本發(fā)明屬于氮化鋁陶瓷制造，具體來講，涉及一種兼具黑色和高熱導率的黑色高導熱氮化鋁陶瓷、以及其制備方法。

背景技術：

1、目前氮化鋁陶瓷多呈半透明狀，顏色為微黃或微灰。普通氮化鋁陶瓷多用在led封裝基板上，而少量高導熱氮化鋁陶瓷則用在激光熱沉領域。

2、黑色陶瓷目前主要為氧化鋁黑色陶瓷，應用于多層陶瓷電路、光電、數(shù)字集成電路、微波、光通信、晶振器件陶瓷外殼等領域，但黑色氧化鋁陶瓷由于熱導率低，在高功率、高密度器件及對吸熱避光有特殊要求的功率器件上無法滿足熱傳導需要。

3、目前雖然有關于高導熱氮化鋁陶瓷及黑色氮化鋁陶瓷的相關研究，但往往無法在氮化鋁陶瓷中兼顧高導熱和黑色的雙重性能。因此，一種兼具高導熱及黑色(黑度)特征的氮化鋁陶瓷既能滿足高熱傳導需要，又能在對光有特殊要求的領域得到應用。有必要針對黑色高導熱氮化鋁陶瓷的制備進行進一步的研究。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中針對氮化鋁陶瓷的改性僅針對高導熱或黑色的單一性能的問題，本發(fā)明的發(fā)明人在對氮化鋁陶瓷的長期研究的基礎上，發(fā)現(xiàn)二者無法兼顧的主要原因在于，黑色陶瓷的制備往往需要添加著色劑，但常規(guī)制備工藝下，著色劑會對導熱性產(chǎn)生不良影響，阻礙熱導率的提升；為此，通過對制備工藝的改進，提出了一種黑色高導熱氮化鋁陶瓷及其制備方法。該制備方法通過對氣氛燒結的精確控制，在保證氮化鋁陶瓷的高導熱的前提下還具備了黑度，實現(xiàn)了氮化鋁陶瓷在高導熱和黑色雙重性能上的改性。

2、本發(fā)明具體采用了下述技術方案：

3、一種黑色高導熱氮化鋁陶瓷，其由質(zhì)量比例為90～98:1～5:1～5的氮化鋁粉末、燒結助劑和著色助劑均勻混合并燒結而成，其具有不超過14％的反射率及180w/m·k以上的熱導率。

4、顯然，不超過14％的反射率保證了該氮化鋁陶瓷呈現(xiàn)明顯的黑色，屬黑色陶瓷范疇。

5、其中，作為原料的氮化鋁粉末一般采用氧含量不高于0.7％的aln粉體即可。而燒結前的氮化鋁粉末控制其氧含量不超過1.9％。

6、其中，燒結助劑選自y2o3、caf、cao、mgo、zno、sio2中至少兩種的混合。例如，可以是諸如y2o3與caf2、或y2o3與mgo等兩種的混合物，也可以是諸如y2o3與cao及mgo、或y2o3與zno及sio2等三種的混合物，此處不再一一贅述。

7、其中，著色助劑選自ceo2、mno2、moo2、moo3、fe2o3、fe3o4、cr2o3、nbo2、hfo2、dyo2、tio2、co3o4、gao2中的任意一種，或至少兩種的混合。例如，可以是單一的mno2、moo3等，也可以是諸如nbo2與mo2o3、或mno2與moo3等兩種的混合物，又可以是諸如tio2與cr2o3及ga2o3、或co3o4與cr2o3及nbo2等三種的混合物，此處不再一一贅述。

8、優(yōu)選地，黑色高導熱氮化鋁陶瓷還包括分散劑，比如可以選自油酸、鯡魚油、丙烯酸鹽、磷酸酯等中的一種。該分散劑的加入不影響最終氮化鋁陶瓷的導熱性和顯色性等。一般分散劑的添加量控制為氮化鋁粉末、燒結助劑和著色助劑總質(zhì)量的1％～5％即可，本領域技術人員根據(jù)現(xiàn)有技術中的一般記載實施即可。

9、本發(fā)明還提供了上述黑色高導熱氮化鋁陶瓷的制備方法，包括下述步驟：

10、s1、將燒結助劑、著色助劑、氮化鋁粉末、粘結劑及溶劑混合球磨，獲得流延漿料；

11、s2、將流延漿料進行真空脫泡，至粘度為5000m·pa·s～18000m·pa·s，再流延獲得坯片；

12、s3、將坯片在惰性氣體、或惰性-空氣混合氣體下升溫至300℃～600℃，并控制從升溫開始的過程至少10h進行排膠，獲得氧含量不超過1.9％的排膠片；

13、s4、將排膠片一次升溫至1400℃～1600℃，并在到達該溫度之前至少通入60min的惰性-還原混合氣體進行顯色反應，再以至少90min的時間二次升溫至1650℃～1950℃，最后保溫3h～100h，且保證二次升溫及保溫總時長不低于10h，完成燒結，獲得黑色高導熱氮化鋁陶瓷。

14、具體地，在步驟s1中，流延漿料是通過將復合膠體與燒結粉體混合并球磨而獲得的。

15、進一步地，燒結粉體的制備方法為：將燒結助劑、著色助劑、氮化鋁粉末及第一溶劑混合球磨，獲得燒結粉體。

16、更進一步地，氮化鋁粉末、燒結助劑和著色助劑的質(zhì)量比例為90～98:1～5:1～5，并將三者的混合物定義為陶瓷粉體。

17、一般地，控制陶瓷粉體、第一溶劑的質(zhì)量比例為1:0.4～0.8即可。

18、進一步地，復合膠體的制備方法為：將粘結劑與第二溶劑混合均勻，獲得復合膠體。

19、一般地，控制粘結劑和第二溶劑的質(zhì)量比例為1:3～7即可。

20、上述步驟s1中“溶劑”即包括第一溶劑和第二溶劑。

21、其中，在步驟s1的流延漿料的制備中，粘結劑與陶瓷粉體的質(zhì)量比為0.05～0.12:1。

22、其中，在步驟s3中，排膠的過程可以是采用較慢升溫速率下一步達到300℃～600℃的溫度(一步法)，或者是達到300℃～600℃的溫度后進行適度的保溫操作，又或者是采用較快的升溫速率分階段達到最終300℃～600℃的溫度且期間設置保溫段(多步-保溫平臺法)，又或者是上述一步法或多步-保溫平臺法與升溫后保溫的程序組合，以達到總的操作時間至少為10h且排膠片的氧含量控制在不超過1.9％的范圍以內(nèi)為準即可。

23、其中，在步驟s4中，顯色反應開始前、二次升溫過程及之后的保溫過程，均采用惰性氣體或惰性-還原混合氣體。二次升溫及之后的保溫過程，采用混合氣體時，可進一步利用其中的還原性氣體減少氧含量，從而提升熱導率。

24、上述惰性-還原混合氣體指惰性氣體與還原性氣體的混合氣體。

25、一般地，惰性氣體可以選自氮氣、氬氣、氦氣等常規(guī)惰性氣體，而還原性氣體可以選自氫氣或一氧化碳。

26、進一步地，在步驟s4中，顯色反應時通入的惰性-還原混合氣體中，還原性氣體的通入體積含量占該惰性-還原混合氣體的總通氣量的體積的4％～15％。

27、進一步地，在步驟s4中，一次升溫的過程可以是采用較慢升溫速率下達到1400℃～1600℃的溫度(一步法)，或者是達到1400℃～1600℃的溫度后進行適度的保溫操作，又或者是采用較快的升溫速率分階段達到最終1400℃～1600℃的溫度且期間設置保溫段(多步-保溫平臺法)，又或者是上述一步法或多步-保溫平臺法與升溫后保溫的程序組合。

28、進一步地，在步驟s4中，二次升溫的過程可以是采用較慢升溫速率下一步達到1650℃～1950℃的溫度(一步法)，或者是采用較快的升溫速率分階段達到最終1650℃～1950℃的溫度且期間設置保溫段(多步-保溫平臺法)，以達到總的二次升溫時間至少為60min即可。

29、一般地，在燒結粉體的制備過程中來加入部分上述分散劑，以使各粉體類材料分散的更為均勻。

30、一般地，在復合膠體的制備過程中，還可以加入部分塑化劑，比如可以選自dop和/或dbp。該塑化劑的加入也不影響最終氮化鋁陶瓷的導熱性和顯色性等。一般塑化劑的添加量控制為粘結劑質(zhì)量的0.5～1.2倍即可，本領域技術人員根據(jù)現(xiàn)有技術中的一般記載實施即可。

31、其中，粘結劑選自聚乙烯醇縮丁醛和/或聚丙烯酸樹脂。

32、其中，第一溶劑和第二溶劑均選自二甲苯、甲苯、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、丙酮、乙酸乙酯、甲基乙基酮、三氯乙烷、環(huán)己酮中的任意一種，或至少兩種的混合。例如，可以是單一的甲苯、丙酮、乙醇、異丙醇等，也可以是諸如甲苯與異丙醇、或丁酮與乙醇、或乙酸乙酯與乙醇等兩種的混合溶劑，此處不再一一贅述。

33、當?shù)谝蝗軇┖偷诙軇┎捎脙煞N溶劑的混合時，兩種溶劑的配比不受限制，如可以采用2:3、3:2、3:4等。

34、本發(fā)明提供的上述黑色高導熱氮化鋁陶瓷及其制備方法，在著色助劑為氮化鋁提供黑色改性的基礎上，通過對排膠程度(排膠片中的氧含量)、燒結過程中的多階段溫度終點、以及排膠和燒結過程中不同氣氛的精確控制，阻礙了著色助劑對熱導率提升產(chǎn)生的不良影響，保證了獲得的氮化鋁陶瓷兼具黑色(反射率不超過14％)和180w/m·k以上的高熱導率。

35、具體地，其一，通過對排膠處理中的氣氛控制，控制了排膠過程后氮化鋁中氧含量的增加，減少后續(xù)燒結過程中氮化鋁第二相的占比，保證了氮化鋁陶瓷的熱導率更高；其二，通過燒結過程中的分階段升溫和燒結氣氛的控制，預先進行著色助劑的摻雜反應和著色元素的價位調(diào)控，并通過不同燒結氣氛和時間的調(diào)控，在氮化鋁高溫晶粒生長過程中，降低氮化鋁晶格氧雜質(zhì)含量，促進晶粒生長，提高陶瓷熱導率。