氮化铝陶瓷是一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有优良的热传导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料,受到了国内外研究者的较广重视。理论上,氮化铝的热导率接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用。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。另外,氮化铝还耐高温,耐腐蚀,不为多种熔融金属和融盐所浸润,因此,可用作高级耐火材料和坩埚材料,也可用作防腐蚀涂层,如腐蚀性物质的容器和处理器的里衬等。氮化铝粉末还可作为添加剂加入各种金属或非金属中来改善这些材料的性能。高纯度的氮化铝陶瓷呈透明状,可用作电子光学器件。氮化铝还具有优良的耐磨耗性能,可用作研磨材料和耐磨损零件。氮化铝一般难以烧结致密,使用添加剂可以在较低温度产生液相,润湿晶粒,从而达到致密化。上海高导热氧化铝生产商
氮化铝是共价键化合物,属于六方晶系,纤锌矿型的晶体结构,呈白色或灰白色。室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。氮化铝导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。具有优异的抗热震性。AlN的导热率是Al2O3的2~3倍,热压时强度比Al2O3还高。氮化铝对Al和其他熔融金属、砷化镓等具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,还具有优良的电绝缘性和介电性质。但氮化铝的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解,和湿空气、水或含水液体接触产生热和氮并迅速分解。在2516℃分解,热硬度很高,即使在分解温度前也不软化变形。氮化铝和水在室温下也能缓慢地进行反应,而被水解。和干燥氧气在800℃以上进行反应。上海高导热氧化铝生产商氮化铝陶瓷成为新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。
流延成型的体系,有机流延体系和水基流延体系。有机流延体系所用到的添加剂的成分均有毒,对绿色生产提出了很大的挑战。近年来,研究者一直致力于寻找添加剂毒性小的流延成型方法。郭坚等以无水乙醇和异丙醇为混合溶剂,利用流延成型制备AlN生坯,烧结后得到AlN陶瓷的热导率为178 W/(m·K)。水基流延体系因为其绿色环保等特点,成为流延成型发展趋势。但其在成型后需要对陶瓷生坯进行干燥,目前干燥技术还有待进一步完善。相对而言,流延成型的生产效率高,产品质量高,但此种方法存在的局限性是只能成型简单外形的陶瓷生坯,无法满足复杂外形的陶瓷生坯成型要求。近年来,随着微电子技术的飞速发展,大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异形封装和散热器件的需求正在每年成倍增加,因而需要越来越多的微型、复杂形状高导热AlN陶瓷零部件,但是传统的加工方法很难制备出形状和尺寸精度满足需要的零部件。于是,另一种成型方法——粉末注射成型获得越来越多的关注。
氮化铝粉体的制备工艺:高温自蔓延合成法:高温自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法,它是将Al粉在高压氮气中点燃后,利用Al和N2反应产生的热量使反应自动维持,直到反应完全,其化学反应式为:2Al(s)+N2(g)→2AlN(s);其优点是高温自蔓延合成法的本质与铝粉直接氮化法相同,但该法不需要在高温下对Al粉进行氮化,只需在开始时将其点燃,故能耗低、生产效率高、成本低。其缺点是要获得氮化完全的粉体,必需在较高的氮气压力下进行,直接影响了该法的工业化生产。化学气相沉淀法:它是在远高于理论反应温度,使反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压,导致其自动凝聚成晶核,而后聚集成颗粒。陶瓷电子基板和封装材料领域,其性能远超氧化铝。
氮化铝粉体制备技术发展趋势:AlN粉体作为一种性能优异的粉体原料,国内外研究者通过不断的科技创新来解决现有工艺存在的技术问题,同时也在不断探索新的、更高效的制备技术。在微米级AlN粉体合成方面,目前很主要的工艺仍是碳热还原法和直接氮化法,这两种工艺具有技术成熟、设备简单、得到产品质量好等特点,已在工业中得到大规模应用。获得更高纯度、粒度可控、形貌均匀分散的高性能粉体是AlN制备技术的发展方向,针对不同应用领域应开发多种规格的粉体,以满足导热陶瓷基板、AlN单晶半导体、高纯靶材、导热填料等领域对AlN粉体原料的要求。同时,在生产中也需要对现有技术及装备进行不断优化,进一步提高产品的批次稳定性,增加产出效率,降低生产成本。在氮化铝一系列重要的性质中,很为明显的是高的热导率。上海高导热氧化铝生产商
氮化铝是一种很有前途的高功率集成电路基片和包装材料。上海高导热氧化铝生产商
氮化铝具有高热导率、良好的电绝缘性、低介电常数、无毒等性能,应用前景十分广阔,特别是随着大功率和超大规模集成电路的发展,集成电路和基片间散热的重要性也越来越明显。因此,基片必须要具有高的导热率和电阻率。为满足这一要求,国内外研究学者开发出了一系列高性能的陶瓷基片材料,其中主要包括:Al2O3、BeO、AlN、BN、Si3N4、SiC,其中氮化铝是综合性能很优良的新型先进陶瓷材料,被认为是新一代高集成度半导体基片和电子器件的理想封装材料。烧结过程是氮化铝陶瓷制备的一个重要阶段,直接影响陶瓷的显微结构如晶粒尺寸与分布、气孔率和晶界体积分数等。因此烧结技术成为制备高质量氮化铝陶瓷的关键技术。氮化铝陶瓷常用的烧结技术有无压烧结、热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结等。上海高导热氧化铝生产商
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