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。利用氮化铝陶瓷能耐铁、铝等金属和合金的溶蚀性能,可用作Al、Cu等金属熔炼的坩埚和浇铸模具材料。上海高导热氮化铝品牌
薄膜法是通过真空镀膜技术在AlN基板表面实现金属化。通常采用的真空镀膜技术有离子镀、真空蒸镀、溅射镀膜等。但金属和陶瓷是两种物理化学性质完全不同的材料,直接在陶瓷基板表面进行金属化得到的金属化层的附着力不高,并且陶瓷基板与金属的热膨胀系数不匹配,在工作时会受到较大的热应力。为了提高金属化层的附着力和减小陶瓷与金属的热应力,陶瓷基板一般采用多层金属结构。直接覆铜法(DBC)是一种基于陶瓷基板发展起来的陶瓷表面金属化方法,基本原理是:在弱氧化环境中,与陶瓷表面连接的金属铜表面会被氧化形成一层Cu[O]共晶液相,该液相对互相接触的金属铜和陶瓷基板表面都具有良好润湿效果,并在界面处形成CuAlO2等化合物使金属铜能够牢固的敖接在陶瓷表面,实现陶瓷表面的金属化。而AlN基板具有较强的共价键,金属铜直接覆着在其表面的附着力不高,因此必须进行预处理来改善其与Cu的附着力。一般先对其表面进行氧化,生成一层薄Al2O3,通过该氧化层来实现与金属铜的连接。湖州绝缘氧化铝直至980℃,氮化铝在氢气及二氧化碳中仍相当稳定。
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。
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,它是将Al粉在高压氮气中点燃后,利用Al和N2反应产生的热量使反应自动维持,直到反应完全,其化学反应式为:2Al(s)+N2(g)→2AlN(s);其优点是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,只需在开始时将其点燃,故能耗低、生产效率高、成本低。其缺点是要获得氮化完全的粉体,必需在较高的氮气压力下进行,直接影响了该法的工业化生产。化学气相沉淀法:它是在远高于理论反应温度,使反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压,导致其自动凝聚成晶核,而后聚集成颗粒。在氮化铝一系列重要的性质中,很为明显的是高的热导率。
氮化铝陶瓷的制备技术:注射成型被国际上誉为“当今很热门的零部件成形技术”。陶瓷注射成型是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备复杂形状的陶瓷零部件的新兴工艺。相对于传统成型工艺,它的优点主要包括:机械化和自动化程度高、生产效率高、成型周期短、坯体强度高;成型的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度;成型产品烧结体性能优越且一致性较好;可近净尺寸成型各种复杂形状,很少甚至无需进行机械加工后处理。需要注意的是,由注射成型得到的制品,其脱脂是一个尤为重要的阶段,因为绝大多数的缺陷都在脱脂阶段形成,如裂纹、气孔、变形、鼓泡等情况,并且在脱脂过程中产生的缺陷无法通过后期的烧结来弥补,所以在某种程度上脱脂决定了很终产品质量。由于注射成型坯体中有机物含量较高,脱脂过快会导致很多缺陷的发生。因此,脱脂工艺优化是注射成型工艺中的一大难题和研究重点。结晶氮化铝:无色斜方品系结晶工业品为淡黄色或深黄色结晶。湖州绝缘氧化铝
粘结剂是氮化铝陶瓷粉末的载体,决定了喂料注射成形的流变性能和注射性能。上海高导热氮化铝品牌
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。上海高导热氮化铝品牌
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