在AlN陶瓷的烧结工艺中,烧结气氛的选择也十分关键的。一般的AlN陶瓷烧结气氛有3种:还原型气氛、弱还原型气氛和中性气氛。还原性气氛一般为CO,弱还原性气氛一般为H2,中性气氛一般为N2。在还原气氛中,AlN陶瓷的烧结时间及保温时间不宜过长,烧结温度不宜过高,以免AlN被还原。在中性气氛中不会出现上述情况。所以一般选择在氮气中烧结,这样可以获得性能更好的AlN陶瓷。目前,国内氮化铝材料的研究制造水平相比国外还有不小差距,研究基本停留在各大科研院所高校、真正能够独自产业化生产的机构极少。未来需把精力投入到几种方法的综合利用或新型陶瓷烧结技术研发上,减小生产成本,使得AlN陶瓷产品的种类丰富,外形尺寸结构多样化、满足多种领域应用的需求。氮化铝硬度高,超过传统氧化铝,是新型的耐磨陶瓷材料。电绝缘氮化铝品牌
活性金属钎焊法是在普通钎料中加入一些化学性质较为活泼的过渡元素如:Ti、Zr、Al、Nb、V等。一定温度下,这些活泼元素会与陶瓷基板在界面处发生化学反应,形成反应过渡层,如图7所示。反应过渡层的主要产物是一些金属间化合物,并具有与金属相同的结构,因此可以被熔化的金属润湿。共烧法是通过丝网印刷工艺在AlN陶瓷生片表面涂刷一层难熔金属(Mo、W等)的厚膜浆料,一起脱脂烧成,使导电金属与AlN陶瓷烧成为一体结构。共烧法根据烧结温度的高低可分为低温共烧(LTCC)和高温共烧(HTCC)两种方式,低温共烧基板的烧结温度一般为800-900℃,而高温共烧基板的烧结温度为1600-1900℃。烧结后,为了便于芯片引线键合及焊接,还需在金属陶瓷复合体的金属位置镀上一层Sn或Ni等熔点较低的金属。电绝缘氮化铝品牌凝胶流延成型和注凝成型,成为氮化铝陶瓷的主要生产方法,从而促进氮化铝陶瓷的推广与应用。
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。
高导热氮化铝基片的烧结工艺重点包括烧结方式、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。放电等离子烧结是20世纪90年代发展并成熟的一种烧结技术,它利用脉冲大电流直接施加于模具和样品上,产生体加热使被烧结样品快速升温;同时,脉冲电流引起颗粒间的放电效应,可净化颗粒表面,实现快速烧结,有效地抑制颗粒长大。使用SPS技术能够在较低温度下进行烧结,且升温速度快,烧结时间短。微波烧结是利用特殊频段的电磁波与介质的相互耦合产生介电损耗,使坯体整体加热的烧结方法。微波同时提高了粉末颗粒活性,加速物质的传递。微波烧结也是一种快速烧结法,同样可保证样品安全卫生无污染。虽然机理与放电等离子体烧结有所不同,但是两者都能实现整体加热,才能极大地缩短烧结周期,所得陶瓷晶体细小均匀。氮化铝薄膜用于薄膜器件的介质和耐磨、耐热、散热好的镀层。
直接覆铜陶瓷基板是基于氧化铝陶瓷基板的一种金属化技术,利用铜的含氧共晶液直接将铜敷接在陶瓷上,在铜与陶瓷之间存在很薄的过渡层。由于AlN陶瓷对铜几乎没有浸润性能,所以在敷接前必须要对其表面进行氧化处理。由于DBC基板的界面靠很薄的一层共晶层粘接,实际生产中很难控制界面层的状态,导致界面出现空洞。界面孔洞率不易控制,在承受大电流时,界面空洞周围会产生较大的热应力,导致陶瓷开裂失效,因此还有必要进行相关基础理论研究和工艺条件的优化。活性金属钎焊陶瓷基板是利用钎料中含有的少量活性元素,与陶瓷反应形成界面反应层,实现陶瓷金属化的一种方法。活性钎焊时,通过钎料的润湿性和界面反应可使陶瓷和金属形成致密的界面,但残余热应力大是陶瓷金属化中普遍存在的问题。氮化铝粉体的制备工艺:高温自蔓延合成法:高温自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法。广州导热氮化硼哪家好
高温自蔓延合成法的本质与铝粉直接氮化法相同,但该法不需要在高温下对Al粉进行氮化。电绝缘氮化铝品牌
氮化铝陶瓷微观结构对热导率的影响:在实际应用中,常在AlN中加入各种烧结助剂来降低AlN陶瓷的烧结温度,与此同时在氮化铝晶格中也引入了第二相,致使热传导过程中声子发生散射导致热导率下降。添加烧结助剂引入的第二相会出现几种情况:从分布形式来看,可分为孤岛状和连续分布在晶界处;从分布位置来看,可分为分布在晶界三角处和晶界其他处。连续分布的晶粒可为声子提供了更直接的通道,直接接触AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的热导率,所以第二相是连续分布的更好;分布于晶界三角处的AlN陶瓷在热传导过程中产生的干扰散射较少,而且能够使AlN晶粒间保持接触,故而第二相分布在晶界三角处更好。此外,晶界相若分布不均匀,会导致大量的气孔存在,阻碍声子的散射,导致AlN的热导率下降,晶界含量、晶界大小以及气孔率对热导率的表现也有一定的影响。因此,在AlN陶瓷的烧结过程中,可以通过改善烧结工艺的途径,如提高烧结温度、延长保温时间、热处理等,改善晶体内部缺陷,尽可能使第二相连续分布以及位于三叉晶界处,从而提高氮化铝陶瓷的热导率。电绝缘氮化铝品牌
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