Yüksek teknoloji malzemeleri alanında, mükemmel ısı iletkenliği, mükemmel elektrik yalıtım özellikleri ve mükemmel mekanik mukavemeti ile alüminyum nitrür (AlN) seramikler, elektronik paketleme, güç elektroniği ve mikrodalga iletişim ekipmanı gibi önemli alanlarda temel malzeme haline gelmiştir. . Bununla birlikte, alüminyum nitrür substratının hazırlanması, sinterleme işleminin ve sinterleme katkı maddelerinin seçiminin nihai ürünün özellikleri üzerinde önemli etkilere sahip olduğu karmaşık bir işlemdir. Bu yazıda, aln seramik alt tabakanın hazırlanma sürecinden başlayarak, sinterleme katkı maddelerinin seçimi ve bunların alt tabakanın performansı üzerindeki etkisi ayrıntılı olarak tartışılacak ve alüminyum nitrür alt tabakanın kapsamlı performansının nasıl geliştirilebileceği konusunda öncü araştırmalarla birleştirilecektir. Sinterleme katkı maddeleri optimize edilerek sinterleme prosesi analiz edilecektir.
Alüminyum Nitrür Substrat Hazırlama Teknolojisi
Alüminyum nitrür substratının hazırlanması temel olarak hammadde hazırlama, karıştırma, kalıplama, sinterleme ve diğer önemli adımları içerir.
1. Hammadde hazırlama
Hammadde hazırlama, esas olarak alüminyum nitrür tozu, alümina tozu ve katkı maddelerinin seçimini ve oranını içeren, alüminyum nitrür seramik substratın hazırlanmasında ilk adımdır. Ana malzeme olarak alüminyum nitrür tozunun yüksek saflık, küçük parçacık boyutu, geniş spesifik yüzey alanı, düşük karbon içeriği ve düşük oksijen içeriği özelliklerine sahip olması gerekir. Alümina tozu genellikle, alüminyum nitrür seramiklerinin yoğunlaşmasını teşvik etmek amacıyla sinterleme işlemi sırasında düşük erime noktalı bir kompozit oksit oluşturmak için sinterleme yardımcısının bir parçası olarak kullanılır. Malzemenin kalıplama özelliklerini, sinterleme özelliklerini ve mekanik özelliklerini düzenlemek için katkı maddeleri kullanılır.
2. Karıştırın ve şekillendirin
Karıştırma işleminde, sonraki kalıplamanın homojenliğini ve stabilitesini sağlamak için alüminyum nitrür tozu, alümina tozu ve katkı maddelerinin belirli bir orana göre karıştırılması gerekir. Karıştırma kuru veya ıslak yöntemle yapılabilir. Kalıplama genellikle presleme, enjeksiyonlu kalıplama veya kalıplı kalıplama vb. yoluyla yapılır, karışık hammaddeler belirli bir şekil ve boyutta kütük haline getirilir.
3. Sinterleme
Sinterleme, alüminyum nitrür seramik substratın hazırlanmasında son işlem ve en kritik adımdır. Yüksek sıcaklık koşullarında kütükteki parçacıklar yoğun bir seramik alt tabaka oluşturmak üzere sinterlenerek birleştirilir. Sinterleme sürecinde seramik alt tabakanın şekillendirme kalitesini ve performansını sağlamak için sıcaklık, atmosfer ve zamanın kontrol edilmesi gerekir. Yaygın olarak kullanılan sinterleme işlemleri arasında sıcak presleme sinterlemesi, preslemesiz sinterleme, mikrodalga sinterleme, deşarj plazma sinterlemesi ve kendi kendine yayılan sinterleme yer alır.
Sinterleme Katkı Maddelerinin Seçimi ve Substrat Özelliklerine Etkisi
Sinterleme katkı maddeleri, alüminyum nitrür seramik substratların hazırlanmasında önemli bir rol oynar. Düşük erime noktasına sahip bir kompozit oksit oluşturmak için alüminyum nitrür parçacığının yüzeyindeki alümina bileşimi ile reaksiyona girerler, bu da sinterlenmiş gövdede sıvı bir faza neden olur. Bu sıvı fazlar, alüminyum nitrür parçacıklarını çevreler ve kılcal kuvvetin etkisi altında parçacıkların yeniden düzenlenmesi ve iç gözenek boşalması meydana gelir ve son olarak alüminyum nitrür seramiklerinin kompakt sinterlenmesi gerçekleştirilir.
1. Yaygın olarak kullanılan sinterleme katkı maddeleri
Alüminyum nitrür seramik substratlar için yaygın olarak kullanılan sinterleme yardımcıları arasında CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 ve CeO2 bulunur. Bu malzemeler sinterleme sürecinde ikili bir rol oynar: birincisi, alüminyum nitrür parçacıklarının yüzeyindeki alüminyum oksit ile birleşerek sıvı alüminat oluşturur, kütle transferini hızlandırır ve sinterlemeyi destekler; İkinci olarak, kafes oksijen içeriğini azaltmak ve alüminyum nitrür seramiklerin termal iletkenliğini arttırmak için oksijenle reaksiyona girebilirler.
2. Sinterleme katkı maddelerinin seçim prensibi
Sinterleme katkı maddelerini seçerken, bunların alüminyum nitrür seramik substratın özellikleri üzerindeki etkisini dikkate almak gerekir. Bir yandan, sinterleme katkı maddeleri alüminyum nitrür seramiklerinin yoğunlaşmasını desteklemeli, termal iletkenliği ve mekanik mukavemeti iyileştirmeli; Öte yandan, sinterleme katkı maddeleri, alüminyum nitrür seramiklerin elektriksel yalıtım özelliklerini ve kimyasal stabilitesini etkilememek için aşırı yabancı maddelerin eklenmesinden kaçınmalıdır. Bu nedenle sinterleme katkı maddelerini seçerken en iyi sinterleme katkı maddesi formülünü belirlemek için çok sayıda deney ve optimizasyona ihtiyaç vardır.
3. Sinterleme katkı maddelerinin alt tabaka performansı üzerindeki etkisi
Sinterleme katkı maddelerinin seçimi ve içeriği, alüminyum nitrür seramik alt tabakanın performansı üzerinde önemli etkiye sahiptir. Örneğin, yaygın olarak kullanılan sinterleme katkı maddelerinden biri olan Y2O3, içerik orta düzeyde olduğunda alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini ve bükülme mukavemetini önemli ölçüde artırabilir. Ancak Y2O3 içeriği çok yüksek olduğunda Y-Al-O fazı oluşacak ve bu durum ısı iletkenliğinde önemli bir azalmaya neden olacaktır. Bu nedenle, alüminyum nitrür seramik alt tabakayı hazırlarken, en iyi performansı elde etmek için sinterleme katkı maddelerinin içeriğini hassas bir şekilde kontrol etmek gerekir.
AlN Substratının Geliştirilmiş Performansı
Farklı uygulama alanlarında alüminyum nitrür seramik substratların performansına yönelik yüksek gereksinimleri karşılamak amacıyla araştırmacılar sürekli olarak yeni sinterleme katkı maddeleri araştırıyor, sinterleme süreçlerini optimize ediyor ve yeni hazırlama teknolojileri geliştiriyor.
1. Yeni sinterleme katkı maddelerinin geliştirilmesi
Alüminyum nitrür seramik substratların performansını daha da artırmak için araştırmacılar aktif olarak yeni sinterleme katkı maddeleri geliştiriyor. Örneğin, nadir toprak elementleri veya geçiş metali elementleri eklenerek alüminyum nitrür seramiklerinin kafes yapısı, termal iletkenliği ve mekanik özellikleri iyileştirecek şekilde optimize edilebilir. Ayrıca kompozit sinterleme katkı maddelerinin kullanılmasıyla çeşitli özellikler elde edilebilir.
2. Sinterleme sürecinin optimizasyonu
Sinterleme işleminin optimizasyonu, alüminyum nitrür seramik alt tabakanın performansını artırmanın anahtarıdır. Sinterleme sıcaklığı, bekletme süresi ve atmosfer ayarlanarak alüminyum nitrür seramiklerin mikro yapısı hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Örneğin, mikrodalga sinterleme veya deşarj plazma sinterleme gibi hızlı sinterleme yöntemleri, sinterleme süresini önemli ölçüde kısaltabilir ve üretim verimliliğini artırabilir. Aynı zamanda, Al nitrür seramiklerinin mikro yapısı ve özellikleri, sinterleme atmosferindeki oksijen içeriği ve sıcaklık gradyanı hassas bir şekilde kontrol edilerek daha da optimize edilebilir.
3. Hazırlama teknolojisinde yenilik
Hazırlama teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte araştırmacılar, alüminyum nitrür seramik substratların performansını artırmak için sürekli olarak yeni hazırlama yöntemleri araştırıyorlar. Örneğin, alüminyum nitrür seramik alt tabakanın hassas bir şekilde hazırlanması, döküm kalıplama ve enjeksiyon kalıplama gibi gelişmiş kalıplama teknolojileri kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ek olarak, alüminyum nitrür seramik alt tabakanın kaynak performansı, stabilitesi ve korozyon direnci, akımsız bakır kaplama, seramik alt tabaka kapsülleme ve diğer işlem sonrası işlemlerle daha da geliştirilebilir.
Sonuç
Özetle, alüminyum nitrür seramik substratın hazırlanması ve sinterleme katkılarının seçiminin özellikleri üzerinde önemli etkileri vardır. Alüminyum nitrür seramik alt tabakanın kapsamlı özellikleri, sinterleme yardımcı formülünün optimize edilmesi, sinterleme işleminin iyileştirilmesi ve yeni hazırlama teknolojisinin geliştirilmesi yoluyla önemli ölçüde geliştirilebilir. Gelecekte, malzeme bilimi ve hazırlama teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, alüminyum nitrür seramik substratın uygulama alanı daha da genişletilecek ve elektronik ambalajın, güç elektroniği cihazlarının ve mikrodalga iletişim ekipmanlarının geliştirilmesine güçlü destek sağlanacak. Aynı zamanda, yeni teknolojilerin ve yeni malzemelerin gelişme eğilimine de yakından dikkat etmemiz, araştırma ufkunu sürekli genişletmemiz ve alüminyum nitrür seramik alt tabaka teknolojisinin sürekli ilerlemesini ve yeniliğini teşvik etmemiz gerekiyor.
