Bilim adamları, AlN seramiklerinin termal iletkenliğini etkileyen en önemli iki faktörün mikro yapı ve oksijen safsızlık içeriği olduğunu bulmuşlardır. Bu nedenle, AlN seramiklerinin termal iletkenliğini geliştirmek için, seramik tozu hammaddelerinin hazırlanmasına ve sinterleme işlemine daha fazla dikkat edilmelidir - ve sürekli deneysel araştırmalar, orijinal alüminyum nitrür tozunun rafine edilmesinin ve uygun düşük sıcaklıkta sinterleme katkı maddelerinin eklenmesinin gerekli olduğunu göstermektedir. etkili çözümler.
Toz Hammadde Seçimi
Alüminyum nitrür tozu, mükemmel özelliklere sahip alüminyum nitrür seramik malzemeleri hazırlamanın ön koşulu ve anahtarıdır. Alüminyum nitrür sinterleme işleminin itici gücü yüzey enerjisidir ve AlN tozunun ince parçacıkları sinterleme aktivitesini artırabilir, sinterleme kuvvetini artırabilir ve sinterleme işlemini hızlandırabilir. Orijinal alüminyum nitrür tozunun başlangıç parçacık boyutu 20 kat daha küçük olduğunda seramiğin sinterleme oranının 147 kat artacağı doğrulandı.
Aynı zamanda, ikincil yeniden kristalleşmeyi önlemek için, orijinal tozun parçacık boyutu da ince ve düzgün olmalıdır; parçacıkta az sayıda büyük parçacık varsa, anormal tane büyümesi kolayca meydana gelebilir ve bu durum normal değildir. yoğunlaştırma ve sinterlemeye elverişli; Parçacık dağılımı tekdüze değilse, sinterleme işlemi sırasında tek tek kristallerin anormal büyümesi kolaylıkla meydana gelebilir ve sinterlemeyi etkileyebilir.
Ayrıca, alüminyum nitrür seramiklerin sinterleme mekanizması bazen orijinal tozun boyutundan etkilenir. Mikrometre alüminyum nitrür tozu hacim difüzyon mekanizmasına göre sinterlenirken, nano ölçekli toz tane sınırı difüzyon veya yüzey difüzyon mekanizmasına göre sinterlenir.
Kuramot ve ark. herhangi bir düşük sıcaklıkta sinterleme katkı maddesinin eklenmemesi varsayımı altında, alüminyum nitrür tozunun spesifik yüzey alanı yaklaşık 3m 2 /g olduğunda, alüminyum nitrürün 1900â gibi yüksek bir sıcaklıkta bile yoğun ateşlemeye ulaşamadığını gösterdi. parçacık boyutu 80-100nm, spesifik yüzey alanı 40~50m2/g ve parçacık boyutu yaklaşık 0.11μm idi. Spesifik yüzey alanı 16,6 m2/g olan alüminyum nitrür tozu, 1700â'de sinterlendiğinde temel olarak teorik yoğunluğa ulaşabilir.
Hashimoto, Panchula ve Ying, orijinal alüminyum nitrür tozuna uygun miktarda nanometre alüminyum nitrür tozunun eklenmesinin, normal basınç altında 1700â'de alüminyum nitrür seramiklerinin kompakt sinterlenmesini sağlayabileceğini doğruladı. Watari ve ark. 'nin araştırması ayrıca AL nitrür seramiklerinin sinterleme performansının orijinal tozun inceliğiyle doğru orantılı olduğunu, yani orijinal toz ne kadar ince olursa sinterleme performansının da o kadar iyi olduğunu gösteriyor.
Her ne kadar ince ve tek biçimli parçacık boyutundaki tozun seçimi, alüminyum nitrür seramiklerinin sinterleme sıcaklığını bir dereceye kadar azaltabilse de, ince ve tekdüze alüminyum nitrür tozu sisteminin, çoğunlukla karbotermal indirgeme yöntemiyle birleştirilmiş ıslak kimyasal yöntemle hazırlanması zordur. sinterleme süreci karmaşıktır ve enerji tüketimi büyüktür, büyük ölçekli tanıtım ve uygulama için uygun değildir. Uygun sinterleme katkı maddelerinin eklenmesi, AlN seramiklerinin sinterleme sıcaklığını önemli ölçüde azaltabilir ve AlN seramiklerinin bazı özelliklerini geliştirebilir. Şu anda bu yöntem yaygın olarak uygulanmakta ve üzerinde çalışılmaktadır.
Sinterleme Katkı Maddelerinin Seçimi
Şu anda alüminyum nitrür substratı sinterlemek için en popüler yöntem uygun sinterleme katkılarının eklenmesi ve normal basınç altında sinterlenmesidir. Bu yöntem yalnızca enerji tüketimini büyük ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek performanslı AlN seramikleri de hazırlar. Sonuçlar, Al nitrürün sinterleme işleminde, düşük erime noktasına sahip bazı sinterleme katkı maddelerinin eklenmesiyle sıvı fazın üretilebileceğini ve Al nitrür embriyosunun yoğun sinterlenmesinin desteklenebileceğini göstermektedir.
Ayrıca, bazı sinterleme katkı maddeleri, sinterlemeyi teşvik etmek için yalnızca sıvı faz üretmekle kalmaz, aynı zamanda alüminyum nitrür kafesindeki oksijen yabancı maddeleri ile reaksiyona girerek oksijen yabancı maddelerini uzaklaştırır ve kafesi saflaştırır, böylece AlN seramiklerinin termal iletkenliğini geliştirir. Ancak sinterleme katkı maddeleri körü körüne eklenemez, eklenen miktarın da uygun olması gerekir, aksi halde olumsuz etki yaratabilir. Örneğin, sinterleme katkı maddelerinin aşırı eklenmesi, çok sayıda ikinci fazın ortaya çıkmasına neden olacak ve bu da AlN'nin ısıl iletkenliğini önemli ölçüde azaltacaktır.
Hirano ve ark. AlN tozunu sinterleme katkı maddesi eklemeden 1900â'de 8 saat tutarak sadece 114W/m·K ısı iletkenliğine sahip yoğunlaştırılmış AlN seramikleri elde ederken, aynı koşullar altında %4 Y2O3 ekleyerek ısıl iletkenlik 218W/m·K'ye yükseldi. Liu ve diğerleri. AlN seramiklerinin N2 atmosferi altında 1650â'de basınçsız sinterleme ajanı olarak Dy 23 ile sinterlenmesini inceledi ve 156W/m·k termal iletkenliğe sahip AlN seramikleri elde etti. Sonuçlar Dy 23'ün alüminyum nitrürdeki oksijen safsızlıklarını etkili bir şekilde giderebildiğini ve ALN seramiklerinin termal iletkenliğini geliştirebildiğini gösterdi. Watari ve ark. LiYO 2-CaO eklendi ve 170W/m·K'den daha yüksek termal iletkenliğe sahip AlN seramikleri elde etmek için 1600â'de sinterlendi. Zhou Heping ve Qiao Liang, alüminyum nitrüre bir kompozit sinterleme maddesi CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 ekleyerek 1650° düşük sinterleme sıcaklığında alüminyum nitrür seramiklerin kompakt sinterlenmesini başardı ve termal iletkenlik şu şekildeydi: 177W/m·K kadar yüksek.
