氮化铝(AlN)是一种六方纤锌矿结构的共价键化合物,晶格参数为a=3.114,c=4.986。纯氮化铝呈蓝白色,通常为灰色或灰白色,是典型的III-Ⅴ族宽禁带半导体材料。氮化铝(AlN)具有度、高体积电阻率、高绝缘耐压、热膨胀系数、与硅匹配好等特性,不但用作结构陶瓷的烧结助剂或增强相,尤其是在近年来大火的陶瓷电子基板和封装材料领域,其性能远超氧化铝。与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。理论上AlN热导率可达320W·m-1·K-1,但由于AlN中的杂质和缺陷造成实际产品的热导率还不到200W·m-1·K-1。这主要是由于晶体内的结构基元都不可能有完全严格的均匀分布,总是存在稀疏稠密的不同区域,所以载流声子在传播过程中,总会受到干扰和散射。氮化铝不但机械性能好,抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷,硬度高,还耐高温耐腐蚀。嘉兴纳米氧化铝
氮化铝粉体的制备工艺:原位自反应合成法:原位自反应合成法的原理与直接氮化法的原理基本类同,以铝及其它金属形成的合金为原料,合金中其它金属先在高温下熔出,与氮气发生反应生成金属氮化物,继而金属Al取代氮化物的金属,生产AlN。其优点是工艺简单、原料丰富、反应温度低,合成粉体的氧杂质含量低。其缺点是金属杂质难以分离,导致其绝缘性能较低。等离子化学合成法:等离子化学合成法是使用直流电弧等离子发生器或高频等离子发生器,将Al粉输送到等离子火焰区内,在火焰高温区内,粉末立即融化挥发,与氮离子迅速化合而成为AlN粉体。其优点是团聚少、粒径小。其缺点是该方法为非定态反应,只能小批量处理,难于实现工业化生产,且其氧含量高、所需设备复杂和反应不完全。绍兴导热氮化硼供应商大多数氮化铝膜为多晶,但已在蓝宝石基材上成功地外延生长制成单晶氮化铝膜。
氮化铝具有与铝、钙等金属不润湿等特性,所以可以用其作坩埚、保护管、浇注模具等。将氮化铝陶瓷作为金属熔池可以用在浸入式热电偶保护管中,由于它不粘附熔融金属,在800~1000℃的熔池中可以连续使用大约3000个小时以上并且不会被侵蚀破坏。此外,由于氮化铝材料对熔盐砷化镓等材料性能稳定,那么将坩埚替代玻璃进行砷化镓半导体的合成,能够完全消除硅的污染而得到高纯度的砷化镓。耐热材料。AlN的介电损耗值较低,为了使之适合作为微波衰减材料,通常添加导电性和导热性都良好的金属或者陶瓷作为微波衰减剂制备成Al N 基的微波衰减陶瓷。目前研究中所涉及到的导电添加剂有碳纳米管、TiB2、TiC以及金属Mo、W、Cu等。氮化铝陶瓷室温比较强度高,且不易受温度变化影响,同时具有比较高的热导系数和比较低的热膨胀系数,是一种优良的耐热冲材料及热交换材料,作为热交换材料,可望应用于燃气轮机的热交换器上。
氮化铝陶瓷是一种高技术新型陶瓷。氮化铝基板具有极高的热导率,无毒、耐腐蚀、耐高温,热化学稳定性好等特点,是大规模集成电路,半导体模块电路和大功率器件的理想封装材料、散热材料、电路元件及互连线承载体。也是提高高分子材料热导率和力学性能的很佳添加料,氮化铝陶瓷还可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、热电偶的保护管、高温绝缘件、微波介电材料、耐高温、耐腐蚀结构陶瓷及透明氮化铝微波陶瓷制品,用作高导热陶瓷生产原料及树脂填料等。氮化铝是电绝缘体,介电性能良好。砷化镓表面的氮化铝涂层,能保护它在退火时免受离子的注入。氮化铝可用作高导热陶瓷生产原料、AlN陶瓷基片原料、树脂填料等。氮化铝陶瓷具有优良的绝缘性、导热性、耐高温性、耐腐蚀性以及与硅的热膨胀系数相匹配等优点。
AlN陶瓷金属化的方法主要有:化学镀金属化法是在没有外电流通过的情况下,利用还原剂将溶液中的金属离子还原在呈催化活性的物体表面上,在物体表面形成金属镀层。化学镀法金属化的结合强度很大程度上依赖于基体表面的粗糙度,在一定范围内,基体表面的粗糙度越大,结合强度越高;另一方面,化学镀金属化法的附着性不佳,且金属图形的制备仍需图形化工艺实现。激光金属化法利用激光的热效应使AlN表面发生热分解,直接生成金属导电层。激光照射到AlN陶瓷表面后,陶瓷表面吸收激光的能量,表面温度上升。当AlN表面温度达到热分解温度时,AlN表面就会发生热分解,析出金属铝。具有成本低、效率高、设备维护简单等优点,在生产实践中得到了较广的应用。但是,激光金属化也同样面临着许多问题,如:金属化层表面生成团聚物并呈多孔性,金属化层的附着性差和金属厚度不均等。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。嘉兴纳米氧化铝
利用AlN陶瓷耐热耐侵蚀性,可用于制作坩埚、Al蒸发皿等高温耐蚀部件。嘉兴纳米氧化铝
氮化铝因其相对优异的导热性和无毒性质而成为很常用的材料。它具有非常高的导热性和出色的电绝缘性能的非常有趣的组合。这使得氮化铝注定用于电力和微电子应用。例如,它在半导体中用作电路载体(基板)或在 LED 照明技术或大功率电子设备中用作散热器。氮化铝耐熔融铝、镓、铁、镍、钼、硅和硼。氮化铝可以金属化、电镀和钎焊。它也是一种良好的电绝缘体,如果需要,可以很容易地进行金属化。出于这个原因,该材料通常用作散热器或其他需要快速散热的应用。氮化铝可以形成大的形状,也很容易作为薄基板获得。氮化铝主要用于电子领域,特别是当散热是一项重要功能时。高导热性和出色的电绝缘性使氮化铝适用于各种极端环境,尤其适用于要求苛刻的电气应用。氮化铝的特性是高导热性、高电绝缘能力和低热膨胀。嘉兴纳米氧化铝