一种氮化硅陶瓷基片及其制备方法和应用与流程

本发明涉及无机材料，具体而言，涉及一种氮化硅陶瓷基片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氮化硅（si3n4）陶瓷因其优异的热导率、机械强度和抗热震性能，被广泛应用于新能源汽车、轨道交通、航空航天等领域的功率半导体模块。随着新能源汽车向高功率密度、高可靠性方向发展，对氮化硅陶瓷基板的性能要求和成本控制提出了更高挑战。在氮化硅基板的制备中，采用硅粉部分替代氮化硅粉作为原料，是一种具有潜力的技术路线；此掺杂硅粉至少具有以下优势：一成本低廉，硅粉价格远低于高纯氮化硅粉，可显著降低原料成本；二氧含量低，可减少体系中的氧引入，有助于提升热导率；三反应烧结特性，硅粉在氮化过程中生成si3n4，伴随体积膨胀，可填充孔隙，提高致密度。

2、然而，将si粉与si3n4粉混合后进行流延成型，面临以下关键技术难题：一是密度差异导致的沉降分层，si粉密度（2.33g/cm3）与si3n4粉密度（3.18g/cm3）差异显著，在浆料中易产生沉降分层，导致生坯成分分布不均；二是表面特性差异导致的分散困难，si粉表面疏水，而si3n4粉表面因存在sio2层而呈亲水性，两者在溶剂中的分散行为差异大，难以实现均匀共分散。现有专利（cn118754679a）公开了一种掺杂硅粉的氮化硅陶瓷基片的制备方法，但未针对si3n4粉/si粉双相体系的浆料稳定性问题提出具体解决方案。

3、因此，开发一种针对si3n4粉/si粉双相体系的复合分散剂组合以及分步工艺，以实现浆料的高均匀性和长期稳定性，将成为本领域亟待解决的技术问题。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种氮化硅陶瓷基片的制备方法，旨在解决现有技术中si粉与si3n4粉因密度和表面特性差异导致的浆料沉降分层、分散不均等问题。

2、本发明的第二目的在于提供一种氮化硅陶瓷基片。

3、本发明的第三目的在于提供一种所述的氮化硅陶瓷基片的应用。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种氮化硅陶瓷基片的制备方法，包括如下步骤：

6、s1通过冷凝回流和搅拌加热进行溶解制备，分别得到离子型分散剂溶液和非离子型分散剂溶液；

7、s2将所述离子型分散剂溶液和氮化硅粉进行第一球磨混合，将所述非离子型分散剂溶液和硅粉进行第二球磨混合，分别得到第一球磨浆料和第二球磨浆料；将所述第一球磨浆料和所述第二球磨浆料进行第三球磨混合，得到第三球磨浆料；

8、s3将所述第三球磨浆料依次进行脱泡、涂布、干燥、裁片、叠层和静压，得到氮化硅生坯；

9、s4将所述氮化硅生坯排胶后，在氮气氛围下烧结并得到氮化硅陶瓷基片。

10、在一实施方式中，所述离子型分散剂溶液中的离子型分散剂包括磷酸三乙酯、脂肪族磷酸酯、byk-142、磷酸酯铵盐、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种。

11、在一实施方式中，所述非离子型分散剂溶液中的非离子型分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸铵、solsperse系列、byk-103、蓖麻油中的至少一种。

12、在一实施方式中，所述氮化硅粉和所述硅粉的质量比为60~90：10~40。

13、在一实施方式中，所述离子型分散剂溶液中的离子型分散剂与所述氮化硅粉的质量比为1%~4%，所述非离子型分散剂溶液中的非离子型分散剂与所述硅粉的质量比为1%~4%。

14、在一实施方式中，所述第一球磨包括：

15、将所述氮化硅粉、所述离子型分散剂溶液、烧结助剂以及溶剂加入至球磨罐，球料比控制在3~4：1，转速为200rpm~300rpm，球磨时长为4h~8h。

16、在一实施方式中，所述第二球磨包括：

17、将所述硅粉、所述非离子型分散剂溶液、烧结助剂以及溶剂加入至球磨罐，球料比控制在2~3：1，转速为150rpm~200rpm，球磨时长为2h~4h。

18、在一实施方式中，所述第三球磨包括：

19、将所述第一球磨浆料、所述第二球磨浆料、粘结剂和增塑剂加入至球磨罐，球料比控制在2.5~3.5：1，转速为200rpm~250rpm，球磨时长为6h~10h。

20、在一实施方式中，所述涂布通过流延法进行，流延刮刀高度为0.2mm~0.7mm，流延速度为0.1m/min~0.5m/min。

21、一种氮化硅陶瓷基片，采用包括如所述的制备方法制得。

22、所述的氮化硅陶瓷基片在新能源汽车、轨道交通或航空航天方面的用途。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、（1）降低成本：以硅粉部分替代氮化硅粉，原料成本降低，同时保持了优异的综合性能，适用于新能源汽车等对成本和性能双重敏感的应用场景；

25、（2）浆料均匀性提升：通过复合分散剂和分步球磨的协同作用，si粉和si3n4粉在浆料中实现均匀共分散；

26、（3）氮化硅生坯成分一致性高：si粉在生坯中分布均匀，避免了因成分不均导致的烧结收缩不一致和基板翘曲问题；

27、（4）烧结性能优异：从原料上降低了粉体的氧含量，减少了晶格缺陷及声子散射，提高热导率。

1.一种氮化硅陶瓷基片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子型分散剂溶液中的离子型分散剂包括磷酸三乙酯、脂肪族磷酸酯、byk-142、磷酸酯铵盐、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化硅粉和所述硅粉的质量比为60~90：10~40。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子型分散剂溶液中的离子型分散剂与所述氮化硅粉的质量比为1%~4%，所述非离子型分散剂溶液中的非离子型分散剂与所述硅粉的质量比为1%~4%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一球磨包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二球磨包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三球磨包括：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂布通过流延法进行，流延刮刀高度为0.2mm~0.7mm，流延速度为0.1m/min~0.5m/min。

9.一种氮化硅陶瓷基片，其特征在于，采用包括如权利要求1~8任一项所述的制备方法制得。

10.如权利要求9所述的氮化硅陶瓷基片在新能源汽车、轨道交通或航空航天方面的用途。