氮化铝的特性:热导率高(约320W/m·K),接近BeO和SiC,是Al2O3的5倍以上;热膨胀系数(4.5×10-6℃)与Si(3.5~4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配;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;纯度高;光传输特性好;无毒;可采用流延工艺制作。是一种很有前途的高功率集成电路基片和包装材料。由于氮化铝压电效应的特性,氮化铝晶体的外延性伸展也用於表面声学波的探测器。而探测器则会放置於矽晶圆上。只有非常少的地方能可靠地制造这些细的薄膜。利用氮化铝陶瓷具有较高的室温和高温强度,膨胀系数小,导热性好的特性,可以用作高温结构件热交换器材料等。利用氮化铝陶瓷能耐铁、铝等金属和合金的溶蚀性能,可用作Al、Cu、Ag、Pb等金属熔炼的坩埚和浇铸模具材料。在室温下,氮化铝的表面仍能探测到5-10纳米厚的氧化物薄膜。绍兴陶瓷氮化铝商家
氮化铝陶瓷的运用:氮化铝陶瓷基板:氮化铝陶瓷基板热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。氮化铝陶瓷零件:氮化铝 (AlN) 具有高导热性、高耐磨性和耐腐蚀性,是半导体和医疗行业很理想的材料。典型应用包括:加热器、静电卡盘、基座、夹环、盖板和 MRI 设备。氮化铝陶瓷使用须知:氮化铝陶瓷在700°C的空气中会发生表面氧化,即使在室温下,也检测到5-10nm的表面氧化层。这将有助于保护材料本体,但它也将降低材料表面的导热率。在惰性气氛中,该氧化层可在高达1350°C 的温度下保护材料本体,当在高于此温度时本体将会发生大量氧化。氮化铝陶瓷在高达 980°C 的氢气和二氧化碳气氛中是稳定的。氮化铝陶瓷会与无机酸和强碱、水等液体发生化学反应并缓慢溶解,所有它不能直接浸泡在这类物质中使用。但氮化铝可以抵抗大多数熔盐的侵蚀,包括氯化物和冰晶石。绍兴陶瓷氮化铝商家氮化铝陶瓷具有高热导率、好的抗热冲击性、高温下依然拥有良好的力学性能。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,热压烧结:热压烧结是指在机械压力和温度同时作用下,对粉料进行烧结获得致密块体的过程。热压烧结可以使加热烧结和加压成型同时进行。在高温下坯体持续受到压力作用,粉末原料处于热塑性状态,有利于物质的扩散和流动,并且外加压力抵消了形变阻力,促进了粉末颗粒之间的接触。热压烧结可以降低氮化铝陶瓷的烧结温度,而且不用烧结助剂也能使氮化铝烧结致密,且除氧能力强,但是缺点是设备昂贵,而且只能制备形状简单的样品。
氮化铝陶瓷的注射成型:陶瓷注射成型技术(CIM)是一种制造复杂形状陶瓷零部件的新兴技术,在制备复杂小部件方面有着其不可比拟的独特优势。随着近年来全球范围内电子陶瓷产业化规模的不断扩大,CIM 技术诱人的应用前景更值得期待。该工艺主要包括喂料制备、注射成型、脱脂和烧结。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。良好的粘结剂可起到形状维持的作用,且有效减少坯体变形和脱脂缺陷的产生。陶瓷注射成型粘结剂须具备以下条件:流动特性好,注射成型黏度适中,且黏度随温度不能波动太大,以减少缺陷产生;对粉体的润湿性和粘附作用好;具有高导热性和低热膨胀系数。 一般由多组分有机物组成,单一有机粘结剂很难满足流动性要求。直接氮化法的优点是工艺简单,成本较低,适合工业大规模生产。
氮化铝粉体的合成方法:自蔓延高温合成法:该方法为铝粉的直接氮化,充分利用了铝粉直接氮化为强放热反应的特点,将铝粉于氮气中点然后,利用铝和氮气之间的高化学反应热使反应自行维持下去,合成AlN。其反应式与Al粉直接氮化法相同,即为2Al+N2→2AlN。化学气相沉积法:利用铝的挥发性化合物与氮气或氨气反应,从气相中沉淀析出氮化铝粉末;根据选择铝源的不同,分为无机物(卤化铝)和有机物(烷基铝)化学气相沉积法。该工艺存在对设备要求较高,生产效率低,采用烷基铝为原料会导致成本较高,而采用无机铝为原料则会生成腐蚀性气体,所以目前还难以进行大规模工业化生产。氮化铝应用于陶瓷及耐火材料,氮化铝可应用于结构陶瓷的烧结,制备出来的氮化铝陶瓷。绍兴陶瓷氮化铝商家
氮化铝陶瓷基板具有导热效率高、力学性能好、耐腐蚀、电性能优、可焊接等特点。绍兴陶瓷氮化铝商家
目前发现的适合作为烧结助剂的材料有Y2O3、CaO、Li2O、BaO、MgO、SrO2、La2O3、HfO2和CeO2等不与AlN发生反应的氧化物,以及一些稀土金属与碱土金属的氟化物和少量具有还原性的化合物(CaC2、YC2、TiO2、ZrO2、TiN等)。单独采用某种单一的烧结助剂,在常压下烧结通常需要高于1800℃的温度,利用复合助剂,设计合理的助剂及配比,可以进一步有效降低烧结温度,也是目前普遍采用的一种氮化铝低温烧结方法。氮化铝陶瓷基板电子封装领域的应用范围越来越广,目前也有一些国内企业在这个领域有所建树,然而相对于早已接近红海的海外市场,我国的氮化铝陶瓷基板的发展仍处于起步阶段,在高性能粉体及高导热基板的制备生产上仍有一定的差距。深入了解材料的作用机理,从根源上“对症下药”,才能让我国的陶瓷基板产业更上一个台阶。绍兴陶瓷氮化铝商家
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