氮化鋁(AlN)具有高導熱、絕緣、低膨脹、無磁等優異性能,是半導體、電真空等領域裝備的關鍵材料,特別是在航空航天、軌道交通、新能源汽車、高功率LED、5G通訊、電力傳輸、工業控制等領域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制備復雜形狀AlN陶瓷零部件的精密制備技術主要有模壓成型、注射成型、凝膠注模成型,它們均為有模制造技術。此外,陶瓷3D打印成型也可實現AlN陶瓷零部件的精密制造,但該方法用于氮化鋁陶瓷成型方面的研究較少,實際應用還有待于進一步的研究,故不在的討論范圍之內。在實際產品中,氮化鋁的晶體結構不能完全均均勻分布,并且存在許多雜質和缺陷。納米氧化鋁商家
AlN陶瓷基片一般采用無壓燒結,該燒結方法是一種很普通的燒結,雖然工藝簡單、成本較低、可制備形狀復雜,但燒結溫度一般偏高,再不添加燒結助劑的情況下,一般無法制備高性能陶瓷基片。傳統燒結方式一般通過外部熱源對AlN坯體進行加熱,熱傳導不均且速度較慢,將影響燒結質量。微波燒結通過坯體吸收微波能量從而進行自身加熱,加熱過程是在整個材料內部同時進行,升溫速度快,溫度分散均勻,防止AlN陶瓷晶粒的過度生長。這種快速燒結技術能充分發揮亞微米級和納米級粉末的性能,具有很強的發展前景。放電等離子燒結技術主要利用放電脈沖壓力、脈沖能和焦耳熱產生瞬間高溫場實現快速燒結。放電等離子燒結技術的主要特點是升溫速度快,燒結時間短,燒結溫度低,可實現AlN陶瓷的快速低溫燒結。通過該燒結方法,燒結體的各個顆??深愃朴谖⒉Y那樣均勻地自身發熱以活化顆粒表面,可在短時間內得到致密化、高熱導燒結體。納米氧化鋁商家由于鋁和氮的原子序數小,氮化鋁本身具有很高的熱導率。
氮化鋁陶瓷的應用:氮化鋁粉末純度高,粒徑小,活性大,是制造高導熱氮化鋁陶瓷基片的主要原料。氮化鋁陶瓷基片,熱導率高,膨脹系數低,強度高,耐高溫,耐化學腐蝕,電阻率高,介電損耗小,是理想的大規模集成電路散熱基板和封裝材料。氮化鋁硬度高,超過傳統氧化鋁,是新型的耐磨陶瓷材料,但由于造價高,只能用于磨損嚴重的部位.利用AIN陶瓷耐熱耐熔體侵蝕和熱震性,可制作GaAs晶體坩堝、Al蒸發皿、磁流體發電裝置及高溫透平機耐蝕部件,利用其光學性能可作紅外線窗口。氮化鋁薄膜可制成高頻壓電元件、超大規模集成電路基片等。氮化鋁耐熱、耐熔融金屬的侵蝕,對酸穩定,但在堿性溶液中易被侵蝕。AIN新生表面暴露在濕空氣中會反應生成極薄的氧化膜。 利用此特性,可用作鋁、銅、銀、鉛等金屬熔煉的坩堝和燒鑄模具材料。AIN陶瓷的金屬化性能較好,可替代有毒性的氧化鈹瓷在電子工業中較廣應用。
氮化鋁陶瓷微觀結構對熱導率的影響:在實際應用中,常在AlN中加入各種燒結助劑來降低AlN陶瓷的燒結溫度,與此同時在氮化鋁晶格中也引入了第二相,致使熱傳導過程中聲子發生散射導致熱導率下降。添加燒結助劑引入的第二相會出現幾種情況:從分布形式來看,可分為孤島狀和連續分布在晶界處;從分布位置來看,可分為分布在晶界三角處和晶界其他處。連續分布的晶??蔀槁曌犹峁┝烁苯拥耐ǖ?,直接接觸AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的熱導率,所以第二相是連續分布的更好;分布于晶界三角處的AlN陶瓷在熱傳導過程中產生的干擾散射較少,而且能夠使AlN晶粒間保持接觸,故而第二相分布在晶界三角處更好。此外,晶界相若分布不均勻,會導致大量的氣孔存在,阻礙聲子的散射,導致AlN的熱導率下降,晶界含量、晶界大小以及氣孔率對熱導率的表現也有一定的影響。因此,在AlN陶瓷的燒結過程中,可以通過改善燒結工藝的途徑,如提高燒結溫度、延長保溫時間、熱處理等,改善晶體內部缺陷,盡可能使第二相連續分布以及位于三叉晶界處,從而提高氮化鋁陶瓷的熱導率。氮化鋁有較高的傳熱能力,至使氮化鋁被大量應用于微電子學。
氮化鋁粉體的制備工藝:原位自反應合成法:原位自反應合成法的原理與直接氮化法的原理基本類同,以鋁及其它金屬形成的合金為原料,合金中其它金屬先在高溫下熔出,與氮氣發生反應生成金屬氮化物,繼而金屬Al取代氮化物的金屬,生產AlN。其優點是工藝簡單、原料豐富、反應溫度低,合成粉體的氧雜質含量低。其缺點是金屬雜質難以分離,導致其絕緣性能較低。等離子化學合成法:等離子化學合成法是使用直流電弧等離子發生器或高頻等離子發生器,將Al粉輸送到等離子火焰區內,在火焰高溫區內,粉末立即融化揮發,與氮離子迅速化合而成為AlN粉體。其優點是團聚少、粒徑小。其缺點是該方法為非定態反應,只能小批量處理,難于實現工業化生產,且其氧含量高、所需設備復雜和反應不完全。氮化鋁粉體的制備工藝主要有直接氮化法和碳熱還原法。納米氧化鋁商家
氮化鋁是共價化合物,具有熔點高、自擴散系數小的特點。納米氧化鋁商家
氮化鋁膜是指用氣相沉積、液相沉積、表面轉化或其它表面技術制備的氮化鋁覆蓋層 。氮化鋁膜在微電子和光電子器件、襯底材料、絕緣層材料、封裝材料上有著十分廣闊的應用前景。由于它的聲表面波速度高,具有壓電性,可用作聲表面波器件。此外,氮化鋁還具有良好的耐磨損和耐腐蝕性能,可用作防護膜。氮化鋁膜很早用化學氣相沉積(CVI)制備,其沉積溫度高達1000攝氏度以上。后來,通過采用等離子體增強化學氣相沉積,或用物相沉積((PVD)方法,其沉積溫度逐步降到500攝氏度以下、甚至可以在接近室溫條件下沉積。大多數氮化鋁膜為多晶,但已在藍寶石基材上成功地外延生長制成單晶氮化鋁膜。此外,也曾沉積出非晶氮化鋁膜。納米氧化鋁商家
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