一种高导热陶瓷材料及其制造方法技术领域
本发明涉及高导热陶瓷领域，尤其涉及一种高导热陶瓷材料及其制造方法。
背景技术
LED照明日益普及，LED灯具的光效也逐年提升。近年来，LED照明在室内照明、商用照明、路灯、景观照明等得到广泛应用。相比传统照明如白炽灯、日光灯等，LED照明具有光效高、寿命长、环保等优势。然而，由于各种原因，目前LED的光效离其理论值还有明显差距，导致其在点亮时有大量的电能转化成热能。如果这些大量的热量不能及时有效的散去，就会影响到LED灯具的寿命。基板材料对LED灯具散热具有重要影响。目前主流用的基板材料是铝基板。这种基板具有良好的热导率。然而与此同时，铝受热易膨胀，从而可能导致用于实现LED电连通的金线脱落，从而影响到LED灯具的寿命，特别是大功率的LED灯具。
为避免基板材料受热膨胀导致的金线脱落，人们在大功率LED中采用陶瓷基板如氧化铝、氮化铝等陶瓷。相对金属铝，陶瓷材料膨胀系数小。然而，氧化铝陶瓷的导热性能差，不利于LED芯片的散热，同样会严重影响LED灯具的寿命。而氮化铝陶瓷虽具有很高的热导率，然而其成本高昂，不适合大规模生产和应用，特别是目前LED产品以价格为导向的市场。因此，能够平衡导热性能、膨胀系数而成本低昂的基板材料是目前LED照明产品，特别是大功率产品所急需的。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种成本合理而具有较好的热导率和较低的热膨胀系数的基板材料。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种高导热陶瓷材料，由氧化铝粉体和氮化铝粉体组成的混合粉体成型后在保护气氛下烧结而成。
其中，所述混合粉体中，所述氮化铝粉体的质量百分比为10％-20％。
其中，所述混合粉体中，所述氮化铝粉体的质量百分比为10％-15％。
其中，所述氧化铝粉体颗粒粒径为10nm-500nm。
其中，所述氮化铝粉体颗粒粒径为100nm-800nm。
本发明的另一目的在于提供一种高导热陶瓷材料的制造方法，包括将氧化铝粉体和氮化铝粉体组成的混合粉体成型后的素胚置于高温炉中，在保护气氛下保温预定时间烧结而成，所述氮化铝粉体的质量百分比为10％-20％。
其中，所述保护气氛为氮气或惰性气体。
其中，所述保温温度为1000-1500℃。
其中，所述预定时间为4-20小时。
其中，所述混合粉体成型的方式为干压成型、等静压成型、浇注成型中的一种。
本发明的高导热陶瓷材料制造方法简易，工艺成本低。用该方法制备出的氧化铝-氮化铝复合陶瓷具有高于30W/(m·K)的热导率，高于纯氧化铝陶瓷。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的高导热陶瓷材料主要用于制成LED照明产品用陶瓷基板。该陶瓷基板由氧化铝和氮化铝的混合粉体经成型后烧结而成。
其中，氧化铝粉体颗粒粒径为10nm-500nm，最好是100nm-500nm；氮化铝粉体颗粒粒径为100nm-800nm，最好是500nm-800nm；氧化铝和氮化铝的混合粉体是通过将上述的氧化铝和氮化铝粉体按一定比例混合而成。在的混合粉体中氮化铝的质量百分比为为10％-20％，最好是10％-15％。混合粉体的成型可以是干压成型、等静压成型或浇注成型中的一种，最好是浇注成型。
本发明的烧结过程是将成型后的样品在一定的保护气氛下，在高温炉中在一定温度下保温一定时间后自然冷却。该保护气氛为氮气或惰性气体，最好是氮气。该一定温度为1000-1500℃，最好是1300-1500℃。该保温时间为4-20小时，最好是5-10小时。
本发明的高导热陶瓷材料制备方法简易，工艺成本低。用该方法制备出的氧化铝-氮化铝复合陶瓷具有高于30W/(m·K)的热导率，高于纯氧化铝陶瓷。
实施例1
将粒径为100nm的氧化铝粉体与粒径为500nm的氮化铝粉体混合均匀，其中氮化铝的质量百分比为10％。将所得到的混合粉体干压成型，得素胚。将素胚至于氮气保护的高温炉中，在1200℃烧结6小时后，自然冷却，得最终的样品。经测，该样品得热导率为43W/(m·K)。
实施例2
将粒径为200nm的氧化铝粉体与粒径为700nm的氮化铝粉体混合均匀，其中氮化铝的质量百分比为12％。将所得到的混合粉体等静压成型，得素胚。将素胚至于氮气保护的高温炉中，在1300℃烧结5小时后，自然冷却，得最终的样品。经测，该样品得热导率为40W/(m·K)。
实施例3
将粒径为100nm的氧化铝粉体与粒径为600nm的氮化铝粉体混合均匀，其中氮化铝的质量百分比为15％。将所得到的混合粉体经浇铸成型后干燥，得素胚。将素胚至于氩气保护的高温炉中，在1500℃烧结4小时后，自然冷却，得最终的样品。经测，该样品得热导率为50W/(m·K)。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。