氮化铝选用高纯度且为微粉的“氮化铝粉末”,一般而言氧质量含量在1.2%以下,碳质量含量为0.04%以下,Fe含量为30ppm以下,Si含量为60ppm以下。氮化铝粉体的很大粒径很好控制在20μm以下的氮化铝粉末。此处,“氧”基本上属于杂质,但有防止过分煅烧的作用,因此为了防止煅烧导致的煅烧体强度下降优先选用氧质量含量在0.7%以上的氮化铝粉末。此外,在原料中常含有“煅烧助剂”,大多使用稀土金属化合物、碱土金属化合物、过渡金属化合物等。例如可选用氧化钇或氧化铝等,这些煅烧助剂与氮化铝粉体形成复合的氧化物液相,该液相带来煅烧体的高密度化,同时,提取氮化铝晶粒中属于杂质的氧,以结晶晶界的氧化物进行偏析,从而使氮化铝基板的导热率提高。氮化铝硬度高,超过传统氧化铝,是新型的耐磨陶瓷材料。舟山多孔氮化铝粉体商家
氮化铝陶瓷低温烧结助剂的选择:在烧结过程中通过添加一些低熔点的烧结助剂,可以在氮化铝烧结过程中产生液相,促进氮化铝胚体的致密烧结。此外,一些烧结助剂除了能够产生液相促进烧结,还能够与氮化铝晶格中的氧杂质反应,起到去除氧杂质净化晶格的作用,从而提高AlN陶瓷的热导性能。然而,烧结助剂不能盲目的添加,添加的量也要适宜,否则可能会产生不利的作用,烧结助剂会引入第二相,第二相的分布控制对热导率影响较大。经研究,在选择氮化铝陶瓷低温烧结助剂时应参照以下几点:添加剂熔点较低,能够在较低的烧结温度下形成液相,通过液相促进烧结;添加剂能够与Al2O3反应,去除氧杂质,净化AlN晶格,进而提高热导率;添加剂不与AlN反应,避免缺陷的产生;添加剂不会诱发AlN发生分解和氧化产生Al2O3和AlON,避免氮化铝陶瓷热导率急剧降低。天津绝缘氮化硼销售公司氮化铝的热导率也很高,氮化铝在整个可见光和红外频段都具有很高的光学透射率。
氮化铝的热传导机理:热导率,也即导热系数,作为衡量物质导热能力的量度,是导热材料很重要的性质之一。AIN属于共价化合物,其分子内部没有可自由移动的电子,因此热量的传递是以晶格振动这种形式来实现的,这种方式叫“声子传热”。晶体内部温度高的部分能量大,温度低的部分能量小,能量通过声子之间互相作用,从高能量向低能量发生传递,能量的迁移导致热量的传导。可以看到,把晶格内部的原子看成小球,这些小球之间彼此由弹簧(共价键)连接起来,从而每个原子的振动都要牵动周围的原子,使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种晶格振动产生的能量量子,即“声子”,声子相互作用使振动传递,从而使能量迁移,传导热量。
氮化铝粉体的制备工艺:原位自反应合成法:原位自反应合成法的原理与直接氮化法的原理基本类同,以铝及其它金属形成的合金为原料,合金中其它金属先在高温下熔出,与氮气发生反应生成金属氮化物,继而金属Al取代氮化物的金属,生产AlN。其优点是工艺简单、原料丰富、反应温度低,合成粉体的氧杂质含量低。其缺点是金属杂质难以分离,导致其绝缘性能较低。等离子化学合成法:等离子化学合成法是使用直流电弧等离子发生器或高频等离子发生器,将Al粉输送到等离子火焰区内,在火焰高温区内,粉末立即融化挥发,与氮离子迅速化合而成为AlN粉体。其优点是团聚少、粒径小。其缺点是该方法为非定态反应,只能小批量处理,难于实现工业化生产,且其氧含量高、所需设备复杂和反应不完全。高致密度是氮化铝陶瓷具有高热导率的前提。
氮化铝陶瓷基板作为一种新型陶瓷基板,具有导热效率高、力学性能好、耐腐蚀、电性能优、可焊接等特点,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。作为DPC、DBC、AMB等陶瓷覆铜板的陶瓷基板之一,氮化铝陶瓷基板用量十分巨大。因制备难度较大,目前国内氮化铝陶瓷基板仍以进口为主。氮化铝具有六方纤锌矿晶体结构,具有密度低、强度高、耐热性好、导热系数高、耐腐蚀等优点。由于铝和氮的原子序数小,氮化铝本身具有很高的热导率,其理论热导率可达319W/m·K。然而,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,使得其热导率低至170-230W/m·K。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。绍兴多孔氮化铝厂家
随着工业技术的高速发展,传统的成型方法已难以满足人们对陶瓷材料在性能和形状方面的要求。舟山多孔氮化铝粉体商家
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。舟山多孔氮化铝粉体商家
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