氮化硼微带强化增韧氧化铝复合陶瓷具有优异的机械性能介电性能和导热性能

发布时间：2024-07-22 16:57:28 栏目：精选知识

导读 近年来，集成器件的高度复杂化使得热积累变得日益重要，对基板和封装材料的散热要求也越来越高。本研究采用放电等离子烧结(SPS)制备氮化硼

近年来，集成器件的高度复杂化使得热积累变得日益重要，对基板和封装材料的散热要求也越来越高。本研究采用放电等离子烧结(SPS)制备氮化硼微带(BNMR)/Al 2 O 3复合陶瓷。本研究考察了增韧相BNMR的量对BNMR/Al 2 O 3复合陶瓷的密度、力学性能、介电常数和热导率的影响，同时探索了制备的陶瓷增韧和热导率提高的机制。



桂林理工大学材料科学家王吉林团队采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了氮化硼微带(BNMR)/Al 2 O 3复合陶瓷。在烧结过程中，柔韧的BNMR在高温高压下不断被Al 2 O 3晶粒挤压变形，随后均匀包裹Al 2 O 3晶粒。分布在Al 2 O 3晶界之间的BNMR降低了原子扩散系数，抑制了Al 2 O 3晶粒潜在的异常生长。在此过程中，不仅形成了特殊的核壳结构，而且构建了良好的BN导热通路，更好地促进了热量的快速传导。

该团队于 2024 年 4 月 30 日在《先进陶瓷杂志》 上发表了他们的评论。

“在这项工作中，我们制备了BNMR/Al2O3复合陶瓷，在烧结过程中，柔韧的BNMR在高温高压下不断被Al2O3晶粒挤压变形，不仅形成了特殊的导热途径，提高了复合材料的导热系数，而且还提高了Al2O3陶瓷的力学性能。 ”这篇新论文的第一作者、桂林理工大学材料科学与工程学院副研究员王吉林说。

由3～4 um Al 2 O 3和1～2 um BNMRs粉体组成的BNMRs/Al 2 O 3复相陶瓷表现出良好的综合性能，当BNMRs含量为5 wt%时，复相陶瓷的相对密度、硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为99.95%±0.025%、34.11±1.5 Gpa、5.42±0.21 MPa·m 1/2和375±2.5 MPa，热导率和介电常数分别为6.18±0.02和15.89±0.13 W/(m·K)，与纯Al 2 O 3陶瓷相比，断裂韧性、抗弯强度和热导率分别提高了35%、25%和45.6%。

该研究结果有望为提高高热导率氧化铝基陶瓷基板的整体性能提供新的实验和理论参考。

下一步工作计划通过引入多相粒子、晶须或纤维等方法，进一步提高氧化铝Al 2 O 3基复合陶瓷封装基片的综合性能，满足最新电子信息技术发展的需要。

其他贡献者包括来自中国桂林理工大学的卢东平、宣伟平、季玉春、李少飞、李文彪、唐诗林、郑国元和通讯作者龙飞教授;以及来自香港理工大学土木及环境工程系的陈瑞琪。

该研究得到国家自然科学基金(No.52262010)、广西自然科学基金(No.2023GXNSFAA026384)和桂林市科学研究与技术发展计划(No.2020011203-3)的资助。