导　　师： 黄荣厦;邱伟强

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 氮化硅(Si3N4)陶瓷因具有优异的力学性能,良好的热导率和耐热冲击性,逐渐成为宽禁带大功率半导体器件首选的基板材料.由于高纯 Si3N4 粉体成本较高,为降低成本,硅(Si)粉流延制备Si3N4陶瓷基板的方法成为近年研究的热点.然而, Si粉在氮化过程中出现的'熔硅'现象将导致大尺寸薄片基板的变形与开裂,从而降低Si3N4基板的性能与良品率.因此,结合 Si粉与Si3N4粉(作为氮化稀释剂),利用Si粉原位氮化,有望成为从成本和性能上改善现有 Si3N4基板制备方法的有效途径.基于此,本文研究原料粉中 Si∶Si3N4的配比及烧结助剂的含量对 Si3N4陶瓷及基板的致密度、显微结构和力学性能的影响规律,以获得高性能 Si3N4 陶瓷及基板的制备方法.　　首先,在Si3N4粉中添加0mol%至100 mol%的Si粉,以ZrO2+Gd2O3+MgO为烧结添加剂(其中 ZrO2为氮化催化剂),经混合、干燥、干压成型后进行氮化及烧结,研究Si粉含量对 Si3N4陶瓷性能的影响.结果表明,经反应结合重烧结后, Si粉全部转化为Si3N4,α-Si3N4全部转化为β-Si3N4相;除添加100 mol%Si粉的样品外,随Si含量的增加,Si3N4陶瓷的密度从3.39 g/cm3下降到2.92 g/cm3,但热扩散系数变化较小.当原料中Si粉的含量为25 mol%时,Si3N4陶瓷的性能最佳,四点抗弯强度为 924 ± 54 MPa ,断裂韧性为 10.3 ± 1.2 MPa·m1/2 ,热导率为 60 W·m-1·K-1.　　除Si粉含量以外,烧结助剂的含量对Si3N4陶瓷的性能也有重要影响.因此,基于25mol% Si粉配比,研究6wt%、8wt%、10wt%和12wt%的烧结助剂含量对Si3N4块体性能的影响.结果表明,当烧结助剂含量不超过10 wt% 时,Si3N4陶瓷的密度与β-Si3N4晶粒的长径比随烧结助剂含量的增加而变大,四点抗弯强度与热导率也逐渐增大.然而,当烧结助剂含量从10 wt% 增加到12 wt%时,Si3N4陶瓷的致密度、四点抗弯强度及热导率降低,β-Si3N4晶粒的直径变大、长径比变小.添加10 wt% 烧结助剂�

关 键 词： 氮化硅陶瓷 反应结合重烧结氮化硅 流延成型 烧结助剂

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