電子電力器件在高速鐵路、新能源汽車、航空航天、太陽能及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近年來，電子電力器件朝大功率、高密度、集成化等方向發(fā)展，對器件中陶瓷散熱基板提出更高要求。目前，常用的氧化鋁基板熱導(dǎo)率低、氮化鋁基板可靠性差，限制其在高端功率半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。氮化硅陶瓷基板具有高強(qiáng)度、高韌性、高絕緣、高熱導(dǎo)率、高可靠性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，是一種具有綜合性能的基板材料，應(yīng)用前景廣闊。

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員曾宇平團(tuán)隊對高性能氮化硅陶瓷材料開展研究。針對α-Si3N4原料粉體表面氧含量高，提出碳熱還原、硅熱還原、金屬熱還原等方法消耗或轉(zhuǎn)化表面氧；開發(fā)出金屬氫化物、硅化物、硼化物等新型非氧化物助劑以替代傳統(tǒng)氧化物燒結(jié)助劑；利用“溶解-析出”機(jī)制，通過調(diào)節(jié)液相組分，實現(xiàn)對氮化硅陶瓷顯微結(jié)構(gòu)、晶界相組成、晶格氧含量的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，表面氧的移除及非氧化物助劑的使用有利于形成“缺氧-富氮”液相。液相中高N/O比有利于α→β相變和晶粒生長；低SiO2活度阻礙晶格氧的形成，從而實現(xiàn)熱學(xué)-力學(xué)性能的同步改善。制備出的氮化硅陶瓷，其熱導(dǎo)率經(jīng)第三方檢測最優(yōu)可達(dá)136.9 W/（m·K）。該研究為高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷液相燒結(jié)過程中晶界相、晶格氧調(diào)控提供設(shè)計思路。

上海硅酸鹽所2016級直博生王為得為論文第一作者，研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃（STS計劃）、中科院重點部署和上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計劃項目等的資助。

通過液相組分的調(diào)控，實現(xiàn)陶瓷性能的調(diào)控機(jī)理示意圖