氮化鋁的熱傳導機理:熱導率,也即導熱系數,作為衡量物質導熱能力的量度,是導熱材料很重要的性質之一。AIN屬于共價化合物,其分子內部沒有可自由移動的電子,因此熱量的傳遞是以晶格振動這種形式來實現的,這種方式叫“聲子傳熱”。晶體內部溫度高的部分能量大,溫度低的部分能量小,能量通過聲子之間互相作用,從高能量向低能量發生傳遞,能量的遷移導致熱量的傳導。可以看到,把晶格內部的原子看成小球,這些小球之間彼此由彈簧(共價鍵)連接起來,從而每個原子的振動都要牽動周圍的原子,使振動以彈性波的形式在晶體中傳播。這種晶格振動產生的能量量子,即“聲子”,聲子相互作用使振動傳遞,從而使能量遷移,傳導熱量。氮化鋁是高溫和高功率的電子器件的理想材料。蘇州多孔氮化鋁
提高氮化鋁陶瓷熱導率的途徑:加入適當的燒結助劑,引入添加劑主要有兩方面的作用:促進氮化鋁陶瓷致密化。氮化鋁是共價化合物,具有熔點高、自擴散系數小的特點,一般難以燒結致密,使用添加劑可以在較低溫度產生液相,潤濕晶粒,從而達到致密化。凈化晶格。氮化鋁低氧有很強的親和力,晶格中經常固溶了氧,產生鋁空位,降低了聲子的平均自由程,熱導率也因此降低。合適的添加劑可以有效與晶格中氧反應生成第二相,凈化晶格,提高熱導率。大量的研究表明,稀土金屬氧化物和氟化物、堿土金屬氧化物和氟化物等均可以作為助燒劑提高氮化鋁的熱導率。但添加劑的量應適當,過多會增加雜質含量,從而影響熱導率;過少又起不到燒結助劑的作用。復合助劑比單一的添加劑能更有效的提高熱導率,同時還能降低燒結溫度。蘇州多孔氮化硼銷售公司成型工藝是陶瓷制備的關鍵技術,是提高產品性能和降低生產成本的重要環節之一。
氮化鋁的應用:應用于陶瓷及耐火材料,氮化鋁可應用于結構陶瓷的燒結,制備出來的氮化鋁陶瓷,不但機械性能好,抗折強度高于Al2O3和BeO陶瓷,硬度高,還耐高溫耐腐蝕。利用AlN陶瓷耐熱耐侵蝕性,可用于制作坩堝、Al蒸發皿等高溫耐蝕部件。此外,純凈的AlN陶瓷為無色透明晶體,具有優異的光學性能,可以用作透明陶瓷制造電子光學器件裝備的高溫紅外窗口和整流罩的耐熱涂層。復合材料,環氧樹脂/AlN復合材料作為封裝材料,需要良好的導熱散熱能力,且這種要求愈發嚴苛。環氧樹脂作為一種有著很好的化學性能和力學穩定性的高分子材料,它固化方便,收縮率低,但導熱能力不高。通過將導熱能力優異的AlN納米顆粒添加到環氧樹脂中,可有效提高材料的熱導率和強度。
高導熱氮化鋁基片的燒結工藝重點包括燒結方式、燒結助劑的添加、燒結氣氛的控制等。放電等離子燒結是20世紀90年代發展并成熟的一種燒結技術,它利用脈沖大電流直接施加于模具和樣品上,產生體加熱使被燒結樣品快速升溫;同時,脈沖電流引起顆粒間的放電效應,可凈化顆粒表面,實現快速燒結,有效地抑制顆粒長大。使用SPS技術能夠在較低溫度下進行燒結,且升溫速度快,燒結時間短。微波燒結是利用特殊頻段的電磁波與介質的相互耦合產生介電損耗,使坯體整體加熱的燒結方法。微波同時提高了粉末顆粒活性,加速物質的傳遞。微波燒結也是一種快速燒結法,同樣可保證樣品安全衛生無污染。雖然機理與放電等離子體燒結有所不同,但是兩者都能實現整體加熱,才能極大地縮短燒結周期,所得陶瓷晶體細小均勻。氮化鋁與氮化硅是目前很適合用作電子封裝基片的材料,但他們也有個共同的問題就是價格過高。
氧雜質對熱導率的影響:AIN極易發生水解和氧化,使氮化鋁表面發生氧化,導致氧固溶入AIN晶格中形成鋁空位缺陷,這樣就會導致聲子散射增加,平均自由程降低,熱導率也隨之降低。因此,為了提高熱導率,加入合適的燒結助劑來除去晶格中的氧雜質是一種有效的辦法。氮化鋁陶瓷的燒結的關鍵控制要素:AlN是共價化合物,原子的自擴散系數小,鍵能強,導致很難燒結致密,其熔點高達3000℃以上,燒結溫度更是高達1900℃以上,如此高的燒結溫度嚴重制約了氮化鋁在工業上的實際應用。此外,AlN表層的氧雜質是在高溫下才開始向其晶格內部擴散的,因此低溫燒結還有另外一個作用,即延緩燒結時表層的氧雜質向AlN晶格內部擴散,減少晶格內的氧雜質,因此制備高熱導率的AlN陶瓷材料,低溫燒結技術的研究勢在必行。目前工業上,氮化鋁陶瓷的燒結有多種方式,可以根據實際需求,采取不同的燒結方法來獲得致密的陶瓷體,無論用什么燒結方式,細化氮化鋁原始粉料以及添加適宜的低溫燒結助劑能夠有效降低氮化鋁陶瓷的燒結溫度。氮化鋁應用于陶瓷及耐火材料,氮化鋁可應用于結構陶瓷的燒結,制備出來的氮化鋁陶瓷。溫州絕緣氮化鋁廠家
與氧化鈹不同的是氮化鋁無毒,氮化鋁用金屬處理,能取代礬土及氧化鈹用于大量電子儀器。蘇州多孔氮化鋁
提高氮化鋁陶瓷熱導率的途徑:選擇合適的燒結工藝,微波燒結:微波燒結是利用微波與介質的相互作用產生介電損耗使坯體整體加熱的燒結方法。同時,微波可以使粉末顆粒活性提高,有利于物質的傳遞。微波燒結已成為一門新型的陶瓷燒結技術,它利用整體性自身加熱,使材料加熱的效率提高,升溫速度加快,保溫時間縮短,這有利于提高致密化速度并可以有效抑制晶粒生長,獲得獨特的性能和結構。放電等離子燒結:放電等離子燒結系統利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產生的瞬間高溫場來實現燒結過程。SPS升溫速度快、燒結時間短、能在較低溫度下燒結,通過控制燒結組分與工藝能實現溫度梯度場,可用于燒結梯度材料及大型工件等復雜材料。放電等離子燒結內每個顆粒均勻的自身發熱使顆粒表現活化,因而具有很高的熱導率,可在短時間內使燒結體致密化。蘇州多孔氮化鋁