特种瓷绝缘材料一般以人工合成的氧化物、氮化物等为主要原料,通过特殊的措施如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压、微波烧结等手段烧制而成。随着高导热、高频率、耐高温、高强度等特殊环境的需求,特种瓷绝缘材料经历了由单相的氧化物到非氧化物再到多相陶瓷基复合材料的发展过程。按照材料的性能,特种瓷绝缘材料具体可分为高导热瓷绝缘材料,耐热瓷绝缘材料和高强度瓷绝缘材料。
(1)氧化铍瓷。氧化铍瓷是一种性能优异的高导热绝缘材料。原料一般采用活化烧结的工艺获得,即用氢氧化铍在1000℃-1200℃的氢气气氛中预烧而成。由于氧化铍陶瓷的烧成温度较高,通常在原料中加入适量的添加剂以降低其烧成温度,烧成温度为1600℃-1800℃。
在众多绝缘材料中,氧化铍具有仅次于金刚石的导热性,在室温下能以大约300W/m▪K进行散热。另外,氧化铍瓷还具有较高的电阻率和较大的击穿强度,是一种导热性能优异的耐高温瓷绝缘材料。氧化铍瓷主要用于大功率集成电路基片和高可靠大功率电机基体。但由于氧化铍有毒且价高,使其应用范围受到限制。
(2)氮化铝瓷。氮化铝瓷是以氮化铝粉末为原料,通过模压、热压、等静压以及流延成型等方法成型后在氮气氛中烧结而成。氮化铝陶瓷具有导热性好、电绝缘性好,热膨胀系数小等一系列优良性能,其热导率可达到180W/m▪K。
由于氮化铝具有很好的导热性和电绝缘性,被大量用于混合集成电路和多芯片组件中作为散热材料和电路元件以及互联线承载体。
(3)氧化铝瓷。氧化铝是一种以刚玉为主晶相的陶瓷,一般含氧化铝在90%以上。氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷是含量在99.5%以上的陶瓷。普通型氧化铝陶瓷按含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷等品种。刚玉烧结需要1750℃以上的高温,在制备氧化铝瓷是,一般通过添加钙、镁的氧化物和硅酸盐来降低烧成温度,在1600℃-1700℃烧成。氧化铝瓷具有机械强度高、高温电气绝缘性能优异、耐热温度高、耐磨性能好的特点,已被广泛用于燃机的火花塞、电真空管、高频瓷等领域。
(4)氮化硅陶瓷。氮化硅陶瓷是以氮化硅粉作原料,在氮气中于1700℃以上的高温下烧结而成。氮化硅陶瓷的强度高、韧性好、绝缘电阻大,因而是一种高性能的瓷绝缘材料,已在航天航空、电子信息等领域作为绝缘材料。