Gli scienziati hanno scoperto che la microstruttura e il contenuto di impurità di ossigeno sono i due fattori più importanti che influenzano la conduttività termica delle ceramiche AlN. Pertanto, al fine di migliorare la conduttività termica della ceramica AlN, è necessario prestare maggiore attenzione alla preparazione delle materie prime della polvere ceramica e al processo di sinterizzazione - e la continua ricerca sperimentale mostra che la raffinazione della polvere di nitruro di alluminio originale e l'aggiunta di appropriati additivi di sinterizzazione a bassa temperatura sono soluzioni efficaci.
La selezione delle materie prime in polvere
La polvere di nitruro di alluminio è il prerequisito e la chiave per preparare materiali ceramici di nitruro di alluminio con proprietà eccellenti. La forza trainante del processo di sinterizzazione del nitruro di alluminio è l'energia superficiale e le particelle fini di polvere AlN possono migliorare l'attività di sinterizzazione, aumentare la forza di sinterizzazione e accelerare il processo di sinterizzazione. È confermato che quando la dimensione iniziale delle particelle della polvere di nitruro di alluminio originale è 20 volte più piccola, la velocità di sinterizzazione della ceramica aumenterà di 147 volte.
Allo stesso tempo, al fine di prevenire la ricristallizzazione secondaria, anche la dimensione delle particelle della polvere originale dovrebbe essere fine e uniforme. Se nella particella è presente un piccolo numero di particelle grandi, è facile che si verifichi una crescita anomala dei grani e non lo sia. favorevole alla densificazione e alla sinterizzazione; Se la distribuzione delle particelle non è uniforme, è facile che si verifichi una crescita anomala dei singoli cristalli durante il processo di sinterizzazione e influisca sulla sinterizzazione.
Inoltre, il meccanismo di sinterizzazione delle ceramiche al nitruro di alluminio è talvolta influenzato dalle dimensioni della polvere originale. La polvere micrometrica di nitruro di alluminio viene sinterizzata secondo il meccanismo di diffusione del volume, mentre la polvere su scala nanometrica viene sinterizzata secondo il meccanismo di diffusione dei bordi del grano o di diffusione superficiale.
Kuramot et al. ha dimostrato che, con la premessa di non aggiungere alcun additivo per la sinterizzazione a bassa temperatura, quando l'area superficiale specifica della polvere di nitruro di alluminio era di circa 3 m 2 /g, il nitruro di alluminio non poteva raggiungere una cottura densa anche ad una temperatura elevata di 1900°C, mentre il la dimensione delle particelle era di 80-100 nm, l'area superficiale specifica era di 40~50 m 2 /g e la dimensione delle particelle era di circa 0,11 μm. La polvere di nitruro di alluminio con un'area superficiale specifica di 16,6 m2 /g può sostanzialmente raggiungere la densità teorica quando sinterizzata a 1700°C.
Hashimoto, Panchula e Ying hanno confermato che aggiungendo una quantità adeguata di polvere di nitruro di alluminio nanometrica alla polvere di nitruro di alluminio originale è possibile ottenere una sinterizzazione compatta della ceramica di nitruro di alluminio a 1700°C sotto pressione normale. Watari et al. La ricerca di mostra inoltre che le prestazioni di sinterizzazione delle ceramiche al nitruro di AL sono direttamente proporzionali alla finezza della polvere originale, ovvero più fine è la polvere originale, migliori sono le prestazioni di sinterizzazione.
Sebbene la selezione di polvere di granulometria fine e uniforme possa ridurre in una certa misura la temperatura di sinterizzazione delle ceramiche di nitruro di alluminio, ma il sistema di polvere di nitruro di alluminio fine e uniforme è difficile da preparare, principalmente attraverso il metodo chimico umido combinato con il metodo di riduzione carbotermica, non solo il processo di sinterizzazione è complesso e il consumo di energia è elevato, non è adatto per la promozione e l'applicazione su larga scala. L'aggiunta di additivi di sinterizzazione adatti può ridurre significativamente la temperatura di sinterizzazione delle ceramiche AlN e migliorare alcune proprietà delle ceramiche AlN. Attualmente questo metodo è stato ampiamente applicato e studiato.
La selezione degli additivi per la sinterizzazione
Attualmente, il metodo più popolare per la sinterizzazione substrato di nitruro di alluminio consiste nell'aggiungere idonei additivi di sinterizzazione e sinterizzazione a pressione normale. Questo metodo può non solo ridurre notevolmente il consumo di energia, ma anche preparare ceramiche AlN ad alte prestazioni. I risultati mostrano che la fase liquida può essere prodotta nel processo di sinterizzazione del nitruro di Al aggiungendo alcuni additivi di sinterizzazione con basso punto di fusione e può essere promossa la densa sinterizzazione dell'embrione di nitruro di Al.
Inoltre, alcuni additivi per sinterizzazione possono non solo produrre una fase liquida per favorire la sinterizzazione, ma anche reagire con le impurità dell'ossigeno nel reticolo del nitruro di alluminio per rimuovere le impurità dell'ossigeno e purificare il reticolo, migliorando così la conduttività termica delle ceramiche AlN. Tuttavia, gli additivi per la sinterizzazione non possono essere aggiunti alla cieca, anche la quantità aggiunta deve essere adeguata, altrimenti potrebbe avere un effetto negativo. Ad esempio, un'aggiunta eccessiva di additivi per sinterizzazione porterà alla comparsa di un gran numero di seconde fasi, che ridurranno significativamente la conduttività termica di AlN.
Hirano et al. hanno ottenuto ceramiche AlN densificate con conduttività termica di soli 114 W/m·K mantenendo la polvere AlN senza aggiungere additivi di sinterizzazione a 1900 °C per 8 ore, mentre la conduttività termica è aumentata a 218 W/m·K aggiungendo il 4% di Y2O3 nelle stesse condizioni. Liu et al. hanno studiato la sinterizzazione di ceramiche AlN in atmosfera di N2 a 1650°C senza pressione con Dy 23 come agente di sinterizzazione e hanno ottenuto ceramiche AlN con una conduttività termica di 156 W/m·k. I risultati hanno mostrato che Dy 23 può rimuovere efficacemente le impurità di ossigeno nel nitruro di alluminio e migliorare la conduttività termica delle ceramiche ALN. Watari et al. aggiunto LiYO 2-CaO e sinterizzato a 1600°C per ottenere ceramiche AlN con conduttività termica superiore a 170 W/m·K. Zhou Heping e Qiao Liang hanno ottenuto la sinterizzazione compatta della ceramica di nitruro di alluminio a una bassa temperatura di sinterizzazione di 1650°C aggiungendo un agente di sinterizzazione composito CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 al nitruro di alluminio e la conduttività termica era come fino a 177 W/m·K.
