中國粉體網(wǎng)訊  如今很多領(lǐng)域都看中了陶瓷材料的導熱性能，例如在集成電路，各類電子設(shè)備不斷向微型化、輕型化、高集成度、高可靠性方向發(fā)展，器件工作時會產(chǎn)生更多的熱量，陶瓷基板以及各種陶瓷填料便承擔了重要的散熱作用。

在這種情況下，我們當然希望陶瓷的導熱性能越高越好。但在實際生產(chǎn)中，陶瓷的熱導率受很多因素影響，只有搞清楚這些影響因素然后在實際生產(chǎn)中予以避免才能達到我們對產(chǎn)品的期望。

熱導率影響因素

影響陶瓷熱導率的因素主要有晶格中雜質(zhì)元素的含量，特別是氧元素的含量、燒結(jié)體的致密度以及顯微結(jié)構(gòu)。

雜質(zhì)    

氧雜質(zhì)是影響AlN陶瓷、Si₃N₄陶瓷熱導率的主要因素。例如AlN與氧有很強的親和性，在晶格內(nèi)容易形成空位、八面體、多型體和堆垛層錯等與氧有關(guān)的缺陷，這些缺陷對聲子的散射大大降低了陶瓷的熱導率。

除外，其它雜質(zhì)如Fe、Si、Mg及SiO₂等的存在也會降低陶瓷的熱導率。

AlN陶瓷熱導率與氧含量的關(guān)系圖

致密度

高致密度是陶瓷燒結(jié)體獲得高熱導率的前提。如果燒結(jié)體不致密，存在的大量氣孔會散射聲子，進而降低熱導率。一般認為，陶瓷的熱導率隨著其致密度的提高而提高。當然這種關(guān)系也不是線性的，因為陶瓷晶格中的氧含量對其熱導率有著決定性的影響。另一方面，隨著致密度的提高，機械性能也會得到改善。因此，為了得到高性能的陶瓷，提高其致密度是首要的任務。 

顯微結(jié)構(gòu)

一般而言，陶瓷燒結(jié)體主要由主晶相、第二相（晶界相）以及氣孔等組成，而陶瓷熱導率與各相顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。除因氧等雜質(zhì)的引入而造成的晶格缺陷和氣孔等對熱導率損害較大外，第二相的存在也有重要影響，其中第二相的分布狀態(tài)對熱導率影響尤為重要。

如何解決熱導率低的問題？

上面我們分析了影響熱導率的主要因素，接下來對癥下藥即可。

首先，既然雜質(zhì)對陶瓷的熱導率影響很大，在原材料選擇上就需要我們選擇雜質(zhì)含量低、粒徑分布窄、活性高的陶瓷粉體。

然后就是盡可能的提高陶瓷的致密度。提高陶瓷的致密度有很多方法，一般在實際生產(chǎn)中有如下三點：

（1）選用超細的原料粉末；

（2）加入適宜的燒結(jié)助劑；   

（3）采用合適的的燒結(jié)工藝。

采用超細的原料粉末就不用說了。

加入燒結(jié)助劑可以在高溫下形成液相，這可以有效降低樣品的燒制溫度并增加密度。加入燒結(jié)助劑還有一個好處：可以去除晶格氧，削弱晶間相，這樣也在一定程度上解決晶格氧對陶瓷導熱率的影響。

燒結(jié)工藝主要包括2點：燒結(jié)溫度和燒結(jié)方法。提高燒結(jié)溫度也能實現(xiàn)陶瓷粉的液相燒結(jié)，促進致密化，但這無疑會增加能耗，與綠色生產(chǎn)觀念不符。而不同的燒結(jié)工藝，對陶瓷燒結(jié)體的熱導率影響很大。

常壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)是現(xiàn)階段主要采用的兩種燒結(jié)工藝，常壓燒結(jié)是陶瓷燒結(jié)中最常用的方法。一般來講，常壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度較高，除氧能力較差且不易致密化。與常壓燒結(jié)相比，熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度要低得多（大約低200-300℃），除氧能力強，且燒結(jié)體致密度高，但缺點是熱壓燒結(jié)只能制備形狀不太復雜的樣品，且設(shè)備昂貴。

參考來源：

[1]張志軍.燒結(jié)助劑對AlN陶瓷力學性能及熱導率的影響

[2]王露露等.AlN陶瓷熱導率及抗彎強度影響因素研究的新進展

[3]瞿志學等.燒結(jié)方法對AlN陶瓷微觀形貌及熱導率的影響    

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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