高性能氮化铝陶瓷取决于氮化铝粉体的质量,到目前为止,制备氮化铝粉体有氧化铝粉碳热还原法、铝粉直接氮化法、化学气相沉积法、自蔓延高温合成法等多种方法,各种方法都有其自身的优缺点。综合来看,氧化铝粉碳热还原法和铝粉直接氮化法比较成熟,是目前制备高性能氮化铝粉的主流技术,已经用于工业化大规模生产。氮化铝粉体制备的技术发展趋势主要表现在两个方面:一是进一步提升氮化铝粉体的性能,使之能够制造出更高热导率的氮化铝陶瓷产品;二是进一步提升氮化铝粉体批次生产稳定性,增大批生产量,降低生产成本。我国目前的高性能氮化铝粉基本依赖进口,不但价格高昂,而且随时存在原材料断供的风险。因此,实现高性能氮化铝粉制造技术的国产化,已成为当务之急。氮化铝室温下与水缓慢反应.可由铝粉在氨或氮气氛中800~1000℃合成,产物为白色到灰蓝色粉末。衢州超细氮化铝粉体销售公司
烧结是指陶瓷粉体经压力压制后形成的素坯在高温下的致密化过程,在烧结温度下陶瓷粉末颗粒相互键联,晶粒长大,晶界和坯体内空隙逐渐减少,坯体体积收缩,致密度增大,直至形成具有一定强度的多晶烧结体。氮化铝作为共价键化合物,难以进行固相烧结。通常采用液相烧结机制,即向氮化铝原料粉末中加入能够生成液相的烧结助剂,并通过溶解产生液相,促进烧结。AlN烧结动力:粉末的比表面能、晶格缺陷、固液相之间的毛细力等。要制备高热导率的AlN陶瓷,在烧结工艺中必须解决两个问题:是要提高材料的致密度,第二是在高温烧结时,要尽量避免氧原子溶入的晶格中。天津导热氮化铝粉体厂家直销陶瓷注射成型技术在制备复杂小部件方面有着其不可比拟的独特优势。
目前,氮化铝也存在一些问题。其一是粉体在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝,在AlN粉体表面形成氧化铝层,氧化铝晶格溶入大量的氧,降低其热导率,而且也改变其物化性能,给AlN粉体的应用带来困难。抑制AlN粉末的水解处理主要是借助化学键或物理吸附作用在AlN颗粒表面涂覆一种物质,使之与水隔离,从而避免其水解反应的发生。目前抑制水解处理的方法主要有:表面化学改性和表面物理包覆。其二是氮化铝的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。制备氮化铝粉末一般都需要较高的温度,从而导致生产制备过程中的能耗较高,同时存在安全风险,这也是一些高温制备方法无法实现工业化生产的主要弊端。再者是生产制备过程中的杂质掺入或者有害产物的生成问题,例如碳化还原反应过量碳粉的去除问题,以及化学气相沉积法的氯化氢副产物的去除问题,这都要求制备氮化铝的过程中需对反应产物进行提纯,这也导致了生产制备氮化铝的成本居高不下。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,微波烧结:微波烧结是利用微波与介质的相互作用产生介电损耗使坯体整体加热的烧结方法。同时,微波可以使粉末颗粒活性提高,有利于物质的传递。微波烧结已成为一门新型的陶瓷烧结技术,它利用整体性自身加热,使材料加热的效率提高,升温速度加快,保温时间缩短,这有利于提高致密化速度并可以有效抑制晶粒生长,获得独特的性能和结构。放电等离子烧结:放电等离子烧结系统利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温场来实现烧结过程。SPS升温速度快、烧结时间短、能在较低温度下烧结,通过控制烧结组分与工艺能实现温度梯度场,可用于烧结梯度材料及大型工件等复杂材料。放电等离子烧结内每个颗粒均匀的自身发热使颗粒表现活化,因而具有很高的热导率,可在短时间内使烧结体致密化。大多数氮化铝膜为多晶,但已在蓝宝石基材上成功地外延生长制成单晶氮化铝膜。
氮化铝粉体的制备工艺:碳热还原法:碳热还原法就是将混合均匀的Al2O3和C在N2气氛中加热,首先Al2O3被还原,所得产物Al再与N2反应生成AlN,其化学反应式为:Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)→2AlN(s)+3CO(g);其优点是原料丰富,工艺简单;粉体纯度高,粒径小且分布均匀。其缺点是合成时间长,氮化温度较高,反应后还需对过量的碳进行除碳处理,导致生产成本较高。高能球磨法:高能球磨法是指在氮气或氨气气氛下,利用球磨机的转动或振动,使硬质球对氧化铝或铝粉等原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌,从而直接氮化生成氮化铝粉体的方法。其优点是:高能球磨法具有设备简单、工艺流程短、生产效率高等优点。其缺点是:氮化难以完全,且在球磨过程中容易引入杂质,导致粉体的质量较低。氮化铝是一种综合性能优良的陶瓷材料,由于氮化铝是共价化合物,自扩散系数小,熔点高。衢州超细氮化铝粉体销售公司
氮化铝是高温和高功率的电子器件的理想材料。衢州超细氮化铝粉体销售公司
目前发现的适合作为烧结助剂的材料有Y2O3、CaO、Li2O、BaO、MgO、SrO2、La2O3、HfO2和CeO2等不与AlN发生反应的氧化物,以及一些稀土金属与碱土金属的氟化物和少量具有还原性的化合物(CaC2、YC2、TiO2、ZrO2、TiN等)。单独采用某种单一的烧结助剂,在常压下烧结通常需要高于1800℃的温度,利用复合助剂,设计合理的助剂及配比,可以进一步有效降低烧结温度,也是目前普遍采用的一种氮化铝低温烧结方法。氮化铝陶瓷基板电子封装领域的应用范围越来越广,目前也有一些国内企业在这个领域有所建树,然而相对于早已接近红海的海外市场,我国的氮化铝陶瓷基板的发展仍处于起步阶段,在高性能粉体及高导热基板的制备生产上仍有一定的差距。深入了解材料的作用机理,从根源上“对症下药”,才能让我国的陶瓷基板产业更上一个台阶。衢州超细氮化铝粉体销售公司
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