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产品简介

规格:14mm*20mm、17mm*22mm、20mm*25mm

材(cai)料:导热绝缘材料、陶瓷粉末

型号(hao):TC025

适用:广泛应用于电子设备、芯片、大功率设备等。

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产品介(jie)绍 产品参(can)数

氧化铝陶瓷材料的结构属于刚玉型,其本身具有离子键的特性,使得滑移系统远没有金属那么多,这导致其缺乏一定的韧性、塑性。所以表(biao)现出(chu)的(de)断裂韧性较低,这大 大地限制了氧化铝导热(re)陶瓷片(pian)的(de)广泛应用。

导热陶瓷垫片

本文对当(dang)前(qian)的氧化(hua)铝瓷的增韧方(fang)法及其主要(yao)机理做一(yi)个(ge)简要(yao)的介绍,以期(qi)给(ji)读者(zhe)带来(lai)一(yi)些陶瓷增韧技术(shu)的基础知识。

氧化铝陶瓷的(de)常用增韧方(fang)法

一(yi)、层状结构增韧(ren)

天然材料如竹子、贝壳等(deng),综合(he)性(xing)能很好(hao),是(shi)因(yin)其结构(gou)(gou)呈层状分布(bu)。人们从这些天然结构(gou)(gou)得到启示,采用(yong)仿生(sheng)结构(gou)(gou)来改(gai)善陶(tao)瓷材料的脆性(xing),提高其韧性(xing)。

层状复合陶瓷材料是由(you)多层材料组成。各层的(de)弹(dan)性(xing)模量、线(xian)胀系(xi)数不同,进而导(dao)致层间产(chan)(chan)生(sheng)宏观应力,在表面产(chan)(chan)生(sheng)压应力。受到外力作用时(shi),能最大限度地(di)吸收应变能,并且(qie)使裂纹沿界面产生(sheng)反复(fu)偏转、拐(guai)折。以此达到提高表面性能和整(zheng)体韧性的目的。

例如:Al2O3/Ni层(ceng)(ceng)状陶瓷(ci),利用镍的(de)线胀系数(shu)约为(wei)氧化铝(lv)的(de))倍(bei),在Al2O3层(ceng)(ceng)产(chan)生应压(ya)力(li),裂(lie)纹偏转能(neng)力(li)大,所以该材料(liao)有较好的(de)韧(ren)性。

层状陶瓷是(shi)一新型材(cai)料,前景广阔,但(dan)其缺点主要是(shi)弱夹层会降低(di)材(cai)料强(qiang)度,平行(xing)和垂直于夹层方向(xiang)的性(xing)质差(cha)别较大(da),呈各向(xiang)异性(xing)。所以(yi)业内专(zhuan)家提出了采用强(qiang)夹层的(de)思路,制(zhi)备(bei)出了ZTA/ Al2O3强(qiang)夹层,冲(chong)击韧性达10 Mpa.m1/2以(yi)上,是ZTA材料的(de)2.8倍,Al2O3陶瓷的5.6倍。一些科学家通过(guo)计算机对层状(zhuang)复合陶瓷进行了模拟,发现如果软层材料的强(qiang)度太高(gao)、太低(di)都会降低(di)整体韧(ren)性,而提高硬(ying)、软层层厚和(he)弹性(xing)模量之(zhi)比,硬(ying)层均匀性(xing)均可提高陶(tao)瓷韧(ren)性(xing)。这为层状增韧(ren)陶(tao)瓷提供了一定(ding)的研究思路和(he)优化途(tu)径(jing)。

二(er)、纤维复合(he)增韧

研究表(biao)明,连续纤(xian)维对陶瓷(ci)的增韧(ren)效率较其他增韧(ren)方法大,是(shi)迄今为止陶瓷(ci)系列所能达到的最高韧(ren)性,可以(yi)达20Mpa.m1/2左右,因此是(shi)改善陶瓷材料脆性非(fei)常(chang)有(you)效的途径。

该方法把强度、弹性模量较高的纤维分散在陶瓷基体中。复合材料在外力作用下,一部分载荷由纤维承担,以此来减轻基体本身的负荷。而且,基体中的纤(xian)维在承(cheng)受力大于其强度发生断裂时,纤(xian)维产(chan)生拔出机制(zhi)。此(ci)外,这些纤(xian)维在基体中也存在裂纹(wen)桥联、偏转来(lai)阻(zu)止(zhi)裂纹的(de)扩展。这3种增韧机制共同作(zuo)用使陶瓷(ci)材料的(de)韧性(xing)提高很多。

导热陶瓷片

目前,用于Al2O3陶瓷的纤(xian)维主要有碳纤(xian)维、碳化硅(gui)纤(xian)维、硅(gui)酸(suan)铝纤(xian)维等多种。研(yan)究发现,提高纤(xian)维的长径比(bi)可(ke)提高增(zeng)韧效果。在(zai)纤维的使用(yong)(yong)形式上(shang),采用(yong)(yong)纤维,的三维编(bian)织物增(zeng)(zeng)韧效果较好。与纤维类似,目前采用(yong)(yong)晶须增(zeng)(zeng)韧Al2O3瓷的也(ye)较多,效果也(ye)很好。因晶须是以单晶结构生长(zhang)、直径极小(通常小于3 um)的短纤维。其晶体缺陷少,原子排列高(gao)度有(you)序,强度接近相邻(lin)原子间(jian)成键力(li)的理论(lun)值。理(li)论(lun)和实践证明(ming),把它应用(yong)于陶瓷(ci)的增韧,对提高韧性有一定作(zuo)用(yong)。如把碳化硅晶(jing)须(体积(ji)分数可(ke)达(da)20%~30%)引入Al2O3基陶瓷(ci)中,段(duan)韧性可达8~8.5 Mpa.m1/2。

晶须增韧的机制除了拔出、裂纹偏转、裂纹桥联、钉扎等机制外,自身强度高也是一个原因。因此在理论上,提高晶须强度、降低其(qi)弹性(xing)模量,提高(gao)长径比(bi)能提高(gao)增韧效果。纤维、晶须增韧Al2O3瓷的(de)缺点(dian)就是(shi)混合均匀性(xing)很难(nan)保证。

三、自增韧

所谓(wei)自增韧(ren),就是在(zai)一定(ding)的(de)工艺条件下,生长出增韧(ren)、增强相(xiang)。它在(zai)一定(ding)程度上(shang)消(xiao)除(chu)了基体相(xiang)与(yu)增韧(ren)相(xiang)在(zai)物(wu)理或化学(xue)上(shang)的(de)不相(xiang)容性(xing),而保证(zheng)了基体相与增韧相的热(re)力学稳定性。

对于Al2O3陶瓷而言,异向(xiang)生长(zhang)晶粒增韧Al2O3成为克服氧化铝瓷脆性的研究热点。其主要机(ji)理(li)是通过工艺措施,控制Al2O3晶粒的生(sheng)(sheng)长(zhang)方(fang)向(xiang),使其(qi)沿某些晶(jing)(jing)面(mian)优势生(sheng)(sheng)长(zhang)成棒状、长(zhang)柱状,起到(dao)类似晶(jing)(jing)须的(de)增(zeng)韧作用(yong)。在受(shou)到(dao)外来(lai)载荷时,裂纹尾部(bu)产生(sheng)(sheng)桥联方(fang)式;而(er)且这些异(yi)向生(sheng)长的Al2O3也会(hui)产生(sheng)拔出、裂纹(wen)偏转(zhuan)等增韧机制,而使(shi)整(zheng)个带孔(kong)陶瓷片的韧性(xing)得(de)到提(ti)高。

四、相变增韧(ren)

这是研究比较早(zao)而且(qie)普遍的一种增韧方。它(ta)是人(ren)为地在材料中造成大量的极细裂纹,以吸收能量、阻止裂纹扩展。其中主(zhu)要(yao)集(ji)中在ZrO2的的马氏体(ti)相变研究上(shang),比较成(cheng)功的有ZTA,ZTM等陶瓷材料。ZrO2弥散在Al2O3基体(ti)中,由(you)于(yu)二者的线胀系数不(bu)同,冷(leng)却时,ZrO2颗粒受到压(ya)应力,相变(bian)受阻。而(er)后,在材料受到外力作用时,ZrO2颗粒上的压(ya)力得到松(song)弛,四(si)方相转(zhuan)变(bian)为单斜相,体(ti)积膨胀后在(zai)基(ji)体中产生微裂(lie)纹,而吸收主裂(lie)纹的能量,达到增韧(ren)效果。这(zhei)就(jiu)是应力诱导(dao)相变(bian)增韧(ren)机制(zhi)。

在(zai)增韧机理(li)中,除了ZrO2的诱(you)导相(xiang)变(bian)(bian)机制外,相(xiang)变(bian)(bian)产(chan)生体(ti)积膨胀,在(zai)裂纹区(qu)域向不发生相(xiang)变(bian)(bian)区(qu)挤压现象,使裂纹呈(cheng)闭合趋势,扩展困难(nan),也可以(yi)提高韧性。部分(fen)研究人员用体积分(fen)数为10%~30%的ZrO2制备ZTA陶瓷时(shi)发现,ZrO2用量在体积分(fen)数为20%时(shi)增韧效果最好。

小结:

陶(tao)瓷增韧技术(shu)在未来的(de)很长(zhang)一(yi)段时间(jian)都(dou)将是材(cai)料界(jie)的(de)热(re)点技术(shu)。陶(tao)瓷材(cai)料固有的(de)高强度、耐(nai)高温、低膨胀(zhang)系数等特性如果能够再结(jie)合高韧(ren)性,那(nei)将是材料界梦寐以(yi)求(qiu)的高性能材料,运(yun)用领域(yu)极为广(guang)泛。


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