Les scientifiques ont découvert que la microstructure et la teneur en impuretés d’oxygène sont les deux facteurs les plus importants affectant la conductivité thermique des céramiques AlN. Par conséquent, afin d'améliorer la conductivité thermique des céramiques AlN, une plus grande attention doit être accordée à la préparation des matières premières en poudre céramique et au processus de frittage - et des recherches expérimentales continues montrent que le raffinage de la poudre de nitrure d'aluminium d'origine et l'ajout d'additifs de frittage à basse température appropriés sont des solutions efficaces.
La sélection des matières premières en poudre
La poudre de nitrure d'aluminium est la condition préalable et la clé pour préparer des matériaux céramiques de nitrure d'aluminium dotés d'excellentes propriétés. La force motrice du processus de frittage du nitrure d'aluminium est l'énergie de surface, et les fines particules de poudre d'AlN peuvent améliorer l'activité de frittage, augmenter la force de frittage et accélérer le processus de frittage. Il est confirmé que lorsque la taille initiale des particules de la poudre de nitrure d'aluminium d'origine est 20 fois plus petite, le taux de frittage de la céramique augmentera de 147 fois.
Dans le même temps, afin d'éviter une recristallisation secondaire, la taille des particules de la poudre d'origine doit également être fine et uniforme. S'il y a un petit nombre de grosses particules dans la particule, il est facile de se produire une croissance anormale des grains et ce n'est pas le cas. propice à la densification et au frittage ; Si la distribution des particules n'est pas uniforme, une croissance anormale de cristaux individuels peut facilement se produire pendant le processus de frittage et affecter le frittage.
De plus, le mécanisme de frittage des céramiques de nitrure d'aluminium est parfois affecté par la taille de la poudre d'origine. La poudre de nitrure d'aluminium micrométrique est frittée selon le mécanisme de diffusion volumique, tandis que la poudre à l'échelle nanométrique est frittée selon le mécanisme de diffusion aux limites des grains ou de diffusion en surface.
Kuramot et coll. ont montré que sous l'hypothèse de ne pas ajouter d'additifs de frittage à basse température, lorsque la surface spécifique de la poudre de nitrure d'aluminium était d'environ 3 m 2 /g, le nitrure d'aluminium ne pouvait pas atteindre une cuisson dense même à une température élevée de 1 900 °C, alors que le la taille des particules était de 80 à 100 nm, la surface spécifique était de 40 à 50 m 2 /g et la taille des particules était d'environ 0,11 µm. La poudre de nitrure d'aluminium avec une surface spécifique de 16,6 m2/g peut atteindre la densité théorique lorsqu'elle est frittée à 1 700 °C.
Hashimoto, Panchula et Ying ont confirmé que l'ajout d'une quantité appropriée de poudre de nitrure d'aluminium nanométrique à la poudre de nitrure d'aluminium d'origine permet d'obtenir un frittage compact de céramiques de nitrure d'aluminium à 1 700 °C sous pression normale. Watari et coll. Les recherches de montrent également que les performances de frittage des céramiques de nitrure AL sont directement proportionnelles à la finesse de la poudre d'origine, c'est-à-dire que plus la poudre d'origine est fine, meilleures sont les performances de frittage.
Bien que la sélection d'une poudre de granulométrie fine et uniforme puisse réduire dans une certaine mesure la température de frittage des céramiques de nitrure d'aluminium, le système de poudre de nitrure d'aluminium fin et uniforme est difficile à préparer, principalement par une méthode chimique humide combinée à une méthode de réduction carbothermique, non seulement le processus de frittage est complexe et la consommation d'énergie est importante et ne convient pas à une promotion et à une application à grande échelle. L'ajout d'additifs de frittage appropriés peut réduire considérablement la température de frittage des céramiques AlN et améliorer certaines propriétés des céramiques AlN. À l'heure actuelle, cette méthode a été largement appliquée et étudiée.
La sélection des additifs de frittage
À l'heure actuelle, la méthode la plus populaire pour le frittage substrat en nitrure d'aluminium consiste à ajouter des additifs de frittage appropriés et à fritter sous pression normale. Cette méthode permet non seulement de réduire considérablement la consommation d’énergie, mais également de préparer des céramiques AlN hautes performances. Les résultats montrent que la phase liquide peut être produite dans le processus de frittage du nitrure d'Al en ajoutant des additifs de frittage à bas point de fusion, et que le frittage dense de l'embryon de nitrure d'Al peut être favorisé.
De plus, certains additifs de frittage peuvent non seulement produire une phase liquide pour favoriser le frittage, mais également réagir avec les impuretés d'oxygène dans le réseau de nitrure d'aluminium pour éliminer les impuretés d'oxygène et purifier le réseau, améliorant ainsi la conductivité thermique des céramiques AlN. Cependant, les additifs de frittage ne peuvent pas être ajoutés aveuglément, la quantité ajoutée doit également être appropriée, sinon cela pourrait avoir un effet indésirable. Par exemple, un ajout excessif d'additifs de frittage entraînera l'émergence d'un grand nombre de secondes phases, ce qui réduira considérablement la conductivité thermique de l'AlN.
Hirano et coll. obtenu des céramiques AlN densifiées avec une conductivité thermique de seulement 114 W/m·K en maintenant la poudre d'AlN sans ajouter d'additifs de frittage à 1 900 °C pendant 8 h, tandis que la conductivité thermique a augmenté jusqu'à 218 W/m·K en ajoutant 4 % de Y2O3 dans les mêmes conditions. Liu et coll. a étudié le frittage de céramiques AlN sous atmosphère de N2 à 1 650 °C sans pression avec Dy 23 comme agent de frittage et a obtenu des céramiques AlN avec une conductivité thermique de 156 W/m·k. Les résultats ont montré que le Dy 23 peut éliminer efficacement les impuretés d'oxygène dans le nitrure d'aluminium et améliorer la conductivité thermique des céramiques ALN. Watari et coll. ajouté LiYO 2-CaO et fritté à 1600° pour obtenir des céramiques AlN avec une conductivité thermique supérieure à 170 W/m·K. Zhou Heping et Qiao Liang ont réalisé le frittage compact de céramiques de nitrure d'aluminium à une basse température de frittage de 1 650 °C en ajoutant un agent de frittage composite CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 au nitrure d'aluminium, et la conductivité thermique était aussi élevée jusqu'à 177 W/m·K.
