一種大功率led燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷及其制備方法
【專利說明】 一種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷及其制備
方法
技術領域
[0001]本發明涉及多孔散熱陶瓷領域，尤其涉及一種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷及其制備方法。
【背景技術】
[0002]發光二極管(LED)是一類可直接將電能轉化為可見光和輻射能的發光器件，具有強大的市場潛力，且大功率LED被業界認為是照明光源市場的主要方向I。當前水平下，大功率LED只能將10%?20%的輸入功率轉化為光能，其余80%?90%均轉化為熱能。為保證其正常工作，需通過有效的散熱設計保證LED的工作溫度在允許范圍內。因此大功率LED芯片散熱問題成了當前LED技術在照明工程中應用的障礙。
[0003]有學者使用粉末冶金法制備金屬/陶瓷復合散熱片。然而由于金屬和陶瓷熔點相差較大，因此不易共燒。若將具有小孔徑、直通孔的多孔陶瓷與金屬復合，不但能避免兩相共燒，還能減小金屬和陶瓷復合時由于兩相熱膨脹系數不匹配造成在使用有學者使用粉末冶金法制備金屬/陶瓷復合散熱片。然而由于金屬和陶瓷熔點相差較大，因此不易共燒。若將具有小孔徑、直通孔的多孔陶瓷與金屬復合，不但能避免兩相共燒，還能減小金屬和陶瓷復合時由于兩相熱膨脹系數不匹配造成在使用過程中的開裂失效問題。而制備這種片狀多孔陶瓷是該技術發展的關鍵。
[0004]流延成型是目前制備大面積、薄平面陶瓷材料最有效的方法之一。以水作為溶劑代替有機溶劑的流延技術由于其低毒性、低污染的特點已經成為目前研究的重點。同時冷凍干燥法在制備孔徑尺寸可控、高通孔率的多孔陶瓷方面也具有很大優勢。《多層低溫流延法制備片狀氧化鋁多孔陶瓷》一文介紹了制備氧化鋁多孔陶瓷的方法，制作的陶瓷熱疲勞性能好。但是該方法不能將氧化鋁分散均勻，易團聚，陶瓷結構不均勻，而且如果將該陶瓷片應用于LED散熱片，還需要提高陶瓷的韌性、導熱性、防開裂性、耐熱性等問題。該陶瓷片與金屬的相容性比較差，需要改進。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷，該片狀氧化鋁多孔陶瓷層間孔道是連通，并且過渡良好，熱疲勞性能好，散熱性好，與金屬復合性好，適用于大功率LED芯片散熱，大大延長了芯片的使用壽命。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成:a -Al2O3 (粒徑為2-8 μ m) 34-36、去離子水100-105，聚丙烯酸鈉0.2-0.3、甲基纖維素2-2.3、丙三醇 1.6-1.8,MgF20.5-0.7、微硅粉 1.3-1.5、鎂粉 0.3-0.4、納米碳 2_3、納米氧化銦錫0.7-0.9、納米氫氧化鋁4-5、納米銅1.2-1.5、PVA粘結劑0.9-1.1。
[0007]所述的大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷的生產方法，其特征在于: (1)將a-Al2O3、去離子水，聚丙烯酸鈉混合，得到懸浮液，將懸浮液球磨5-5.5h，加入MgF2、微硅粉、納米碳，混合均勻，再加入PVA粘結劑，混合均勻，再加入納米氫氧化鋁，球磨
0.5-lh，靜置40-60min，得到漿料；
(2)將第(I)步得到的漿料加入甲基纖維素和丙三醇，繼續球磨20-22h，再加入其它剩余成分，繼續球磨2-2.5h，再進行真空除泡5-6min，得到Al2O3陶瓷楽料；
(3)將第(2)步得到的Al2O3陶瓷漿料在預凍溫度為-45°C的冷源上流延成型，控制刮刀間隙為1_，待流延層結晶后，重復操作，每層厚度控制為1_，得到多層流延片；
(4)將多層流延片冷凍干燥23-24h后，在1600-1650°C下燒結，保溫2_2.5h，再隨爐冷至室溫，即得。
[0008]本發明的有益效果
本發明的片狀氧化鋁多孔陶瓷層間孔道是連通，并且過渡良好，熱疲勞性能好；通過使用納米氫氧化鋁，改善了氧化鋁顆粒容易團聚的現象；通過使用納米銅，提高了陶瓷與金屬的相容性，減小了金屬和陶瓷復合時由于兩相熱膨脹系數不匹配造成在使用過程中的開裂失效問題；通過使用MgF2、微硅粉、鎂粉、納米碳、納米氧化銦錫，提高了陶瓷的散熱性，與金屬復合性好，適用于大功率LED芯片散熱，大大延長了芯片的使用壽命。
【具體實施方式】
[0009]—種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷，由下列重量份(公斤)的原料制成:a -Al2O3 (粒徑為2-8 μ m) 35、去離子水103，聚丙烯酸鈉0.3、甲基纖維素2.2、丙三醇
1.7、MgF20.6、微硅粉1.4、鎂粉0.4、納米碳2.5、納米氧化銦錫0.8、納米氫氧化鋁4.5、納米銅1.3、PVA粘結劑I。
[0010]所述的大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷的生產方法，其特征在于:
(1)將a-Al2O3、去離子水，聚丙烯酸鈉混合，得到懸浮液，將懸浮液球磨5h，加入MgF2、微硅粉、納米碳，混合均勾，再加入PVA粘結劑，混合均勾，再加入納米氫氧化招，球磨0.7h，靜置50min，得到漿料；
(2)將第(I)步得到的漿料加入甲基纖維素和丙三醇，繼續球磨21h，再加入其它剩余成分，繼續球磨2h，再進行真空除泡6min，得到Al2O3陶瓷楽料；
(3)將第(2)步得到的Al2O3陶瓷漿料在預凍溫度為-45°C的冷源上流延成型，控制刮刀間隙為1_，待流延層結晶后，重復操作，每層厚度控制為1_，得到多層流延片；
(4)將多層流延片冷凍干燥23h后，在1640°C下燒結，保溫2.3h，再隨爐冷至室溫，即得。
[0011]實驗數據:將樣品在300次緩冷(25 °C)、200次急冷(25 °C )和195次急冷(-20 V)后，樣品裂紋出現的循環次數為697次，看出該樣品的熱疲勞性能很好。
【主權項】
1.一種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成:a -Al2O3 (粒徑為2-8 μ m) 34-36、去離子水100-105，聚丙烯酸鈉0.2-0.3、甲基纖維素.2-2.3、丙三醇 1.6-1.8,MgF20.5-0.7、微硅粉 1.3-1.5、鎂粉 0.3-0.4、納米碳 2_3、納米氧化銦錫0.7-0.9、納米氫氧化鋁4-5、納米銅1.2-1.5、PVA粘結劑0.9-1.1。2.根據權利要求1所述的大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷的生產方法，其特征在于: .(1)將a-Al2O3、去離子水，聚丙烯酸鈉混合，得到懸浮液，將懸浮液球磨5-5.5h，加入MgF2、微硅粉、納米碳，混合均勻，再加入PVA粘結劑，混合均勻，再加入納米氫氧化鋁，球磨.0.5-lh，靜置40-60min，得到漿料； .(2)將第(I)步得到的漿料加入甲基纖維素和丙三醇，繼續球磨20-22h，再加入其它剩余成分，繼續球磨2-2.5h，再進行真空除泡5-6min，得到Al2O3陶瓷楽料； .(3)將第(2)步得到的Al2O3陶瓷漿料在預凍溫度為-45°C的冷源上流延成型，控制刮刀間隙為1_，待流延層結晶后，重復操作，每層厚度控制為1_，得到多層流延片； .(4)將多層流延片冷凍干燥23-24h后，在1600-1650°C下燒結，保溫2_2.5h，再隨爐冷至室溫，即得。
【專利摘要】一種大功率LED燈散熱片用片狀氧化鋁多孔陶瓷，由下列重量份的原料制成：α-Al2O3(粒徑為2-8μm)34-36、去離子水100-105，聚丙烯酸鈉0.2-0.3、甲基纖維素2-2.3、丙三醇1.6-1.8、MgF20.5-0.7、微硅粉1.3-1.5、鎂粉0.3-0.4、納米碳2-3、納米氧化銦錫0.7-0.9、納米氫氧化鋁4-5、納米銅1.2-1.5、PVA粘結劑0.9-1.1。本發明的片狀氧化鋁多孔陶瓷層間孔道是連通，并且過渡良好，熱疲勞性能好；通過使用MgF2、微硅粉、鎂粉、納米碳、納米氧化銦錫，提高了陶瓷的散熱性，與金屬復合性好，適用于大功率LED芯片散熱，大大延長了芯片使用壽命。
【IPC分類】C04B35/10, C04B38/06
【公開號】CN105110773
【申請號】CN201510440210
【發明人】董照海
【申請人】合肥凱士新材料貿易有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月24日