目前AlN基片較常用的燒結(jié)工藝一般有5種,即熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)(SPS)、微波燒結(jié)和自蔓延燒結(jié)。熱壓燒結(jié)是在加熱粉體的同時(shí)進(jìn)行加壓,利用通電產(chǎn)生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形來促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行。相對(duì)于無壓燒結(jié)來說,熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度要低得多,而且燒結(jié)體致密,氣孔率低,但其加熱、冷卻所需時(shí)間較長,且只能制備形狀不太復(fù)雜的樣品。熱壓燒結(jié)是目前制備高熱導(dǎo)率致密化AlN陶瓷的主要工藝。由于AlN具有很強(qiáng)的共價(jià)性,故其在常壓燒結(jié)時(shí)需要的燒結(jié)溫度很高。在常壓燒結(jié)條件下,添加了Y2O3的AlN粉能產(chǎn)生液相燒結(jié)的溫度為1600℃以上,且燒結(jié)溫度要受AlN粒度、添加劑種類及添加劑的含量等因素的影響。常壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度一般為1600~2000℃,保溫時(shí)間為2h。高溫自蔓延法和低溫碳熱還原合成工藝是很有發(fā)展前景的氮化鋁粉末合成方法。臺(tái)州球形氮化鋁廠家
提高氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率的途徑:提高氮化鋁粉末的純度,理想的氮化鋁粉料應(yīng)含適量的氧。除氧以外,其他雜質(zhì)元素如Si、Mn和Fe等,也能進(jìn)入氮化鋁晶格,造成缺陷,降低氮化鋁的熱導(dǎo)率。雜質(zhì)進(jìn)入晶格后,使晶格發(fā)生局部畸變,由此產(chǎn)生應(yīng)力作用,引起位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷,增大聲子散射,故應(yīng)該提高氮化鋁的粉末的純度。改進(jìn)氮化鋁粉末合成方法,制備出粒徑在1μm以下,含氧量1%的高純粉末,是制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷的前提。此外,對(duì)含燒結(jié)助劑的氮化鋁粉末,引入適量的碳,在制備氮化鋁陶瓷的燒結(jié)過程中,于致密化之前,先對(duì)氮化鋁粉末表面的氧化物進(jìn)行還原碳化,也能使氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率提高。陶瓷氮化鋁粉體供應(yīng)商利用AIN陶瓷耐熱耐熔體侵蝕和熱震性,可制作Al蒸發(fā)皿、磁流體發(fā)電裝置及高溫透平機(jī)耐蝕部件。
氮化鋁(AlN)具有高導(dǎo)熱、絕緣、低膨脹、無磁等優(yōu)異性能,是半導(dǎo)體、電真空等領(lǐng)域裝備的關(guān)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(yè)控制等領(lǐng)域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制備復(fù)雜形狀A(yù)lN陶瓷零部件的精密制備技術(shù)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(shù)。此外,陶瓷3D打印成型也可實(shí)現(xiàn)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(shí)際應(yīng)用還有待于進(jìn)一步的研究,故不在的討論范圍之內(nèi)。
影響氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率的因素:影響氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、顯微結(jié)構(gòu)、粉體純度等。氧含量及雜質(zhì):對(duì)于氮化鋁陶瓷來說,由于它對(duì)氧的親和作用強(qiáng)烈,氧雜質(zhì)易于在燒結(jié)過程中擴(kuò)散進(jìn)入AlN晶格,與多種缺陷直接相關(guān),是影響氮化鋁熱導(dǎo)率的很主要根源。在聲子-缺陷的散射中,起主要作用的是雜質(zhì)氧和氧化鋁的存在,由于氮化鋁易于水解和氧化,表面形成一層氧化鋁膜,氧化鋁溶入氮化鋁晶格中產(chǎn)生鋁空位。使得氮化鋁晶格出現(xiàn)非諧性,影響聲子散射,從而使氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率急劇降低。關(guān)于氮化鋁的導(dǎo)熱機(jī)理,國內(nèi)外已做了大量的研究,并已形成了較為完善的理論體系。
氮化鋁的應(yīng)用:應(yīng)用于發(fā)光材料,氮化鋁(AlN)的直接帶隙禁帶很大寬度為6.2eV,相對(duì)于間接帶隙半導(dǎo)體有著更高的光電轉(zhuǎn)換效率。AlN作為重要的藍(lán)光和紫外發(fā)光材料,應(yīng)用于紫外/深紫外發(fā)光二極管、紫外激光二極管以及紫外探測(cè)器等。此外,AlN可以和III族氮化物如GaN和InN形成連續(xù)的固溶體,其三元或四元合金可以實(shí)現(xiàn)其帶隙從可見波段到深紫外波段的連續(xù)可調(diào),使其成為重要的高性能發(fā)光材料??梢哉f,從性能的角度講,氮化鋁與氮化硅是目前很適合用作電子封裝基片的材料,但他們也有個(gè)共同的問題就是價(jià)格過高。氮化鋁薄膜可制成高頻壓電元件、超大規(guī)模集成電路基片等。舟山片狀氮化硼銷售公司
氮化鋁具有不受鋁液和其它熔融金屬及砷化鎵侵蝕的特性,特別是對(duì)熔融鋁液具有極好的耐侵蝕性。臺(tái)州球形氮化鋁廠家
氮化鋁粉體的制備工藝:高溫自蔓延合成法:高溫自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法,它是將Al粉在高壓氮?dú)庵悬c(diǎn)燃后,利用Al和N2反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使反應(yīng)自動(dòng)維持,直到反應(yīng)完全,其化學(xué)反應(yīng)式為:2Al(s)+N2(g)→2AlN(s);其優(yōu)點(diǎn)是高溫自蔓延合成法的本質(zhì)與鋁粉直接氮化法相同,但該法不需要在高溫下對(duì)Al粉進(jìn)行氮化,只需在開始時(shí)將其點(diǎn)燃,故能耗低、生產(chǎn)效率高、成本低。其缺點(diǎn)是要獲得氮化完全的粉體,必需在較高的氮?dú)鈮毫ο逻M(jìn)行,直接影響了該法的工業(yè)化生產(chǎn)。化學(xué)氣相沉淀法:它是在遠(yuǎn)高于理論反應(yīng)溫度,使反應(yīng)產(chǎn)物蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓,導(dǎo)致其自動(dòng)凝聚成晶核,而后聚集成顆粒。臺(tái)州球形氮化鋁廠家