CN109400172A - 内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法 - Google Patents

内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法，包括：S1，提供塑料件，其中，所述塑料件具有内部中空流道；S2，将氮化铝粉末与稀土氧化物混合，并加入无水乙醇以及表面活性剂进行球磨，并将球磨后的粉末进行干燥并加入粘结剂，制得注射成形氮化铝陶瓷喂料；S3，将所述塑料件设置于模具中，并通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位，成形的零件将所述塑料件包覆在内；S4,去除所述零件的塑料件，留下带中空流道的生胚；然后将所述生坯经过热脱脂后，进行烧结得到氮化铝陶瓷坯体。

Description

内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法。
背景技术
随着半导体、电力电子功率器件市场的发展，功率密度越来越大，对元器件的散热提出了更高的要求，同时要求其具有良好的绝缘性能，传统的金属散热元件多采用金属铜、铝作为散热材料，但是铜、铝属于良好的导体，其应用时需要在金属表面进行绝缘处理，表面涂覆一层绝缘层，造成界面热阻的增加，实际散热能力降低，其可靠性与散热性能降低，采用高导热陶瓷作为散热器件能很好的解决上述问题。但是，目前为止，现有技术中还没有一种制备内部中空流道氮化铝陶瓷器件，如散热器或加热器的方法。
发明内容
本发明提供了一种内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法，包括以下步骤：
S1，提供塑料件，其中，所述塑料件具有内部中空流道；
S2，将氮化铝粉末与稀土氧化物混合，并加入无水乙醇以及表面活性剂进行球磨，并将球磨后的粉末进行干燥并加入粘结剂，制得注射成形氮化铝陶瓷喂料；
S3，将所述塑料件设置于模具中，并通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位，成形的零件将所述塑料件包覆在内；
S4,去除所述零件的塑料件，留下带中空流道的生胚；然后将所述生坯经过热脱脂后，进行烧结。
作为进一步改进的，所述塑料件的材料为聚苯乙烯或聚甲醛塑料。
作为进一步改进的，在步骤S2中，所述无水乙醇的加入量为氮化铝粉末质量的1.5～3倍。
作为进一步改进的，在步骤S2中，所述表面活性剂的加入量为所述氮化铝粉末质量的0.2％-0.6％。
作为进一步改进的，在步骤S2中，所述稀土氧化物的加入量为所述氮化铝粉末质量的2％-8％。
作为进一步改进的，在步骤S2中，所述粘结剂的加入量为干燥后粉末总质量的20％～23％。
作为进一步改进的，所述塑料件的材料为聚苯乙烯，且在步骤S4中,所述去除所述零件的塑料件的步骤包括：
S41，通过将所述零件放置于二氯甲烷溶剂中进行浸泡，浸泡温度为35～45℃，使聚苯乙烯溶解于二氯甲烷中而去除。
作为进一步改进的，所述塑料件的材料为聚甲醛，且在步骤S4中,所述去除所述零件的塑料件的步骤包括：
S42，将所述零件放置于含有硝酸或草酸的催化脱脂炉中进行催化反应，反应温度为105～115℃，所述聚甲醛被硝酸或草酸蒸汽分解。
作为进一步改进的，在步骤S3中,所述通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位的步骤包括：
S31，将氮化铝喂料在160～170℃，压力35～45MPa下，注入模具中，使所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位。
本发明的有益效果是：采用注射成形工艺，先成形塑料件，形状为内部流道形状，在将其放入模具中，陶瓷喂料填充，成型的零件将塑料件包覆在内，再去除塑料件，留下带内部流道的陶瓷坯体，经过脱脂烧结，形成内部带流道氮化铝陶瓷；最后将端口进行金属化，封接，焊接上液体介质接头，通入冷却介质或加热介质时可作为高效散热器或加热器使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1所示，一种内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法，包括以下步骤：
S1，提供塑料件，其中，所述塑料件具有内部中空流道；
S2，将氮化铝粉末与稀土氧化物混合，并加入无水乙醇以及表面活性剂进行球磨，并将球磨后的粉末进行干燥并加入粘结剂，制得注射成形氮化铝陶瓷喂料；
S3，将所述塑料件设置于模具中，并通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位，成形的零件将所述塑料件包覆在内；
S4,去除所述零件的塑料件，留下带中空流道的生胚；然后将所述生坯经过热脱脂后，进行烧结。
在步骤S1中，所述塑料件的材料可以为聚苯乙烯或聚甲醛塑料等。
在步骤S2中，所述无水乙醇的加入量为氮化铝粉末质量的1.5～3倍。所述表面活性剂的加入量为所述氮化铝粉末质量的0.2％-0.6％。所述稀土氧化物的加入量为所述氮化铝粉末质量的2％-8％。所述粘结剂的加入量为干燥后粉末总质量的20％～23％。
在步骤S3中,所述通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位的步骤包括：
S31，将氮化铝喂料在160～170℃，压力35～45MPa下，注入模具中，使所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位。
在步骤S4中,所述去除所述零件的塑料件的步骤包括：
S41，通过将所述零件放置于二氯甲烷溶剂中进行浸泡，浸泡温度为35～45℃，使聚苯乙烯溶解于二氯甲烷中而去除。
在其他实施例中，所述塑料件的材料为聚甲醛，且在步骤S4中,所述去除所述零件的塑料件的步骤包括：
S42，将所述零件放置于含有硝酸或草酸的催化脱脂炉中进行催化反应，反应温度为105～115℃，所述聚甲醛被硝酸或草酸蒸汽分解。
在步骤S4之后，进一步包括：
S5，将所述氮化铝陶瓷坯体流道两端金属密封，连接管道接头后得到带中空流道的氮化铝陶瓷加热器或散热器。可以理解，焊接上液体介质接头后，通入冷却介质或加热介质时可作为高效散热器或加热器使用。
具体实施实例1.
将聚苯乙烯塑料件在180℃，100MPa压力下，注射成形流道形状的聚苯乙烯塑料件。将氮化铝粉末与氧化钇粉末按照质量比95:5进行湿法研磨混合后干燥，与聚乙烯，聚丙烯，硬脂酸组成的粘结剂按照质量比100:21在170℃下进行混炼，制得氮化铝陶瓷喂料。将聚苯乙烯塑料件放置于散热器模具中，将氮化铝喂料在165℃，压力40MPa下，注入模具中，氮化铝喂料包裹聚苯乙烯塑料件流道，其外部成一定形状，将整个零件取出后，放置于二氯甲烷溶剂中进行浸泡，温度为40℃，聚苯乙烯溶解于二氯甲烷中，取出后进行烘干，此时得到带中空流道的散热器或加热器生坯，将生坯缓慢加热至600℃，得到脱脂坯，将脱脂坯在1850℃下进行烧结，保温4小时，此时得到氮化铝陶瓷坯体，将流道两端金属密封，连接管道接头后得到带中空流道的氮化铝陶瓷加热器或散热器。
具体实施实例2.
将聚甲醛塑料件在190℃，100MPa压力下，注射成形流道形状的聚甲醛塑料件。将氮化铝粉末与氧化钇粉末按照质量比95:5进行湿法研磨混合后干燥，与聚乙烯，聚丙烯，硬脂酸组成的粘结剂按照质量比100:21在170摄氏度下进行混炼，制得氮化铝陶瓷喂料。将聚甲醛塑料件放置于散热器模具中，将氮化铝喂料在165℃，压力40MPa下，注入模具中，氮化铝喂料包裹聚甲醛塑料件流道，其外部成一定形状，将整个零件取出后，放置于催化脱脂炉中进行催化反应，温度为110℃，聚甲醛被硝酸或草酸蒸汽分解，取出后进行烘干，此时得到带中空流道的散热器或加热器生坯，将生坯缓慢加热至600℃，得到脱脂坯，将脱脂坯在1850℃下进行烧结，保温4小时，此时得到氮化铝陶瓷坯体，将流道两端金属密封，连接管道接头后得到带中空流道的氮化铝陶瓷加热器或散热器。
具体实施实例3.
将聚甲醛塑料件在190℃，100MPa压力下，注射成形流道形状的聚甲醛塑料件。将氮化铝粉末与氧化钇粉末按照质量比95:5进行湿法研磨混合后干燥，与聚乙烯，甲醛，硬脂酸组成的粘结剂按照质量比100:23在185摄氏度下进行混炼，制得氮化铝陶瓷喂料。将聚甲醛塑料件放置于散热器模具中，将氮化铝喂料在165℃，压力40MPa下，注入模具中，氮化铝喂料包裹聚甲醛塑料流道，其外部成一定形状，将整个零件取出后，放置于催化脱脂炉中进行催化反应，温度为110℃，聚甲醛被硝酸或草酸蒸汽分解，取出后进行烘干，此时得到带中空流道的散热器或加热器生坯，将生坯缓慢加热至600℃，得到脱脂坯，将脱脂坯在1850℃下进行烧结，保温4小时，此时得到氮化铝陶瓷坯体，将流道两端金属密封，连接管道接头后得到带中空流道的氮化铝陶瓷加热器或散热器。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内部中空流道氮化铝陶瓷器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，提供塑料件，其中，所述塑料件具有内部中空流道；
S2，将氮化铝粉末与稀土氧化物混合，并加入无水乙醇以及表面活性剂进行球磨，并将球磨后的粉末进行干燥并加入粘结剂，制得注射成形氮化铝陶瓷喂料；
S3，将所述塑料件设置于模具中，并通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位，成形的零件将所述塑料件包覆在内；
S4,去除所述零件的塑料件，留下带中空流道的生胚；然后将所述生坯经过热脱脂后，进行烧结得到氮化铝陶瓷坯体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述塑料件的材料为聚苯乙烯或聚甲醛塑料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述无水乙醇的加入量为氮化铝粉末质量的1.5～3倍。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述表面活性剂的加入量为所述氮化铝粉末质量的0.2％-0.6％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述稀土氧化物的加入量为所述氮化铝粉末质量的2％-8％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述粘结剂的加入量为干燥后粉末总质量的20％～23％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述塑料件的材料为聚苯乙烯，且在步骤S4中,所述去除所述零件的塑料件的步骤包括：
S41，通过将所述零件放置于二氯甲烷溶剂中进行浸泡，浸泡温度为35～45℃，使聚苯乙烯溶解于二氯甲烷中而去除。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述塑料件的材料为聚甲醛，且在步骤S4中,所述去除所述零件的塑料件的步骤包括：
S42，将所述零件放置于含有硝酸或草酸的催化脱脂炉中进行催化反应，反应温度为105～115℃，所述聚甲醛被硝酸或草酸蒸汽分解。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中,所述通过所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位的步骤包括：
S31，将氮化铝喂料在160～170℃，压力35～45MPa下，注入模具中，使所述氮化铝陶瓷喂料填充模具其它型腔部位。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进一步包括：
S5，将所述氮化铝陶瓷坯体流道两端金属密封，连接管道接头后得到带中空流道的氮化铝陶瓷加热器或散热器。
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