稀土-ALN-MAS微晶玻璃復合材料結構與性能的研究.pdf

1、隨著微電子技術的快速發(fā)展，對基板材料的性能如高熱導率、低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)和良好的熱穩(wěn)定性等，提出了更高的要求。近年來，以堇青石為主晶相的MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃由于具有優(yōu)良的力學、電學、熱膨脹性能和低燒特性而被認為是一種理想的基板材料。其不足之處是熱導率較低。AlN陶瓷是一種優(yōu)異的高熱導率基板材料，具有低介電常數(shù)、低熱膨脹系數(shù)的性能，但存在著成本高、燒結溫度過高等問題，難以大規(guī)模生產(chǎn)。采用低溫共燒陶瓷技術(Low

2、Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)通過制備MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃與AlN陶瓷的復合材料，可以獲得具有優(yōu)良綜合性能的材料，以滿足對基板材料的要求。
　　 本文以燒結法制備了MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，研究了熱處理制度對微晶玻璃析晶的影響。并在此基礎上制備了AlN/MAS微晶玻璃復合材料研究了燒結氣氛、燒結溫度、復合材料的組成對AlN/MAS微晶玻璃復合材料相組成、結構

3、、致密度、熱導率的影響。通過在AlN/MAS微晶玻璃復合材料中摻加稀土氧化物，進行了XRD、SEM、熱導率、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、介電損耗、抗折強度的測試，系統(tǒng)研究了不同含量的稀土氧化物Y2O3和La2O3對AlN/MAS微晶玻璃復合材料的相組成、微觀結構、燒結性能、熱學性能、介電性能和力學性能的影響規(guī)律。取得的主要研究成果如下：
　　 1.通過設計MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃的化學組成和加入合適的添加劑，在熱處理溫

4、度≤1000℃時制備了主晶相為α-堇青石的微晶玻璃。微晶玻璃的核化溫度為820℃，保溫2小時，晶化溫度為1000℃，保溫2小時，此時，該微晶玻璃的析晶情況良好。
　　 2.將AlN和MAS玻璃在1000℃～1300℃進行燒結，復合材料中MAS微晶玻璃的主晶相仍為α-堇青石。在分別摻加Y2O3和La2O3后，復合材料的主晶相仍為α-堇青石和AlN晶體，沒有出現(xiàn)新的晶相或發(fā)生晶型轉變。
　　 3.AlN/MAS微晶玻璃復合材

5、料在1000℃～1300℃燒結后，致密度隨AlN含量的增加總體上呈下降趨勢。AlN/MAS微晶玻璃復合材料的致密度較低與AlN難以燒結和微晶玻璃析晶阻礙了液相燒結有關。復合材料的致密度隨著Y2O3和La2O3含量的增加，出現(xiàn)了明顯降低。在Y2O3含量為3.0wt％時，復合材料的致密度略有提高。
　　 4.AlN/MAS微晶玻璃復合材料在1000℃和1200℃燒結后熱導率均在AlN含量為20wt％時達到最大值。當Y2O3含量為3.

6、0wt％時，復合材料的熱導率出現(xiàn)最大值。復合材料的熱導率隨著La2O3含量的增加而降低。摻入Y2O3和La2O3后復合材料的熱導率變化與其致密度大小大致相符。復合材料分別摻入Y2O3和La2O3后熱膨脹系數(shù)均出現(xiàn)不同程度的減小。隨著稀土氧化物含量的增加，復合材料的熱膨脹系數(shù)增大。
　　 5.復合材料的介電常數(shù)隨著摻入的Y2O3含量的增加明顯增大。復合材料的介電常數(shù)隨著摻入的La2O3含量的增加而逐漸降低。隨著測試頻率的增大，復合

7、材料的介電常數(shù)逐漸降低。復合材料介電損耗隨著Y2O3和La2O3含量的增加而增大。
　　 6.復合材料抗折強度隨著Y2O3含量增加而逐漸降低。但當摻入La2O3含量為3.0wt％時，復合材料的抗折強度略有提高。摻入Y2O3和La2O3的復合材料的抗折強度大小與其致密度基本相符。
　　 7.熱壓制備AlN/MAS微晶玻璃復合材料具有很高的致密度。復合材料的致密度隨著AlN含量的增加而降低。復合材料的熱導率隨著AlN含量的增