一種高導(dǎo)熱陶瓷材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高導(dǎo)熱陶瓷領(lǐng)域，具體的說是涉及一種高導(dǎo)熱陶瓷材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明日益普及，LED燈具的光效也逐年提升。近年來(lái)，LED照明在室內(nèi)照明、商用照明、路燈、景觀照明等得到廣泛應(yīng)用。相比傳統(tǒng)照明如白熾燈、日光燈等，LED照明具有光效高、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。然而，由于各種原因，目前LED的光效離其理論值還有明顯差距，導(dǎo)致其在點(diǎn)亮?xí)r有大量的電能轉(zhuǎn)化成熱能。如果這些大量的熱量不能及時(shí)有效的散去，就會(huì)影響到LED燈具的壽命?；宀牧蠈?duì)LED燈具散熱具有重要影響。目前主流用的基板材料是鋁基板。這種基板具有良好的熱導(dǎo)率。然而與此同時(shí)，鋁受熱易膨脹，從而可能導(dǎo)致用于實(shí)現(xiàn)LED電連通的金線脫落，從而影響到LED燈具的壽命，特別是大功率的LED燈具。
[0003]為避免基板材料受熱膨脹導(dǎo)致的金線脫落，人們?cè)诖蠊β蔐ED中采用陶瓷基板如氧化鋁、氮化鋁等陶瓷。相對(duì)金屬鋁，陶瓷材料膨脹系數(shù)小。然而，氧化鋁陶瓷的導(dǎo)熱性能差，不利于LED芯片的散熱，同樣會(huì)嚴(yán)重影響LED燈具的壽命。而氮化鋁陶瓷雖具有很高的熱導(dǎo)率，然而其成本高昂，不適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，特別是目前LED產(chǎn)品以價(jià)格為導(dǎo)向的市場(chǎng)。因此，一種能夠平衡導(dǎo)熱較高、膨脹系數(shù)較小而成本低昂的基板材料是目前LED照明產(chǎn)品，特別是大功率產(chǎn)品所急需的。氧化鋁和氮化鋁的復(fù)合陶瓷材料具有良好的熱導(dǎo)率。然而，制備這種復(fù)合材料需要高純度的氧化鋁和氮化鋁粉體，特別是高純氮化鋁粉體，不僅價(jià)格昂貴，還需進(jìn)口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了用一種較低成本的方式解決LED照明用基板材料膨脹系數(shù)大或熱導(dǎo)率低的問題，提供一種成本合理而具有較好的熱導(dǎo)率和較低的熱膨脹系數(shù)的作為基板材料的高導(dǎo)熱陶瓷材料及其制造方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種高導(dǎo)熱陶瓷材料，由氧化鋁和氮化鋁的混合粉體成型后燒結(jié)而成。
[0007]其中，所述的氧化招粉體顆粒粒徑為100nm-500nm，最好是100nm-500nm。
[0008]其中，所述的碳粉粉體顆粒粒徑為50nm-200nm，最好是50nm-100nm。
[0009]其中，所述的氧化鋁和碳粉混合粉體是通過將上述的氧化鋁和碳粉按一定比例混合而成。在所述的混合粉體中碳粉的質(zhì)量百分比為為4% -6%，最好是5% -6%。
[0010]其中，所述的混合粉體的碳化氧化是在流動(dòng)的高純氮?dú)庵?，?100°C -1500°C保溫4-6小時(shí)后，得到含有余碳的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。
[0011 ] 其中，所述的含有余碳的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體在空氣中加熱至500°C _700°C并保溫3-5小時(shí)，得到不含碳的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于提供一種高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法，包括將氧化鋁和氮化鋁的混合粉體成型后的素胚置于高溫爐中，在保護(hù)氣氛下保溫預(yù)定時(shí)間燒結(jié)而成，所述的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體由納米氧化鋁粉體和碳粉混合后碳化氧化而成。
[0013]其中，將不含碳的氧化鋁和氮化鋁混合成型方式為干壓成型、等靜壓成型、澆注成型中的一種。
[0014]其中，保護(hù)氣氛下的所述保溫溫度為1000-1500°C。燒結(jié)完成后自然冷卻。所述的保護(hù)氣氛為氮?dú)饣蚨栊詺怏w，最好是氮?dú)狻?br>[0015]其中，保護(hù)氣氛下的所述保溫溫度為1000-1500°C，最好是1300_1500°C。
[0016]其中，保溫的所述預(yù)定時(shí)間為4-20小時(shí)，最好是5-10小時(shí)。
[0017]本發(fā)明所述的方法簡(jiǎn)易，原料易得，工藝成本低。用該方法制備出的氧化鋁-氮化鋁復(fù)合陶瓷具有高于30W/(m.K)的熱導(dǎo)率，高于純氧化鋁陶瓷。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]將粒徑為lOOnm的氧化鋁粉體與粒徑為lOOnm的碳混合均勻，其中碳粉的質(zhì)量百分比為4%。將所得到的混合粉體在流動(dòng)氮?dú)庵性?200°C保溫4小時(shí)，得含有余碳的氧化鋁和氮化鋁混合粉體。將此混合粉體在500°C的空氣中保溫5小時(shí)，得氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。將此混合粉體干壓成型，得素胚。將素胚至于氮?dú)獗Ｗo(hù)的高溫爐中，在1200°C燒結(jié)6小時(shí)后，自然冷卻，得最終的樣品。經(jīng)測(cè)，該樣品得熱導(dǎo)率為40W/(m.K)。
[0021]實(shí)施例2
[0022]將粒徑為200nm的氧化鋁粉體與粒徑為lOOnm的碳混合均勻，其中碳粉的質(zhì)量百分比為5%。將所得到的混合粉體在流動(dòng)氮?dú)庵性?100°C保溫6小時(shí)，得含有余碳的氧化鋁和氮化鋁混合粉體。將此混合粉體在550°C的空氣中保溫4小時(shí)，得氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。將此混合粉體干壓成型，得素胚。將素胚至于氮?dú)獗Ｗo(hù)的高溫爐中，在1300°C燒結(jié)5小時(shí)后，自然冷卻，得最終的樣品。經(jīng)測(cè)，該樣品得熱導(dǎo)率為42.3ff/(m.K)。
[0023]實(shí)施例3
[0024]將粒徑為300nm的氧化鋁粉體與粒徑為lOOnm的碳混合均勻，其中碳粉的質(zhì)量百分比為6%。將所得到的混合粉體在流動(dòng)氮?dú)庵性?300°C保溫4小時(shí)，得含有余碳的氧化鋁和氮化鋁混合粉體。將此混合粉體在60°C的空氣中保溫4小時(shí)，得氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。將此混合粉體等靜壓成型，得素胚。將素胚至于氮?dú)獗Ｗo(hù)的高溫爐中，在1300°C燒結(jié)6小時(shí)后，自然冷卻，得最終的樣品。經(jīng)測(cè)，該樣品得熱導(dǎo)率為45.lff/(m.K)。
[0025]以上所述僅是本申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高導(dǎo)熱陶瓷材料，其特征在于，由氧化鋁和氮化鋁的混合粉體成型后燒結(jié)而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料，其特征在于，所述的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體由納米氧化鋁粉體和碳粉混合后碳化氧化而成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料，其特征在于，所述碳粉的質(zhì)量百分比為4% -6%。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料，其特征在于，所述碳粉的質(zhì)量百分比為5% -6%。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料，其特征在于，所述碳化氧化的條件包括在流動(dòng)氮?dú)庵性?100°C -1500°c保溫4-6小時(shí)，得到含有余碳的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料，其特征在于，所述的含有余碳的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體在空氣中加熱至500°C _700°C并保溫3-5小時(shí)，得到不含碳的所述的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體。7.一種高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法，其特征在于，包括將氧化鋁和氮化鋁的混合粉體成型后的素胚置于高溫爐中，在保護(hù)氣氛下保溫預(yù)定時(shí)間燒結(jié)而成，所述的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體由納米氧化鋁粉體和碳粉混合后碳化氧化而成。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法，其特征在于，所述的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體的成型方式為干壓成型、等靜壓成型、澆注成型中的一種。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法，其特征在于，保護(hù)氣氛下的所述保溫溫度為1000-1500°C。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法，其特征在于，保溫的所述預(yù)定時(shí)間為4-20小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)熱陶瓷材料，由氧化鋁和氮化鋁的混合粉體成型后燒結(jié)而成。本發(fā)明還公開了一種高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法，包括將氧化鋁和氮化鋁的混合粉體成型后的素胚置于高溫爐中，在保護(hù)氣氛下保溫預(yù)定時(shí)間燒結(jié)而成，所述的氧化鋁和氮化鋁的混合粉體由納米氧化鋁粉體和碳粉混合后碳化氧化而成。本發(fā)明高導(dǎo)熱陶瓷材料的制造方法簡(jiǎn)易，原料易得，工藝成本低。用該方法制備出的氧化鋁-氮化鋁復(fù)合陶瓷具有高于30W/(m·K)的熱導(dǎo)率，高于純氧化鋁陶瓷。
【IPC分類】C04B35/10, C04B35/622, C04B35/582
【公開號(hào)】CN105294079
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510703831
【發(fā)明人】張甘霖
【申請(qǐng)人】西寧科進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日