致密度不高的材料熱導率也不會高。為了獲得高致密度的氮化鋁陶瓷,一般采取的方法有:使用超細粉、改善燒結方式、引入燒結助劑等方法。因此,氮化鋁粉體粒徑的大小會直接影響到氮化鋁陶瓷燒結的致密度。超細氮化鋁粉體由于其高的比表面積,會在燒結的過程中增加燒結的推動力,加速燒結的過程。此外,粉體的尺寸變小也就意味著物質的擴散距離變短,高溫下有利于液相物質的生成,極大地加強了流動傳質作用。由于氮化鋁自擴散系數小,燒結非常困難。只有使用純度高的超細粉,才可以在燒結的過程中盡可能地減少氣孔的出現,保持高致密度。因此,據中國粉體網編輯的了解,工業(yè)上一般要求超細氮化鋁粉體的D50(即顆粒累積分布為50%的粒徑)尺寸盡可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均勻。氮化鋁粉體的制備工藝:高溫自蔓延合成法:高溫自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法。耐溫氧化鋁品牌
氮化鋁粉體的制備工藝:原位自反應合成法:原位自反應合成法的原理與直接氮化法的原理基本類同,以鋁及其它金屬形成的合金為原料,合金中其它金屬先在高溫下熔出,與氮氣發(fā)生反應生成金屬氮化物,繼而金屬Al取代氮化物的金屬,生產AlN。其優(yōu)點是工藝簡單、原料豐富、反應溫度低,合成粉體的氧雜質含量低。其缺點是金屬雜質難以分離,導致其絕緣性能較低。等離子化學合成法:等離子化學合成法是使用直流電弧等離子發(fā)生器或高頻等離子發(fā)生器,將Al粉輸送到等離子火焰區(qū)內,在火焰高溫區(qū)內,粉末立即融化揮發(fā),與氮離子迅速化合而成為AlN粉體。其優(yōu)點是團聚少、粒徑小。其缺點是該方法為非定態(tài)反應,只能小批量處理,難于實現工業(yè)化生產,且其氧含量高、所需設備復雜和反應不完全。麗水高導熱氮化鋁粉體品牌陶瓷注射成型技術是一種制造復雜形狀陶瓷零部件的新興技術。
目前AlN基片較常用的燒結工藝一般有5種,即熱壓燒結、無壓燒結、放電等離子燒結(SPS)、微波燒結和自蔓延燒結。熱壓燒結是在加熱粉體的同時進行加壓,利用通電產生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形來促進燒結過程的進行。相對于無壓燒結來說,熱壓燒結的燒結溫度要低得多,而且燒結體致密,氣孔率低,但其加熱、冷卻所需時間較長,且只能制備形狀不太復雜的樣品。熱壓燒結是目前制備高熱導率致密化AlN陶瓷的主要工藝。由于AlN具有很強的共價性,故其在常壓燒結時需要的燒結溫度很高。在常壓燒結條件下,添加了Y2O3的AlN粉能產生液相燒結的溫度為1600℃以上,且燒結溫度要受AlN粒度、添加劑種類及添加劑的含量等因素的影響。常壓燒結的燒結溫度一般為1600~2000℃,保溫時間為2h。
目前,AlN陶瓷燒結氣氛有3種:中性氣氛、還原型氣氛和弱還原型氣氛。中性氣氛采用常用的N2、還原性氣氛采用CO,弱還原性氣氛則使用H2。在還原氣氛中,AlN陶瓷的燒結時間及保溫時間不宜過長,且其燒結溫度不能過高,以免AlN被還原。而在中性氣氛中不會出現上述情況,因此一般選擇在氮氣中燒結,以此獲得性能更高的AlN陶瓷。在氮化鋁陶瓷基板燒結過程中,除了工藝和氣氛影響著產品的性能外,燒結助劑的選擇也尤為重要。AlN燒結助劑一般是堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物,燒結助劑主要有兩方面的作用:一方面形成低熔點物相,實現液相燒結,降低燒結溫度,促進坯體致密化;另一方面,高熱導率是AlN基板的重要性能,而實現AlN基板中由于存在氧雜質等各種缺陷,熱導率低于及理論值,加入燒結助劑可以與氧反應,使晶格完整化,進而提高熱導率。選擇多元復合燒結助劑,往往能獲得比單一燒結助劑更好的燒結效果找到合適的低溫燒結助劑,實現AlN低溫燒結,就可以減少能耗、降低成本,便于進行連續(xù)生產。 氮化鋁,共價鍵化合物,化學式為AIN,是原子晶體,屬類金剛石氮化物、六方晶系。
熱壓燒結:即在一定壓力下燒結陶瓷,可以使加熱燒結和加壓成型同時進行。無壓燒結:常壓燒結氮化鋁陶瓷一般溫度范圍為1600-2000℃,適當升高燒結溫度和延長保溫時間可以提高氮化鋁陶瓷的致密度。微波燒結:微波燒結也是一種快速燒結法,利用微波與介質的相互作用產生介電損耗而使坯體整體加熱的燒結方法。放電等離子燒結:融合等離子活化、熱壓、電阻加熱等技術,具有燒結速度快,晶粒尺寸均勻等特點。自蔓延燒結:即在超高壓氮氣下利用自蔓延高溫合成反應直接制備AlN陶瓷致密材料。但由于高溫燃燒反應下原料中的Al易熔融而阻礙氮氣向毛坯內部滲透, 難以得到致密度高的AlN陶瓷。以上5中燒結工藝中,熱壓燒結是目前制備高熱導率致密化AlN陶瓷的主要工藝。AIN晶體以〔AIN4〕四面體為結構單元共價鍵化合物,具有纖鋅礦型結構,屬六方晶系。麗水高導熱氮化鋁粉體品牌
利用氮化鋁陶瓷能耐鐵、鋁等金屬和合金的溶蝕性能,可用作Al、Cu等金屬熔煉的坩堝和澆鑄模具材料。耐溫氧化鋁品牌
氮化鋁陶瓷的制備技術:壓制成形的三個階段:一階段,主要是顆粒的滑動和重排,無論是一般的粉體或者造粒后的粉體,其填充于模具中的很初結構中都含有和顆粒尺寸接近或稍小的空隙。第二階段,顆粒接觸點部位發(fā)生變形和破裂,當壓力超過顆粒料的表觀屈服應力時,顆粒發(fā)生變形使得顆粒間空隙減小,隨著顆粒的變形,坯體體積很大空隙尺寸減少,塑性低的致密粒料對應的屈服應力大,達到相同致密度所需要更高的壓力。第三階段,坯體進一步密實與彈性壓縮,這一階段起始于高壓力階段,但密度提高幅度較小,此階段發(fā)生一定程度的彈性壓縮,這種彈性壓縮過大,則在脫模后會造成應力開裂與分層。模壓成型的優(yōu)點是成型坯體尺寸準確、操作簡單、模壓坯體中粘結劑含量較少、干燥和燒成收縮較小,特別適用于制備形狀簡單、長徑比小的制品。但是,這種傳統的成型方法效率低,且制得的AlN陶瓷零部件的尺寸精度取決于所用模具的精度,而高精度模具的制備成本較高。耐溫氧化鋁品牌
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