氮化铝的热传导机理:热导率,也即导热系数,作为衡量物质导热能力的量度,是导热材料很重要的性质之一。AIN属于共价化合物,其分子内部没有可自由移动的电子,因此热量的传递是以晶格振动这种形式来实现的,这种方式叫“声子传热”。晶体内部温度高的部分能量大,温度低的部分能量小,能量通过声子之间互相作用,从高能量向低能量发生传递,能量的迁移导致热量的传导。可以看到,把晶格内部的原子看成小球,这些小球之间彼此由弹簧(共价键)连接起来,从而每个原子的振动都要牵动周围的原子,使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种晶格振动产生的能量量子,即“声子”,声子相互作用使振动传递,从而使能量迁移,传导热量。氮化铝陶瓷是以氮化铝(AIN)为主晶相的陶瓷。嘉兴微米氮化硼品牌
AlN陶瓷基片的成型:流延成型制备氮化铝陶瓷基片的主要工艺,将氮化铝粉料、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制成浆料,通过流延制成坯片,采用组合模冲成标准片,然后用程控冲床冲成通孔,用丝网印刷印制金属图形,将每一个具有功能图形的生坯片叠加,层压成多层陶瓷生坯片,在氮气中约700℃排除粘结剂,然后在1800℃氮气中进行共烧,电镀后即形成多层氮化铝陶瓷。流延成型分为有机流延成型和水基流延成型两种。流延成型法在AlN陶瓷基片方面的应用具有极强的优势,如设备要求低,可连续生产、生产效率高、自动化程度高,其生产成本低廉,非常适合现代工业生产。注射成型:首先将AlN粉体与有机粘结剂按一定比例混合,经过造粒得到性能稳定的喂料,然后在注射成型机上成型素坯,再经过脱脂、烧结很终获得AlN陶瓷基片。嘉兴陶瓷氧化铝供应商氮化铝的商品化程度并不高,这也是影响氮化铝陶瓷进一步发展的关键因素。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,致密度对氮化铝陶瓷的热导率有重要影响,致密度较低的氮化铝陶瓷很难有较高的热导率,因此必须选择合适的烧结工艺实现氮化铝陶瓷的致密化。常压烧结:常压烧结的烧结温度通常为1600℃至2000℃,当添加了Y2O3烧结助剂后,氮化铝粉会产生液相烧结,烧结温度一般在1700℃至1900℃,特别是1800℃很常用,保温时间为2h。烧结温度还要受到氮化铝粉粒度、添加剂含量及种类等的影响。热压温度相对能低一些,一般是在1500℃至1700℃,保温时间为0.5h,施加的压力为20MPa左右。在1500℃至1800℃范围内,提高氮化铝烧结温度通常会明显提高氮化铝烧结体的导热率和致密度,特别是在常压烧结时,这种影响更为明显。
氮化铝陶瓷微观结构对热导率的影响:在实际应用中,常在AlN中加入各种烧结助剂来降低AlN陶瓷的烧结温度,与此同时在氮化铝晶格中也引入了第二相,致使热传导过程中声子发生散射导致热导率下降。添加烧结助剂引入的第二相会出现几种情况:从分布形式来看,可分为孤岛状和连续分布在晶界处;从分布位置来看,可分为分布在晶界三角处和晶界其他处。连续分布的晶粒可为声子提供了更直接的通道,直接接触AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的热导率,所以第二相是连续分布的更好;分布于晶界三角处的AlN陶瓷在热传导过程中产生的干扰散射较少,而且能够使AlN晶粒间保持接触,故而第二相分布在晶界三角处更好。此外,晶界相若分布不均匀,会导致大量的气孔存在,阻碍声子的散射,导致AlN的热导率下降,晶界含量、晶界大小以及气孔率对热导率的表现也有一定的影响。因此,在AlN陶瓷的烧结过程中,可以通过改善烧结工艺的途径,如提高烧结温度、延长保温时间、热处理等,改善晶体内部缺陷,尽可能使第二相连续分布以及位于三叉晶界处,从而提高氮化铝陶瓷的热导率。氮化铝陶瓷作为耐火材料应用于纯铁、铝以及铝合金的熔炼。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,微波烧结:微波烧结是利用微波与介质的相互作用产生介电损耗使坯体整体加热的烧结方法。同时,微波可以使粉末颗粒活性提高,有利于物质的传递。微波烧结已成为一门新型的陶瓷烧结技术,它利用整体性自身加热,使材料加热的效率提高,升温速度加快,保温时间缩短,这有利于提高致密化速度并可以有效抑制晶粒生长,获得独特的性能和结构。放电等离子烧结:放电等离子烧结系统利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温场来实现烧结过程。SPS升温速度快、烧结时间短、能在较低温度下烧结,通过控制烧结组分与工艺能实现温度梯度场,可用于烧结梯度材料及大型工件等复杂材料。放电等离子烧结内每个颗粒均匀的自身发热使颗粒表现活化,因而具有很高的热导率,可在短时间内使烧结体致密化。氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性,特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。嘉兴微米氮化硼品牌
氮化铝陶瓷基板用量十分巨大。嘉兴微米氮化硼品牌
热压烧结:即在一定压力下烧结陶瓷,可以使加热烧结和加压成型同时进行。无压烧结:常压烧结氮化铝陶瓷一般温度范围为1600-2000℃,适当升高烧结温度和延长保温时间可以提高氮化铝陶瓷的致密度。微波烧结:微波烧结也是一种快速烧结法,利用微波与介质的相互作用产生介电损耗而使坯体整体加热的烧结方法。放电等离子烧结:融合等离子活化、热压、电阻加热等技术,具有烧结速度快,晶粒尺寸均匀等特点。自蔓延烧结:即在超高压氮气下利用自蔓延高温合成反应直接制备AlN陶瓷致密材料。但由于高温燃烧反应下原料中的Al易熔融而阻碍氮气向毛坯内部渗透, 难以得到致密度高的AlN陶瓷。以上5中烧结工艺中,热压烧结是目前制备高热导率致密化AlN陶瓷的主要工艺。嘉兴微米氮化硼品牌
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