氮化铝粉体的合成方法:直接氮化法:在高温氮气氛围中,铝粉直接与氮气化合生产氮化铝粉末,反应温度一般在800℃~1200℃。反应式为:2Al+N2→2AlN。该方法的缺点很明显,在反应初期,铝粉颗粒表面会逐渐生成氮化物膜,使氮气难以进一步渗透,阻碍氮气反应,致使产率较低;又由于铝和氮气之间的反应是强放热反应,速度很快,造成AlN粉体自烧结,形成团聚,使得粉体颗粒粗化。碳热还原法:将氧化铝粉末和碳粉的混合粉末在高温下(1400℃~1800℃)的流动氮气中发生还原氮化反应生成AlN粉末。其反应式为:Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO。该方法的主要难点在于,对氧化铝和碳的原料要求比较高,原料难以混合均匀,氮化温度较高,合成时间较长,而且还需对过量的碳进行除碳处理,工艺复杂,制备成本较高。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。成都耐温氮化硼厂家直销
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,微波烧结:微波烧结是利用微波与介质的相互作用产生介电损耗使坯体整体加热的烧结方法。同时,微波可以使粉末颗粒活性提高,有利于物质的传递。微波烧结已成为一门新型的陶瓷烧结技术,它利用整体性自身加热,使材料加热的效率提高,升温速度加快,保温时间缩短,这有利于提高致密化速度并可以有效抑制晶粒生长,获得独特的性能和结构。放电等离子烧结:放电等离子烧结系统利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温场来实现烧结过程。SPS升温速度快、烧结时间短、能在较低温度下烧结,通过控制烧结组分与工艺能实现温度梯度场,可用于烧结梯度材料及大型工件等复杂材料。放电等离子烧结内每个颗粒均匀的自身发热使颗粒表现活化,因而具有很高的热导率,可在短时间内使烧结体致密化。电绝缘氮化硼厂家直销由于铝和氮的原子序数小,氮化铝本身具有很高的热导率。
脱脂体中的残留碳被除去,以得到具有理想煅烧体组织和热导率的氮化铝煅烧体。如果炉内压力超过150Pa,则不能充分地除去碳,如果温度超过1500℃进行加热,氮化铝晶粒将会有致密化的趋势,碳的扩散路径将会被闭合,因此不能充分的除去碳。此处,如果在炉内压力0.4MPa以上的加压气氛下进行煅烧,则液相化的煅烧助剂不易挥发,能有效的预制氮化铝晶粒的空隙产生,能有效的提高氮化铝基板的绝缘特性;如果煅烧温度不足1700℃,则由于氮化铝的晶粒的粒子生长不充分而无法得到致密的的煅烧体组织,导致基板的导热率下降,;另一方面,如果煅烧温度超过1900℃,则氮化铝晶粒过度长大,导致氧化铝晶粒间的空隙增大,从而导致氮化铝基板的绝缘性下降。一般而言,氮化铝晶粒的平均粒径在2μm到5μm之间可以有较好的热导率及机械强度。晶粒过小,致密度下降,则导热率下降;晶粒过大,则氮化铝晶粒间隙增大,从而存在绝缘性、机械强度下降的情况。此处,非氧化性气氛是指不含氧等氧化性气体的惰性气氛,还原气氛等。
氮化铝陶瓷是一种高技术新型陶瓷。氮化铝基板具有极高的热导率,无毒、耐腐蚀、耐高温,热化学稳定性好等特点,是大规模集成电路,半导体模块电路和大功率器件的理想封装材料、散热材料、电路元件及互连线承载体。也是提高高分子材料热导率和力学性能的很佳添加料,氮化铝陶瓷还可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、热电偶的保护管、高温绝缘件、微波介电材料、耐高温、耐腐蚀结构陶瓷及透明氮化铝微波陶瓷制品,用作高导热陶瓷生产原料及树脂填料等。氮化铝是电绝缘体,介电性能良好。砷化镓表面的氮化铝涂层,能保护它在退火时免受离子的注入。氮化铝可用作高导热陶瓷生产原料、AlN陶瓷基片原料、树脂填料等。制约氮化铝商品化的主要因素就是价格问题。
氮化铝陶瓷因具有高热导率、低膨胀系数、度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展,电子设备仪器的小型轻量化,以及混合集成度大幅提高,对散热基板的导热性能要求越来越高,氮化铝陶瓷的热导率较氧化铝陶瓷高5倍以上,膨胀系数低,与硅芯片的匹配性更好,因此在大功率器件等领域,已逐渐取代氧化铝基板,成为市场主流。但氮化铝陶瓷基板行业进入技术壁垒高,全球市场中,具有量产能力的企业主要集中在日本,日本企业在国际氮化铝陶瓷基板市场中处于垄断地位,此外,中国台湾地区也有部分产能。而随着国内市场对氮化铝陶瓷基板的需求快速上升,在市场的拉动下,进入行业布局的企业开始增多,但现阶段我国拥有量产能力的企业数量依然极少。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。天津导热氮化硼品牌
利用AIN陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作Al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件。成都耐温氮化硼厂家直销
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。成都耐温氮化硼厂家直销
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