臺州高導(dǎo)熱氮化鋁粉體

氮化鋁陶瓷的制備技術(shù)：凝膠注模成型技術(shù)原理是首先將粉體、溶劑、分散劑混合球磨，制備具有高固相、粘度的粉體-溶劑濃懸浮液，加入合適的有機(jī)單體，添加引發(fā)劑或固化劑或者通過外界條件如溫度等的變化使陶瓷漿料中的單體交聯(lián)固化，很終在坯體中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將陶瓷顆粒固定，使?jié){料原位固化成型。與其他成型工藝技術(shù)相比，凝膠注模成型優(yōu)點(diǎn)如下：適用范圍較廣；成型坯體缺陷和變形小，是一種近凈尺寸成型工藝；坯體強(qiáng)度較高，成型坯體可進(jìn)行機(jī)加工；坯體中有機(jī)物含量很低，排膠后成品變形小；陶瓷生坯和燒結(jié)體密度高、均勻性好；成本低、工藝可控。目前，凝膠注模成型的主要問題有：水機(jī)注凝成型需要對氮化鋁粉體做抗水解處理，非水基成型則需要進(jìn)一步尋找和制備凝膠網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)密度、強(qiáng)度適宜且易于制得高固含量低粘度漿料的注凝體系。由于鋁和氮的原子序數(shù)小，氮化鋁本身具有很高的熱導(dǎo)率。臺州高導(dǎo)熱氮化鋁粉體

氮化鋁選用高純度且為微粉的“氮化鋁粉末”，一般而言氧質(zhì)量含量在1.2%以下，碳質(zhì)量含量為0.04%以下，F(xiàn)e含量為30ppm以下，Si含量為60ppm以下。氮化鋁粉體的很大粒徑很好控制在20μm以下的氮化鋁粉末。此處，“氧”基本上屬于雜質(zhì)，但有防止過分煅燒的作用，因此為了防止煅燒導(dǎo)致的煅燒體強(qiáng)度下降優(yōu)先選用氧質(zhì)量含量在0.7%以上的氮化鋁粉末。此外，在原料中常含有“煅燒助劑”，大多使用稀土金屬化合物、堿土金屬化合物、過渡金屬化合物等。例如可選用氧化釔或氧化鋁等，這些煅燒助劑與氮化鋁粉體形成復(fù)合的氧化物液相，該液相帶來煅燒體的高密度化，同時，提取氮化鋁晶粒中屬于雜質(zhì)的氧，以結(jié)晶晶界的氧化物進(jìn)行偏析，從而使氮化鋁基板的導(dǎo)熱率提高。臺州高導(dǎo)熱氮化鋁粉體氮化鋁是共價化合物，具有熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散系數(shù)小的特點(diǎn)。

氮化鋁粉體的制備工藝主要有直接氮化法和碳熱還原法，此外還有自蔓延合成法、高能球磨法、原位自反應(yīng)合成法、等離子化學(xué)合成法及化學(xué)氣相沉淀法等。直接氮化法：直接氮化法就是在高溫的氮?dú)鈿夥罩?，鋁粉直接與氮?dú)饣仙傻X粉體，其化學(xué)反應(yīng)式為2Al(s)+N2(g)→2AlN(s)，反應(yīng)溫度在800℃-1200℃。其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，成本較低，適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是鋁粉表面有氮化物產(chǎn)生，導(dǎo)致氮?dú)獠荒軡B透，轉(zhuǎn)化率低；反應(yīng)速度快，反應(yīng)過程難以控制；反應(yīng)釋放出的熱量會導(dǎo)致粉體產(chǎn)生自燒結(jié)而形成團(tuán)聚，從而使得粉體顆粒粗化，后期需要球磨粉碎，會摻入雜質(zhì)。

氮化鋁（AlN）具有高導(dǎo)熱、絕緣、低膨脹、無磁等優(yōu)異性能，是半導(dǎo)體、電真空等領(lǐng)域裝備的關(guān)鍵材料，特別是在航空航天、軌道交通、新能源汽車、高功率LED、5G通訊、電力傳輸、工業(yè)控制等領(lǐng)域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制備復(fù)雜形狀A(yù)lN陶瓷零部件的精密制備技術(shù)主要有模壓成型、注射成型、凝膠注模成型，它們均為有模制造技術(shù)。此外，陶瓷3D打印成型也可實現(xiàn)AlN陶瓷零部件的精密制造，但該方法用于氮化鋁陶瓷成型方面的研究較少，實際應(yīng)用還有待于進(jìn)一步的研究，故不在的討論范圍之內(nèi)。砷化鎵表面的氮化鋁涂層，能保護(hù)它在退火時免受離子的注入。

目前發(fā)現(xiàn)的適合作為燒結(jié)助劑的材料有Y2O3、CaO、Li2O、BaO、MgO、SrO2、La2O3、HfO2和CeO2等不與AlN發(fā)生反應(yīng)的氧化物，以及一些稀土金屬與堿土金屬的氟化物和少量具有還原性的化合物（CaC2、YC2、TiO2、ZrO2、TiN等）。單獨(dú)采用某種單一的燒結(jié)助劑，在常壓下燒結(jié)通常需要高于1800℃的溫度，利用復(fù)合助劑，設(shè)計合理的助劑及配比，可以進(jìn)一步有效降低燒結(jié)溫度，也是目前普遍采用的一種氮化鋁低溫?zé)Y(jié)方法。氮化鋁陶瓷基板電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，目前也有一些國內(nèi)企業(yè)在這個領(lǐng)域有所建樹，然而相對于早已接近紅海的海外市場，我國的氮化鋁陶瓷基板的發(fā)展仍處于起步階段，在高性能粉體及高導(dǎo)熱基板的制備生產(chǎn)上仍有一定的差距。深入了解材料的作用機(jī)理，從根源上“對癥下藥”，才能讓我國的陶瓷基板產(chǎn)業(yè)更上一個臺階。在實際產(chǎn)品中，氮化鋁的晶體結(jié)構(gòu)不能完全均均勻分布，并且存在許多雜質(zhì)和缺陷。臺州高導(dǎo)熱氮化鋁粉體

氮化鋁的應(yīng)用：應(yīng)用于襯底材料，AlN晶體是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想襯底。臺州高導(dǎo)熱氮化鋁粉體

氮化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)助劑的選擇：在燒結(jié)過程中通過添加一些低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑，可以在氮化鋁燒結(jié)過程中產(chǎn)生液相，促進(jìn)氮化鋁胚體的致密燒結(jié)。此外，一些燒結(jié)助劑除了能夠產(chǎn)生液相促進(jìn)燒結(jié)，還能夠與氮化鋁晶格中的氧雜質(zhì)反應(yīng)，起到去除氧雜質(zhì)凈化晶格的作用，從而提高AlN陶瓷的熱導(dǎo)性能。然而，燒結(jié)助劑不能盲目的添加，添加的量也要適宜，否則可能會產(chǎn)生不利的作用，燒結(jié)助劑會引入第二相，第二相的分布控制對熱導(dǎo)率影響較大。經(jīng)研究，在選擇氮化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)助劑時應(yīng)參照以下幾點(diǎn)：添加劑熔點(diǎn)較低，能夠在較低的燒結(jié)溫度下形成液相，通過液相促進(jìn)燒結(jié)；添加劑能夠與Al2O3反應(yīng)，去除氧雜質(zhì)，凈化AlN晶格，進(jìn)而提高熱導(dǎo)率；添加劑不與AlN反應(yīng)，避免缺陷的產(chǎn)生；添加劑不會誘發(fā)AlN發(fā)生分解和氧化產(chǎn)生Al2O3和AlON，避免氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率急劇降低。臺州高導(dǎo)熱氮化鋁粉體

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