AIN氮化铝陶瓷作为一种综合性能优良的新型陶瓷材料,因其氮化铝陶瓷具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集成度半导体基片和电子器件封装的理想材料。氮化铝陶瓷可做成氮化铝陶瓷基板,被较广应用到散热需求较高的领域,比如大功率LED模组,半导体等领域。高性能氮化铝粉体是制备高热导率氮化铝陶瓷基片的关键,目前国外氮化铝粉制造工艺已经相当成熟,商品化程度也很高。但掌握高性能氮化铝粉生产技术的厂家并不多,主要分布在日本、德国和美国。氮化铝粉末作为制备陶瓷成品的原料,其纯度、粒度、氧含量以及其它杂质的含量都对后续成品的热导性能、后续烧结,成型工艺有重要影响,是很终成品性能优异与否的基石。由于铝和氮的原子序数小,氮化铝本身具有很高的热导率。天津片状氮化铝粉体厂家
目前,AlN陶瓷烧结气氛有3种:中性气氛、还原型气氛和弱还原型气氛。中性气氛采用常用的N2、还原性气氛采用CO,弱还原性气氛则使用H2。在还原气氛中,AlN陶瓷的烧结时间及保温时间不宜过长,且其烧结温度不能过高,以免AlN被还原。而在中性气氛中不会出现上述情况,因此一般选择在氮气中烧结,以此获得性能更高的AlN陶瓷。在氮化铝陶瓷基板烧结过程中,除了工艺和气氛影响着产品的性能外,烧结助剂的选择也尤为重要。AlN烧结助剂一般是碱金属氧化物和碱土金属氧化物,烧结助剂主要有两方面的作用:一方面形成低熔点物相,实现液相烧结,降低烧结温度,促进坯体致密化;另一方面,高热导率是AlN基板的重要性能,而实现AlN基板中由于存在氧杂质等各种缺陷,热导率低于及理论值,加入烧结助剂可以与氧反应,使晶格完整化,进而提高热导率。选择多元复合烧结助剂,往往能获得比单一烧结助剂更好的烧结效果找到合适的低温烧结助剂,实现AlN低温烧结,就可以减少能耗、降低成本,便于进行连续生产。 杭州球形氮化铝粉体氮化铝与氮化硅是目前很适合用作电子封装基片的材料,但他们也有个共同的问题就是价格过高。
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)。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:提高氮化铝粉末的纯度,理想的氮化铝粉料应含适量的氧。除氧以外,其他杂质元素如Si、Mn和Fe等,也能进入氮化铝晶格,造成缺陷,降低氮化铝的热导率。杂质进入晶格后,使晶格发生局部畸变,由此产生应力作用,引起位错、层错等缺陷,增大声子散射,故应该提高氮化铝的粉末的纯度。改进氮化铝粉末合成方法,制备出粒径在1μm以下,含氧量1%的高纯粉末,是制备高导热氮化铝陶瓷的前提。此外,对含烧结助剂的氮化铝粉末,引入适量的碳,在制备氮化铝陶瓷的烧结过程中,于致密化之前,先对氮化铝粉末表面的氧化物进行还原碳化,也能使氮化铝陶瓷的热导率提高。在空气中,温度高于700℃时,氮化铝的物质表面会发生氧化作用。
氮化铝在取向硅钢二次再结晶中的作用:二次再结晶在取向钢的制造过程中不可缺少,它是在钢铁材料的方向性方面发生的现象。可以这样形容,在几乎无方向性的基体中,一粒沙子在一瞬间长大成1立方米大的岩石,其结晶方位大约可达到95%的取向度。在此期问,为了抑制基体的长大,普通的高斯法中,采用MnS、RG和RGH钢中则利用的是MnSe、Sb,而这里将谈谈AIN。关于二次再结晶的机理已有很多文献介绍,这里就A1N的特殊性进行描述。HiB钢热轧材中的A1N必须是固溶态或极细小的AIN。具有(100)[001]方位的立方体织构钢,可以通过对含A1热轧板进行交叉冷轧得到,这时该钢种具有以下三个重要的特征。AlN很好是1微米左右粗大尺寸,为此,热轧时板坯加热温度低好,热轧板的高温退火对AIN的粗大化有利。采用交叉热轧,虽然可以进一步提高产生(100)面的机率,但随着C量的增加,(100)[001]方位即45度立方体的混合比例将增加。在氮化铝一系列重要的性质中,很为明显的是高的热导率。湖州微米氮化铝商家
在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中,氮化硅陶瓷抗弯强度很高,耐磨性好。天津片状氮化铝粉体厂家
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,致密度对氮化铝陶瓷的热导率有重要影响,致密度较低的氮化铝陶瓷很难有较高的热导率,因此必须选择合适的烧结工艺实现氮化铝陶瓷的致密化。常压烧结:常压烧结的烧结温度通常为1600℃至2000℃,当添加了Y2O3烧结助剂后,氮化铝粉会产生液相烧结,烧结温度一般在1700℃至1900℃,特别是1800℃很常用,保温时间为2h。烧结温度还要受到氮化铝粉粒度、添加剂含量及种类等的影响。热压温度相对能低一些,一般是在1500℃至1700℃,保温时间为0.5h,施加的压力为20MPa左右。在1500℃至1800℃范围内,提高氮化铝烧结温度通常会明显提高氮化铝烧结体的导热率和致密度,特别是在常压烧结时,这种影响更为明显。天津片状氮化铝粉体厂家
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