氮化鋁的熱傳導(dǎo)機(jī)理:熱導(dǎo)率,也即導(dǎo)熱系數(shù),作為衡量物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度,是導(dǎo)熱材料很重要的性質(zhì)之一。AIN屬于共價化合物,其分子內(nèi)部沒有可自由移動的電子,因此熱量的傳遞是以晶格振動這種形式來實(shí)現(xiàn)的,這種方式叫“聲子傳熱”。晶體內(nèi)部溫度高的部分能量大,溫度低的部分能量小,能量通過聲子之間互相作用,從高能量向低能量發(fā)生傳遞,能量的遷移導(dǎo)致熱量的傳導(dǎo)??梢钥吹剑丫Ц駜?nèi)部的原子看成小球,這些小球之間彼此由彈簧(共價鍵)連接起來,從而每個原子的振動都要牽動周圍的原子,使振動以彈性波的形式在晶體中傳播。這種晶格振動產(chǎn)生的能量量子,即“聲子”,聲子相互作用使振動傳遞,從而使能量遷移,傳導(dǎo)熱量。若能以較低的成本制備出氮化鋁粉末,將會提高其商品化程度。金華片狀氧化鋁生產(chǎn)商
氮化鋁在陶瓷在常溫和高溫下都具有良好的耐蝕性、穩(wěn)定性,在2450℃下才會發(fā)生分解,可以用作高溫耐火材料,如坩堝、澆鑄模具。氮化鋁陶瓷能夠不被銅、鋁、銀等物質(zhì)潤濕以及耐鋁、鐵、鋁合金的溶蝕,可以成為良好的容器和高溫保護(hù)層,如熱電偶保護(hù)管和燒結(jié)器具;也可以抵御高溫腐蝕性氣體的侵蝕,用于制備氮化鋁陶瓷靜電卡盤這種重要的半導(dǎo)體制造裝備的零部件。由于氮化鋁對砷化鎵等熔鹽表現(xiàn)穩(wěn)定,用氮化鋁坩堝代替玻璃來合成砷化鎵半導(dǎo)體,可以消除來自玻璃中硅的污染,獲得高純度的砷化鎵半導(dǎo)體。衢州高導(dǎo)熱氧化鋁氮化鋁具有六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu),具有密度低、強(qiáng)度高、耐熱性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
氮化鋁于1877年合成。至1980年代,因氮化鋁是一種陶瓷絕緣體(聚晶體物料為 70-210 W?m?1?K?1,而單晶體更可高達(dá) 275 W?m?1?K?1 ),使氮化鋁有較高的傳熱能力,至使氮化鋁被大量應(yīng)用于微電子學(xué)。與氧化鈹不同的是氮化鋁無毒。氮化鋁用金屬處理,能取代礬土及氧化鈹用于大量電子儀器。氮化鋁可通過氧化鋁和碳的還原作用或直接氮化金屬鋁來制備。氮化鋁是一種以共價鍵相連的物質(zhì),它有六角晶體結(jié)構(gòu),與硫化鋅、纖維鋅礦同形。此結(jié)構(gòu)的空間組為P63mc。要以熱壓及焊接式才可制造出工業(yè)級的物料。物質(zhì)在惰性的高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。在空氣中,溫度高于700℃時,物質(zhì)表面會發(fā)生氧化作用。在室溫下,物質(zhì)表面仍能探測到5-10納米厚的氧化物薄膜。直至1370℃,氧化物薄膜仍可保護(hù)物質(zhì)。但當(dāng)溫度高于1370℃時,便會發(fā)生大量氧化作用。直至980℃,氮化鋁在氫氣及二氧化碳中仍相當(dāng)穩(wěn)定。礦物酸通過侵襲粒狀物質(zhì)的界限使它慢慢溶解,而強(qiáng)堿則通過侵襲粒狀氮化鋁使它溶解。物質(zhì)在水中會慢慢水解。氮化鋁可以抵抗大部分融解的鹽的侵襲,包括氯化物及冰晶石〔即六氟鋁酸鈉〕。
影響氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率的因素:致密度:根據(jù)氮化鋁的熱傳導(dǎo)性能,低致密度的樣品存在的大量氣孔,會影響聲子的散射,降低其平均自由程,進(jìn)而降低氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率。同時,低致密度的樣品其機(jī)械性能也可能達(dá)不到相關(guān)應(yīng)用要求。因此,高致密度是氮化鋁陶瓷具有高熱導(dǎo)率的前提。顯微結(jié)構(gòu):氮化鋁陶瓷的顯微組織結(jié)構(gòu)與其熱力學(xué)性能有著一一對應(yīng),顯微結(jié)構(gòu)包括晶粒尺寸、形貌和晶界第二相的含量及分布等。實(shí)際的氮化鋁陶瓷為多相組成的多晶體,它主要由氮化鋁晶相、鋁酸鹽第二相(晶界相)以及氣孔等缺陷組成。除了對氮化鋁的晶格缺陷進(jìn)行研究外,許多人還對氮化鋁的晶粒、晶界形貌、晶界相的組成、性質(zhì)、含量、分布、以及它們與熱導(dǎo)率的關(guān)系進(jìn)行了較廣研究,一般認(rèn)為鋁酸鹽第二相的分布對熱導(dǎo)率的影響很為重要。氮化鋁薄膜可制成高頻壓電元件、超大規(guī)模集成電路基片等。
目前,AlN陶瓷燒結(jié)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(jié)時間及保溫時間不宜過長,且其燒結(jié)溫度不能過高,以免AlN被還原。而在中性氣氛中不會出現(xiàn)上述情況,因此一般選擇在氮?dú)庵袩Y(jié),以此獲得性能更高的AlN陶瓷。在氮化鋁陶瓷基板燒結(jié)過程中,除了工藝和氣氛影響著產(chǎn)品的性能外,燒結(jié)助劑的選擇也尤為重要。AlN燒結(jié)助劑一般是堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物,燒結(jié)助劑主要有兩方面的作用:一方面形成低熔點(diǎn)物相,實(shí)現(xiàn)液相燒結(jié),降低燒結(jié)溫度,促進(jìn)坯體致密化;另一方面,高熱導(dǎo)率是AlN基板的重要性能,而實(shí)現(xiàn)AlN基板中由于存在氧雜質(zhì)等各種缺陷,熱導(dǎo)率低于及理論值,加入燒結(jié)助劑可以與氧反應(yīng),使晶格完整化,進(jìn)而提高熱導(dǎo)率。選擇多元復(fù)合燒結(jié)助劑,往往能獲得比單一燒結(jié)助劑更好的燒結(jié)效果找到合適的低溫?zé)Y(jié)助劑,實(shí)現(xiàn)AlN低溫?zé)Y(jié),就可以減少能耗、降低成本,便于進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。 氮化鋁硬度高,超過傳統(tǒng)氧化鋁,是新型的耐磨陶瓷材料。深圳絕緣氮化硼銷售公司
高溫自蔓延合成法的本質(zhì)與鋁粉直接氮化法相同,但該法不需要在高溫下對Al粉進(jìn)行氮化。金華片狀氧化鋁生產(chǎn)商
熱壓燒結(jié):即在一定壓力下燒結(jié)陶瓷,可以使加熱燒結(jié)和加壓成型同時進(jìn)行。無壓燒結(jié):常壓燒結(jié)氮化鋁陶瓷一般溫度范圍為1600-2000℃,適當(dāng)升高燒結(jié)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(jié):微波燒結(jié)也是一種快速燒結(jié)法,利用微波與介質(zhì)的相互作用產(chǎn)生介電損耗而使坯體整體加熱的燒結(jié)方法。放電等離子燒結(jié):融合等離子活化、熱壓、電阻加熱等技術(shù),具有燒結(jié)速度快,晶粒尺寸均勻等特點(diǎn)。自蔓延燒結(jié):即在超高壓氮?dú)庀吕米月痈邷睾铣煞磻?yīng)直接制備AlN陶瓷致密材料。但由于高溫燃燒反應(yīng)下原料中的Al易熔融而阻礙氮?dú)庀蛎鲀?nèi)部滲透, 難以得到致密度高的AlN陶瓷。以上5中燒結(jié)工藝中,熱壓燒結(jié)是目前制備高熱導(dǎo)率致密化AlN陶瓷的主要工藝。金華片狀氧化鋁生產(chǎn)商
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