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天津耐温氧化铝

来源: 发布时间:2022年09月22日

氮化铝的热传导机理:热导率,也即导热系数,作为衡量物质导热能力的量度,是导热材料很重要的性质之一。AIN属于共价化合物,其分子内部没有可自由移动的电子,因此热量的传递是以晶格振动这种形式来实现的,这种方式叫“声子传热”。晶体内部温度高的部分能量大,温度低的部分能量小,能量通过声子之间互相作用,从高能量向低能量发生传递,能量的迁移导致热量的传导。可以看到,把晶格内部的原子看成小球,这些小球之间彼此由弹簧(共价键)连接起来,从而每个原子的振动都要牵动周围的原子,使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种晶格振动产生的能量量子,即“声子”,声子相互作用使振动传递,从而使能量迁移,传导热量。氮化铝的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。天津耐温氧化铝

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氮化铝基板具有极高的热导率,无毒、耐腐蚀、耐高温,热化学稳定性好等特点。氮化铝陶瓷基板是大规模集成电路,半导体模块电路和大功率器件的理想封装材料、散热材料、电路元件及互连线承载体。同时也是提高高分子材料热导率和力学性能的很佳添加料,目前在新能源汽车方面应用较广。随着智能汽车的电子化程度越来越高,集成电路所占的成本比例将越来越高,扩大氮化铝基板的应用场景及需求。传统的IGBT模块中,氧化铝精密陶瓷基板是很常用的精密陶瓷基板。但由于氧化铝精密陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好,并不适合作为高功率模块封装材料。氮化铝精密陶瓷基板在热特性方面具有非常高的热导率,散热快;在应力方面,热膨胀系数与硅接近,整个模块内部应力较低;又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能,是IGBT模块封装的关键基础材料。提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的。天津耐温氧化铝氮化铝陶瓷基板作为一种新型陶瓷基板。

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烧结是指陶瓷粉体经压力压制后形成的素坯在高温下的致密化过程,在烧结温度下陶瓷粉末颗粒相互键联,晶粒长大,晶界和坯体内空隙逐渐减少,坯体体积收缩,致密度增大,直至形成具有一定强度的多晶烧结体。氮化铝作为共价键化合物,难以进行固相烧结。通常采用液相烧结机制,即向氮化铝原料粉末中加入能够生成液相的烧结助剂,并通过溶解产生液相,促进烧结。AlN烧结动力:粉末的比表面能、晶格缺陷、固液相之间的毛细力等。要制备高热导率的AlN陶瓷,在烧结工艺中必须解决两个问题:是要提高材料的致密度,第二是在高温烧结时,要尽量避免氧原子溶入的晶格中。

采用小粒径氮化铝粉:氮化铝烧结过程的驱动力为表面能,颗粒细小的AlN粉体能够增强烧结活性,增加烧结推动力从而加速烧结过程。研究证实,当氮化铝原始粉料的起始粒径细小20倍后,陶瓷的烧结速率将增加147倍。烧结原料应选择粒径小且分布均匀的氮化铝粉,可防止二次再结晶,内部的大颗粒易发生晶粒异常生长而不利于致密化烧结;若颗粒分布不均匀,在烧结过程中容易发生个别晶体异常长大而影响烧结。此外,氮化铝陶瓷的烧结机理有时也受原始粉末粒度的影响。微米级的氮化铝粉体按体积扩散机理进行烧结,而纳米级的粉体则按晶界扩散或者表面扩散机理进行烧结。但目前而言,细小均匀的氮化铝粉体制备很困难,大多通过湿化学法结合碳热还原法制备,不但烧结工艺复杂,而且耗能多多规模的推广应用仍旧有一定的限制。国内在小粒径高性能氮化铝粉的供应上,仍十分稀缺。纯净的AlN陶瓷可以用作透明陶瓷制造电子光学器件装备的高温红外窗口和整流罩的耐热涂层。

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氮化铝,共价键化合物,化学式为AIN,是原子晶体,属类金刚石氮化物、六方晶系,纤锌矿型的晶体结构,无毒,呈白色或灰白色。AlN很高可稳定到2200℃。室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强,是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器元件也很有希望。砷化镓表面的氮化铝涂层,能保护它在退火时免受离子的注入。氮化铝还是由六方氮化硼转变为立方氮化硼的催化剂。室温下与水缓慢反应.可由铝粉在氨或氮气氛中800~1000℃合成,产物为白色到灰蓝色粉末。或由Al2O3-C-N2体系在1600~1750℃反应合成,产物为灰白色粉末。或氯化铝与氨经气相反应制得.涂层可由AlCl3-NH3体系通过气相沉积法合成。粘结剂是氮化铝陶瓷粉末的载体,决定了喂料注射成形的流变性能和注射性能。天津耐温氧化铝

氮化铝粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。天津耐温氧化铝

氮化铝陶瓷低温烧结助剂的选择:在烧结过程中通过添加一些低熔点的烧结助剂,可以在氮化铝烧结过程中产生液相,促进氮化铝胚体的致密烧结。此外,一些烧结助剂除了能够产生液相促进烧结,还能够与氮化铝晶格中的氧杂质反应,起到去除氧杂质净化晶格的作用,从而提高AlN陶瓷的热导性能。然而,烧结助剂不能盲目的添加,添加的量也要适宜,否则可能会产生不利的作用,烧结助剂会引入第二相,第二相的分布控制对热导率影响较大。经研究,在选择氮化铝陶瓷低温烧结助剂时应参照以下几点:添加剂熔点较低,能够在较低的烧结温度下形成液相,通过液相促进烧结;添加剂能够与Al2O3反应,去除氧杂质,净化AlN晶格,进而提高热导率;添加剂不与AlN反应,避免缺陷的产生;添加剂不会诱发AlN发生分解和氧化产生Al2O3和AlON,避免氮化铝陶瓷热导率急剧降低。天津耐温氧化铝

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