氧杂质对热导率的影响:AIN极易发生水解和氧化,使氮化铝表面发生氧化,导致氧固溶入AIN晶格中形成铝空位缺陷,这样就会导致声子散射增加,平均自由程降低,热导率也随之降低。因此,为了提高热导率,加入合适的烧结助剂来除去晶格中的氧杂质是一种有效的办法。氮化铝陶瓷的烧结的关键控制要素:AlN是共价化合物,原子的自扩散系数小,键能强,导致很难烧结致密,其熔点高达3000℃以上,烧结温度更是高达1900℃以上,如此高的烧结温度严重制约了氮化铝在工业上的实际应用。此外,AlN表层的氧杂质是在高温下才开始向其晶格内部扩散的,因此低温烧结还有另外一个作用,即延缓烧结时表层的氧杂质向AlN晶格内部扩散,减少晶格内的氧杂质,因此制备高热导率的AlN陶瓷材料,低温烧结技术的研究势在必行。目前工业上,氮化铝陶瓷的烧结有多种方式,可以根据实际需求,采取不同的烧结方法来获得致密的陶瓷体,无论用什么烧结方式,细化氮化铝原始粉料以及添加适宜的低温烧结助剂能够有效降低氮化铝陶瓷的烧结温度。氮化铝与氮化硅是目前很适合用作电子封装基片的材料,但他们也有个共同的问题就是价格过高。深圳纳米氮化硼价格
为什么要用氮化铝陶瓷基板?因为LED大灯的工作温度非常高。而亮度跟功率是挂钩的,功率越大,温度越高,再度提高亮度只有通过精细的冷却设计或者散热器件的加大,但是效果并不理想。能够使其达到理想效果的只有氮化铝陶瓷基板。首先氮化铝陶瓷基板的导热率很高,氮化铝基片可达170-260W/mK,是铝基板的一百倍。其次,氮化铝陶瓷基板还有非常优良的绝缘性,与灯珠更匹配的热膨胀技术等一系列优点。应用于电动汽车和混合动力汽车中的电力电子器件市场规模很大。而电力器件模块氮化铝陶瓷基板的技术和商业机遇都令人期待。深圳纳米氮化硼价格氮化铝的电阻率较高,热膨胀系数低,硬度高,化学稳定性好但与一般绝缘体不同。
目前,AlN陶瓷烧结气氛有3种:中性气氛、还原型气氛和弱还原型气氛。中性气氛采用常用的N2、还原性气氛采用CO,弱还原性气氛则使用H2。在还原气氛中,AlN陶瓷的烧结时间及保温时间不宜过长,且其烧结温度不能过高,以免AlN被还原。而在中性气氛中不会出现上述情况,因此一般选择在氮气中烧结,以此获得性能更高的AlN陶瓷。在氮化铝陶瓷基板烧结过程中,除了工艺和气氛影响着产品的性能外,烧结助剂的选择也尤为重要。AlN烧结助剂一般是碱金属氧化物和碱土金属氧化物,烧结助剂主要有两方面的作用:一方面形成低熔点物相,实现液相烧结,降低烧结温度,促进坯体致密化;另一方面,高热导率是AlN基板的重要性能,而实现AlN基板中由于存在氧杂质等各种缺陷,热导率低于及理论值,加入烧结助剂可以与氧反应,使晶格完整化,进而提高热导率。选择多元复合烧结助剂,往往能获得比单一烧结助剂更好的烧结效果找到合适的低温烧结助剂,实现AlN低温烧结,就可以减少能耗、降低成本,便于进行连续生产。
氮化铝陶瓷因具有高热导率、低膨胀系数、度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展,电子设备仪器的小型轻量化,以及混合集成度大幅提高,对散热基板的导热性能要求越来越高,氮化铝陶瓷的热导率较氧化铝陶瓷高5倍以上,膨胀系数低,与硅芯片的匹配性更好,因此在大功率器件等领域,已逐渐取代氧化铝基板,成为市场主流。但氮化铝陶瓷基板行业进入技术壁垒高,全球市场中,具有量产能力的企业主要集中在日本,日本企业在国际氮化铝陶瓷基板市场中处于垄断地位,此外,中国台湾地区也有部分产能。而随着国内市场对氮化铝陶瓷基板的需求快速上升,在市场的拉动下,进入行业布局的企业开始增多,但现阶段我国拥有量产能力的企业数量依然极少。AIN陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化铍瓷在电子工业中较广应用。
影响氮化铝陶瓷热导率的因素:影响氮化铝陶瓷热导率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、显微结构、粉体纯度等。氧含量及杂质:对于氮化铝陶瓷来说,由于它对氧的亲和作用强烈,氧杂质易于在烧结过程中扩散进入AlN晶格,与多种缺陷直接相关,是影响氮化铝热导率的很主要根源。在声子-缺陷的散射中,起主要作用的是杂质氧和氧化铝的存在,由于氮化铝易于水解和氧化,表面形成一层氧化铝膜,氧化铝溶入氮化铝晶格中产生铝空位。使得氮化铝晶格出现非谐性,影响声子散射,从而使氮化铝陶瓷热导率急剧降低。在室温下,氮化铝的表面仍能探测到5-10纳米厚的氧化物薄膜。深圳纳米氮化硼价格
与氧化铍不同的是氮化铝无毒,氮化铝用金属处理,能取代矾土及氧化铍用于大量电子仪器。深圳纳米氮化硼价格
AIN的作用:关于密集六角结构的A1N(a=0.3104,C=0.4965nm)与硅铁母相的析出方位关系。在2000个约1微米左右的针状A1N中,对用电子射线可明确分析的单晶中122个、冷轧后155个试样进行了调查。结果是,观察到大半的针状AIN似乎沿{100}Fe及{120}Fe为惯析面析出,但实际上,A1N与硅铁母相之间具有一定关系。关于晶界通过一个析出物时,其对移动的抑制力,如按Zener公式,一直用取决于形状、尺寸、体积比等因子的机械抑制力IR来进行讨论。从母相晶体与AIN之问的特殊析出位向关系出发,产生了新的抑制效果,在此,称之为选择抑制力。AIN对母相晶体之所以具有特定的析出位向关系,是因为其析出方位稳定的原因。深圳纳米氮化硼价格
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