氮化鋁粉體的合成方法:直接氮化法:在高溫氮?dú)夥諊?,鋁粉直接與氮?dú)饣仙a(chǎn)氮化鋁粉末,反應(yīng)溫度一般在800℃~1200℃。反應(yīng)式為:2Al+N2→2AlN。該方法的缺點(diǎn)很明顯,在反應(yīng)初期,鋁粉顆粒表面會(huì)逐漸生成氮化物膜,使氮?dú)怆y以進(jìn)一步滲透,阻礙氮?dú)夥磻?yīng),致使產(chǎn)率較低;又由于鋁和氮?dú)庵g的反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng),速度很快,造成AlN粉體自燒結(jié),形成團(tuán)聚,使得粉體顆粒粗化。碳熱還原法:將氧化鋁粉末和碳粉的混合粉末在高溫下(1400℃~1800℃)的流動(dòng)氮?dú)庵邪l(fā)生還原氮化反應(yīng)生成AlN粉末。其反應(yīng)式為:Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO。該方法的主要難點(diǎn)在于,對氧化鋁和碳的原料要求比較高,原料難以混合均勻,氮化溫度較高,合成時(shí)間較長,而且還需對過量的碳進(jìn)行除碳處理,工藝復(fù)雜,制備成本較高。直接氮化法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單,成本較低,適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。麗水球形氮化硼商家
顆粒形狀的影響:相較于顆粒尺寸對氮化鋁陶瓷的影響,顆粒的形貌對其的影響主要集中在粉體的流動(dòng)性以及填充率的增加上。工業(yè)上一般認(rèn)為氮化鋁粉體呈球形為合理的選擇。球形粉體比其他形狀如棒狀,雙頭六角形狀流動(dòng)性更好,且填充率也會(huì)相對高一些。特別是對于把氮化鋁作為填料的工業(yè)領(lǐng)域,流動(dòng)性差意味著難以均勻混合,勢必會(huì)對產(chǎn)品的性能造成一定的負(fù)面影響。氮化鋁粉體填充率越高,其熱膨脹系數(shù)就越小,熱導(dǎo)率越高。相較于其它形狀來說,球形粉體制成的封裝材料應(yīng)力集中小、強(qiáng)度高。而且球形粉體摩擦系數(shù)小,對模具的磨損小,可延長模具的使用壽命,提高經(jīng)濟(jì)效益。嘉興高導(dǎo)熱氮化硼廠家氮化鋁還是電絕緣體,介電性能良好,用作電器元件也很有希望。
薄膜法是通過真空鍍膜技術(shù)在AlN基板表面實(shí)現(xiàn)金屬化。通常采用的真空鍍膜技術(shù)有離子鍍、真空蒸鍍、濺射鍍膜等。但金屬和陶瓷是兩種物理化學(xué)性質(zhì)完全不同的材料,直接在陶瓷基板表面進(jìn)行金屬化得到的金屬化層的附著力不高,并且陶瓷基板與金屬的熱膨脹系數(shù)不匹配,在工作時(shí)會(huì)受到較大的熱應(yīng)力。為了提高金屬化層的附著力和減小陶瓷與金屬的熱應(yīng)力,陶瓷基板一般采用多層金屬結(jié)構(gòu)。直接覆銅法(DBC)是一種基于陶瓷基板發(fā)展起來的陶瓷表面金屬化方法,基本原理是:在弱氧化環(huán)境中,與陶瓷表面連接的金屬銅表面會(huì)被氧化形成一層Cu[O]共晶液相,該液相對互相接觸的金屬銅和陶瓷基板表面都具有良好潤濕效果,并在界面處形成CuAlO2等化合物使金屬銅能夠牢固的敖接在陶瓷表面,實(shí)現(xiàn)陶瓷表面的金屬化。而AlN基板具有較強(qiáng)的共價(jià)鍵,金屬銅直接覆著在其表面的附著力不高,因此必須進(jìn)行預(yù)處理來改善其與Cu的附著力。一般先對其表面進(jìn)行氧化,生成一層薄Al2O3,通過該氧化層來實(shí)現(xiàn)與金屬銅的連接。
氮化鋁是氮和鋁的化合物,化學(xué)式為AIN,六方晶系。顏色淡藍(lán)或綠色。莫氏硬度5。理論密度3.26g/cm2。升華分解溫度2450C,導(dǎo)熱系數(shù)高(0.072cal/(cm·C))膨脹系數(shù)6.09×10~/C,抗熱震性能好,能耐2200~20℃的急冷急熱。AIN在800C可能被氧化,因而作耐火材料時(shí)需加注意,但在1300C左右具有較好的抗氧化性能。溫度更高,因氧化物保護(hù)層開裂破壞,氧化加速。AIN不易被液體銅、鋁、鉛潤濕。它與AI2O2非常相容,在1600C下可形成y一氧氮化鋁(y-AION)。y-AION即Sialon(塞隆),化學(xué)式3AIN·7ALO2。7-AION的機(jī)械性質(zhì)與AIN相近,而抗化學(xué)侵蝕性能比AIN更好,可制造AIN基耐火材料?!?AION抗熱震性優(yōu)于ALO3和MgO等氧化物耐火材料而其抗腐蝕性又優(yōu)于SiC和Si,N,等非氧化物耐火材料。AIN容易水解。介電常數(shù)8.5.電阻率2×10"Q-cm,是良好的電絕緣體。作為耐火材料領(lǐng)域的應(yīng)用,可用AIN質(zhì)堆塌拉制四、N族元素單晶,還可用AIN制磚砌筑金屬精煉爐內(nèi)襯,以及用AIN制造金屬熔池用的浸入式熱電偶套管。利用AIN陶瓷耐熱耐熔體光學(xué)性能可作紅外線窗口。
氮化鋁陶瓷基片制造并非易事:氮化鋁的很大特點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)(CTE)與半導(dǎo)體硅(Si)相當(dāng),且熱導(dǎo)率高,理論上氮化鋁熱導(dǎo)率可達(dá)到320W/(m·K),但成本很高。由于制備氮化鋁陶瓷的重點(diǎn)原料氮化鋁粉體制備工藝復(fù)雜、能耗高、周期長、價(jià)格昂貴,國內(nèi)的氮化鋁粉體很大程度上依賴進(jìn)口。原料的批次穩(wěn)定性、成本也成為國內(nèi)氮化鋁陶瓷基片材料制造的瓶頸。氮化鋁基板生產(chǎn)呈地區(qū)集中狀態(tài),美國、日本、德國等國家和地區(qū)是全球很主要的電子元件生產(chǎn)和研發(fā)中心,在氮化鋁陶瓷基片的研究已遠(yuǎn)早于國內(nèi)。日本已有較多企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)氮化鋁陶瓷基片,目前是全球很大的氮化鋁陶瓷基片生產(chǎn)國。在室溫下,氮化鋁的表面仍能探測到5-10納米厚的氧化物薄膜。嘉興片狀氮化硼商家
氮化鋁是高溫和高功率的電子器件的理想材料。麗水球形氮化硼商家
氮化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)助劑的選擇:在燒結(jié)過程中通過添加一些低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑,可以在氮化鋁燒結(jié)過程中產(chǎn)生液相,促進(jìn)氮化鋁胚體的致密燒結(jié)。此外,一些燒結(jié)助劑除了能夠產(chǎn)生液相促進(jìn)燒結(jié),還能夠與氮化鋁晶格中的氧雜質(zhì)反應(yīng),起到去除氧雜質(zhì)凈化晶格的作用,從而提高AlN陶瓷的熱導(dǎo)性能。然而,燒結(jié)助劑不能盲目的添加,添加的量也要適宜,否則可能會(huì)產(chǎn)生不利的作用,燒結(jié)助劑會(huì)引入第二相,第二相的分布控制對熱導(dǎo)率影響較大。經(jīng)研究,在選擇氮化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)助劑時(shí)應(yīng)參照以下幾點(diǎn):添加劑熔點(diǎn)較低,能夠在較低的燒結(jié)溫度下形成液相,通過液相促進(jìn)燒結(jié);添加劑能夠與Al2O3反應(yīng),去除氧雜質(zhì),凈化AlN晶格,進(jìn)而提高熱導(dǎo)率;添加劑不與AlN反應(yīng),避免缺陷的產(chǎn)生;添加劑不會(huì)誘發(fā)AlN發(fā)生分解和氧化產(chǎn)生Al2O3和AlON,避免氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率急劇降低。麗水球形氮化硼商家