一种基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料、氮化铝陶瓷的制备方法

本发明涉及氮化铝陶瓷，尤其涉及一种基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料及氮化铝陶瓷的制备方法。

背景技术：

1、近年来，电子技术的迅猛发展使得电子元器件体积不断减小，这给电子元器件材料的导热性和力学性能带来很大的挑战。aln陶瓷由于热导率高、力学性能优越、耐腐蚀、良好的化学稳定性以及与si的热膨胀系数相匹配等优点而成为新一代半导体器件和集成电路的理想封装材料。3d成型技术是一种无模制造技术，可赋予复杂形状aln陶瓷零部件更高的设计自由度，且能够满足个性化、精密化快速制造的需求。

2、3d成型技术的在氮化铝陶瓷中的应用关键在于要配制高固含量和低粘度的氮化铝陶瓷浆料，目前可以用于3d打印的氮化铝陶瓷浆料很少，这就很大程度限制了3d成型技术的在氮化铝陶瓷中的应用发展。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是目前在配置高固含量(50～70vol.％)的氮化铝陶瓷浆料时存在粘度过高不适合光固化成型的问题，提供一种基于立体光固化成型的具有高固含量和低粘度的氮化铝陶瓷浆料，并提供由此浆料制得的高性能氮化铝陶瓷部件。

2、为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、改性氮化铝粉体制备：按质量份计，取氮化铝粉体85～95份，烧结助剂1～10份，丙烯酸嵌段共聚物0.1～5份，进行球磨混合，球磨完成后烘干过筛，得到改性粉体；

5、s2、光敏树脂预混液配制：按质量份计，取活性稀释剂14～76份，多官能团丙烯酸酯类单体14～76份，增塑剂5～30份，进行超声分散混匀，制得光敏树脂预混液；

6、s3、氮化铝陶瓷浆料制备：按体积百分比计，取所述改性粉体50～70vol.％、光敏树脂预混液27～47vol.％、光引发剂0.25～3vol.％、高分子类分散剂0.25～3vol.％高速均质混合搅拌均匀，制得氮化铝陶瓷浆料。

7、具体地，步骤s1中，球磨时，采用氧化锆磨球，按氧化锆磨球：无水乙醇：粉体质量比为2：2：1，在行星球磨机中进行球磨，转速为100～350r/min，球磨时间为1～6h。球磨完成后将粉体烘干除去溶剂，过筛200-300目，得到改性氮化铝粉体。

8、进一步地，所述氮化铝粉体为纳米级或者亚微米级氮化铝粉体。

9、进一步地，所述丙烯酸嵌段共聚物为bz-2431、kmt-3331，相比聚丙烯酸而言，本发明的丙烯酸嵌段共聚物包含的单体除了丙烯酸亲水性单体、还包含苯乙烯、丙烯酸酯等其他疏水性单体，经实验证明，丙烯酸嵌段共聚物对氮化铝粉体进行改性处理，是通过其一端的亲水性基团与氮化铝表面的亲水性基团相连接，另一端的疏水性基团与树脂体系接触，即经丙烯酸嵌段共聚物改性的氮化铝粉体会被一层无定形表面层包裹，大大提高粉体与树脂的相容性，可有效改善氮化铝粉体与光敏树脂预混液的湿润性，降低陶瓷浆料剪切粘度，有利于光固化打印。

10、进一步地，所述烧结助剂选用smf3。本发明以氟化钐作为烧结助剂，相比氧化物，氟化钐的添加不会引入额外的氧元素，其去除原料中的氧能力更强，对氮化铝的热导率提升效果更好。

11、本发明以smf3作为烧结助剂，能够在氮化铝陶瓷坯体烧结过程中，具有有效消除氧杂质，净化和加强晶界的作用，最终可制备出结构致密、导热性高、力学性能优良的氮化铝陶瓷部件。

12、进一步地，所述活性稀释剂为2-乙烯氧基乙氧基丙烯酸乙酯(veea)。

13、进一步地，所述多官能团丙烯酸酯类单体为三丙二醇二丙烯酸酯(tpgda)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)，乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯(pptta)中的一种或几种。

14、进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(dop)、邻苯二甲酸二丁酯(dbp)中的任意一种。

15、进一步地，所述光引发剂选自(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦(tpo)，所述高分子类分散剂选自byk-110、byk-111、kos110中的一种或几种。

16、进一步地，步骤s3中，高速均质混合所用的设备为高速均质机，转速为2000～2500r/min，混合时间为1～5min。

17、第二方面，本发明提供一种氮化铝陶瓷浆料，由第一方面所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法制得。

18、第三方面，本发明提供一种氮化铝陶瓷的制备方法，以第二方面所述的氮化铝陶瓷浆料，或者第一方面所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法制得的氮化铝陶瓷浆料作为原料，进行光固化成型制坯，对制得坯体进行脱脂、烧结，得到氮化铝陶瓷；其中，所述氮化铝陶瓷浆料的固含量为50～70vol.％。

19、具体地，进行光固化成型制坯时，将需要打印的陶瓷部件3d模型通过三维软件进行分层，确定每层需要曝光聚合的形状，并生成打印控制程序；进行光固化打印，得到陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体清洗干净；将清洗完成的陶瓷坯体进行脱脂、烧结，得到氮化铝陶瓷。

20、进一步地，脱脂采用真空-空气两步排胶法进行，具体过程为：

21、先进行真空排胶：在真空排胶炉中，先从室温升温至100～160℃，保温1～2h，然后再升温至300～350℃，保温1～2h，最后升温至450～550℃，保温3～6h后随炉冷却至室温；升温速率为0.5～2℃/min；

22、然后进行空气排胶：在空气排胶炉中，先从室温升温至100～160℃，保温1～2h，后再升温至300～350℃，保温1～2h，最后升温至350～450℃，保温2～6h后随炉冷却至室温；升温速率为0.5～2℃/min。

23、进一步地，烧结的具体操作为：在氮气氛围的气氛烧结炉中，在1750～1850℃温度下烧结2～6h。

24、第四方面，本发明提供一种氮化铝陶瓷，由第三方面所述的制备方法制得。

25、与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：

26、本发明提供的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，采用丙烯酸嵌段共聚物对氮化铝陶瓷粉体进行改性处理，能够有效提高氮化铝表面润湿性以及与光敏树脂的相容性。本发明利用稀释剂-改性剂的协同作用，能够大幅降低氮化铝陶瓷浆料的粘度，以制备光固化能力良好，粘度低，固含量为50～70vol％的陶瓷浆料，扩展了光固化氮化铝陶瓷的应用，制备出高性能的氮化铝陶瓷。

27、说明书附图

28、图1为实施例5和对比例2的浆料流变图。

技术特征：

1.一种基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸嵌段共聚物为bz-2431、kmt-3331中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂选用smf3。

4.如权利要求1所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，所述活性稀释剂为2-乙烯氧基乙氧基丙烯酸乙酯。

5.如权利要求1所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，所述多官能团丙烯酸酯类单体为三丙二醇二丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的任意一种。

7.如权利要求1所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于，所述光引发剂选自(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦，所述高分子类分散剂选自byk-110、byk-111、kos110中的一种或几种。

8.一种氮化铝陶瓷浆料，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法制得。

9.一种氮化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，以权利要求8所述的氮化铝陶瓷浆料，或者由权利要求1-7任一项所述的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法制得的氮化铝陶瓷浆料作为原料，进行光固化成型制坯，对制得对坯体进行脱脂、烧结，得到氮化铝陶瓷；其中，所述氮化铝陶瓷浆料的固含量为50～70vol.％。

10.一种氮化铝陶瓷，其特征在于，由权利要求9所述的制备方法制得。

技术总结本发明公开了一种基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料、氮化铝陶瓷的制备方法，涉及氮化铝陶瓷增材制造技术领域。本发明提供的基于立体光固化成型的氮化铝陶瓷浆料的制备方法，通过选用稀释性较强的UV单体作为活性稀释剂，采用丙烯酸嵌段共聚物对氮化铝陶瓷粉体进行改性处理，能够有效提高氮化铝表面润湿性以及与光敏树脂的相容性。本发明利用稀释剂‑改性剂的协同作用，能够大幅降低氮化铝陶瓷浆料的粘度，以制备光固化能力良好，粘度低，固含量为50～70vol％的陶瓷浆料，扩展了光固化氮化铝陶瓷的应用，制备出高性能的氮化铝陶瓷。技术研发人员：伍尚华,张文铎,林坤吉受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2