氮化硅粉體特性對(duì)氮化硅陶瓷基板制備工藝及其性能的影響.pdf

1、氮化硅具有高熱導(dǎo)率、低熱阻、高抗彎強(qiáng)度、高斷裂韌性、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等一系列優(yōu)異的物理特性，因此，其正逐漸成為寬禁帶大功率半導(dǎo)體器件首選的基板材料。對(duì)于高性能氮化硅陶瓷而言，粉體的特性對(duì)其成型工藝、燒結(jié)工藝及最后的性能都有著重大的影響。本文針對(duì)性地選取了二酰亞胺合成法制備的氮化硅粉體（UBE，E-10，簡(jiǎn)稱USN粉體）和硅粉直接氮化法制備的氮化硅粉體(VES TAS i，P95H，簡(jiǎn)稱VSN)作為原料，依據(jù)表面化學(xué)性質(zhì)、粉體形貌、

2、粉體粒度分布及成本等方面的區(qū)別，研究了其對(duì)氮化硅基板制備工藝和性能的影響。
　　首先,研究蓖麻油（簡(jiǎn)稱CO）和三油酸甘油酯（簡(jiǎn)稱GTO）分別與氮化硅粉體（VSN粉體-與USN粉體）的相互作用及分散效果，傅里葉變換紅外光譜研究結(jié)果表明CO和GTO在氮化硅粉體上的吸附作用略有差異，但兩種分散劑均能有效的吸附在氮化硅粉體上。沉降實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，從分散劑的角度而言，CO的加入更有利于兩種氮化硅粉體的有效分散，且最佳添加量為5wt％，從粉

3、體的角度而言，CO對(duì)于USN粉體的分散作用更明顯。
　　其次，研究USN和 VSN粉體比例對(duì)流延漿料的流變特性、并采用合適的流延成型工藝，制備出系列化且具有一定強(qiáng)度和韌性的氮化硅流延生坯，研究粉體比例對(duì)流延生坯的力學(xué)性能，顯微組織及排膠工藝的影響。研究結(jié)果表明，經(jīng)過兩次球磨處理后的氮化硅流延漿料初始粘度及氮化硅生坯的抗拉強(qiáng)度隨著USN粉體含量的降低而逐漸升高。通過對(duì)氮化硅流延生坯DSC的分析，制定了適合于該氮化硅有機(jī)體系的排膠工藝

4、；獲得表面平整、無裂紋、邊緣無翹曲的氮化硅素坯。
　　最后，研究VSN和 USN粉體比例的變化與燒結(jié)工藝對(duì)氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響，分別采用熱壓燒結(jié)方式和氣壓燒結(jié)方式制備氮化硅陶瓷，并且采用低成本的常壓燒結(jié)工藝制備氮化硅陶瓷基板。研究結(jié)果表明，采用熱壓燒結(jié)和氣壓燒結(jié)，均可獲得致密度高于98%的陶瓷樣品；當(dāng)原料含有VSN粉體時(shí)，由于VSN粉體的氧含量較高，在樣品中可檢測(cè)到 Gd4.67Si3O13和 Mg2SiO4等雜相，并且，雜