高导热氮化铝基片的烧结工艺重点包括烧结方式、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。放电等离子烧结是20世纪90年代发展并成熟的一种烧结技术,它利用脉冲大电流直接施加于模具和样品上,产生体加热使被烧结样品快速升温;同时,脉冲电流引起颗粒间的放电效应,可净化颗粒表面,实现快速烧结,有效地抑制颗粒长大。使用SPS技术能够在较低温度下进行烧结,且升温速度快,烧结时间短。微波烧结是利用特殊频段的电磁波与介质的相互耦合产生介电损耗,使坯体整体加热的烧结方法。微波同时提高了粉末颗粒活性,加速物质的传递。微波烧结也是一种快速烧结法,同样可保证样品安全卫生无污染。虽然机理与放电等离子体烧结有所不同,但是两者都能实现整体加热,才能极大地缩短烧结周期,所得陶瓷晶体细小均匀。氮化铝粉体的制备工艺还有自蔓延合成法、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。舟山导热氮化硼商家
氮化铝粉体的合成方法:直接氮化法:在高温氮气氛围中,铝粉直接与氮气化合生产氮化铝粉末,反应温度一般在800℃~1200℃。反应式为:2Al+N2→2AlN。该方法的缺点很明显,在反应初期,铝粉颗粒表面会逐渐生成氮化物膜,使氮气难以进一步渗透,阻碍氮气反应,致使产率较低;又由于铝和氮气之间的反应是强放热反应,速度很快,造成AlN粉体自烧结,形成团聚,使得粉体颗粒粗化。碳热还原法:将氧化铝粉末和碳粉的混合粉末在高温下(1400℃~1800℃)的流动氮气中发生还原氮化反应生成AlN粉末。其反应式为:Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO。该方法的主要难点在于,对氧化铝和碳的原料要求比较高,原料难以混合均匀,氮化温度较高,合成时间较长,而且还需对过量的碳进行除碳处理,工艺复杂,制备成本较高。广州耐温氮化铝粉体销售公司高温自蔓延合成法的本质与铝粉直接氮化法相同,但该法不需要在高温下对Al粉进行氮化。
氮化铝陶瓷的制备技术:压制成形的三个阶段:一阶段,主要是颗粒的滑动和重排,无论是一般的粉体或者造粒后的粉体,其填充于模具中的很初结构中都含有和颗粒尺寸接近或稍小的空隙。第二阶段,颗粒接触点部位发生变形和破裂,当压力超过颗粒料的表观屈服应力时,颗粒发生变形使得颗粒间空隙减小,随着颗粒的变形,坯体体积很大空隙尺寸减少,塑性低的致密粒料对应的屈服应力大,达到相同致密度所需要更高的压力。第三阶段,坯体进一步密实与弹性压缩,这一阶段起始于高压力阶段,但密度提高幅度较小,此阶段发生一定程度的弹性压缩,这种弹性压缩过大,则在脱模后会造成应力开裂与分层。模压成型的优点是成型坯体尺寸准确、操作简单、模压坯体中粘结剂含量较少、干燥和烧成收缩较小,特别适用于制备形状简单、长径比小的制品。但是,这种传统的成型方法效率低,且制得的AlN陶瓷零部件的尺寸精度取决于所用模具的精度,而高精度模具的制备成本较高。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,微波烧结:微波烧结是利用微波与介质的相互作用产生介电损耗使坯体整体加热的烧结方法。同时,微波可以使粉末颗粒活性提高,有利于物质的传递。微波烧结已成为一门新型的陶瓷烧结技术,它利用整体性自身加热,使材料加热的效率提高,升温速度加快,保温时间缩短,这有利于提高致密化速度并可以有效抑制晶粒生长,获得独特的性能和结构。放电等离子烧结:放电等离子烧结系统利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温场来实现烧结过程。SPS升温速度快、烧结时间短、能在较低温度下烧结,通过控制烧结组分与工艺能实现温度梯度场,可用于烧结梯度材料及大型工件等复杂材料。放电等离子烧结内每个颗粒均匀的自身发热使颗粒表现活化,因而具有很高的热导率,可在短时间内使烧结体致密化。氮化铝是共价化合物,具有熔点高、自扩散系数小的特点。
影响氮化铝陶瓷热导率的因素:致密度:根据氮化铝的热传导性能,低致密度的样品存在的大量气孔,会影响声子的散射,降低其平均自由程,进而降低氮化铝陶瓷的热导率。同时,低致密度的样品其机械性能也可能达不到相关应用要求。因此,高致密度是氮化铝陶瓷具有高热导率的前提。显微结构:氮化铝陶瓷的显微组织结构与其热力学性能有着一一对应,显微结构包括晶粒尺寸、形貌和晶界第二相的含量及分布等。实际的氮化铝陶瓷为多相组成的多晶体,它主要由氮化铝晶相、铝酸盐第二相(晶界相)以及气孔等缺陷组成。除了对氮化铝的晶格缺陷进行研究外,许多人还对氮化铝的晶粒、晶界形貌、晶界相的组成、性质、含量、分布、以及它们与热导率的关系进行了较广研究,一般认为铝酸盐第二相的分布对热导率的影响很为重要。在空气中,温度高于700℃时,氮化铝的物质表面会发生氧化作用。深圳电绝缘氮化铝多少钱
氮化铝的热导率也很高,氮化铝在整个可见光和红外频段都具有很高的光学透射率。舟山导热氮化硼商家
薄膜法是通过真空镀膜技术在AlN基板表面实现金属化。通常采用的真空镀膜技术有离子镀、真空蒸镀、溅射镀膜等。但金属和陶瓷是两种物理化学性质完全不同的材料,直接在陶瓷基板表面进行金属化得到的金属化层的附着力不高,并且陶瓷基板与金属的热膨胀系数不匹配,在工作时会受到较大的热应力。为了提高金属化层的附着力和减小陶瓷与金属的热应力,陶瓷基板一般采用多层金属结构。直接覆铜法(DBC)是一种基于陶瓷基板发展起来的陶瓷表面金属化方法,基本原理是:在弱氧化环境中,与陶瓷表面连接的金属铜表面会被氧化形成一层Cu[O]共晶液相,该液相对互相接触的金属铜和陶瓷基板表面都具有良好润湿效果,并在界面处形成CuAlO2等化合物使金属铜能够牢固的敖接在陶瓷表面,实现陶瓷表面的金属化。而AlN基板具有较强的共价键,金属铜直接覆着在其表面的附着力不高,因此必须进行预处理来改善其与Cu的附着力。一般先对其表面进行氧化,生成一层薄Al2O3,通过该氧化层来实现与金属铜的连接。舟山导热氮化硼商家
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