氮化铝粉体的制备工艺主要有直接氮化法和碳热还原法,此外还有自蔓延合成法、高能球磨法、原位自反应合成法、等离子化学合成法及化学气相沉淀法等。直接氮化法:直接氮化法就是在高温的氮气气氛中,铝粉直接与氮气化合生成氮化铝粉体,其化学反应式为2Al(s)+N2(g)→2AlN(s),反应温度在800℃-1200℃。其优点是工艺简单,成本较低,适合工业大规模生产。其缺点是铝粉表面有氮化物产生,导致氮气不能渗透,转化率低;反应速度快,反应过程难以控制;反应释放出的热量会导致粉体产生自烧结而形成团聚,从而使得粉体颗粒粗化,后期需要球磨粉碎,会掺入杂质。AIN晶体以〔AIN4〕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。杭州单晶氧化铝厂家直销
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。氮化铝陶瓷基板是大规模集成电路,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。同时也是提高高分子材料热导率和力学性能的很佳添加料,目前在新能源汽车方面应用较广。随着智能汽车的电子化程度越来越高,集成电路所占的成本比例将越来越高,扩大氮化铝基板的应用场景及需求。传统的IGBT模块中,氧化铝精密陶瓷基板是很常用的精密陶瓷基板。但由于氧化铝精密陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好,并不适合作为高功率模块封装材料。氮化铝精密陶瓷基板在热特性方面具有非常高的热导率,散热快;在应力方面,热膨胀系数与硅接近,整个模块内部应力较低;又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能,是IGBT模块封装的关键基础材料。提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的。舟山片状氧化铝厂家结晶氮化铝用干羊毛的精制、染色。以及饮用水、含高氟水‘工业水的处理,含油污水净化。
AlN陶瓷基片的成型:流延成型制备氮化铝陶瓷基片的主要工艺,将氮化铝粉料、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制成浆料,通过流延制成坯片,采用组合模冲成标准片,然后用程控冲床冲成通孔,用丝网印刷印制金属图形,将每一个具有功能图形的生坯片叠加,层压成多层陶瓷生坯片,在氮气中约700℃排除粘结剂,然后在1800℃氮气中进行共烧,电镀后即形成多层氮化铝陶瓷。流延成型分为有机流延成型和水基流延成型两种。流延成型法在AlN陶瓷基片方面的应用具有极强的优势,如设备要求低,可连续生产、生产效率高、自动化程度高,其生产成本低廉,非常适合现代工业生产。注射成型:首先将AlN粉体与有机粘结剂按一定比例混合,经过造粒得到性能稳定的喂料,然后在注射成型机上成型素坯,再经过脱脂、烧结很终获得AlN陶瓷基片。
氮化铝陶瓷的流延成型:料浆均匀流到或涂到支撑板上,或用刀片均匀的刷到支撑面上,形成浆膜,经干燥形成一定厚度的均匀的素坯膜的一种料浆成型方法。流延成型工艺包括浆料制备、流延成型、干燥及基带脱离等过程。溶剂和分散剂,高固相含量的流延浆料是流延成型制备高性能氮化铝陶瓷的关键因素之一。溶剂和分散剂是高固相含量的流延浆料的关键。溶剂必须满足以下条件:必须与其他添加成分相溶,如分散剂、粘结剂和增塑剂等;化学性质稳定,不与粉料发生化学反应;对粉料颗粒的润湿性能好;易于挥发与烧除;使用安全、卫生且对环境污染小。坯体强度高、坯体整体均匀性好、可做近净尺寸成型、适于制备复杂形状陶瓷部件和工业化推广、无排胶困难、成本低等。氮化铝陶瓷是以氮化铝(AIN)为主晶相的陶瓷。
氮化铝陶瓷微观结构对热导率的影响:在实际应用中,常在AlN中加入各种烧结助剂来降低AlN陶瓷的烧结温度,与此同时在氮化铝晶格中也引入了第二相,致使热传导过程中声子发生散射导致热导率下降。添加烧结助剂引入的第二相会出现几种情况:从分布形式来看,可分为孤岛状和连续分布在晶界处;从分布位置来看,可分为分布在晶界三角处和晶界其他处。连续分布的晶粒可为声子提供了更直接的通道,直接接触AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的热导率,所以第二相是连续分布的更好;分布于晶界三角处的AlN陶瓷在热传导过程中产生的干扰散射较少,而且能够使AlN晶粒间保持接触,故而第二相分布在晶界三角处更好。此外,晶界相若分布不均匀,会导致大量的气孔存在,阻碍声子的散射,导致AlN的热导率下降,晶界含量、晶界大小以及气孔率对热导率的表现也有一定的影响。因此,在AlN陶瓷的烧结过程中,可以通过改善烧结工艺的途径,如提高烧结温度、延长保温时间、热处理等,改善晶体内部缺陷,尽可能使第二相连续分布以及位于三叉晶界处,从而提高氮化铝陶瓷的热导率。直接氮化法的优点是工艺简单,成本较低,适合工业大规模生产。天津绝缘氮化硼厂家
氮化铝粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。杭州单晶氧化铝厂家直销
目前,氮化铝也存在一些问题。其一是粉体在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝,在AlN粉体表面形成氧化铝层,氧化铝晶格溶入大量的氧,降低其热导率,而且也改变其物化性能,给AlN粉体的应用带来困难。抑制AlN粉末的水解处理主要是借助化学键或物理吸附作用在AlN颗粒表面涂覆一种物质,使之与水隔离,从而避免其水解反应的发生。目前抑制水解处理的方法主要有:表面化学改性和表面物理包覆。其二是氮化铝的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。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,这也是一些高温制备方法无法实现工业化生产的主要弊端。再者是生产制备过程中的杂质掺入或者有害产物的生成问题,例如碳化还原反应过量碳粉的去除问题,以及化学气相沉积法的氯化氢副产物的去除问题,这都要求制备氮化铝的过程中需对反应产物进行提纯,这也导致了生产制备氮化铝的成本居高不下。杭州单晶氧化铝厂家直销
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