高热导Si 3 N 4 基复合材料的制备与性能研究

发布时间：2023-08-06 08:17

　　伴随超大规模大功率集成电路的发展,器件的热耗散问题亟待解决,因而具有高强度与高热导率的陶瓷材料已成为理想的电子器件封装材料。由长棒状β-Si₃N₄晶粒形成的特殊互锁微观结构,可使氮化硅陶瓷呈现出高强韧性与高热导率,其理论热导率可高达200W·m^-1·K^-1,因而氮化硅作为电子封装的候选材料被广泛研究。迄今为止,提高氮化硅陶瓷热导率的主要方法为在超过1850℃的高温下长时间烧结,通过溶解-再沉淀机制获得纯净的大尺寸β-Si₃N₄晶粒。高热导率氮化硅的制备工艺复杂,超大尺寸β-Si₃N₄晶粒构成的较为粗大的微观结构不可避免地降低了氮化硅陶瓷的力学性能,此外采用放电等离子烧结(SPS)等快速烧结工艺方法制备氮化硅陶瓷材料,囿于低α→β相变率,导致了材料力学性能与热性能的降低。针对上述问题,本文从以下三方面开展了相关的研究工作:以混合稀土氧化物(CeO₂+Yb₂O_3<...

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【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 氮化硅陶瓷材料概述
        1.2.1 氮化硅晶体结构
        1.2.2 氮化硅α→β相变
    1.3 氮化硅陶瓷材料的液相烧结机制
        1.3.1 晶界相
        1.3.2 β-Si₃N₄晶粒生长机制
    1.4 氮化硅陶瓷材料快速烧结技术
        1.4.1 氮化硅SPS烧结机制
        1.4.2 导电第二相引入及作用机制
    1.5 本文主要研究内容
第2章 氮化硅基陶瓷复合材料的制备及试验方法
    2.1 氮化硅基复合材料的制备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 制备工艺
    2.2 试验方法
        2.2.1 微观结构与成分分析
        2.2.2 物理性能测试
第3章 氮化硅热压烧结制备与性能研究
    3.1 引言
    3.2 氮化硅烧结特性及微观组织
        3.2.1 液相形成温度
        3.2.2 相对密度
        3.2.3 晶界相组成
        3.2.4 晶粒生长
    3.3 氮化硅力学性能及热物理性能研究
        3.3.1 弯曲强度与硬度
        3.3.2 断裂韧性
        3.3.3 热扩散系数
    3.4 本章小结
第4章 SI₃N₄基复合材料的SPS制备与组织演变
    4.1 引言
    4.2 SI₃N₄基复合材料SPS烧结特性
        4.2.1 Cu对Si₃N₄致密化过程的影响
        4.2.2 Mo对Si₃N₄致密化过程的影响
    4.3 第二相对微观结构影响分析
        4.3.1 α→β相变与晶界相
        4.3.2 第二相与Si₃N₄晶粒微观形貌
    4.4 第二相对氮化硅性能的影响
        4.4.1 力学性能
        4.4.2 热扩散系数
    4.5 本章小结
第5章 SI₃N₄基复合材料的分段SPS制备与性能研究
    5.1 引言
    5.2 微结构影响因素
        5.2.1 二阶烧结
        5.2.2 多阶烧结
    5.3 晶粒生长与热传导性能
        5.3.1 原位生成MoSi₂对晶粒生长的促进机制
        5.3.2 热传导的影响因素
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3839390