Wetenschappers hebben ontdekt dat de microstructuur en het zuurstofgehalte de twee belangrijkste factoren zijn die de thermische geleidbaarheid van AlN-keramiek beïnvloeden. Om de thermische geleidbaarheid van AlN-keramiek te verbeteren, moet daarom meer aandacht worden besteed aan de bereiding van keramische poedergrondstoffen en het sinterproces - en voortdurend experimenteel onderzoek toont aan dat het raffineren van het oorspronkelijke aluminiumnitridepoeder en het toevoegen van geschikte sinteradditieven bij lage temperatuur effectieve oplossingen.
De selectie van poedergrondstoffen
Aluminiumnitridepoeder is de voorwaarde en de sleutel tot het bereiden van aluminiumnitride-keramische materialen met uitstekende eigenschappen. De drijvende kracht achter het sinterproces van aluminiumnitride is oppervlakte-energie, en fijne deeltjes AlN-poeder kunnen de sinteractiviteit verbeteren, de sinterkracht vergroten en het sinterproces versnellen. Er wordt bevestigd dat wanneer de initiële deeltjesgrootte van het oorspronkelijke aluminiumnitridepoeder 20 keer kleiner is, de sintersnelheid van het keramiek met 147 keer zal toenemen.
Tegelijkertijd moet, om secundaire herkristallisatie te voorkomen, de deeltjesgrootte van het oorspronkelijke poeder ook fijn en uniform zijn. Als er een klein aantal grote deeltjes in het deeltje zit, is het gemakkelijk om abnormale korrelgroei te voorkomen en is dat niet het geval. bevorderlijk voor verdichting en sinteren; Als de deeltjesverdeling niet uniform is, kan de abnormale groei van individuele kristallen gemakkelijk optreden tijdens het sinterproces en het sinteren beïnvloeden.
Bovendien wordt het sintermechanisme van aluminiumnitride-keramiek soms beïnvloed door de grootte van het originele poeder. Het micrometer-aluminiumnitridepoeder wordt gesinterd volgens het volumediffusiemechanisme, terwijl het poeder op nanoschaal wordt gesinterd volgens het korrelgrensdiffusie- of oppervlaktediffusiemechanisme.
Kuramot et al. toonde aan dat onder de premisse van het niet toevoegen van sinteradditieven bij lage temperatuur, wanneer het specifieke oppervlak van aluminiumnitridepoeder ongeveer 3 m 2 /g was, aluminiumnitride zelfs bij een hoge temperatuur van 1900 ° C geen dicht bakken kon bereiken, terwijl het de deeltjesgrootte was 80-100 nm, het specifieke oppervlak was 40 ~ 50 m2/g en de deeltjesgrootte was ongeveer 0,11 μm. Het aluminiumnitridepoeder met een specifiek oppervlak van 16,6 m2/g kan in principe de theoretische dichtheid bereiken wanneer het wordt gesinterd bij 1700 ºC.
Hashimoto, Panchula en Ying bevestigden dat het toevoegen van een geschikte hoeveelheid nanometer-aluminiumnitridepoeder aan het originele aluminiumnitridepoeder compact sinteren van aluminiumnitride-keramiek bij 1700ºC onder normale druk kan bewerkstelligen. Watari et al. Uit zijn onderzoek blijkt ook dat de sinterprestaties van AL-nitride-keramiek recht evenredig zijn met de fijnheid van het originele poeder, dat wil zeggen: hoe fijner het originele poeder, hoe beter de sinterprestaties.
Hoewel de selectie van poeder met fijne en uniforme deeltjesgrootte de sintertemperatuur van aluminiumnitride-keramiek tot op zekere hoogte kan verlagen, is het fijne en uniforme aluminiumnitride-poedersysteem moeilijk te bereiden, meestal via de natchemische methode in combinatie met de carbothermische reductiemethode, niet alleen het sinterproces is complex en het energieverbruik is groot en niet geschikt voor grootschalige promotie en toepassing. De toevoeging van geschikte sinteradditieven kan de sintertemperatuur van AlN-keramiek aanzienlijk verlagen en sommige eigenschappen van AlN-keramiek verbeteren. Momenteel wordt deze methode op grote schaal toegepast en bestudeerd.
De selectie van sinteradditieven
Momenteel de meest populaire methode voor het sinteren van aluminiumnitridesubstraat is het toevoegen van geschikte sinteradditieven en sinteren onder normale druk. Deze methode kan niet alleen het energieverbruik aanzienlijk verminderen, maar ook hoogwaardige AlN-keramiek bereiden. De resultaten laten zien dat de vloeibare fase kan worden geproduceerd in het sinterproces van Al-nitride door enkele sinteradditieven met een laag smeltpunt toe te voegen, en dat het dichte sinteren van Al-nitride-embryo kan worden bevorderd.
Bovendien kunnen sommige sinteradditieven niet alleen een vloeibare fase produceren om het sinteren te bevorderen, maar ook reageren met zuurstofonzuiverheden in het aluminiumnitriderooster om zuurstofonzuiverheden te verwijderen en het rooster te zuiveren, waardoor de thermische geleidbaarheid van AlN-keramiek wordt verbeterd. Sinteradditieven kunnen echter niet blindelings worden toegevoegd; de toegevoegde hoeveelheid moet ook geschikt zijn, anders kan dit een nadelig effect hebben. Een overmatige toevoeging van sinteradditieven zal bijvoorbeeld leiden tot het ontstaan van een groot aantal tweede fasen, die de thermische geleidbaarheid van AlN aanzienlijk zullen verminderen.
Hirano et al. verkreeg verdicht AlN-keramiek met een thermische geleidbaarheid van slechts 114 W/m·K door AlN-poeder zonder toevoeging van sinteradditieven gedurende 8 uur bij 1900°C vast te houden, terwijl de thermische geleidbaarheid toenam tot 218 W/m·K door toevoeging van 4% Y2O3 onder dezelfde omstandigheden. Liu et al. bestudeerde het sinteren van AlN-keramiek onder een N2-atmosfeer bij 1650 °C zonder druk met Dy 23 als sintermiddel, en verkreeg AlN-keramiek met een thermische geleidbaarheid van 156 W/m·k. De resultaten toonden aan dat Dy 23 effectief zuurstofonzuiverheden in aluminiumnitride kan verwijderen en de thermische geleidbaarheid van ALN-keramiek kan verbeteren. Watari et al. LiYO 2-CaO toegevoegd en gesinterd bij 1600°C om AlN-keramiek te verkrijgen met een thermische geleidbaarheid groter dan 170W/m·K. Zhou Heping en Qiao Liang bereikten het compacte sinteren van aluminiumnitride-keramiek bij een lage sintertemperatuur van 1650 ° C door een samengesteld sintermiddel CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 toe te voegen aan aluminiumnitride, en de thermische geleidbaarheid was als hoog tot 177W/m·K.
