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摘 要

氮化铝是共价化合物，熔点高，自扩散系数小，常规手段难以烧结致密，常压下需在很高的温度下烧结，为克服这一点，热压烧结方式被广泛研究。本文着重研究了在不同烧结温度条件下，热压烧结AlN陶瓷的烧结性能性能、力学性能和介电性能的影响。

结果表明：随着烧结温度升高，AlN陶瓷的致密度上升，力学性能和介电性能也随着变好。1650℃时，试样显气孔率较大，未烧结致密，试样的抗弯强度为160MPa，介电常数只有6.93。随着烧结温度升高至1700℃，试样显气孔率明显减小，在0.1%,以下，抗弯强度达到327MPa，介电常数为8.65。从1700℃升至1800℃，试样的气孔率略有下降，但变化不大，抗弯强度升至429MPa，介电常数略有增加，达到8.80。1800℃时，试样致密度最高，力学性能与介电性能也最好。

关键词：AlN陶瓷 烧结温度 介电性能 力学性能

Research on mechanical properties and dielectric properties and of hot pressing sintered AlN ceramics

ABSTRACT

Aluminum nitride is a covalent compound with high melting point and low self-diffusion coefficient,sintering densification is difficult by conventional means,it needs to be sintered at high temperature under atmospheric pressure.In order to overcome this problem, the hot pressing method has been widely studied.This paper focuses on the sintering properties,dielectric properties and mechanical properties of hot pressing AlN ceramic at different sintering temperature.

The results show that: as the temperature increases, AlN ceramics' density increases, mechanical properties and dielectric properties becomes better.1650 ℃, the sample porosity is large,no densification.Flexural strength of the sample was 160MPa. Permittivity is only 6.93.As the sintering temperature to 1700 ℃, the sample significantly reduced porosity,0.1% or less.Flexural strength is 327MPa. Permittivity is 8.65.Rose from 1800 ℃ 1700 ℃, the porosity of the sample decreased slightly, but not significantly. Flexural strength rose to 429MPa. Dielectric constant increased slightly to 8.80. 1800 ℃, the sample density is highest, mechanical properties and dielectric properties are as best as it.

Key Words: AlN ceramics;sintering temperature;dielectric properties; mechanical properties

目 录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 AlN陶瓷的基本特性 1

1.3 AlN陶瓷的力学性能 1

1.3.1 烧结助剂添加方式对AlN陶瓷力学性能的影响 1

1.3.2 致密度对AlN陶瓷力学性能的影响 3

1.3.3 钇铝酸盐第二相含量和分布对AIN陶瓷力学性能的影响 5

1.4 AlN陶瓷的介电性能 8

1.4.1 介电性能的频率特性 8

1.4.2 介电性能的温度特性 9

1.5 AlN陶瓷的应用 10

1.6 课题研究内容 13

第二章 实验原理与流程 14

2.1 实验原料 14

2.2 实验方法与理论依据 14

2.2.1 材料体积密度与显气孔率测试 14

2.2.2 材料力学性能测试 15

2.2.3 材料介电性能测试 16

2.3 实验流程 17

2.4 实验注意事项 17

第三章 实验结果与分析 19

3.1 烧结性能 19

3.2 物相及显微结构 19

3.3 力学性能 21

3.4介电性能 22

第四章 结论与展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 文献综述

1.1 前言

随着电子技术飞速发展，集成技术向高密度、高速化、多功能和大功率发展，导致集成块单位体积内所产生的热量大幅增加，因此对基片和封装材料的散热提出了越来越高的要求。氮化铝因具有高热导率、低介电常数、与Si相匹配的线膨胀系数、绝缘性以及良好的机械性能、成本低、无毒等优点，并且其综合性能优于氧化铝和氧化铍，作为一种综合性能优越的新型电子陶瓷逐渐发展为新一代集成电路封装的首选材料，在电子工业中的应用前景十分广阔。

1.2 AlN陶瓷的基本特性

氮化铝是Al-N二元系中唯一稳定化合物，属六方晶系中的纤锌矿结构，其原子间是以四面体配置的强共价键，故熔点高和热传导性好，是少数具有高导热率的非金属固体。其理论热导率可达320 W/(m·K)^[1]，高纯度的氮化铝陶瓷是无色透明的，但其性质易受化学纯度和密度影响，晶格中的缺陷、杂质等很容易造成声子散射而使热导率降低。

AlN陶瓷的综合性能，主要表现为以下几个方面^[2-6]:

(1)热导率高，是氧化铝陶瓷的5～10倍，与氧化铍陶瓷相当；

(2)热膨胀系数(4.3×10^-6/℃)与半导体硅材料((3.5～4.0)×10^-6/℃)匹配；

(3)机械性能好，高于BeO陶瓷，接近氧化铝；

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