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        【原創(chuàng)】氮化鋁陶瓷燒結(jié)技術(shù)大揭秘


        來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   山川

        [導(dǎo)讀]  燒結(jié)過(guò)程是氮化鋁陶瓷制備的一個(gè)重要階段,直接影響陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)如晶粒尺寸與分布、氣孔率和晶界體積分?jǐn)?shù)等,因此燒結(jié)技術(shù)成為制備高質(zhì)量氮化鋁陶瓷的關(guān)鍵技術(shù)。

        中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氮化鋁具有高熱導(dǎo)率、良好的電絕緣性、低介電常數(shù)、無(wú)毒等性能,應(yīng)用前景十分廣闊,特別是隨著大功率和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,集成電路和基片間散熱的重要性也越來(lái)越明顯。因此,基片必須要具有高的導(dǎo)熱率和電阻率。


        為滿足這一要求,國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開(kāi)發(fā)出了一系列高性能的陶瓷基片材料,其中主要包括:Al2O3、BeO、AlN、BN、Si3N4、SiC,其中氮化鋁是綜合性能最優(yōu)良的新型先進(jìn)陶瓷材料,被認(rèn)為是新一代高集成度半導(dǎo)體基片和電子器件的理想封裝材料。


        (圖片來(lái)源:深圳市佳日豐泰電子科技有限公司)


        燒結(jié)過(guò)程是氮化鋁陶瓷制備的一個(gè)重要階段,直接影響陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)如晶粒尺寸與分布、氣孔率和晶界體積分?jǐn)?shù)等。因此燒結(jié)技術(shù)成為制備高質(zhì)量氮化鋁陶瓷的關(guān)鍵技術(shù)。氮化鋁陶瓷常用的燒結(jié)技術(shù)有無(wú)壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、微波燒結(jié)等。


        無(wú)壓燒結(jié)



        熱壓燒結(jié)


        熱壓燒結(jié)是對(duì)裝入模具的粉體同時(shí)加熱加壓,使粉料處于熱塑性狀態(tài),從而產(chǎn)生兩種特殊的傳質(zhì)過(guò)程,即晶界滑移和擠壓蠕變傳質(zhì)。這兩種傳質(zhì)過(guò)程在普通燒結(jié)過(guò)程中基本是不存在的,有助于顆粒的接觸擴(kuò)散和流動(dòng)傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行,從而降低燒結(jié)溫度和氣孔率。


        其中高壓燒結(jié)可以稱之為熱壓燒結(jié)的一種特殊形式,它不同于常規(guī)熱壓燒結(jié)之處在于陶瓷坯體高溫?zé)Y(jié)時(shí)施加的外來(lái)壓力更高,一般要大于1.0GPa。在這樣的高壓下進(jìn)行燒結(jié),不僅能夠使材料迅速達(dá)到高致密度,而且有可能使得晶體結(jié)構(gòu)甚至原子、電子狀態(tài)發(fā)生變化,從而賦予材料在無(wú)壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)工藝下所達(dá)不到的性能。


        放電等離子燒結(jié)




        微波燒結(jié)


        微波燒結(jié)是通過(guò)物質(zhì)吸收微波的能量而進(jìn)行自身加熱,其加熱過(guò)程在坯體整個(gè)體積內(nèi)同時(shí)進(jìn)行,升溫迅速、溫場(chǎng)均勻。此外,微波燒結(jié)本身也是一種活化燒結(jié)的過(guò)程,因此整個(gè)加熱燒結(jié)的時(shí)間特別是高溫反應(yīng)期大大縮短。這些特點(diǎn)有利于提高致密化速度并可有效抑制晶粒生長(zhǎng),從而獲得常規(guī)燒結(jié)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特的性能和結(jié)構(gòu),因此具有良好的發(fā)展前景。


        微波燒結(jié)是一種新型、高效的燒結(jié)技術(shù),具有傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)越性。不添加任何燒結(jié)助劑的微波燒結(jié)法被認(rèn)為是一條獲得AlN透明陶瓷非常有前途的低成本化技術(shù)途徑,但是受微波燒結(jié)設(shè)備的限制,通常很難獲得較低的燒結(jié)溫度,因此,有必要開(kāi)展微波低溫?zé)Y(jié)工藝制備AlN透明陶瓷的研究。


        總結(jié)


        氮化鋁陶瓷的燒結(jié)十分復(fù)雜,AlN屬于共價(jià)鍵化合物,熔點(diǎn)高,原子自擴(kuò)散系數(shù)小,因此,純AlN陶瓷很難燒結(jié)致密化,難以獲得高的熱導(dǎo)率和良好的機(jī)械強(qiáng)度。因而,AlN陶瓷燒結(jié)需要保護(hù)氣氛以及添加少量的燒結(jié)助劑,目前采用最多的仍為添加燒結(jié)助劑的氮?dú)獗Wo(hù)下的常壓燒結(jié)。


        參考來(lái)源:


        [1]袁文杰等.高熱導(dǎo)率氮化鋁陶瓷的研究進(jìn)展

        [2]燕東明等.高熱導(dǎo)率氮化鋁陶瓷研究進(jìn)展

        [3]丁利文等.AlN陶瓷的性能及應(yīng)用

        [4]孫悅等.燒結(jié)氣氛對(duì)氮化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響


        (中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川)

        注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除


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        作者:山川

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