16

Разработка технологии получения конструкционной теплопроводящей керамики на основе нитрида алюминия

Исполнитель: Щипакин С.Ю.

Руководитель: Томилин О.Б.

Проведенные исследования

  1. Оптимизация состава связующего.

Для определения влияния содержания связующего в шихте на теплопроводность керамики были изготовлены при давлении 3 атм. образцы компактов, в которых содержание натурального каучука составляло 1-, 3- и 5- % от общей массы компактов. Измеренная средняя пористость образцов методом рентгеновской томографии составила: керамика, содержащая 1% каучука – 0,85 %; 3 % каучука – 0,54 %; 5 % каучука – 5,36 %. Оптимальная концентрация натурального каучука в качестве связующего составляет 3 %.

Теплопроводность образцов керамики составила 20,51 Вт/(м∙К).

  1. Влияние дисперсанта на микроструктуру и теплопроводность керамики на основе нитрида алюминия.

Для сохранения гранулометрической однородности частиц компактов в состав шихты введен дисперсант на стадии смешения высокодисперсной неорганической части исходной шихты с растворителем.

Рентгеновские томограммы образца керамики, содержащего дисперсант, при давлении компактирования 3 атм. показывают существенное уменьшение средней пористости.

Теплопроводность образца керамики составила 60,34 Вт/(м∙К).

  1. Влияние режимов компактирования на микроструктуру и теплопроводность керамики на основе нитрида алюминия.

Для создания плотной структуры керамики необходимо, что бы расстояния между частицами в образцах после выжигания связующего было минимальным. Для этого при получении компактов были применены различные нагрузки при компактировании, а именно, 10, 15 и 729 атм.

Теплопроводность образцов керамики составила 10 атм. — 64,2 Вт/(м∙К); 15 атм. — 63,0 Вт/(м∙К); 729 атм. — 74,4 Вт/(м∙К).

 

  1. Влияние температуры спекания на микроструктуру и теплопроводность керамики на основе нитрида алюминия.

Для обеспечения лучшей кинетики спекания частиц шихты время спекания было увеличено в два раза с 60 минут до 120 минут, давление при компактировании — 729 атм.

Теплопроводность образца керамики составила 89,77 Вт/(м∙К).

Таблица 1 — Зависимость теплопроводности керамики на основе нитрида алюминия от режимов получения.

Технологические параметры Теплопроводность, Вт/(м∙К)
Давление при компактировании — 3 атмПрисутствие диспергатора — отсутствуетВремя спекания компактов — 1 час 20,51
Давление при компактировании — 3 атмПрисутствие диспергатора — присутствуетВремя спекания компактов — 1 час 60,34
Давление при компактировании — 729 атмПрисутствие диспергатора — присутствуетВремя спекания компактов — 1 час 74,4
Давление при компактировании — 729 атмПрисутствие диспергатора — присутствуетВремя спекания компактов — 2 часа 89,77

 

Возможность использования:

Конструкционные материалы для электронных приборов и устройств.

Преимущества используемой технологии:

Получение конструкционных изделий без дополнительной обработки.

Эффективность используемой технологии:

Использование стандартного оборудования, выход готовых изделий до 70%.

Перспективы получения керамики на основе нитрида алюминия:

Возможность достижения теплопроводности до 150-160 Вт/(м∙К).

Стоимостные параметры конструкционной теплопроводящей керамики на основе нитрида алюминия:

Себестоимость конструкционной теплопроводящей керамики в виде плоских подложек весом 28 грамм составляет 400-450 рублей.

 

 

0000000001

                        Рисунок 1 – Структура поверхности образца керамики на основе нитрида алюминия а) — 3 атм; б) — 729 атм.

 

0000000002

 Рисунок 2 – Образец керамики, изготовленный при давлении компактирования в а) — 3 атм; б) — 729 атм.