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烧结是指陶瓷粉体经压力压制后形成的素坯在高温下的致密化过程,在烧结温度下陶瓷粉末颗粒相互键联,晶粒长大,晶界和坯体内空隙逐渐减少,坯体体积收缩,致密度增大,直至形成具有一定强度的多晶烧结体。氮化铝作为共价键化合物,难以进行固相烧结。通常采用液相烧结机制,即向氮化铝原料粉末中加入能够生成液相的烧结助剂,并通过溶解产生液相,促进烧结。AlN烧结动力:粉末的比表面能、晶格缺陷、固液相之间的毛细力等。要制备高热导率的AlN陶瓷,在烧结工艺中必须解决两个问题:是要提高材料的致密度,第二是在高温烧结时,要尽量避免氧原子溶入的晶格中。氮化铝是共价化合物,具有熔点高、自扩散系数小的特点。宁波球形氮化硼
生产方法:将氨和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得氮化铝粉末。或者将氧化铝和炭充分混合,在电炉中于1700℃还原制得氮化铝。将高纯度铝粉脱脂(用抽提或在氮气流中加热到150℃)后,放到镍盘中,将盘放在石英或瓷制反应管内,在提纯的氮气流中慢慢地进行加热。氮化反应在820℃左右时发出白光迅速地进行。此时,必须大量通氮以防止反应管内出现减压。这个激烈的反应完毕后,在氮气流中冷却。由于产物内包有金属铝,可将其粉碎,并在氮气流中于1100~1200℃温度下再加热1~2h,即得到灰白色氮化铝。另外,将铝在1200~1400℃下蒸发气化,使其与氮气反应即得到氮化铝的须状物(金属晶须)。此外,也有将AlCl3·NH3加成物进行热分解的制法。直接氮化法:将氮和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得。氮化铝产品质量受反应炉温、原料的预混合以及循环氮化铝粉末所占的混合比例、氮化铝比表面积等条件的影响。因此需严格控制工艺过程,得到稳定特性的氮化铝粉末(如比表面积、一次粒径、凝聚粒径、松密度和表面特性等)。衢州陶瓷氮化硼品牌氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器元件也很有希望。
热压烧结:即在一定压力下烧结陶瓷,可以使加热烧结和加压成型同时进行。无压烧结:常压烧结氮化铝陶瓷一般温度范围为1600-2000℃,适当升高烧结温度和延长保温时间可以提高氮化铝陶瓷的致密度。微波烧结:微波烧结也是一种快速烧结法,利用微波与介质的相互作用产生介电损耗而使坯体整体加热的烧结方法。放电等离子烧结:融合等离子活化、热压、电阻加热等技术,具有烧结速度快,晶粒尺寸均匀等特点。自蔓延烧结:即在超高压氮气下利用自蔓延高温合成反应直接制备AlN陶瓷致密材料。但由于高温燃烧反应下原料中的Al易熔融而阻碍氮气向毛坯内部渗透, 难以得到致密度高的AlN陶瓷。以上5中烧结工艺中,热压烧结是目前制备高热导率致密化AlN陶瓷的主要工艺。
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。结晶氮化铝易潮解,在湿空气中水解生成氯化氢白色烟雾。
氮化铝化铝陶瓷是以氮化铝(AlN)为主晶相的陶瓷,氮化铝晶体以四面体为结构单元共价键化合物,具有纤锌矿型结构,属六方晶系。化学组成Al(65.81%)、N(34.19%),比重3.261g/cm3,白色或灰白色,单晶无色透明,常压下的升华分解温度为2450°C,为一种高温耐热材料。热膨胀系数(4.0-6.0)*10-6/℃。多晶氮化铝热导率达260W/(m.k),比氧化铝高5-8倍,所以耐热冲击好,能耐2200℃的高温。此外,氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性,特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。氮化铝陶瓷有很多优良特性,但是其难加工属性限制了氮化铝陶瓷的发挥。氮化铝陶瓷用普通CNC不能很好的加工,主要是因为氮化铝陶瓷材料较硬,普通CNC不适合加工硬度过高的材料,并且机床内部的精密零件也容易受到陶瓷粉末的侵蚀,加工氮化铝陶瓷可以用鑫腾辉陶瓷CNC,刚性强,防护等级高,专门加工氮化铝陶瓷等特种陶瓷材料。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。天津多孔氮化硼供应商
纯净的AlN陶瓷可以用作透明陶瓷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。宁波球形氮化硼
AlN陶瓷基片一般采用无压烧结,该烧结方法是一种很普通的烧结,虽然工艺简单、成本较低、可制备形状复杂,但烧结温度一般偏高,再不添加烧结助剂的情况下,一般无法制备高性能陶瓷基片。传统烧结方式一般通过外部热源对AlN坯体进行加热,热传导不均且速度较慢,将影响烧结质量。微波烧结通过坯体吸收微波能量从而进行自身加热,加热过程是在整个材料内部同时进行,升温速度快,温度分散均匀,防止AlN陶瓷晶粒的过度生长。这种快速烧结技术能充分发挥亚微米级和纳米级粉末的性能,具有很强的发展前景。放电等离子烧结技术主要利用放电脉冲压力、脉冲能和焦耳热产生瞬间高温场实现快速烧结。放电等离子烧结技术的主要特点是升温速度快,烧结时间短,烧结温度低,可实现AlN陶瓷的快速低温烧结。通过该烧结方法,烧结体的各个颗粒可类似于微波烧结那样均匀地自身发热以活化颗粒表面,可在短时间内得到致密化、高热导烧结体。宁波球形氮化硼
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