影响Si3N4氮化硅陶瓷导热率的因素有哪些
Si3N4氮化硅陶瓷材料是一种极具潜力的高导热材料。而影响Si3N4氮化硅陶瓷热导率的因素主要有：晶格排布和体相氧、物相组成、晶界相含量、陶瓷气孔及密度及其他杂质缺陷等。
①原料粉体选择
原料粉体的粒度、纯度、物相是影响高导热氮化硅陶瓷学性能、热导率的关键因素。内部杂质和晶格缺陷都会阻碍氮化硅陶瓷热导率的提升。要选择高纯度高的氮化硅原料，尤其避免引入氧（O）、铝（Al）元素。原因是，O元素可以形成晶格氧的晶格缺陷造成声子的剧烈散射，Al元素固溶于Si3N4，将Si替换，形成低热导率的Sialon相。此外，原料粉体形貌也十分重要，小初始粒径、大比表面积、具备“自形”晶的粉体具有良好的烧结活性，易制备出高致密度的成品。
②烧结助剂的影响
氮化硅的强共价键使得其很难通过固相扩散达到烧结致密的目的，需要加入一定的添加剂。但烧结助剂存在也会对氮化硅陶瓷材料的热导率造成不利影响，因此选用的烧结助剂应符合：活性好，含量尽可能的减少，降低形成的晶界相，不影响氮化硅陶瓷的致密度；在烧结过程中形成液较低相粘度，有利于氮化硅的相变以及晶粒的长大；形成的晶界相易于晶化，并形成高导热晶相。
氮化硅陶瓷轴承氧化物三氧化二钇（Y2O3）—MgO是制备是高导热氮化硅材料应用比较广泛的烧结助剂。在选择原料粉体时要尽量避免O元素的引入，烧结助剂的选择也遵从这一原则，可以减少晶界玻璃相、净化氮化硅晶格提高热导率及高温力学性能。因此，作为非氧化物烧结助剂的代表，氮化硅镁（MgSiN2）、氟化钇（YF3）等成为了制备高导热氮化硅陶瓷的常用助剂。
③成型方法的影响
为了制备具有各向异性的陶瓷材料，可以通过成型方法调控晶粒的排列和生长进行，保证晶粒在一维或二维方向上能够产生较好的定向效果。氮化硅陶瓷具有各向异性，Si?N?晶粒排列也呈现取向性，不同方向热导率也不相同，并且在特定方向上具有较高的热导率。目前流延、轧膜、浇注和注射成型等高导热氮化硅基板的成型方法中，流延成型被公认为最适合于工程化制备技术。
④烧结方法的影响
制备高导热Si3N4氮化硅陶瓷材料的制备方法主要烧结方法主要有热等静压烧结(HIP)、热压烧结(HPS)、反应烧结重烧结(SRBSN)和气压压力烧结(GPS)。气压压力烧结、热压烧结和反应烧结重烧结是目前制备高导热Si3N4氮化硅陶瓷材料使用较多的烧结工艺。工程化制备主要采用气氛压力烧结和反应烧结重烧结烧结2种方法，分别针对以Si3N4氮化硅粉体和硅粉为原料。Si3N4氮化硅陶瓷的导热率的提高通常认为是与晶粒增大有关，因此通常选择高的烧结温度和长时间的保温环境促进晶粒生长。高温可以使α—Si3N4氮化硅溶解沉淀向β—Si3N4氮化硅发生相变，新生成的β—Si3N4氮化硅晶粒晶格缺陷浓度较低，可以减少声子的散射，从而可以提升热导率。
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