В области высокотехнологичных материалов керамика из нитрида алюминия (AlN) с ее превосходной теплопроводностью, отличными электроизоляционными свойствами и превосходной механической прочностью стала основным материалом в таких ключевых областях, как электронная упаковка, силовая электроника и оборудование микроволновой связи. . Однако приготовление подложки из нитрида алюминия является сложным процессом, в котором процесс спекания и выбор спекающих добавок оказывают важное влияние на свойства конечного продукта. В этой статье, начиная с процесса подготовки алюминиевой керамической подложки, будет подробно обсуждаться выбор спекающих добавок и их влияние на характеристики подложки, а также в сочетании с передовыми исследованиями того, как улучшить комплексные характеристики подложки из нитрида алюминия. путем оптимизации спекающих добавок и процесса спекания будет проанализирован.
Технология приготовления подложки из нитрида алюминия
Приготовление подложки из нитрида алюминия в основном включает подготовку сырья, смешивание, формование, спекание и другие ключевые этапы.
1. Подготовка сырья
Подготовка сырья является первым этапом подготовки керамической подложки из нитрида алюминия, который в основном включает в себя выбор и соотношение порошка нитрида алюминия, порошка оксида алюминия и добавок. В качестве основного материала порошок нитрида алюминия должен иметь характеристики высокой чистоты, небольшого размера частиц, большой удельной поверхности, низкого содержания углерода и низкого содержания кислорода. Порошок оксида алюминия обычно используется как часть добавки для спекания для образования сложного оксида с низкой температурой плавления в процессе спекания, чтобы способствовать уплотнению керамики из нитрида алюминия. Добавки используются для регулирования формовочных свойств, свойств спекания и механических свойств материала.
2. Смешать и сформировать
В процессе смешивания необходимо смешать порошок нитрида алюминия, порошок оксида алюминия и добавки в определенном соотношении, чтобы обеспечить однородность и стабильность последующего формования. Смешивание может производиться сухим или мокрым способом. Формование обычно осуществляется путем прессования, литья под давлением или литья под давлением и т. д., из смешанного сырья получают заготовки определенной формы и размера.
3. Спекание
Спекание — это последний процесс и наиболее важный этап подготовки керамической подложки из нитрида алюминия. В условиях высокой температуры частицы заготовки объединяются путем спекания с образованием плотной керамической подложки. В процессе спекания необходимо контролировать температуру, атмосферу и время, чтобы обеспечить качество формования и характеристики керамической подложки. Обычно используемые процессы спекания включают спекание горячим прессованием, спекание без прессования, микроволновое спекание, плазменное спекание разрядом и самораспространяющееся спекание.
Выбор спекающих добавок и его влияние на свойства подложки
Спекающие добавки играют важную роль при приготовлении керамических подложек из нитрида алюминия. Они реагируют с составом оксида алюминия на поверхности частицы нитрида алюминия с образованием сложного оксида с низкой температурой плавления, в результате чего в спеченном изделии образуется жидкая фаза. Эти жидкие фазы окружают частицы нитрида алюминия, и под действием капиллярной силы происходит перегруппировка частиц и внутренний разряд из пор, и, наконец, реализуется компактное спекание керамики из нитрида алюминия.
1. Часто используемые спекающие добавки
Обычно используемые вспомогательные вещества для спекания керамических подложек из нитрида алюминия включают CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 и CeO2. Эти материалы играют двойную роль в процессе спекания: во-первых, они соединяются с оксидом алюминия на поверхности частиц нитрида алюминия, образуя жидкий алюминат, ускоряя массоперенос и способствуя спеканию; Во-вторых, они могут реагировать с кислородом, уменьшая содержание кислорода в решетке и увеличивая теплопроводность керамики из нитрида алюминия.
2. Принцип подбора спекающих добавок
При выборе спекающих добавок необходимо учитывать их влияние на свойства керамической подложки из нитрида алюминия. С одной стороны, спекающие добавки должны способствовать уплотнению нитридалюминиевой керамики, улучшению теплопроводности и механической прочности; С другой стороны, спекающие добавки должны избегать введения избыточных примесей, чтобы не влиять на электроизоляционные свойства и химическую стабильность керамики из нитрида алюминия. Поэтому при выборе спекающих добавок необходимо множество экспериментов и оптимизации, чтобы определить лучшую формулу спекающих добавок.
3. Влияние спекающих добавок на характеристики подложки
Выбор и содержание спекающих добавок оказывают существенное влияние на характеристики керамической подложки из нитрида алюминия. Например, Y2O3, как одна из часто используемых спекающих добавок, может значительно улучшить теплопроводность и прочность на изгиб керамики из нитрида алюминия, когда его содержание умеренное. Однако, когда содержание Y2O3 слишком велико, образуется фаза Y-Al-O, что приводит к значительному снижению теплопроводности. Поэтому при подготовке керамической подложки из нитрида алюминия необходимо точно контролировать содержание спекающих добавок для достижения наилучших характеристик.
Улучшение характеристик подложки AlN
Чтобы удовлетворить высокие требования к характеристикам керамических подложек из нитрида алюминия в различных областях применения, исследователи постоянно изучают новые спекающие добавки, оптимизируют процессы спекания и разрабатывают новые технологии подготовки.
1. Разработка новых спекающих добавок
Чтобы еще больше улучшить характеристики керамических подложек из нитрида алюминия, исследователи активно разрабатывают новые спекающие добавки. Например, путем введения редкоземельных элементов или элементов переходных металлов можно оптимизировать структуру решетки керамики из нитрида алюминия для улучшения теплопроводности и механических свойств. Кроме того, различные свойства могут быть достигнуты за счет использования композиционных спекающих добавок.
2. Оптимизация процесса спекания
Оптимизация процесса спекания является ключом к улучшению характеристик керамической подложки из нитрида алюминия. Регулируя температуру спекания, время выдержки и атмосферу, можно точно контролировать микроструктуру керамики из нитрида алюминия. Например, методы быстрого спекания, такие как микроволновое спекание или плазменное спекание в разряде, могут значительно сократить время спекания и повысить эффективность производства. В то же время микроструктура и свойства керамики из нитрида алюминия могут быть дополнительно оптимизированы за счет точного контроля содержания кислорода и температурного градиента в атмосфере спекания.
3. Инновация технологии приготовления
Благодаря постоянному развитию технологий подготовки исследователи постоянно изучают новые методы подготовки для улучшения характеристик керамических подложек из нитрида алюминия. Например, точное приготовление керамической подложки из нитрида алюминия может быть достигнуто с помощью передовых технологий формования, таких как литье и литье под давлением. Кроме того, сварочные характеристики, стабильность и коррозионная стойкость керамической подложки из нитрида алюминия могут быть дополнительно улучшены за счет химического меднения, герметизации керамической подложки и других процессов последующей обработки.
Заключение
Таким образом, подготовка керамической подложки из нитрида алюминия и выбор спекающих добавок оказывают важное влияние на ее свойства. Комплексные свойства керамической подложки из нитрида алюминия можно значительно улучшить за счет оптимизации вспомогательной формулы спекания, улучшения процесса спекания и разработки новой технологии подготовки. В будущем, благодаря постоянному развитию материаловедения и технологии подготовки, область применения керамической подложки из нитрида алюминия будет еще больше расширяться, обеспечивая мощную поддержку для разработки электронной упаковки, силовых электронных устройств и оборудования микроволновой связи. В то же время нам также необходимо уделять пристальное внимание тенденциям развития новых технологий и новых материалов, постоянно расширять горизонт исследований и способствовать постоянному прогрессу и инновациям в технологии керамических подложек из нитрида алюминия.
