Nel campo dei materiali high-tech, la ceramica al nitruro di alluminio (AlN), con la sua eccellente conduttività termica, eccellenti proprietà di isolamento elettrico e un'eccellente resistenza meccanica, è diventata il materiale principale in settori chiave come l'imballaggio elettronico, l'elettronica di potenza e le apparecchiature di comunicazione a microonde . Tuttavia, la preparazione del substrato di nitruro di alluminio è un processo complesso, in cui il processo di sinterizzazione e la selezione degli additivi per sinterizzazione hanno effetti importanti sulle proprietà del prodotto finale. In questo articolo, a partire dal processo di preparazione del substrato ceramico aln, la selezione degli additivi per la sinterizzazione e la loro influenza sulle prestazioni del substrato verranno discussi in dettaglio e, combinati con la ricerca di frontiera, come migliorare le prestazioni globali del substrato in nitruro di alluminio. ottimizzando gli additivi di sinterizzazione e il processo di sinterizzazione verranno analizzati.
Tecnologia di preparazione del substrato in nitruro di alluminio
La preparazione del substrato di nitruro di alluminio comprende principalmente la preparazione delle materie prime, la miscelazione, lo stampaggio, la sinterizzazione e altri passaggi chiave.
1. Preparazione delle materie prime
La preparazione delle materie prime è il primo passo nella preparazione del substrato ceramico di nitruro di alluminio, che comprende principalmente la selezione e il rapporto tra polvere di nitruro di alluminio, polvere di allumina e additivi. Come materiale principale, la polvere di nitruro di alluminio deve avere caratteristiche di elevata purezza, piccola dimensione delle particelle, ampia area superficiale specifica, basso contenuto di carbonio e basso contenuto di ossigeno. La polvere di allumina viene solitamente utilizzata come parte del coadiuvante di sinterizzazione per formare un ossido composito a basso punto di fusione durante il processo di sinterizzazione per promuovere la densificazione delle ceramiche di nitruro di alluminio. Gli additivi vengono utilizzati per regolare le proprietà di stampaggio, le proprietà di sinterizzazione e le proprietà meccaniche del materiale.
2. Mescolare e formare
Nel processo di miscelazione, è necessario mescolare polvere di nitruro di alluminio, polvere di allumina e additivi secondo un determinato rapporto per garantire l'uniformità e la stabilità dello stampaggio successivo. La miscelazione può essere effettuata con metodo a secco o ad umido. Lo stampaggio avviene solitamente mediante pressatura, stampaggio a iniezione o stampaggio a stampo, ecc., Le materie prime miste vengono trasformate in billette con una determinata forma e dimensione.
3. Sinterizzazione
La sinterizzazione è l'ultimo processo e la fase più critica nella preparazione del substrato ceramico di nitruro di alluminio. In condizioni di alta temperatura, le particelle nella billetta vengono combinate mediante sinterizzazione per formare un substrato ceramico denso. Nel processo di sinterizzazione, è necessario controllare la temperatura, l'atmosfera e il tempo per garantire la qualità di formatura e le prestazioni del substrato ceramico. I processi di sinterizzazione comunemente utilizzati includono la sinterizzazione con pressatura a caldo, la sinterizzazione senza pressatura, la sinterizzazione a microonde, la sinterizzazione al plasma a scarica e la sinterizzazione autopropagante.
La scelta degli additivi per la sinterizzazione e la sua influenza sulle proprietà del substrato
Gli additivi per sinterizzazione svolgono un ruolo importante nella preparazione dei substrati ceramici di nitruro di alluminio. Reagiscono con la composizione di allumina sulla superficie delle particelle di nitruro di alluminio per formare un ossido composito con un basso punto di fusione, risultando in una fase liquida nel corpo sinterizzato. Queste fasi liquide circondano le particelle di nitruro di alluminio e il riarrangiamento delle particelle e lo scarico dei pori interni avvengono sotto l'azione della forza capillare e infine viene realizzata la sinterizzazione compatta della ceramica di nitruro di alluminio.
1. Additivi di sinterizzazione comunemente usati
Gli ausiliari di sinterizzazione comunemente utilizzati per i substrati ceramici in nitruro di alluminio includono CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 e CeO2. Questi materiali svolgono un duplice ruolo nel processo di sinterizzazione: in primo luogo, si combinano con l'ossido di alluminio sulla superficie delle particelle di nitruro di alluminio per formare alluminato liquido, accelerando il trasferimento di massa e promuovendo la sinterizzazione; In secondo luogo, possono reagire con l'ossigeno per ridurre il contenuto di ossigeno nel reticolo e aumentare la conduttività termica delle ceramiche di nitruro di alluminio.
2. Principio di selezione degli additivi per sinterizzazione
Quando si scelgono gli additivi per la sinterizzazione, è necessario considerare la loro influenza sulle proprietà del substrato ceramico di nitruro di alluminio. Da un lato, gli additivi per sinterizzazione dovrebbero favorire la densificazione delle ceramiche di nitruro di alluminio, migliorare la conduttività termica e la resistenza meccanica; D'altro canto, gli additivi per sinterizzazione dovrebbero evitare l'introduzione di eccessive impurità, in modo da non influenzare le proprietà di isolamento elettrico e la stabilità chimica delle ceramiche di nitruro di alluminio. Pertanto, quando si selezionano gli additivi per la sinterizzazione, sono necessari molti esperimenti e ottimizzazioni per determinare la migliore formula degli additivi per la sinterizzazione.
3. Influenza degli additivi per sinterizzazione sulle prestazioni del substrato
La selezione e il contenuto degli additivi per la sinterizzazione hanno un'influenza significativa sulle prestazioni del substrato ceramico in nitruro di alluminio. Ad esempio, Y2O3, come uno degli additivi di sinterizzazione comunemente utilizzati, può migliorare significativamente la conduttività termica e la resistenza alla flessione delle ceramiche di nitruro di alluminio quando il contenuto è moderato. Tuttavia, quando il contenuto di Y2O3 è troppo elevato, si formerà la fase Y-Al-O, con conseguente significativa diminuzione della conduttività termica. Pertanto, quando si prepara il substrato ceramico in nitruro di alluminio, è necessario controllare con precisione il contenuto degli additivi di sinterizzazione per ottenere le migliori prestazioni.
Prestazioni migliorate del substrato AlN
Al fine di soddisfare gli elevati requisiti di prestazione dei substrati ceramici di nitruro di alluminio in diversi campi di applicazione, i ricercatori esplorano costantemente nuovi additivi per la sinterizzazione, ottimizzano i processi di sinterizzazione e sviluppano nuove tecnologie di preparazione.
1. Sviluppo di nuovi additivi per sinterizzazione
Per migliorare ulteriormente le prestazioni dei substrati ceramici in nitruro di alluminio, i ricercatori stanno sviluppando attivamente nuovi additivi per la sinterizzazione. Ad esempio, introducendo elementi di terre rare o metalli di transizione, la struttura reticolare delle ceramiche di nitruro di alluminio può essere ottimizzata per migliorare la conduttività termica e le proprietà meccaniche. Inoltre, è possibile ottenere una varietà di proprietà attraverso l'uso di additivi per la sinterizzazione dei compositi.
2. Ottimizzazione del processo di sinterizzazione
L'ottimizzazione del processo di sinterizzazione è la chiave per migliorare le prestazioni del substrato ceramico in nitruro di alluminio. Regolando la temperatura di sinterizzazione, il tempo di mantenimento e l'atmosfera, la microstruttura della ceramica al nitruro di alluminio può essere controllata con precisione. Ad esempio, metodi di sinterizzazione rapidi come la sinterizzazione a microonde o la sinterizzazione a scarica al plasma possono ridurre significativamente il tempo di sinterizzazione e migliorare l'efficienza produttiva. Allo stesso tempo, la microstruttura e le proprietà della ceramica al nitruro di Al possono essere ulteriormente ottimizzate controllando con precisione il contenuto di ossigeno e il gradiente di temperatura nell'atmosfera di sinterizzazione.
3. Innovazione della tecnologia di preparazione
Con il continuo sviluppo della tecnologia di preparazione, i ricercatori esplorano costantemente nuovi metodi di preparazione per migliorare le prestazioni dei substrati ceramici in nitruro di alluminio. Ad esempio, la preparazione precisa del substrato ceramico di nitruro di alluminio può essere ottenuta utilizzando tecnologie di stampaggio avanzate come lo stampaggio a fusione e lo stampaggio a iniezione. Inoltre, le prestazioni di saldatura, la stabilità e la resistenza alla corrosione del substrato ceramico di nitruro di alluminio possono essere ulteriormente migliorate mediante placcatura in rame chimico, incapsulamento del substrato ceramico e altri processi post-trattamento.
Conclusione
In sintesi, la preparazione del substrato ceramico di nitruro di alluminio e la selezione degli additivi per la sinterizzazione hanno effetti importanti sulle sue proprietà. Le proprietà complete del substrato ceramico in nitruro di alluminio possono essere notevolmente migliorate ottimizzando la formula ausiliaria di sinterizzazione, migliorando il processo di sinterizzazione e sviluppando una nuova tecnologia di preparazione. In futuro, con il continuo sviluppo della scienza dei materiali e della tecnologia di preparazione, il campo di applicazione del substrato ceramico in nitruro di alluminio sarà ulteriormente ampliato, fornendo un forte supporto per lo sviluppo di imballaggi elettronici, dispositivi elettronici di potenza e apparecchiature di comunicazione a microonde. Allo stesso tempo, dobbiamo anche prestare molta attenzione alla tendenza di sviluppo di nuove tecnologie e nuovi materiali, espandere costantemente l'orizzonte di ricerca e promuovere il progresso continuo e l'innovazione della tecnologia dei substrati ceramici in nitruro di alluminio.
