Led節能燈基座用復合陶瓷材料的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種LED節能燈基座用復合陶瓷材料。該復合陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比為：α-氧化鋁粉55.0～95.0％，氮化鋁粉5.0～45.0％。α-氧化鋁粉的粒徑＜0.010mm，氮化鋁粉的粒徑為＜0.005mm。其成型方法可采用熱壓鑄成型、模壓成型或熱壓成型。其燒成方法可采用氮化氣氛常壓燒結或氮化氣氛熱壓燒結，不同燒成方法的燒成溫度均≥1500℃。本發明的LED節能燈基座用復合陶瓷材料的熱熱導率低，可降低LED節能燈的工作溫度，提高LED節能燈的發光效率及使用壽命，為我國LED節能燈領域提供一種新型高溫結構材料，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】LED節能燈基座用復合陶瓷材料
【技術領域】
[0001]本發明屬于高溫結構陶瓷領域，具體涉及一種LED節能燈基座用復合陶瓷材料。【背景技術】
[0002]LED即半導體發光二極管(Light-Emitting-Diode),是新一代固體冷光源,LED光源是繼白熱燈照明發展歷史120年以來的第二次革命。LED節能燈以高亮度白色發光二極管為發光源，具有光效高、低電耗，壽命長等特點。LED節能燈的照明亮度是白熾燈的10倍、普通節能燈的2.5倍以上，使用壽命是白熾燈的50倍、普通節能燈的12倍以上。
[0003]LED節能燈的發光效率雖然遠高于白熾燈等傳統光源，但也有約60%的電能在光電轉換過程時形成熱能，該部分熱能如不排除會增高LED半導體芯片的工作溫度，大幅度降低LED節能燈的發光量及使用壽命。如LED半導體芯片工作溫度45°C工作330000小時，95°C工作時間降至25000小時。因此LED節能燈散熱機構的設置成為制約LED節能燈產業發展過程的重要問題。
[0004]LED節能燈的散熱機構設置分為:LED半導體芯片安裝基板散熱、基座散熱。現有LED節能燈的基板、基座的材質主要為金屬鋁、氧化鋁陶瓷。金屬鋁因其具有較高的導熱率，是目前常用的LED基座材料。但金屬鋁具有的導電性、高熱膨脹系數、對環境散熱性能差等特性，影響著LED節能燈的應用發展。氧化鋁陶瓷也是LED節能燈常用基座材料，其導熱性能不如金屬鋁，但電絕緣性好、熱膨脹系數低、對環境的輻射散熱性能好。
[0005]氧化鋁陶瓷的電絕緣性好，LED節能燈半導體芯片可直接安裝于氧化鋁陶瓷的散熱基座上，簡化了 LED節能燈基板與制造安裝工序，特別是去除了熱量外排時基板與基座之間的接觸熱阻，有利于半導.體芯片熱量的傳遞外排。氧化鋁陶瓷比金屬鋁的熱膨脹系數低的多，氧化鋁陶瓷熱膨脹系數與半導體芯片的差異較小，LED節能燈使用時氧化鋁基座與半導體芯片之間產生的結構應力小，有利于LED節能燈組件的結構整體性、工作可靠性等。此外，氧化鋁陶瓷對環境的輻射散熱效果好，有利于LED節能燈基座及LED半導體芯片溫度的降低。但氧化鋁陶瓷的導熱系數較小，即氧化鋁陶瓷本體單位時間通過的熱流量較小，氧化鋁陶瓷用作大功率LED節能燈基座時，若通過氧化鋁瓷本體的熱流遷移量低于LED半導體芯片產熱量，會導致LED半導體芯片的熱量蓄積、溫度升高、發光效率降低、工作壽命縮短。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服上述現有LED節能燈基座用陶瓷材料技術中的不足，提供一種LED節能燈基座用復合陶瓷材料。
[0007]為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案:
[0008]一種LED節能燈基座用復合陶瓷材料，該復合陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比為:α -氧化鋁粉55.0?95.0%，氮化鋁粉5.0?45.0%。
[0009]α -氧化鋁粉的粒徑< 0.0lOmm, α -氧化鋁粉純度的重量百分比為:Al2O3 > 99.0%。
[0010]氮化鋁粉的粒徑為< 0.005mm，氮化鋁粉純度的重量百分比為:A1N≤93.0%。
[0011]該復合陶瓷材料的成型方法包括:熱壓鑄成型、模壓成型或熱壓成型。
[0012]該復合陶瓷材料的燒成方法包括:氮化氣氛常壓燒結或氮化氣氛熱壓燒結，不同燒成方法的燒成溫度均> 1500°C。
[0013]該復合陶瓷材料的抗氧化處理方法為:在常壓空氣條件下熱處理溫度> 800°C,保溫時間≤30min。
[0014]有益效果
[0015]本發明的復合陶瓷材料將具有高導熱、低膨脹特性的氮化鋁引入氧化鋁陶瓷配料中制備復合陶瓷材料。與未引入氮化鋁的普通氧化鋁陶瓷材料比較，引入氮化鋁的復合陶瓷材料的導熱性提高、熱膨脹減小、對環境散熱能力提高，因此LED半導體芯片的工作溫度降低、發光效率提高、LED半導體芯片與基座的結構應力減小、LED節能燈的工作壽命延長。表明該復合陶瓷材料是一種比氧化鋁陶瓷材料更適宜用作LED節能燈基座的陶瓷材料。本發明可為我國LED節能燈領域提供一種新型高溫結構材料，具有廣闊的應用前景及節能意義。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]LED節能燈基座用復合陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比為:主成分α-氧化鋁粉65.0%，副成分氮化鋁粉35.0 %。將α _氧化鋁濕法細粉磨后的料漿進行脫水干燥，將脫水干燥后α-氧化鋁粉體進行分散處理，經分散后的α-氧化鋁細粉與氮化鋁粉混合均化，均化后的α -氧化鋁-氮化鋁混合細粉與石蠟加熱制備蠟液漿料，蠟液漿料經攪拌均化后進行熱壓鑄成型陶瓷坯體，將陶瓷坯體經脫蠟處理后進行氮氣氣氛高溫燒結，燒結溫度為1700°C保溫2h，燒結后的陶瓷材料于空氣條件下經1000°C保溫時間30min進行抗氧化處理，之后獲得可用作LED節能燈基座的復合陶瓷材料。
[0018]該復合陶瓷材料的熱導率為62.4ff/mK,相對氧化鋁陶瓷材料的熱導率(19.3W/mK)具有大幅度提高。因此該復合陶瓷材料用作LED節能燈基座時具有更好的安全可靠性，可提高LED節能燈的使用壽命和發光效率。
[0019]實施例2
[0020]LED節能燈基座用復合陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比為:主成分α -氧化鋁粉55.0 %，副成分氮化鋁粉45.0%。將α -氧化鋁粉、氮化鋁粉先行干混合，然后加入適量無水乙醇-酚醛樹脂溶液(酚醛樹脂的質量濃度為2% )繼續攪拌混合10分鐘，該混合料脫除大部乙醇后采用液壓機模壓成型陶瓷坯體，將陶瓷坯體經干燥后進行氮氣氣氛高溫燒結，燒結溫度為1700°C保溫2h，燒結后的陶瓷材料于空氣條件下經1000°C保溫時間30min進行抗氧化處理，之后獲得可用作LED節能燈基座的復合陶瓷材料。
[0021]該復合陶瓷材料的熱導率為75.2ff/mK,相對氧化鋁陶瓷材料的熱導率(19.3W/mK)具有大幅度提高。因此該復合陶瓷材料用作LED節能燈基座時具有更好的安全可靠性，可提高LED節能燈的使用壽``命和發光效率。
[0022]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于.本發明的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種LED節能燈基座用復合陶瓷材料，其特征在于:該復合陶瓷材料所用原料以及原料的重量百分比為，α -氧化鋁粉55.0?95.0%，氮化鋁粉5.0?45.0%。
2.如權利要求1所述的復合陶瓷材料，其特征在于:所用原料的粒徑為，α-氧化鋁粉的粒徑< 0.010mm，氮化鋁粉的粒徑為< 0.005mm。
3.如權利要求1所述的復合陶瓷材料，其特征在于:所用原料的純度為，α-氧化鋁粉含Al2O3≥99.0wt %，氮化鋁粉含AlN≥93.0wt %。
4.如權利要求1所述的復合陶瓷材料，其特征在于:所述復合陶瓷材料的成型方法包括，熱壓鑄成型、模壓成型或熱壓成型。
5.如權利要求1所述的復合陶瓷材料，其特征在于:所述復合陶瓷材料的燒成方法包括，氮化氣氛常壓燒結或氮化氣氛熱壓燒結，不同燒成方法的燒成溫度均> 1500 °C。
6.如權利要求1所述的復合陶瓷材料，其特征在于:所述復合陶瓷材料的抗氧化處理方法為:在常壓空氣條件下熱處理溫度≥8 00°C，保溫時間≥30min。
【文檔編號】C04B35/622GK103435334SQ201310347925
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】鄭林波, 卜景龍, 陳越軍, 王江, 劉建濤, 王志發 申請人:唐山市科碩特種陶瓷制造有限公司, 河北聯合大學