氮化铝(AlN)具有高导热、绝缘、低膨胀、无磁等优异性能,是半导体、电真空等领域装备的关键材料,特别是在航空航天、轨道交通、新能源汽车、高功率LED、5G通讯、电力传输、工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制备复杂形状AlN陶瓷零部件的精密制备技术主要有模压成型、注射成型、凝胶注模成型,它们均为有模制造技术。此外,陶瓷3D打印成型也可实现AlN陶瓷零部件的精密制造,但该方法用于氮化铝陶瓷成型方面的研究较少,实际应用还有待于进一步的研究,故不在的讨论范围之内。氧化铝陶瓷基板的热导率低,热膨胀系数和硅不太匹配。广州高导热氮化硼哪家好
氮化铝陶瓷的应用:氮化铝粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。氮化铝硬度高,超过传统氧化铝,是新型的耐磨陶瓷材料,但由于造价高,只能用于磨损严重的部位.利用AIN陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作GaAs晶体坩埚、Al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件,利用其光学性能可作红外线窗口。氮化铝薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。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。AIN新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。 利用此特性,可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。AIN陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化铍瓷在电子工业中较广应用。广州高导热氮化硼哪家好环氧树脂作为一种有着很好的化学性能和力学稳定性的高分子材料,它固化方便,收缩率低。
氮化铝基板材料热膨胀系数(4.6×10-6/K)与SiC芯片热膨胀系数(4.5×10-6/K)相近,导热率系数大(170-230W/m▪K),绝缘性能优异,可以适应SiC的应用要求,是搭载SiC半导体的理想基板材料。以往,氮化铝基板主要通过如下工艺制备:在氮化铝粉末中混合煅烧助剂、粘合剂、增塑剂、分散介质、脱模机等添加剂,通过挤出成型在空气中或氮等非氧化性气氛中加热到350-700℃而将粘合剂去除后(脱脂),在1800-1900℃的氮等非氧化性气氛中保持0.5-10小时的(煅烧)。该法制备氮化铝基板的缺陷:通过上述工艺制备出来的氮化铝基板材料,其击穿电压在室温下显示为30-40kV/mm左右的高绝缘性,但在400℃的高温下则降低到10kV/mm左右。在高温下具备优异绝缘特性的氮化铝基板的制备方法。通过该法可制备出耐高温氮化铝基板材料具有如下特点:氮化铝晶粒平均大小为2-5μm;热导率为170W/m▪K以上;不含枝状晶界相;在400℃下的击穿电压为30kV/mm以上。
随着电子和光电行业蓬勃发展,电子产品的功能越发,同时体积也越来越小,使集成电路(IC)和电子系统在半导体工业上也朝向高集成密度以及高功能化的方向发展。目前,封装基板材料主要采用氧化铝陶瓷或高分子材料,但随着对电子零件的承载基板的要求越来越严格,它们的热导率并不能满足行业的需求,而AlN因具有良好的物理和化学性能逐步成了封装材料的首要选择。氮化铝陶瓷室温比较强度高,且不易受温度变化影响,同时热导率高(比氧化铝高5-8倍)且热膨胀系数低,所以耐热冲击好,能耐2200℃的极热,是一种优良的耐热冲材料及热交换材料,作为热交换材料,可望应用于燃气轮机的热交换器上。氮化铝可以用作高温结构件热交换器材料等。
氮化铝陶瓷的注射成型:排胶工艺,由于注射成型坯体中有机物含量较高,排胶过快会造成坯体开裂、起泡、分层和变形,因此,如何快速高效排胶成为注射成型的一大难点。排胶工艺包括热排胶和溶剂排胶。起初主要采用热排胶,简单地把有机物烧除,这种方式能耗高、时间长。为了提高排胶效率,一些学者探索了溶剂排胶的工艺。由于粘结剂中石蜡占比重较大,溶剂排胶主要是将坯体中的石蜡溶解,其他粘结剂仍能维持坯体形状。溶剂排胶结合热工艺排胶可以缩短排胶时间。注射成型的工艺特点:可近净尺寸成型各种复杂形状,很少(或无需)进行机械加工;成型产品生坯密度均匀,且表面光洁度及强度高;成型产品烧结体性能优异且一致性好;易于实现机械化和自动化生产,生产效率高。高温自蔓延法和低温碳热还原合成工艺是很有发展前景的氮化铝粉末合成方法。大连单晶氮化硼
氮化铝要以热压及焊接式才可制造出工业级的物料。广州高导热氮化硼哪家好
采用小粒径氮化铝粉:氮化铝烧结过程的驱动力为表面能,颗粒细小的AlN粉体能够增强烧结活性,增加烧结推动力从而加速烧结过程。研究证实,当氮化铝原始粉料的起始粒径细小20倍后,陶瓷的烧结速率将增加147倍。烧结原料应选择粒径小且分布均匀的氮化铝粉,可防止二次再结晶,内部的大颗粒易发生晶粒异常生长而不利于致密化烧结;若颗粒分布不均匀,在烧结过程中容易发生个别晶体异常长大而影响烧结。此外,氮化铝陶瓷的烧结机理有时也受原始粉末粒度的影响。微米级的氮化铝粉体按体积扩散机理进行烧结,而纳米级的粉体则按晶界扩散或者表面扩散机理进行烧结。但目前而言,细小均匀的氮化铝粉体制备很困难,大多通过湿化学法结合碳热还原法制备,不但烧结工艺复杂,而且耗能多多规模的推广应用仍旧有一定的限制。国内在小粒径高性能氮化铝粉的供应上,仍十分稀缺。广州高导热氮化硼哪家好
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