在氮化铝一系列重要的性质中,很为明显的是高的热导率。关于氮化铝的导热机理,国内外已做了大量的研究,并已形成了较为完善的理论体系。主要机理为:通过点阵或晶格振动,即借助晶格波或热波进行热的传递。量子力学的研究结果告诉我们,晶格波可以作为一种粒子——声子的运动来处理。热波同样具有波粒二象性。载热声子通过结构基元(原子、离子或分子)间进行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递。如果晶体为具有完全理想结构的非弹性体,则热可以自由的由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递,热导率可以达到很高的数值。其热导率主要由晶体缺陷和声子自身对声子散射控制。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。杭州球形氮化铝销售公司
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。杭州球形氮化铝销售公司氮化铝薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。
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。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,热压烧结:热压烧结是指在机械压力和温度同时作用下,对粉料进行烧结获得致密块体的过程。热压烧结可以使加热烧结和加压成型同时进行。在高温下坯体持续受到压力作用,粉末原料处于热塑性状态,有利于物质的扩散和流动,并且外加压力抵消了形变阻力,促进了粉末颗粒之间的接触。热压烧结可以降低氮化铝陶瓷的烧结温度,而且不用烧结助剂也能使氮化铝烧结致密,且除氧能力强,但是缺点是设备昂贵,而且只能制备形状简单的样品。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。
高性能氮化铝陶瓷取决于氮化铝粉体的质量,到目前为止,制备氮化铝粉体有氧化铝粉碳热还原法、铝粉直接氮化法、化学气相沉积法、自蔓延高温合成法等多种方法,各种方法都有其自身的优缺点。综合来看,氧化铝粉碳热还原法和铝粉直接氮化法比较成熟,是目前制备高性能氮化铝粉的主流技术,已经用于工业化大规模生产。氮化铝粉体制备的技术发展趋势主要表现在两个方面:一是进一步提升氮化铝粉体的性能,使之能够制造出更高热导率的氮化铝陶瓷产品;二是进一步提升氮化铝粉体批次生产稳定性,增大批生产量,降低生产成本。我国目前的高性能氮化铝粉基本依赖进口,不但价格高昂,而且随时存在原材料断供的风险。因此,实现高性能氮化铝粉制造技术的国产化,已成为当务之急。氮化铝防导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。杭州球形氮化铝销售公司
氮化铝要以热压及焊接式才可制造出工业级的物料。杭州球形氮化铝销售公司
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。杭州球形氮化铝销售公司
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