氮化铝(AlN)综合性能相当优良,是当前具有高热传导性和出色的电绝缘特性这一有趣组合的先进陶瓷材料,这样得天独厚的优点使得业界对它的应用潜力十分看好。尽管氮化铝是当前材料科学界很炙手可热的材料之一,但其发展其实并不顺遂。尽管在1877年就已合成,但随后的100多年间其实都没什么实际应用,直到20世纪50年代,人们才成功制得氮化铝陶瓷,并作为耐火材料应用于纯铁、铝以及铝合金的熔炼。要发展氮化铝陶瓷,选对方向很关键。目前氮化铝陶瓷的制备工艺日趋成熟,应用范围也在不断扩大,尤其是进入21世纪后,人们对微电子技术的重视又为氮化铝材料的发展增添了不少筹码。氮化铝陶瓷基片是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。杭州导热氮化铝厂家直销
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。东莞耐温氮化硼供应商氮化铝应用于陶瓷及耐火材料,氮化铝可应用于结构陶瓷的烧结,制备出来的氮化铝陶瓷。
生产方法:将氨和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得氮化铝粉末。或者将氧化铝和炭充分混合,在电炉中于1700℃还原制得氮化铝。将高纯度铝粉脱脂(用抽提或在氮气流中加热到150℃)后,放到镍盘中,将盘放在石英或瓷制反应管内,在提纯的氮气流中慢慢地进行加热。氮化反应在820℃左右时发出白光迅速地进行。此时,必须大量通氮以防止反应管内出现减压。这个激烈的反应完毕后,在氮气流中冷却。由于产物内包有金属铝,可将其粉碎,并在氮气流中于1100~1200℃温度下再加热1~2h,即得到灰白色氮化铝。另外,将铝在1200~1400℃下蒸发气化,使其与氮气反应即得到氮化铝的须状物(金属晶须)。此外,也有将AlCl3·NH3加成物进行热分解的制法。直接氮化法:将氮和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得。氮化铝产品质量受反应炉温、原料的预混合以及循环氮化铝粉末所占的混合比例、氮化铝比表面积等条件的影响。因此需严格控制工艺过程,得到稳定特性的氮化铝粉末(如比表面积、一次粒径、凝聚粒径、松密度和表面特性等)。
目前,氮化铝也存在一些问题。其一是粉体在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝,在AlN粉体表面形成氧化铝层,氧化铝晶格溶入大量的氧,降低其热导率,而且也改变其物化性能,给AlN粉体的应用带来困难。抑制AlN粉末的水解处理主要是借助化学键或物理吸附作用在AlN颗粒表面涂覆一种物质,使之与水隔离,从而避免其水解反应的发生。目前抑制水解处理的方法主要有:表面化学改性和表面物理包覆。其二是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。制备氮化铝粉末一般都需要较高的温度,从而导致生产制备过程中的能耗较高,同时存在安全风险,这也是一些高温制备方法无法实现工业化生产的主要弊端。再者是生产制备过程中的杂质掺入或者有害产物的生成问题,例如碳化还原反应过量碳粉的去除问题,以及化学气相沉积法的氯化氢副产物的去除问题,这都要求制备氮化铝的过程中需对反应产物进行提纯,这也导致了生产制备氮化铝的成本居高不下。氮化铝但当温度高于1370℃时,便会发生大量氧化作用。
氮化铝粉体的制备工艺:高温自蔓延合成法:高温自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法,它是将Al粉在高压氮气中点燃后,利用Al和N2反应产生的热量使反应自动维持,直到反应完全,其化学反应式为:2Al(s)+N2(g)→2AlN(s);其优点是高温自蔓延合成法的本质与铝粉直接氮化法相同,但该法不需要在高温下对Al粉进行氮化,只需在开始时将其点燃,故能耗低、生产效率高、成本低。其缺点是要获得氮化完全的粉体,必需在较高的氮气压力下进行,直接影响了该法的工业化生产。化学气相沉淀法:它是在远高于理论反应温度,使反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压,导致其自动凝聚成晶核,而后聚集成颗粒。氧化铝陶瓷基板的热导率低,热膨胀系数和硅不太匹配。东莞耐温氮化硼供应商
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。杭州导热氮化铝厂家直销
氮化铝陶瓷的制备技术:凝胶注模成型技术原理是首先将粉体、溶剂、分散剂混合球磨,制备具有高固相、粘度的粉体-溶剂浓悬浮液,加入合适的有机单体,添加引发剂或固化剂或者通过外界条件如温度等的变化使陶瓷浆料中的单体交联固化,很终在坯体中形成三维网状结构将陶瓷颗粒固定,使浆料原位固化成型。与其他成型工艺技术相比,凝胶注模成型优点如下:适用范围较广;成型坯体缺陷和变形小,是一种近净尺寸成型工艺;坯体强度较高,成型坯体可进行机加工;坯体中有机物含量很低,排胶后成品变形小;陶瓷生坯和烧结体密度高、均匀性好;成本低、工艺可控。目前,凝胶注模成型的主要问题有:水机注凝成型需要对氮化铝粉体做抗水解处理,非水基成型则需要进一步寻找和制备凝胶网络交联密度、强度适宜且易于制得高固含量低粘度浆料的注凝体系。杭州导热氮化铝厂家直销
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