氮化铝陶瓷是一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集成度半导体基片和电子器件的理想封装材料。另外,氮化铝陶瓷可用作熔炼有色金属和半导体材料砷化镓的坩埚、蒸发舟、热电偶的保护管、高温绝缘件,同时可作为耐高温耐腐蚀结构陶瓷、透明氮化铝陶瓷制品,因而成为一种具有较广应用前景的无机材料。陶瓷的透明度,一般指能让一定的电磁频率范围内的电磁波通过,如红外频谱区域中的电磁波若能穿透陶瓷片,则该陶瓷片为红外透明陶瓷。纯净的AlN陶瓷为无色透明晶体,具有优异的光学性能,可以用作制造电子光学器件装备的高温红外窗口和整流罩的耐热涂层。因此,氮化铝陶瓷在方面具有很好的应用。提高氮化铝粉末的纯度,理想的氮化铝粉料应含适量的氧。广州球形氮化铝粉体生产商
氮化铝选用高纯度且为微粉的“氮化铝粉末”,一般而言氧质量含量在1.2%以下,碳质量含量为0.04%以下,Fe含量为30ppm以下,Si含量为60ppm以下。氮化铝粉体的很大粒径很好控制在20μm以下的氮化铝粉末。此处,“氧”基本上属于杂质,但有防止过分煅烧的作用,因此为了防止煅烧导致的煅烧体强度下降优先选用氧质量含量在0.7%以上的氮化铝粉末。此外,在原料中常含有“煅烧助剂”,大多使用稀土金属化合物、碱土金属化合物、过渡金属化合物等。例如可选用氧化钇或氧化铝等,这些煅烧助剂与氮化铝粉体形成复合的氧化物液相,该液相带来煅烧体的高密度化,同时,提取氮化铝晶粒中属于杂质的氧,以结晶晶界的氧化物进行偏析,从而使氮化铝基板的导热率提高。成都绝缘氧化铝生产商氮化铝的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。
氮化铝陶瓷因具有高热导率、低膨胀系数、度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展,电子设备仪器的小型轻量化,以及混合集成度大幅提高,对散热基板的导热性能要求越来越高,氮化铝陶瓷的热导率较氧化铝陶瓷高5倍以上,膨胀系数低,与硅芯片的匹配性更好,因此在大功率器件等领域,已逐渐取代氧化铝基板,成为市场主流。但氮化铝陶瓷基板行业进入技术壁垒高,全球市场中,具有量产能力的企业主要集中在日本,日本企业在国际氮化铝陶瓷基板市场中处于垄断地位,此外,中国台湾地区也有部分产能。而随着国内市场对氮化铝陶瓷基板的需求快速上升,在市场的拉动下,进入行业布局的企业开始增多,但现阶段我国拥有量产能力的企业数量依然极少。
氮化铝(AlN)具有高导热、绝缘、低膨胀、无磁等优异性能,是半导体、电真空等领域装备的关键材料,特别是在航空航天、轨道交通、新能源汽车、高功率LED、5G通讯、电力传输、工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制备复杂形状AlN陶瓷零部件的精密制备技术主要有模压成型、注射成型、凝胶注模成型,它们均为有模制造技术。此外,陶瓷3D打印成型也可实现AlN陶瓷零部件的精密制造,但该方法用于氮化铝陶瓷成型方面的研究较少,实际应用还有待于进一步的研究,故不在的讨论范围之内。氮化铝是一种以共价键相连的物质,它有六角晶体结构,与硫化锌、纤维锌矿同形。
AlN属于共价化合物,自扩散系数小,烧结致密化非常困难,通常需要使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物作为烧结助剂来促进烧结,但仍需要1800℃以上的烧结温度。近几年,出于减少能耗、降低成本以及实现AlN与金属浆料的共同烧结等因素考虑,人们开始注意AlN低温烧结技术的研究。所谓低温烧结是个相对概念,指的是将AlN的烧结温度降低到1600℃至1700℃之间实现致密度高的烧结。一般认为,AlN表层的氧是在高温下才开始向其晶格内部扩散。因此,低温烧结另外一个潜在的有利影响是可以延缓高温烧结时表层氧向AlN晶格内部扩散,增进后续热处理过程中的排氧效果,有利于制备出高热导率的陶瓷材料。低温烧结的关键技术是选择有效的烧结助剂。氮化铝不但机械性能好,抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷,硬度高,还耐高温耐腐蚀。微米氧化铝供应商
结晶氮化铝溶于水、无水乙醇、,微溶于盐酸,其水溶液呈酸性。广州球形氮化铝粉体生产商
氮化铝陶瓷基片制造并非易事:氮化铝的很大特点是热膨胀系数(CTE)与半导体硅(Si)相当,且热导率高,理论上氮化铝热导率可达到320W/(m·K),但成本很高。由于制备氮化铝陶瓷的重点原料氮化铝粉体制备工艺复杂、能耗高、周期长、价格昂贵,国内的氮化铝粉体很大程度上依赖进口。原料的批次稳定性、成本也成为国内氮化铝陶瓷基片材料制造的瓶颈。氮化铝基板生产呈地区集中状态,美国、日本、德国等国家和地区是全球很主要的电子元件生产和研发中心,在氮化铝陶瓷基片的研究已远早于国内。日本已有较多企业研发和生产氮化铝陶瓷基片,目前是全球很大的氮化铝陶瓷基片生产国。广州球形氮化铝粉体生产商
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