提高氮化鋁陶瓷熱導率的途徑:選擇合適的燒結工藝,致密度對氮化鋁陶瓷的熱導率有重要影響,致密度較低的氮化鋁陶瓷很難有較高的熱導率,因此必須選擇合適的燒結工藝實現(xiàn)氮化鋁陶瓷的致密化。常壓燒結:常壓燒結的燒結溫度通常為1600℃至2000℃,當添加了Y2O3燒結助劑后,氮化鋁粉會產生液相燒結,燒結溫度一般在1700℃至1900℃,特別是1800℃很常用,保溫時間為2h。燒結溫度還要受到氮化鋁粉粒度、添加劑含量及種類等的影響。熱壓溫度相對能低一些,一般是在1500℃至1700℃,保溫時間為0.5h,施加的壓力為20MPa左右。在1500℃至1800℃范圍內,提高氮化鋁燒結溫度通常會明顯提高氮化鋁燒結體的導熱率和致密度,特別是在常壓燒結時,這種影響更為明顯。制備氮化鋁粉末一般都需要較高的溫度,從而導致生產制備過程中的能耗較高,同時存在安全風險。舟山單晶氮化鋁銷售公司
目前,氮化鋁也存在一些問題。其一是粉體在潮濕的環(huán)境極易與水中羥基形成氫氧化鋁,在AlN粉體表面形成氧化鋁層,氧化鋁晶格溶入大量的氧,降低其熱導率,而且也改變其物化性能,給AlN粉體的應用帶來困難。抑制AlN粉末的水解處理主要是借助化學鍵或物理吸附作用在AlN顆粒表面涂覆一種物質,使之與水隔離,從而避免其水解反應的發(fā)生。目前抑制水解處理的方法主要有:表面化學改性和表面物理包覆。其二是氮化鋁的價格高居不下,每公斤上千元的價格也在一定程度上限制了它的應用。制備氮化鋁粉末一般都需要較高的溫度,從而導致生產制備過程中的能耗較高,同時存在安全風險,這也是一些高溫制備方法無法實現(xiàn)工業(yè)化生產的主要弊端。再者是生產制備過程中的雜質摻入或者有害產物的生成問題,例如碳化還原反應過量碳粉的去除問題,以及化學氣相沉積法的氯化氫副產物的去除問題,這都要求制備氮化鋁的過程中需對反應產物進行提純,這也導致了生產制備氮化鋁的成本居高不下。電絕緣氮化硼廠商氮化鋁耐熱、耐熔融金屬的侵蝕,對酸穩(wěn)定,但在堿性溶液中易被侵蝕。
氮化鋁粉體的成型工藝有多種,傳統(tǒng)的成型工藝諸如模壓,熱壓,等靜壓等均適用。由于氮化鋁粉體的親水性強,為了減少氮化鋁的氧化,成型過程中應盡量避免與水接觸。另外,據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯了解,熱壓、等靜壓雖然適用于制備高性能的塊體氮化鋁瓷材料,但成本高、生產效率低,無法滿足電子工業(yè)對氮化鋁陶瓷基片用量日益增加的需求。為了解決這一問題,近年來人們研究采用流延法成型氮化鋁陶瓷基片。流延法目前已成為電子工業(yè)用氮化鋁陶瓷的主要成型工藝。流延成型制備多層氮化鋁陶瓷的主要工藝是:將氮化鋁粉料、燒結助劑、粘結劑、溶劑混合均勻制成漿料,通過流延制成坯片,采用組合模沖成標準片,然后用程控沖床沖成通孔,用絲網(wǎng)印刷印制金屬圖形,將每一個具有功能圖形的生坯片疊加,層壓成多層陶瓷生坯片,在氮氣中約700℃排除粘結劑,然后在1800℃氮氣中進行共燒,電鍍后即形成多層氮化鋁陶瓷。
氮化鋁陶瓷的制備技術:注射成型被國際上譽為“當今很熱門的零部件成形技術”。陶瓷注射成型是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結合而發(fā)展起來的一種制備復雜形狀的陶瓷零部件的新興工藝。相對于傳統(tǒng)成型工藝,它的優(yōu)點主要包括:機械化和自動化程度高、生產效率高、成型周期短、坯體強度高;成型的陶瓷產品具有極高的尺寸精度和表面光潔度;成型產品燒結體性能優(yōu)越且一致性較好;可近凈尺寸成型各種復雜形狀,很少甚至無需進行機械加工后處理。需要注意的是,由注射成型得到的制品,其脫脂是一個尤為重要的階段,因為絕大多數(shù)的缺陷都在脫脂階段形成,如裂紋、氣孔、變形、鼓泡等情況,并且在脫脂過程中產生的缺陷無法通過后期的燒結來彌補,所以在某種程度上脫脂決定了很終產品質量。由于注射成型坯體中有機物含量較高,脫脂過快會導致很多缺陷的發(fā)生。因此,脫脂工藝優(yōu)化是注射成型工藝中的一大難題和研究重點。氮化鋁陶瓷基板是理想的大規(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料。
氮化鋁陶瓷的運用:氮化鋁陶瓷基板:氮化鋁陶瓷基板熱導率高,膨脹系數(shù)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(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料。氮化鋁陶瓷零件:氮化鋁 (AlN) 具有高導熱性、高耐磨性和耐腐蝕性,是半導體和醫(yī)療行業(yè)很理想的材料。典型應用包括:加熱器、靜電卡盤、基座、夾環(huán)、蓋板和 MRI 設備。氮化鋁陶瓷使用須知:氮化鋁陶瓷在700°C的空氣中會發(fā)生表面氧化,即使在室溫下,也檢測到5-10nm的表面氧化層。這將有助于保護材料本體,但它也將降低材料表面的導熱率。在惰性氣氛中,該氧化層可在高達1350°C 的溫度下保護材料本體,當在高于此溫度時本體將會發(fā)生大量氧化。氮化鋁陶瓷在高達 980°C 的氫氣和二氧化碳氣氛中是穩(wěn)定的。氮化鋁陶瓷會與無機酸和強堿、水等液體發(fā)生化學反應并緩慢溶解,所有它不能直接浸泡在這類物質中使用。但氮化鋁可以抵抗大多數(shù)熔鹽的侵蝕,包括氯化物和冰晶石。結晶氮化鋁:無色斜方品系結晶工業(yè)品為淡黃色或深黃色結晶。杭州納米氧化鋁商家
氮化鋁陶瓷基板用量十分巨大。舟山單晶氮化鋁銷售公司
氮化鋁基板材料熱膨脹系數(shù)(4.6×10-6/K)與SiC芯片熱膨脹系數(shù)(4.5×10-6/K)相近,導熱率系數(shù)大(170-230W/m?K),絕緣性能優(yōu)異,可以適應SiC的應用要求,是搭載SiC半導體的理想基板材料。以往,氮化鋁基板主要通過如下工藝制備:在氮化鋁粉末中混合煅燒助劑、粘合劑、增塑劑、分散介質、脫模機等添加劑,通過擠出成型在空氣中或氮等非氧化性氣氛中加熱到350-700℃而將粘合劑去除后(脫脂),在1800-1900℃的氮等非氧化性氣氛中保持0.5-10小時的(煅燒)。該法制備氮化鋁基板的缺陷:通過上述工藝制備出來的氮化鋁基板材料,其擊穿電壓在室溫下顯示為30-40kV/mm左右的高絕緣性,但在400℃的高溫下則降低到10kV/mm左右。在高溫下具備優(yōu)異絕緣特性的氮化鋁基板的制備方法。通過該法可制備出耐高溫氮化鋁基板材料具有如下特點:氮化鋁晶粒平均大小為2-5μm;熱導率為170W/m?K以上;不含枝狀晶界相;在400℃下的擊穿電壓為30kV/mm以上。舟山單晶氮化鋁銷售公司
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