[发明专利]一种氧化铝陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化铝陶瓷及其制备方法。本发明采用特定尺寸的一维导热材料，依照特定比例与二维导热材料和/或零维导热材料形成导热添加剂，获得了同时具备高导热系数和高抗弯强度的氧化铝陶瓷材料，同时还可以有效保证氧化铝陶瓷材料的绝缘性能。本发明还进一步涉及用所述氧化铝陶瓷制得的陶瓷散热基板。

技术领域

本发明涉及一种氧化铝陶瓷及其制备方法，特别是涉及一种可应用于高导热陶瓷基板的氧化铝陶瓷及其制备方法。本发明还进一步涉及用所述氧化铝陶瓷制得的陶瓷散热基板。

背景技术

随着国家对于可持续发展要求的不断加强，节能减排相关技术越来越受到各方的关注。LED技术是逐渐兴起的新型节能照明技术，但是对于LED组件的散热一直是制约其发展的瓶颈之一，特别是对于大功率LED照明设备。

目前广泛采用的散热基板为金属铝制基板，其具有良好的导热性。但是在使用过程中铝容易受热膨胀，引起散热基板的变形甚至脱落，从而影响LED照明设备的使用寿命，在大功率LED照明设备中通常无法使用。所以目前在大功率LED照明设备中广泛采用陶瓷散热基板，主要有氧化铍、氮化铝和氧化铝材料。其中，氧化铍虽然具有很高的导热系数，但是由于其具有毒性，极大地限制了其应用。氮化铝也具有较高的导热系数，但是由于氮化铝易于被氧化，并且即使当其表面有非常薄的氧化层时，也会使其导热性能严重下降；同时，由于制备工艺要求高，氮化铝陶瓷的价格偏高。氧化铝陶瓷基板也是常用的陶瓷散热基板，其制备成本相对较低且强度和化学稳定性高，但是其导热系数偏低，通常导热系数都在30W/mK以下。

所以，为了满足陶瓷散热基板的性能需求，通常会在氧化铝陶瓷中添加高导热成分。CN105254286A公开了一种高导热氧化铝陶瓷材料，其在氧化铝原料中添加了10-20%的氮化铝粉体。CN105236942A公开了一种高导热氧化铝陶瓷基片，其在氧化铝原料中添加了碳化硅、碳纤维等以提高陶瓷导热性能。虽然在氧化铝陶瓷中添加高导热成分可以提高其导热系数，但是导热添加剂的加入会使氧化铝陶瓷基板的抗弯强度大幅衰减，通常导热系数为30W/mK左右的氧化铝陶瓷散热基板，其抗弯强度都小于200MPa，使得使用氧化铝陶瓷基板的设备在运输和安装过程中容易被损坏。另外，石墨、碳纤维等高导热添加剂用于氧化铝陶瓷时，还使得氧化铝陶瓷基板的电阻率大幅降低，从而使得其不满足用于大功率设备时所必须的绝缘性能要求。因此，对于LED照明设备，特别是大功率的LED照明设备，急需一种兼顾强度、导热性能和绝缘性能的陶瓷基板材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼顾强度、导热性能、绝缘性能以及制造成本的氧化铝陶瓷材料及其制备方法。进一步地，本发明的目的还在于提供一种兼顾强度、导热性能和绝缘性能的陶瓷散热基板。

为此，本发明的发明人创造性地发现，相比较于单一类型、单一形态的导热添加剂，采用复合类型和形态的导热添加剂令人意外地大幅提高了氧化铝陶瓷材料的导热系数。特别地，采用特定尺寸的一维导热材料依照特定比例与二维导热材料和/或零维导热材料形成导热添加剂，在显著提高氧化铝陶瓷材料导热系数的同时，使得氧化铝陶瓷材料的抗弯强度未显著下降。另外，采用本发明的导热添加剂，还可以有效保证氧化铝陶瓷材料的绝缘性能。

本发明公开了一种氧化铝陶瓷，其原料包括氧化铝85-95质量%、氧化锆2-5质量%、氧化镁1-3质量%、氧化钙1-3质量%、导热添加剂4-6质量%，其特征在于所述导热添加剂由以下组分构成：一维导热材料以及二维导热材料和/或零维导热材料。

所述导热添加剂中所述一维导热材料与所述二维导热材料和/或零维导热材料的质量比为3-5:1；所述一维导热材料的长度为15-20μm，长径比为10-30:1。

所述氧化铝陶瓷的体积电阻率≥10¹²Ω·m，优选体积电阻率≥10¹³Ω·m。