YF3-MgSiN2协同烧结策略实现氮化硅陶瓷导热与力学性能双重突破

本研究针对Si3N4陶瓷电子封装材料热导率与机械强度协同优化的挑战，通过创新性采用无氧烧结助剂YF3-MgSiN2体系，成功制备出热导率达111.63 W·m?1·K?1、抗弯强度774.7 MPa的高性能陶瓷，为电子器件热管理提供新材料解决方案。

　　

氮化硅(Si₃N₄)陶瓷因其卓越的机械强度、高温稳定性和低介电常数特性，成为先进电子封装基板的理想材料。为同步优化其力学与导热性能，研究人员系统对比了含氧烧结助剂(Y₂O₃-MgF₂/Y₂O₃-MgSiN₂)与无氧烧结助剂(YF₃-MgF₂/YF₃-MgSiN₂)对陶瓷微观结构和性能的影响。

研究发现，采用YF₃-MgSiN₂添加剂体系的陶瓷表现出非凡的综合性能：热导率高达111.63 W·m^?1·K^?1，抗弯强度达到774.7 MPa。这种性能突破源于该添加剂的双重作用：首先显著降低晶格氧含量，其次通过降低液相形成温度促进晶粒发育。更引人注目的是，MgSiN₂在高温下的分解反应有效纯化了晶界区域，减少了杂质相的形成。

该研究为开发兼具超高导热和优异机械强度的氮化硅陶瓷提供了创新性的烧结策略，对高端电子器件的热管理技术发展具有重要推动意义。