《一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104098335A43申请公布日20141015CN104098335A21申请号201410364075822申请日20140729C04B35/565200601C04B35/62220060171申请人中国科学院上海硅酸盐研究所地址200050上海市长宁区定西路1295号72发明人黄政仁梁汉琴刘学建姚秀敏74专利代理机构上海瀚桥专利代理事务所普通合伙31261代理人曹芳玲郑优丽54发明名称一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法57摘要一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法,所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成包括154308WT的AL2O3、346692WT的ER2O3以及碳化硅，上。
2、述三种组成之和为100WT；所述高电阻率碳化硅陶瓷含有晶化的碳化硅晶粒、包覆在晶化的碳化硅晶粒表面的非晶化碳化硅颗粒以及存在于晶化的碳化硅晶粒之间的晶界膜。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页10申请公布号CN104098335ACN104098335A1/1页21一种高电阻率碳化硅陶瓷，其特征在于，所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成包括154308WT的AL2O3、346692WT的ER2O3以及碳化硅，上述三种组成之和为100WT；所述高电阻率碳化硅陶瓷含有晶化的碳化硅晶粒、包覆在晶化的碳化硅晶粒表面的非晶。
3、化碳化硅颗粒以及存在于晶化的碳化硅晶粒之间的晶界膜。2根据权利要求1所述的高电阻率碳化硅陶瓷，其特征在于，所述晶化的碳化硅晶粒的尺寸为0508M，所述非晶化碳化硅颗粒的尺寸为00302M，所述晶界膜的尺寸为053NM。3根据权利要求1或2所述的高电阻率碳化硅陶瓷，其特征在于，所得碳化硅陶瓷的电阻率在43810103521011CM。4一种权利要求13中任一所述高电阻率碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括1）制备符合所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成及组成之间比例的、含有SIC粉体、AL2O3粉体以及ER2O3粉体的均匀混合的复合粉体；2）将步骤1）制备的复合粉体脱粘后，在放电等离子烧结炉中。
4、、16501750、真空条件下烧结，得到所述高电阻率碳化硅陶瓷。5根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述复合粉体的制备方式为1）称量符合所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成及组成之间比例的有SIC粉体、AL2O3粉体以及ER2O3粉体，与酒精混合得到固含量为4555WT的浆料；2）将所述浆料依次经过以下处理以SIC球为研磨介质进行球磨处理、烘干、破碎研磨、过筛。6根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，浆料中SIC粉体、AL2O3粉体以及ER2O3粉体的质量之和与SIC球研磨介质的质量比为1（13）。7根据权利要求46中任一所述的制备方法，其特征在于，所述SIC粉体为SIC粉体。8根据权利要。
5、求47中任一所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的时间为1030分钟。权利要求书CN104098335A1/4页3一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法技术领域0001本发明属于碳化硅陶瓷领域，具体涉及一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法。背景技术0002碳化硅陶瓷由于具有优良的力学性能，且具有耐磨损，耐酸碱腐蚀性强，抗氧化性强等特点而一直以来作为结构材料使用。但是实际上碳化硅是一种宽带隙半导体，具有热导率高，电子饱和漂移速率大，化学稳定性好等优点，且具有SI最为接近的热膨胀系数，因而有希望替代SI制作苛刻环境下应用的电路基板。实现SI基板替代的关键是制备高电阻碳化硅。虽然单晶碳化硅具有很高的电阻率。
6、，可以满足应用。但是单晶碳化硅的制作成本高，工艺复杂，这使得单晶碳化硅的应用受到很大的限制。相比之下，多晶碳化硅陶瓷的制备成本较低，工艺也较为简单。因而若能制备高电阻率的碳化硅陶瓷，则能实现SI基板的大幅替代，实现碳化硅陶瓷的广泛应用。早在80年代TAKEDA等人就通过掺杂BEO制备了电阻率高达1013CM的碳化硅陶瓷，但是BEO对环境和人体都有很大的毒害作用。因而这种制备方法无法得到广泛的应用。ACAN等人则通过研究微观结构与电阻率的关系制备出了电阻率高达103109CM的碳化硅陶瓷，但是该水平的电阻率依然无法满足实际应用。发明内容0003本发明旨在克服现有碳化硅陶瓷的性能缺陷，本发明提供了。
7、一种高电阻率碳化硅陶瓷及其制备方法。0004本发明提供了一种高电阻率碳化硅陶瓷，所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成包括154308WT的AL2O3、346692WT的ER2O3以及碳化硅，上述三种组成之和为100WT；所述高电阻率碳化硅陶瓷含有晶化的碳化硅晶粒、包覆在晶化的碳化硅晶粒表面的非晶化碳化硅颗粒以及存在于晶化的碳化硅晶粒之间的晶界膜。0005本发明碳化硅陶瓷高电阻率的实现在于形成了细晶的微结构，细晶使得晶界增多，晶界对电子具有散射作用。同时微结构中的第二相是绝缘相，第二相在微结构中形成了连通，对具有半导体性质的碳化硅进行了包裹。另外，由于在烧结过程中降温速度非常快，第二相未能有效结晶，非晶。
8、第二相同样对电阻率的提高具有促进作用。0006较佳地，所述晶化的碳化硅晶粒的尺寸可为0508M，所述非晶化碳化硅颗粒的尺寸可为00302M，所述晶界膜的尺寸可为053NM。0007较佳地，所得碳化硅陶瓷的电阻率可在43810103521011CM。0008又，本发明还提供了一种上所述高电阻率碳化硅陶瓷的制备方法，所述方法包括1制备符合所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成及组成之间比例的、含有SIC粉体、AL2O3粉体以及ER2O3粉体的均匀混合的复合粉体；2将步骤1制备的复合粉体脱粘后，在放电等离子烧结炉中、16501750、真空条件下烧结，得到所述高电阻率碳化硅陶瓷。说明书CN104098335A2。
9、/4页40009较佳地，所述复合粉体的制备方式可为1称量符合所述高电阻率碳化硅陶瓷的组成及组成之间比例的有SIC粉体、AL2O3粉体以及ER2O3粉体，与酒精混合得到固含量为4555WT的浆料；2将所述浆料依次经过以下处理以SIC球为研磨介质进行球磨处理、烘干、破碎研磨、过筛。0010较佳地，浆料中SIC粉体、AL2O3粉体以及ER2O3粉体的质量之和与SIC球研磨介质的质量比可为113。0011较佳地，所述SIC粉体可为SIC粉体。0012较佳地，所述烧结的时间可为1030分钟。0013本发明提供的有益效果本发明以氧化铝以及氧化铒作为烧结助剂，通过放电等离子液相烧结法来制备高电阻率的碳化硅陶。
10、瓷。相比于其他方法制备的碳化硅陶瓷，其电阻率得到了大幅提高。附图说明0014图1示出了本发明的一个实施方式中烧结助剂含量7WT的经放电等离子烧结制备的碳化硅陶瓷的表面抛光图像；图2示出了本发明的一个实施方式中烧结助剂含量7WT的经放电等离子烧结制备的碳化硅陶瓷的SICSIC晶界形貌；图3示出了本发明的一个实施方式中烧结助剂含量7WT的经放电等离子烧结制备的碳化硅陶瓷的三角晶界衍射分析图。具体实施方式0015以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。0016本发明提供了一种高电阻率液相烧结碳化硅陶瓷及其制备方法，属于碳化硅陶瓷领域。该。
11、碳化硅陶瓷具有高达3521011CM的室温电阻率及高达723W/MK的室温热导率。其特征在于选用SIC粉体为原料，氧化铝和氧化铒为烧结助剂。烧结助剂粉体占粉体总量的5WT10WT。该碳化硅陶瓷可在16501750的较低温度范围内采用放电等离子烧结制得。0017所得碳化硅陶瓷的电阻率在43810103521011CM。0018所述碳化硅陶瓷具有细晶粒，非晶第二相及晶界膜微观结构。0019所述微观结构中碳化硅晶粒具有0508M的平均尺寸分布。0020所述微观结构中第二相具有00302M的平均尺寸分布。0021所述微观结构中碳化硅晶粒之间具有053NM的非晶晶界膜。0022所述微观结构中碳化硅三角晶。
12、界处非晶相比例占到70以上。0023上述高电阻率碳化硅陶瓷的液相烧结制备方法，其特征在于包括以下步骤A以SIC粉体，AL2O3粉体和ER2O3粉体作为初始原料，AL2O3粉体和ER2O3粉体的摩尔比例为53；B以酒精为溶剂，将上述原料配成4555WT的浆料，以SIC球为研磨介质，混合，烘说明书CN104098335A3/4页5干，研磨，过筛，制备出复合粉体原料；C上述复合粉体原料，高温脱粘后装模；在放电等离子烧结炉中真空高温烧结。烧结得到具有细晶粒，非晶第二相及晶界膜微观结构的碳化硅陶瓷。0024所述SIC粉体，AL2O3粉体和ER2O3粉体的平均粒径为0206M。0025所述AL2O3粉体占。
13、总量的154308WT，ER2O3粉体占总量的346692WT。0026所述原料与SIC球研磨介质的质量比为1113。0027所述烧结温度为16501750，保温时间为1030MIN。0028本发明碳化硅陶瓷高电阻率的实现在于形成了细晶的微结构，细晶使得晶界增多，晶界对电子具有散射作用。同时微结构中的第二相是绝缘相，第二相在微结构中形成了连通，对具有半导体性质的碳化硅进行了包裹。另外，由于在烧结过程中降温速度非常快，第二相未能有效结晶，非晶第二相同样对电阻率的提高具有促进作用。0029本发明在同一烧结制度下，通过添加不同含量AL2O3和ER2O3粉体，得到了不同密度和电阻率的液相烧结碳化硅陶瓷。
14、，密度最高可达326GCM3，电阻率最高可达3521011CM。0030表1为不同含量烧结助剂的粉体1700烧结10MIN放电等离子液相烧结获得的SIC陶瓷电阻率；表1以AL2O3和ER2O3作为烧结助剂以放电等离子烧结制备的SIC陶瓷电阻率0031下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的温度、时间等也仅是合适范围中的一个实例，即、本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非限定于下文示例的具体数值。
15、。0032实施例1SIC粉体和烧结助剂AL2O3154WT，ER2O3346WT一共100G，以100G酒精为溶剂，将3种粉体配成固含量为50WT的浆料，以SIC球200G为球磨介质，行星球磨4H，然后在恒温箱中60烘干为止。然后研磨粉碎，再经过100目的筛子过筛，脱粘后在放电等离子体烧结炉中真空下烧结，烧结温度为1700，保温时间为10MIN，得到的SIC陶瓷密度为326GCM3，电阻率为4381010CM；从图1中，可以看出，通过本发明中的方法，制备得到致密的氧化硅陶瓷；说明书CN104098335A4/4页6碳化硅晶粒的尺寸为0508M，所述非晶化碳化硅颗粒的尺寸为00302M；从图2，。
16、可以看出，所述晶界膜的尺寸为053NM；从图3，可以看出，所述氧化硅陶瓷微观结构中碳化硅三角晶界处非晶相比例占到70以上。0033实施例2SIC粉体和烧结助剂AL2O3216WT，ER2O3484WT一共100G，以100G酒精为溶剂，将3种粉体配成固含量为50WT的浆料，以SIC球200G为球磨介质，行星球磨4H，然后在恒温箱中60烘干为止。然后研磨粉碎，再经过100目的筛子过筛，脱粘后在放电等离子体烧结炉中真空下烧结，烧结温度为1700，保温时间为10MIN，得到的SIC陶瓷密度为326GCM3，电阻率为3521011CM；碳化硅晶粒的尺寸为0508M，所述非晶化碳化硅颗粒的尺寸为0030。
17、2M，所述晶界膜的尺寸为053NM。0034实施例3SIC粉体和烧结助剂AL2O3308WT，ER2O3692WT一共100G，以100G酒精为溶剂，将3种粉体配成固含量为50WT的浆料，以SIC球200G为球磨介质，行星球磨4H，然后在恒温箱中60烘干为止。然后研磨粉碎，再经过100目的筛子过筛，脱粘后在放电等离子体烧结炉中真空下烧结，烧结温度为1700，保温时间为10MIN，得到的SIC陶瓷密度为326GCM3，电阻率为6571010CM；碳化硅晶粒的尺寸为0508M，所述非晶化碳化硅颗粒的尺寸为00302M，所述晶界膜的尺寸为053NM。0035从上述三个案例可以看出，本发明采用AL2O3和ER2O3作为烧结助剂，通过放电等离子烧结的方法，获得了高电阻率的SIC陶瓷。说明书CN104098335A1/1页7图1图2图3说明书附图CN104098335A。