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氮化铝陶瓷从高温到低温烧结,就差个烧结助剂!    随着科学技术的高速发展,人们对材料性能的要求越来越高。AlN陶瓷材料具有高热导率、低介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数、高电阻、低密度、热化学稳定性好、机械性能良好、成本低、无毒等优点,使其在航空航天、大规模集成电路等重要领域的应用有着巨大的优势,因此受到国内外科研工作者和生产厂家越来越广泛的重视。

氮化铝陶瓷的烧结难度


AlN属于共价化合物,自扩散系数小,烧结致密化非常困难,通常需要使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物作为烧结助剂来促进烧结,但仍需要1800℃以上的烧结温度。


近几年,出于减少能耗、降低成本以及实现AlN与金属浆料的共同烧结等因素考虑,人们开始注意AlN低温烧结技术的研究。所谓低温烧结是个相对概念,指的是将AlN的烧结温度降低到1600℃至1700℃之间实现致密度高的烧结。一般认为,AlN表层的氧是在高温下才开始向其晶格内部扩散。因此,低温烧结另外一个潜在的有利影响是可以延缓高温烧结时表层氧向AlN晶格内部扩散,增进后续热处理过程中的排氧效果,有利于制备出高热导率的陶瓷材料。

烧结助剂的作用和作用机理


AlN自扩散系数小难以烧结,一般采用添加碱土金属化合物及稀土镧系化合物,通过液相烧结实现烧结致密化。烧结助剂能在烧结初期和中期显著促进AlN陶瓷烧结,并且在烧结的后期从陶瓷材料中部分挥发,从而制备纯度及致密化程度都较高的AlN陶瓷材料及制品。在此过程中,助烧剂的种类、添加方式、添加量等均会对AlN陶瓷材料及制品的结构与性能产生显著程度的影响。


总结


在AlN烧结过程中,添加稀土多相复合烧结助剂有利于形成低温液相,降低烧结温度,提高烧结致密度,并净化AlN晶界,从而能获得较高的热导率,是AlN陶瓷材料实现低温常压烧结的重要途径之一。在未来的研究中,如果能够成功实现在较低温度下的致密化烧结,实现连续化生产,降低成本,AlN陶瓷在电子工业等领域中的应用必将更为广泛。


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