有时与MgO同时引入的La203，Y203等稀土氧化物的高温挥发性较弱。(4)Al2O3陶瓷的熔剂类加入物MgO，CaO，BaO，Si02，除CaO的高温挥发性较弱，其他几个氧化物的挥发性都较强。但挥发性较强的氧化物结合成复合氧化物（3Al2O3 2Si02）时，挥发速度和挥发性有不同程度的降低。,15,(5)熔剂类加入物的如CaF2，B2O3等高温挥发性很强，既使在75瓷瓷料中引入少量CaF2，烧成后的瓷体也易出现针孔。(6)在Al2O3黑瓷生产中用作着色剂的FeO，MnO，CoO，NiO，Cr2O3等较低温度下就有明显挥发。黑色Al2O3瓷生产中必须考虑如何减少着色剂的挥发。,16,二、原料杂质对瓷料性能的影响 1、Na2O 工业氧化铝通常是用碱式法生产的，其中含有少量Na2O杂质。Na2O杂质的存在，与Al2O3形成Al2O3化合物，使瓷体的电性能明显恶化，电阻率降低，tg，Na2O对装置瓷非常有害。,17,Na2O加入以后，生成Al2O3，Al2O3是一种多铝酸盐，其结构为Na2O11Al2O3，是由少数AlOAl键把“尖晶石基块”连接起来的层状结构，Al2O3中的Na离子就处于“尖晶石基块”之间由少数 A1OA1键支撑起来的空旷的空间内。,18,在电场作用下，Na离子在“尖晶石基块之间的(空旷地带)沿电场方向自由移动，表现了Al2O3极显著的离子电导特性。正因为如此，Al2O3呈现出明显的电导损耗和离子松弛损耗。这样，Al2O3瓷中Al2O3的存在就导致了介质损耗角正切值tg的显著提高。,19,改善措施：（1）加入粘土（主要成分SiO2），生成玻璃相让Na2O进入玻璃相。（2）加入粘土生成钠长石。（3）煅烧。对高铝瓷采用此方式，可使Al2O3Al2O3，在煅烧时加入一定量的硼酸与Na2O反应生成硼酸钠，是易挥发物质，在煅烧中挥发除去。,20,表4-6列出了Al2O3在Na、Si杂质共存时，杂质含量对烧结瓷体介质损耗的影响。,21,从表46可以看出，虽然原料中Na20杂质能显著影响Al203烧结瓷体的介质损耗，Na20含量的提高一般都要伴随着tg值的显著增大(1*3*Al203数据更为明显)。但是，工业氧化铝中经常存在少量杂质Si02，原料中Si02含量的提高能显著削弱或消除Na20杂质对瓷体介质损耗提高的有害影响，3*5*，Al203数据更为明显。,22,2、CaO 引入少量CaO，形成六铝酸钙（CaO6Al2O3），类似于Al2O3结构，但引入CaO后，并不使瓷料的介电性能恶化，反而使瓷体的tg有所下降。,23,CaO6Al2O3与Na2O11Al2O3属于同类型结构，也是Al2O3结构。有时CaO6Al2O3称CaAl2O3，而Na2O11Al2O3称，NaAl2O3。两者结构的主要不同仅在于NaAl2O3中“尖晶石基块”之间的Na+，被数量大致少一半的Ca2+取代。但是CaO引入Al2O3瓷料并不使烧结瓷体的介电性能恶化，少量CaO的引入反而使瓷体的tg值有所降低(参阅表47数据)。,24,CaAl2O3和NaAl2O3对Al2O3瓷体介电性能的影响截然不同，是由于Ca2+是二价离子，价键较强，处于“尖晶石基块”之间的Ca2+把“尖晶石基块”拉紧，使Ca2+比较牢固地压在“尖晶石基块”之间，Ca2+失去了可动性，至少在低温时是如此。,25,3、SiO2 原料中SiO2含量的提高能够非常显著地消弱或消除Na2O杂质对瓷体介质损耗提高的有害影响。,26,Al2O3煅烧Al2O3，伴有14%左右的体积收缩，因此，以Al2O3为主的工业氧化铝，配料前必须经过预烧，同时加入13wt%的硼酸，可使Na2O生成硼酸钠挥发掉，还可促进Al2O3向Al2O3并使晶相转化趋于完全。生产含量在99.5%以上的高纯氧化铝或透明纯氧化铝陶瓷时，一般不用工业铝氧，要求原料纯度达到99.9%。,27,三、高铝瓷组成和性能 99瓷和97瓷主要用作薄膜集成电路基片。要求基底平整光滑。为了保证基片经仔细抛光后具有极高的表面光洁度，基片本身必须充分致密，而且应保证晶粒细小，晶界结合性能良好。,28,少量MgO对抑制Al2O3晶粒生长，保证Al2O3陶瓷具有等粒微晶结构有明显效果，但MgO的高温挥发性较大，使瓷体表层中晶粒长大。多采用MgO和La203或MgO和Y203等复合加入物，效果明显，La203和Y203高温下不易挥发。La203和Y203的加入，还可降低烧结温度。使晶界结合性能良好，瓷体致密度提高。,29,1、瓷料的矿物组成及其性能 含Al2O3 9095%的白色氧化铝瓷料一般都为Al2O3SiO2Mg0CaO四元系瓷料(包括CaO-Al2O3SiO2系和Mg0-Al2O3-SiO2系瓷料)。用相图可计算Al2O3瓷料烧成后的平衡矿物组成。,30,图411是高Al2O3含量部分的Ca0-Al2O3-Si02系相图。从该图可知，与刚玉(-Al2O3)处于平衡的矿物有三个：莫来石A3S2)、钙长石CAS2和六铝酸钙CA6。,31,该系统中的Al2O3陶瓷的组成点可以处于三角形CA6CAS2Al2O3 内，也可以处于三角形A3S2CAS2Al2O3内，这取决于瓷料组成的Si02CaO比值。如果瓷料的Si02CaO(分子比)2，即SiO2CaO(质量比)2.16，组成点显然处于三角形CA6CAS2Al2O3内。这种情况下，瓷料的平衡矿物组成是三角形三个顶点所表示的三个矿物：刚玉、钙长石和六铝酸钙。,32,如果瓷料的Si02CaO(分子比)2即Si02CaO(质量比)2.16，组成点显然处于三角形A3S2CAS2Al2O3内。这时瓷料的平衡矿物由刚玉、莫来石和钙长石组成。,33,图412是MgOAl2O3Si02系相图的高Si02含量部分。该系统中与刚玉处于平衡的矿物只有两个：莫来石和尖晶石MA。所以对MgOAl2O3Si02系Al2O3瓷料来说，其平衡矿物组成为刚玉、莫来石A3S2和尖晶石MA。,34,从现有的Ca0MgOAl2O3Si02系相平衡瓷料来看，系统中没有发现能与刚玉处于平衡的四元化合物。所以可以认为，在Ca0MgOAl2O3Si02四元系内，Al2O3瓷料煅烧后的平衡矿物组成为：,35,Si02CaO2.16时：MA、CAS2、Al2O3和-Al2O3,36,40,注：当瓷料中还有少量其他加入物时，可根据有关相平衡资料估计加入物在物系中存在的矿物形态，从而计算其平衡矿物含量。例如：当瓷料中引入LLa203时根据La203Al203相图(略)可知，在La203Al203系中与Al203处于平衡的矿物为La20311Al203(一种具有Al203结构的矿物)。,41,如果物系中不存在其他能与Al2 03处于平衡的La203的矿物，则平衡矿物La20311Al203，的百分含量：,如果La2 03为外加量，则：Al203=100+L-上述各矿物含量,42,P129例1苏州1#土为纯高岭石，组成：SiO2 46.5%，Al2O3 39.5%，H2O 14%,43,CaCO3 CaO+H2O 100 56 44CaO=3.25（56/100）=1.8CO2=3.25（44/100）=1.43灼减=1.43+1.950.14=1.7,44,45,P129例2。滑石组成：MgO 33.4%，SiO2 66.6%,47,2、瓷料高温下的相组成。Al2O3瓷料的三个三元无变量点的组成和性质见P142，表4-14。,48,（1）CaOAl2O3SiO2系瓷料 例3.计算该系统瓷料在相应的无变量点温度下所能形成的最高液相量。P142 1#配方的化学组成和S/C：,49,从SC1.2小于2.16，瓷料组成点处于图411中组元三角形CA6CAS2Al203内，U点系该瓷料的无变量点。从平衡角度考虑，在加热过程中。在温度达到1495时该三元系Al203瓷料开始出现液相，并呈现出CA6+CAS2 Al203+Lu的平衡关系，使液相量逐渐增多(但温度保持不变)。显然至液相组成点即将从无变量点U离开时，物系中的液相量即为无变量点U上所能形成的最高液相量Lu（max）。,50,瓷料的SC1.2小于1.56，可以判定瓷料的组成点处于Al203U连线的CaO-Al203边一侧，在加热过程中随着CA6+CAS2 Al203+Lu平衡反应向右进行，将导致CAS2先行消失并使液相组成点沿Al203CA6的相界曲线离开U点。,51,在加热过程中CAS2刚刚消失时的液相量即为无变量点U处所形成的最高液相量Lu（max）。这时瓷料中的Si02量刚刚开始全部处于液相。,52,该配方的瓷料在平衡条件下，于1495下能形成6.1的液相，这一部分液相主要是钙长石（CAS2）液相。钙长石是具有架式结构的硅酸盐。其熔体易于过冷而形成玻璃。,53,实际使用的原料含有少量杂质，而且平衡是相对的，不平衡则是绝对的。导致瓷料中出现液相的温度要低于1495，而在1495下形成的液相量也高于理论计算值。,54,（2）Mg0Al2O3SiO2系瓷料 计算最高液相量。P143例。例题4 参阅前面的例题2，计算2#配方在其无变量T上所形成的最高液相量LT（max）。从例题2的计算可知，作为MgO-Al2O3-SiO2系的2#配方的化学组成：,55,为简化计，我们先不考虑La203的组分，把瓷料看成纯MgO-Al2O3-SiO2三元系，三元无变量点T的组成（表4-14）：,56,从图4-12及表4-14知T点的温度为1578。由于瓷料的S/M比值（3.5）比无变量点的S/M比值（2.86）大，所以当加热时在无变量点T上按：MA+A3S2 Al2O3+LT 反应向右进行，最先消失的是尖晶石MA。,57,尖晶石MA刚刚消失时的液相量就是T点上所能形成的最大液相量LT（max）。LT（max）。=（100/15）M=6.6M=6.6 1%=6.6%即在1578下最多能形成6.6%的液相。,58,如果不考虑La203的影响，瓷料自高温冷却至1578时，其中存在6.6%的平衡液相，大部分由尖晶石构成。尖晶石的晶体结构决定了其熔体将较易结晶出来。可以估计,与1#瓷料比较，2#瓷料中熔体的析晶能力较强。相同的冷却条件下2#瓷料烧成的瓷体中玻璃相含量较少。,59,3、熔剂类氧化物的组成与瓷料性能的关系 常用于白色Al2O3瓷料的熔剂类氧化物有CaO，MgO、Si02。在Al2O3相同时，不同类型熔剂类氧化物对瓷料性能有不同的影响。,60,（1）CaOAl2O3SiO2系比Mg0Al2O3SiO2系烧结温度低。加入CaO，低铝瓷烧结温度为14001500，一般窑炉均能达到。（2）CaOAl2O3SiO2系抗酸能力弱，晶粒粗，抗热冲击能力弱。（3）CaOMg0Al2O3SiO2兼具两者优点。,61,（4）避免Si/Ca=2.16点，或接近2.16点，处于钙长石与Al2O3在一条S连线上，钙长石电性能差，使整个陶瓷体介质损耗增加，电性能变差。（5）通常Si/Ca在0.61.6之间，一般在1附近，可使陶瓷性能较好（介质损耗低，有利于瓷料的烧结）。,62,（6）Mg0加入可使晶粒细化，但使烧结温度升高，因此其加入量不可超过熔剂类氧化物的1/3。（7）BaO的引入可使陶瓷材料电阻率，改善瓷体的表面光洁度，提高瓷体的抗酸、碱腐蚀性，但BaO加入量过多，生成较多钡长石，其强度很低，使整个陶瓷的强度。,63,4、低铝瓷（通常所说的75瓷）含Al2O37580%。（1）粘土和其它氧化物含量达2025%。加入大量粘土和其它氧化物后，烧结温度大大，1400(高铝瓷1700)。,64,（2）加入大量粘土后使胚体的可塑性大大。Al2O3的可塑性很差，成型困难，因此高铝瓷常借助于石蜡等，成型后还要经过一道脱蜡工序。难免在瓷体中留下空隙。但粘土会使机械强度，电性能。,65,2.3 氧化铝陶瓷的应用和金属化一、Al2O3陶瓷的应用 1、用作真空电容器的陶瓷管壳，通常用95瓷。真空电容器是以真空为介质的一种电容器，使介质与外界环境隔离，电气特性的环境稳定性非常高。介电损耗趋于零，非常适于在高频下使用。,66,2、用作电子管管壳，要求强度高，能承受一定的冲击，绝缘性能好，漏导电流小，抗电强度高。密封性好。3、微波管壳，主要用于雷达及卫星通讯等方面。要求高频损耗低。4、电路基板，要求绝缘性能好。,67,二、Al2O3陶瓷的金属化 陶瓷金属化：指在陶瓷器件的封接表面，用适当的方法涂上一层能与陶瓷紧密结合的金属层，使之能够顺利进行陶瓷与金属或陶瓷间的联结。,68,钼锰法金属化：在陶瓷表面涂上一层MoMn涂粉，在一定温度下烧结，金属与陶瓷间相互扩散，形成表面金属层与陶瓷体的牢固结合。,69,金属化机理：MoMn金属化涂层中的Mn向Al2O3陶瓷的内部扩散，在陶瓷和金属化涂层之间的中间层内，Mn的浓度相当高；金属化涂层中的主要金属Mo没有明显的扩散。,70,Al2O3陶瓷中的熔剂类氧化物向钼锰金属化涂层中扩散相当显著。涂层中的Mn将部分或绝大部分氧化成MnO，与陶瓷以及涂层中的SiO2、Al2O3、CaO等形成玻璃相，部分结合成MnOAl2O3尖晶石，通过相互扩散使玻璃相填充了金属化涂层中海棉状金属钼烧结体的孔隙，实现了陶瓷与金属化涂层间的结合，即完成陶瓷的金属化。,71,氧化铝陶瓷研究现状,1、低介电损耗微晶氧化铝陶瓷研究（张巨先，直空科学与技术学报2006第26卷）造成Al2O3陶瓷介电损耗较大的原因主要是Al2O3陶瓷中烧结添加剂含量较多和剩余气孔率较高。作者采用超细Al2O3粉，通过特殊烧结工艺制备了高致密、高纯微晶Al2O3陶瓷，从而制备出低介电损耗微晶Al2O3陶瓷。,72,(1)采用超细、高纯Al2O3粉体，通过合适的方法将少量烧结添加剂MgO均匀加入到Al2O3粉中，经过两次烧结，可以制备出高致密、微晶Al2O3陶瓷。(2)采用合适的制备工艺，可以制备出微晶Al2O3陶瓷，其介电损耗为110-5，比等静压95 Al2O3陶瓷的低近两个数量级，降至蓝宝石的水平。低介电损耗微晶Al2O3陶瓷可用作微波管中输能窗材料。,73,2、纳米Al2O3粉添加对氧化铝陶瓷烧结行为的研究（刘银等，安徽理工大学学报(自然科学版)，2006（3）文章从降低氧化铝烧结温度出发,探讨了纳米Al2O3粉添加对粗晶氧化铝烧结行为的影响。在粗晶氧化铝陶瓷中添加纳米Al2O3粉,可以改善氧化铝陶瓷烧结性能,降低其烧结温度。当纳米Al2O3粉加入量达到40%时,氧化铝陶瓷可以在1550以下烧结致密,其体积密度可达到理论密度的98.2%。,74,纳米材料增强改性75瓷烧结温度1365,75,3、降低高铝瓷烧成温度的研究（曹南萍，硅酸盐通报，2006（8）文章从我国能源战略的高度和高铝瓷产业生存、发展的角度，阐述论证了低温烧成的必要性和重要性。基于高铝瓷烧结的内在规律和固有特点，指出低温烧结对高铝瓷性能有改善作用，提出了几种降低高铝瓷烧成温度的可行技术方案。,76,（1）在刚玉瓷配料中引入 Ti02，Mn02，Cu20，Cr203等外加剂 此类添加剂可与Al203形成固溶体，使刚玉瓷主晶相晶格畸变，缺陷增加，便于结构基元移动而促进烧结，降低烧成温度的作用明显，且烧成范围展宽。由于属纯固相烧结，瓷体孔隙率较高，机电性能、密封性能稍差，但可以采取措施加以改进和克服。,77,（2）加入可在烧结中形成足量液相的多元低共熔物。此类添加剂加入高铝瓷配料中后,烧成时它们易于在较低温度下共熔成液相，一方面以表面张力促使-Al203颗粒相对移动，进行重排，并籍液相的流动性填充气孔，另一方面熔解较小的和有缺陷的-Al203颗粒，通过液相传质在较大的颗粒上沉积，使晶粒生长和晶粒形状变化而致密化。,78,（3）采用细分散的-Al203微粉 无机材料的烧结主要靠表面与界面的扩散以及晶内扩散等机制来完成，烧结的驱动力是来自于粉料的表面能引起的表面应力，粒子尺寸越小，表面应力越大，烧结越易进行。对液相烧结而言，粒子愈细，溶解愈多，传质愈好；对固相烧结来说，细颗粒多，原子扩散的距离就更短，扩散可更好更快地进行，从而降低了烧结温度。,79,第三节 高热导率瓷 器件损耗，转化为热能，使器件温度升高，发生热击穿，使器件破坏，即使不造成破坏，也会使器件的性能漂移。因此，对某些电真空瓷件及集成电路陶瓷基片和陶瓷封装管壳的热导率提出了越来越高的要求，必须研究并生产具有高热导率的电子陶瓷材料。,80,3.1 高热导率陶瓷的结构特点一、固体材料的导热机制 固体材料导热的机制有两种：是金属材料导热的主要机制，通过大量存在的自由电子转移，来实现热量的传递。电子受热后，能量增加，自由电子转移，与其它电子碰撞后，将能量传递给其它电子。,81,是绝缘材料的导热机制，是通过点阵或晶格振动，实现热量传递。载热的声子即通过晶体中结构基元(原子、离子或分子)间的相互制约、相互谐调的振动来实现热的传递。,82,金属材料的导热，只要没有明显的阻碍，是很容易实现的，对绝缘材料，晶体由于具有一定的弹性，结构基元分布不均匀，因而载热声子在晶体或其它固体中传播时总会发生偏转，从而使热导率降低。,83,二、高热导率陶瓷的结构特点 1、高热导率晶体都是共价键晶体或共价键很强的晶体。共价键具有饱和性和方向性，任何质点的位移都会使相邻质点发生位移。离子键也很强，但无方向性。,84,2、高热导率晶体的结构基元种类都少，原子量或平均原于量都较低。对结构基元，要求原子量相近（如两球碰撞，大小球及质量相当的球碰撞后结果不一样，应选择后者）。,85,3、对层状结构的晶体，方向性很强，沿层片方向强的共价键结合可以保证沿层片方向具有高的热导率。4、热导率对晶界气孔等结构缺陷十分敏感。要制备高热导率陶瓷，要求晶界少，气孔少，晶粒尽可能地长大，致密性要好。,86,5、对杂质十分敏感。杂质存在形成结构缺陷。综上所述，要制得高热导率陶瓷，必须是高纯、高致密、自结合的单相陶瓷。三、常见的高热导率陶瓷 自然界存在的物质热导率最高的是金刚石。常见的晶体的结构和热导率见P147，表4-15。,87,88,金刚石、立方BN价格昂贵，使用较少。石墨也用得较少，因为在平行于C轴方向，热导率较低，但有时也会用（如石墨坩埚），强度低，且是导体。SiC缺点是成型性很差。(引入第二相如硝酸铍，才能制得绝缘性能良好的SiC陶瓷)。BP对杂质的敏感性强，要制备很纯的BP，生产上难于达到。,89,3.2 BeO陶瓷1、BeO陶瓷具有纤锌矿型结构。O离子六方堆积，四面体一半有Be离子填充，如有n个O离子堆积，四面体有2n个空位，Be离子有2n/2=n个填充。2、较强的共价键，平均原子量M平均=（16+9）/2=12，较低。3、热导率：3.1w/cmk。书上为3.7 w/cmk，是纯度为99%，密度为99时的测定值。,90,4、高耐火氧化物，熔点2570，烧结温度1900。5、为了降低烧结温度，可加入Al2O3MgO，但BeO含量要达95%以上。因为Al2O3和MgO会使BeO瓷热导率，对Al2O3MgOBeO体系，低共熔温度1640。6、随Al2O3、MgO加入，热导率。,91,7、SiO2加入对热导率有很大危害。每加入1%SiO2，热导率下降15%。8、BeO是有毒物质，不适宜与火焰接触，火焰中的水蒸气使BeO水解，生成Be（OH）2，挥发到空气中，冷凝后形成微尘，对环境造成污染。9、强度高，介电性能好，耐热冲击。,92,10、对温度敏感，T 热导率，使用温度，热导率。T=1000，只有常温下的1/10。因此，BeO只适用于低温环境，用作室温附近操作的电子装置的陶瓷散热部件。,93,3.3 BN陶瓷 常见的 BN晶体结构：六方层状，三方层状，立方结构，六方共价键结构。1、立方结构BN 是最理想的高热导率陶瓷，闪锌矿结构，典型共价键晶体，平均原子量12.41，热导率13w/cmk，但其必须在高温高压下制成，成本非常高。价格昂贵，目前还不宜用于生产通常使用的高热导率陶瓷。,94,2、六方及三方结构BN 都属于层状结构，层面上键合很强，但在层与层之间键合弱，只靠范德华力连接，因此它们在不同方向上的热导率是不同的。BN无毒，机械加工性能很好。BN最显著特点：随温度改变，热导率几乎无显著变化，当温度在500600 时，BN的热导率就高于BeO瓷，因此，BN用在高温下。,95,3.4 AlN瓷,氮化铝陶瓷基片,96,1、A1N属于纤锌矿型结构。N作六方堆积，Al填充在一半的四面体空隙中。2、A1N为共价键，价键性很强。3、平均原子量M平均=20.49。,97,4、热导率理论上达3.2wcmK。达到理论纯度和理论密度时的测量值为理论值。5、AlN对密度很敏感。对AlN采用热压烧结，才能提高其密度，因此对烧结设备要求很高。6、对杂质敏感。,98,杂质：杂质O可以以Al0.67O 的方式占据N的位置，Al占据AlN中Al的位置，在晶体中存在Al空位，引起晶格常数改变，晶格常数，质点间键合减弱，不利于热量传递，热导率。杂质C，Al2OC(铝氧碳化物)，当C溶解于AlN中时，位置关系与AlN相同，但O、C价数与N不同O-2、C-2、N-3，以异类质点的形式存在，Al2OC的固溶导致晶格常数增大。,99,7、AlN合成工艺（1）用纯Al粉在适当的温度下通N2直接电弧来合成。（2）Al做成电极，在氮气中，电极间产生直接电弧来合成。8、AlN陶瓷的特点：（1）AlN陶瓷的毒性不如BeO陶瓷；（2）热导率高；,100,（3）膨胀系数可与半导体硅片匹配；（4）具有高的绝缘电阻和绝缘强度；（5）介电系数低，介质损耗小；（6）机械强度高；（7）适合于流延成型工艺。,101,9、应用 可用于化合物半导体单晶生长用坩埚，高频声表面器件用基片，高纯AlN薄膜的射靶，红外光和微波窗口材料等。,102,作业：1、P130，习题 某厂采用下列配方生产75瓷，求烧成瓷体的平衡矿物组成。烧滑石的理论组成为66.6%SiO2和33.4%MgO。,103,2、什么是高热导率陶瓷？高热导率陶瓷的结构特点是什么？,