aln陶瓷的sps烧结致密化及其机理研究

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1、武汉理_[大学硕士论文摘要氮化铝(AIN)陶瓷具有优良的综合性能，如高热导率、高绝缘性、低介电常数和介电损耗等，是大规模集成电路、半导体模块电路和大功率器件的理想散热材料和封装材料。但A1N难以烧结，在很大程度上限制了AIN的应用。放电等离子烧结(SPS)是一种新颖的具有独特技术优势的烧结技术，在促进AlN烧结致密化和降低制备成本方面具有很大的发展潜力。本文对纯A1N、Y203．A1N、Sm203一AlN粉体进行了SPS烧结，重点分析了SPS烧结A1N的过程与致密化机理，探讨了试样组成、结构与热导率之间的关系。温度的升高、保温时间的延长有利于粉体的烧结，

2、纯A1N在1800'C下保温15rain可得到致密度为97．5％的烧结体；而添加Y203或Sm203可显著促进AIN的烧结，采用100℃，mm的升温速率，在1650℃～1700℃下保温5min均可得到接近理论密度的试样，比同样烧结条件下的纯A1N提高了10％以上。对SPS烧结AlN过程的观察表明，其分为两个阶段：在1600℃～1700℃，添加剂与A1N粉体表露的越203发生固相反应生成晶界提，促进烧结，显微结构由疏松变得致密；温度高于1700℃，生成的晶界相发生移动，逐渐聚集于／kin颗粒交界处，使得A1N颗粒之间的面接触增加，并且温度的升高进一步促进了

3、AIN晶粒的发育，形成的结构与成分向有利于提高A1N热导率的方向发展。对试样热导率的研究表明，热导率较高的试样多使用Sm203作为添加剂，并且添加剂含量较低、烧结温度高、保温时间较长，这样可以形成具有高热导率的结构与成分。如添加1．5wt％Sm203的AIN粉体，在1900℃下保温5min，得到热导率达150W／lnk的烧结体。对SPS中的温度场分布进行了分析，研究了其中的电流分布、温度分布及热量流动，推断出压头为最主要的热量输入部位，并通过实验过程中的监测进行了证实。对于试样内部，可能存在等离子体与脉冲电磁场效应。这两种现象都可以促进扩散，加速添加剂与

4、A1N颗粒表面的Ah03之间的固相反应，从而降低烧结温度，促进烧结。关键词：氮化铝SPS热导率温度分布武汉理工大学硕士论文ABSTRACTThealuminumnitride(A1N)，whichhassomekeypropertieslikehighthermalconductivity,hi【ghelectricalresistivity,lowdielectricconstantandlowdielectricloss，ispotentialmaterialinmicroelectronicindustry．However,AINishardtos

5、inter，whichconstrainsitsapplication．TheSparkPlasmaSintering(SPS)，whichisarecentlydevelopeddensificationmethodandhasuniqueadvantage，haspotentialapplicationinnotonlyfacilitatingdensificationofAlNbutalsoreduceingcost．ThisdissertationstudiedontheSPSofpure／kiN，Y203-A1N，Sm203．A1Npowder

6、s．TheSPSprocessofA1Nandthedensificationmechanismwereanalyzed，therelationshipofcomposition，structureandthermalconductivitywasdiscussed．Theincreasingoftemperatureandlengtheningofsoaktimecouldacceleratethesinteringofsamples．ThepureA1Nsamplewith97．5％relativedensityWasfabricatedat1800

7、*Cfor15rain．AndwhendopedwithadditiveY2031Sm203，thesinteringwasgreatlyaccelerated．Thesamplesneartothetheoreticdensitywereobtainedundertheconditionsof100*C／minforincreasingtemperaturerate，1650"C～1700"Cforsinteringtemperature，anddurationof5rain，whichwereOVer10％higherthanthatofpureA1

8、NinthesalTlecondition．TheobservationonSP