在AlN陶瓷的烧结工艺中,烧结气氛的选择也十分关键的。一般的AlN陶瓷烧结气氛有3种:还原型气氛、弱还原型气氛和中性气氛。还原性气氛一般为CO,弱还原性气氛一般为H2,中性气氛一般为N2。在还原气氛中,AlN陶瓷的烧结时间及保温时间不宜过长,烧结温度不宜过高,以免AlN被还原。在中性气氛中不会出现上述情况。所以一般选择在氮气中烧结,这样可以获得性能更好的AlN陶瓷。目前,国内氮化铝材料的研究制造水平相比国外还有不小差距,研究基本停留在各大科研院所高校、真正能够独自产业化生产的机构极少。未来需把精力投入到几种方法的综合利用或新型陶瓷烧结技术研发上,减小生产成本,使得AlN陶瓷产品的种类丰富,外形尺寸结构多样化、满足多种领域应用的需求。氮化铝膜是指用气相沉积、液相沉积、表面转化或其它表面技术制备的氮化铝覆盖层 。广州球形氧化铝厂家直销
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。广州球形氧化铝厂家直销氮化铝陶瓷基片是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。
活性金属钎焊法是在普通钎料中加入一些化学性质较为活泼的过渡元素如:Ti、Zr、Al、Nb、V等。一定温度下,这些活泼元素会与陶瓷基板在界面处发生化学反应,形成反应过渡层,如图7所示。反应过渡层的主要产物是一些金属间化合物,并具有与金属相同的结构,因此可以被熔化的金属润湿。共烧法是通过丝网印刷工艺在AlN陶瓷生片表面涂刷一层难熔金属(Mo、W等)的厚膜浆料,一起脱脂烧成,使导电金属与AlN陶瓷烧成为一体结构。共烧法根据烧结温度的高低可分为低温共烧(LTCC)和高温共烧(HTCC)两种方式,低温共烧基板的烧结温度一般为800-900℃,而高温共烧基板的烧结温度为1600-1900℃。烧结后,为了便于芯片引线键合及焊接,还需在金属陶瓷复合体的金属位置镀上一层Sn或Ni等熔点较低的金属。
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)。制备氮化铝粉末一般都需要较高的温度,从而导致生产制备过程中的能耗较高,同时存在安全风险。
氮化铝于1877年合成。至1980年代,因氮化铝是一种陶瓷绝缘体(聚晶体物料为 70-210 W‧m−1‧K−1,而单晶体更可高达 275 W‧m−1‧K−1 ),使氮化铝有较高的传热能力,至使氮化铝被大量应用于微电子学。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。氮化铝可通过氧化铝和碳的还原作用或直接氮化金属铝来制备。氮化铝是一种以共价键相连的物质,它有六角晶体结构,与硫化锌、纤维锌矿同形。此结构的空间组为P63mc。要以热压及焊接式才可制造出工业级的物料。物质在惰性的高温环境中非常稳定。在空气中,温度高于700℃时,物质表面会发生氧化作用。在室温下,物质表面仍能探测到5-10纳米厚的氧化物薄膜。直至1370℃,氧化物薄膜仍可保护物质。但当温度高于1370℃时,便会发生大量氧化作用。直至980℃,氮化铝在氢气及二氧化碳中仍相当稳定。矿物酸通过侵袭粒状物质的界限使它慢慢溶解,而强碱则通过侵袭粒状氮化铝使它溶解。物质在水中会慢慢水解。氮化铝可以抵抗大部分融解的盐的侵袭,包括氯化物及冰晶石〔即六氟铝酸钠〕。氮化铝很高可稳定到2200℃,室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。广州球形氧化铝厂家直销
氮化铝是纤锌矿型的晶体结构,无毒,呈白色或灰白色。广州球形氧化铝厂家直销
由于氮化铝具有与铝、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度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,那么将氮化铝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。氮化铝陶瓷拥有高硬度和高温强度性能,可制作切割工具、砂轮、拉丝模以及制造工具材料、金属陶瓷材料的原料。广州球形氧化铝厂家直销
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