氮化铝陶瓷是以氮化铝(AIN)为主晶相的陶瓷。AIN晶体以〔AIN4〕四面体为结构单元共价键化合物,具有纤锌矿型结构,属六方晶系。化学组成 AI 65.81%,N 34.19%,比重3.261g/cm3,白色或灰白色,单晶无色透明,常压下的升华分解温度为2450℃。为一种高温耐热材料。热膨胀系数(4.0-6.0)X10-6/℃。多晶AIN热导率达260W/(m.k),比氧化铝高5-8倍,所以耐热冲击好,能耐2200℃的极热。此外,氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性,特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。性能指标:各种电性能(介电常数、介质损耗、体电阻率、介电强度)优良;机械性能好,抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷,可以常压烧结;光传输特性好;无毒。氮化铝的商品化程度并不高,这也是影响氮化铝陶瓷进一步发展的关键因素。天津单晶氮化铝价格
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。天津单晶氮化铝价格根据氮化铝的热传导性能,低致密度的样品存在的大量气孔,会影响声子的散射。
影响氮化铝陶瓷热导率的因素:影响氮化铝陶瓷热导率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、显微结构、粉体纯度等。氧含量及杂质:对于氮化铝陶瓷来说,由于它对氧的亲和作用强烈,氧杂质易于在烧结过程中扩散进入AlN晶格,与多种缺陷直接相关,是影响氮化铝热导率的很主要根源。在声子-缺陷的散射中,起主要作用的是杂质氧和氧化铝的存在,由于氮化铝易于水解和氧化,表面形成一层氧化铝膜,氧化铝溶入氮化铝晶格中产生铝空位。使得氮化铝晶格出现非谐性,影响声子散射,从而使氮化铝陶瓷热导率急剧降低。
氮化铝(AlN)是一种六方纤锌矿结构的共价键化合物,晶格参数为a=3.114,c=4.986。纯氮化铝呈蓝白色,通常为灰色或灰白色,是典型的III-Ⅴ族宽禁带半导体材料。氮化铝(AlN)具有度、高体积电阻率、高绝缘耐压、热膨胀系数、与硅匹配好等特性,不但用作结构陶瓷的烧结助剂或增强相,尤其是在近年来大火的陶瓷电子基板和封装材料领域,其性能远超氧化铝。与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。理论上AlN热导率可达320W·m-1·K-1,但由于AlN中的杂质和缺陷造成实际产品的热导率还不到200W·m-1·K-1。这主要是由于晶体内的结构基元都不可能有完全严格的均匀分布,总是存在稀疏稠密的不同区域,所以载流声子在传播过程中,总会受到干扰和散射。氮化铝与氮化硅是目前很适合用作电子封装基片的材料,但他们也有个共同的问题就是价格过高。
氮化铝陶瓷的注射成型:排胶工艺,由于注射成型坯体中有机物含量较高,排胶过快会造成坯体开裂、起泡、分层和变形,因此,如何快速高效排胶成为注射成型的一大难点。排胶工艺包括热排胶和溶剂排胶。起初主要采用热排胶,简单地把有机物烧除,这种方式能耗高、时间长。为了提高排胶效率,一些学者探索了溶剂排胶的工艺。由于粘结剂中石蜡占比重较大,溶剂排胶主要是将坯体中的石蜡溶解,其他粘结剂仍能维持坯体形状。溶剂排胶结合热工艺排胶可以缩短排胶时间。注射成型的工艺特点:可近净尺寸成型各种复杂形状,很少(或无需)进行机械加工;成型产品生坯密度均匀,且表面光洁度及强度高;成型产品烧结体性能优异且一致性好;易于实现机械化和自动化生产,生产效率高。氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。丽水高导热氧化铝品牌
提高氮化铝粉末的纯度,理想的氮化铝粉料应含适量的氧。天津单晶氮化铝价格
氮化铝基板材料热膨胀系数(4.6×10-6/K)与SiC芯片热膨胀系数(4.5×10-6/K)相近,导热率系数大(170-230W/m▪K),绝缘性能优异,可以适应SiC的应用要求,是搭载SiC半导体的理想基板材料。以往,氮化铝基板主要通过如下工艺制备:在氮化铝粉末中混合煅烧助剂、粘合剂、增塑剂、分散介质、脱模机等添加剂,通过挤出成型在空气中或氮等非氧化性气氛中加热到350-700℃而将粘合剂去除后(脱脂),在1800-1900℃的氮等非氧化性气氛中保持0.5-10小时的(煅烧)。该法制备氮化铝基板的缺陷:通过上述工艺制备出来的氮化铝基板材料,其击穿电压在室温下显示为30-40kV/mm左右的高绝缘性,但在400℃的高温下则降低到10kV/mm左右。在高温下具备优异绝缘特性的氮化铝基板的制备方法。通过该法可制备出耐高温氮化铝基板材料具有如下特点:氮化铝晶粒平均大小为2-5μm;热导率为170W/m▪K以上;不含枝状晶界相;在400℃下的击穿电压为30kV/mm以上。天津单晶氮化铝价格