目前AlN基片较常用的烧结工艺一般有5种,即热压烧结、无压烧结、放电等离子烧结(SPS)、微波烧结和自蔓延烧结。热压烧结是在加热粉体的同时进行加压,利用通电产生的焦耳热和加压造成的塑性变形来促进烧结过程的进行。相对于无压烧结来说,热压烧结的烧结温度要低得多,而且烧结体致密,气孔率低,但其加热、冷却所需时间较长,且只能制备形状不太复杂的样品。热压烧结是目前制备高热导率致密化AlN陶瓷的主要工艺。由于AlN具有很强的共价性,故其在常压烧结时需要的烧结温度很高。在常压烧结条件下,添加了Y2O3的AlN粉能产生液相烧结的温度为1600℃以上,且烧结温度要受AlN粒度、添加剂种类及添加剂的含量等因素的影响。常压烧结的烧结温度一般为1600~2000℃,保温时间为2h。氮化铝陶瓷是以氮化铝(AIN)为主晶相的陶瓷。上海绝缘氮化铝粉体生产商
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。湖州多孔氮化铝粉体厂家在实际产品中,氮化铝的晶体结构不能完全均均匀分布,并且存在许多杂质和缺陷。
生产方法:将氨和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得氮化铝粉末。或者将氧化铝和炭充分混合,在电炉中于1700℃还原制得氮化铝。将高纯度铝粉脱脂(用抽提或在氮气流中加热到150℃)后,放到镍盘中,将盘放在石英或瓷制反应管内,在提纯的氮气流中慢慢地进行加热。氮化反应在820℃左右时发出白光迅速地进行。此时,必须大量通氮以防止反应管内出现减压。这个激烈的反应完毕后,在氮气流中冷却。由于产物内包有金属铝,可将其粉碎,并在氮气流中于1100~1200℃温度下再加热1~2h,即得到灰白色氮化铝。另外,将铝在1200~1400℃下蒸发气化,使其与氮气反应即得到氮化铝的须状物(金属晶须)。此外,也有将AlCl3·NH3加成物进行热分解的制法。直接氮化法:将氮和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得。氮化铝产品质量受反应炉温、原料的预混合以及循环氮化铝粉末所占的混合比例、氮化铝比表面积等条件的影响。因此需严格控制工艺过程,得到稳定特性的氮化铝粉末(如比表面积、一次粒径、凝聚粒径、松密度和表面特性等)。
高电阻率、高热导率和低介电常数是电子封装用基片材料的很基本要求。封装用基片还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本等特点和一定的力学性能。陶瓷由于具有绝缘性能好、化学性质稳定、热导率高、高频特性好等优点,成为很常用的基片材料。常用的陶瓷基片材料有氧化铍、氧化铝、氮化铝等,其中氧化铝陶瓷基板的热导率低,热膨胀系数和硅不太匹配;氧化铍虽然有优良的性能,但其粉末有剧毒;而氮化铝陶瓷具有高热导率、好的抗热冲击性、高温下依然拥有良好的力学性能,被认为是很理想的基板材料。氮化铝陶瓷拥有高硬度和高温强度性能,可用作切割工具、砂轮和拉丝模以及制造工具材料、金属陶瓷材料的原料。还具有优良的耐磨损性能,可用作耐磨损零件,但由于造价高,只能用于磨损严重的部位。将某些易氧化的金属或非金属表面包覆AlN涂层,可以提高其抗氧化、耐磨的性能;也可以用作防腐蚀涂层,如腐蚀性物质的处理器和容器的衬里等。结晶氮化铝溶于水、无水乙醇、,微溶于盐酸,其水溶液呈酸性。
影响氮化铝陶瓷热导率的因素:致密度:根据氮化铝的热传导性能,低致密度的样品存在的大量气孔,会影响声子的散射,降低其平均自由程,进而降低氮化铝陶瓷的热导率。同时,低致密度的样品其机械性能也可能达不到相关应用要求。因此,高致密度是氮化铝陶瓷具有高热导率的前提。显微结构:氮化铝陶瓷的显微组织结构与其热力学性能有着一一对应,显微结构包括晶粒尺寸、形貌和晶界第二相的含量及分布等。实际的氮化铝陶瓷为多相组成的多晶体,它主要由氮化铝晶相、铝酸盐第二相(晶界相)以及气孔等缺陷组成。除了对氮化铝的晶格缺陷进行研究外,许多人还对氮化铝的晶粒、晶界形貌、晶界相的组成、性质、含量、分布、以及它们与热导率的关系进行了较广研究,一般认为铝酸盐第二相的分布对热导率的影响很为重要。氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。广州多孔氮化铝价格
氮化铝膜在微电子和光电子器件、衬底材料、绝缘层材料、封装材料上有着十分广阔的应用前景。上海绝缘氮化铝粉体生产商
AlN陶瓷基片一般采用无压烧结,该烧结方法是一种很普通的烧结,虽然工艺简单、成本较低、可制备形状复杂,但烧结温度一般偏高,再不添加烧结助剂的情况下,一般无法制备高性能陶瓷基片。传统烧结方式一般通过外部热源对AlN坯体进行加热,热传导不均且速度较慢,将影响烧结质量。微波烧结通过坯体吸收微波能量从而进行自身加热,加热过程是在整个材料内部同时进行,升温速度快,温度分散均匀,防止AlN陶瓷晶粒的过度生长。这种快速烧结技术能充分发挥亚微米级和纳米级粉末的性能,具有很强的发展前景。放电等离子烧结技术主要利用放电脉冲压力、脉冲能和焦耳热产生瞬间高温场实现快速烧结。放电等离子烧结技术的主要特点是升温速度快,烧结时间短,烧结温度低,可实现AlN陶瓷的快速低温烧结。通过该烧结方法,烧结体的各个颗粒可类似于微波烧结那样均匀地自身发热以活化颗粒表面,可在短时间内得到致密化、高热导烧结体。上海绝缘氮化铝粉体生产商
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