中國粉體網(wǎng) 電子電力器件在高速鐵路、新能源汽車、航空航天、太陽能及風力發(fā)電等領域應用廣泛。近年來，電子電力器件朝大功率、高密度、集成化等方向發(fā)展，對器件中陶瓷散熱基板提出更高要求。目前，常用的氧化鋁基板熱導率低、氮化鋁基板可靠性差，限制其在高端功率半導體器件中的應用。氮化硅陶瓷基板具有高強度、高韌性、高絕緣、高熱導率、高可靠性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，是一種具有綜合性能的基板材料，應用前景廣闊。
中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員曾宇平團隊對高性能氮化硅陶瓷材料開展研究。針對α-Si3N4原料粉體表面氧含量高，提出碳熱還原、硅熱還原、金屬熱還原等方法消耗或轉(zhuǎn)化表面氧；開發(fā)出金屬氫化物、硅化物、硼化物等新型非氧化物助劑以替代傳統(tǒng)氧化物燒結助劑；利用“溶解-析出”機制，通過調(diào)節(jié)液相組分，實現(xiàn)對氮化硅陶瓷顯微結構、晶界相組成、晶格氧含量的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，表面氧的移除及非氧化物助劑的使用有利于形成“缺氧-富氮”液相。液相中高N/O比有利于α→β相變和晶粒生長；低SiO2活度阻礙晶格氧的形成，從而實現(xiàn)熱學-力學性能的同步改善。制備出的氮化硅陶瓷，其熱導率經(jīng)第三方檢測最優(yōu)可達136.9 W/（m·K）。該研究為高導熱氮化硅陶瓷液相燒結過程中晶界相、晶格氧調(diào)控提供設計思路。
上海硅酸鹽所2016級直博生王為得為論文第一作者，研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中科院科技服務網(wǎng)絡計劃（STS計劃）、中科院重點部署和上海市科學技術委員會科研計劃項目等的資助。
通過液相組分的調(diào)控，實現(xiàn)陶瓷性能的調(diào)控機理示意圖
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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