宁波绝缘氮化铝粉体

时间:2022年07月06日 来源:

AlN属于共价化合物,自扩散系数小,烧结致密化非常困难,通常需要使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物作为烧结助剂来促进烧结,但仍需要1800℃以上的烧结温度。近几年,出于减少能耗、降低成本以及实现AlN与金属浆料的共同烧结等因素考虑,人们开始注意AlN低温烧结技术的研究。所谓低温烧结是个相对概念,指的是将AlN的烧结温度降低到1600℃至1700℃之间实现致密度高的烧结。一般认为,AlN表层的氧是在高温下才开始向其晶格内部扩散。因此,低温烧结另外一个潜在的有利影响是可以延缓高温烧结时表层氧向AlN晶格内部扩散,增进后续热处理过程中的排氧效果,有利于制备出高热导率的陶瓷材料。低温烧结的关键技术是选择有效的烧结助剂。提高氮化铝粉末的纯度,理想的氮化铝粉料应含适量的氧。宁波绝缘氮化铝粉体

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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。宁波绝缘氮化铝粉体氮化铝防导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。

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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。

氮化铝陶瓷是一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集成度半导体基片和电子器件的理想封装材料。另外,氮化铝陶瓷可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、蒸发舟、热电偶的保护管、高温绝缘件,同时可作为耐高温耐腐蚀结构陶瓷、透明氮化铝陶瓷制品,因而成为一种具有较广应用前景的无机材料。陶瓷的透明度,一般指能让一定的电磁频率范围内的电磁波通过,如红外频谱区域中的电磁波若能穿透陶瓷片,则该陶瓷片为红外透明陶瓷。纯净的AlN陶瓷为无色透明晶体,具有优异的光学性能,可以用作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。因此,氮化铝陶瓷在方面具有很好的应用。由于氮化铝的声表面波速度高,具有压电性,可用作声表面波器件。

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氮化铝在陶瓷在常温和高温下都具有良好的耐蚀性、稳定性,在2450℃下才会发生分解,可以用作高温耐火材料,如坩埚、浇铸模具。氮化铝陶瓷能够不被铜、铝、银等物质润湿以及耐铝、铁、铝合金的溶蚀,可以成为良好的容器和高温保护层,如热电偶保护管和烧结器具;也可以抵御高温腐蚀性气体的侵蚀,用于制备氮化铝陶瓷静电卡盘这种重要的半导体制造装备的零部件。由于氮化铝对砷化镓等熔盐表现稳定,用氮化铝坩埚代替玻璃来合成砷化镓半导体,可以消除来自玻璃中硅的污染,获得高纯度的砷化镓半导体。氮化铝一般难以烧结致密,使用添加剂可以在较低温度产生液相,润湿晶粒,从而达到致密化。宁波绝缘氮化铝粉体

氮化铝是综合机械性能很好的陶瓷材料,同时其热膨胀系数很小。宁波绝缘氮化铝粉体

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。宁波绝缘氮化铝粉体

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