Dans le domaine des matériaux de haute technologie, les céramiques de nitrure d'aluminium (AlN), avec leur excellente conductivité thermique, leurs excellentes propriétés d'isolation électrique et leur excellente résistance mécanique, sont devenues le matériau de base dans des domaines clés tels que l'emballage électronique, l'électronique de puissance et les équipements de communication micro-ondes. . Cependant, la préparation du substrat en nitrure d'aluminium est un processus complexe, dans lequel le processus de frittage et la sélection des additifs de frittage ont des effets importants sur les propriétés du produit final. Dans cet article, à partir du processus de préparation du substrat en céramique aln, la sélection des additifs de frittage et leur influence sur les performances du substrat seront discutées en détail, et combinées avec des recherches de pointe, sur la manière d'améliorer les performances globales du substrat en nitrure d'aluminium. en optimisant les additifs de frittage et le processus de frittage seront analysés.
Technologie de préparation du substrat en nitrure d'aluminium
La préparation du substrat en nitrure d'aluminium comprend principalement la préparation des matières premières, le mélange, le moulage, le frittage et d'autres étapes clés.
1. Préparation des matières premières
La préparation des matières premières est la première étape de la préparation du substrat céramique de nitrure d'aluminium, qui comprend principalement la sélection et le rapport de la poudre de nitrure d'aluminium, de la poudre d'alumine et des additifs. En tant que matériau principal, la poudre de nitrure d'aluminium doit avoir les caractéristiques d'une grande pureté, d'une petite taille de particules, d'une grande surface spécifique, d'une faible teneur en carbone et d'une faible teneur en oxygène. La poudre d'alumine est généralement utilisée dans le cadre du frittage pour former un oxyde composite à faible point de fusion pendant le processus de frittage afin de favoriser la densification des céramiques de nitrure d'aluminium. Des additifs sont utilisés pour réguler les propriétés de moulage, les propriétés de frittage et les propriétés mécaniques du matériau.
2. Mélanger et former
Dans le processus de mélange, il est nécessaire de mélanger la poudre de nitrure d'aluminium, la poudre d'alumine et les additifs selon un certain rapport pour assurer l'uniformité et la stabilité du moulage ultérieur. Le mélange peut être effectué par voie sèche ou humide. Le moulage s'effectue généralement par moulage sous pression, moulage par injection ou moulage sous pression, etc., les matières premières mélangées sont transformées en billettes d'une certaine forme et taille.
3. Frittage
Le frittage est le dernier processus et l'étape la plus critique dans la préparation du substrat céramique en nitrure d'aluminium. Dans des conditions de température élevée, les particules de la billette sont combinées par frittage pour former un substrat céramique dense. Dans le processus de frittage, la température, l’atmosphère et la durée doivent être contrôlées pour garantir la qualité de formage et les performances du substrat céramique. Les procédés de frittage couramment utilisés comprennent le frittage par pressage à chaud, le frittage sans pressage, le frittage par micro-ondes, le frittage par décharge plasma et le frittage auto-propagation.
La sélection des additifs de frittage et son influence sur les propriétés du substrat
Les additifs de frittage jouent un rôle important dans la préparation des substrats céramiques en nitrure d'aluminium. Ils réagissent avec la composition d'alumine à la surface de la particule de nitrure d'aluminium pour former un oxyde composite à bas point de fusion, entraînant une phase liquide dans le corps fritté. Ces phases liquides entourent les particules de nitrure d'aluminium, et le réarrangement des particules et la décharge des pores internes se produisent sous l'action de la force capillaire, et enfin le frittage compact des céramiques de nitrure d'aluminium est réalisé.
1. Additifs de frittage couramment utilisés
Les auxiliaires de frittage couramment utilisés pour les substrats céramiques en nitrure d'aluminium comprennent CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 et CeO2. Ces matériaux jouent un double rôle dans le processus de frittage : premièrement, ils se combinent à l'oxyde d'aluminium à la surface des particules de nitrure d'aluminium pour former de l'aluminate liquide, accélérant le transfert de masse et favorisant le frittage ; Deuxièmement, ils peuvent réagir avec l'oxygène pour réduire la teneur en oxygène du réseau et augmenter la conductivité thermique des céramiques de nitrure d'aluminium.
2. Principe de sélection des additifs de frittage
Lors de la sélection des additifs de frittage, il est nécessaire de prendre en compte leur influence sur les propriétés du substrat céramique en nitrure d'aluminium. D'une part, les additifs de frittage doivent favoriser la densification des céramiques de nitrure d'aluminium, améliorer la conductivité thermique et la résistance mécanique ; D'autre part, les additifs de frittage doivent éviter l'introduction d'impuretés excessives, afin de ne pas affecter les propriétés d'isolation électrique et la stabilité chimique des céramiques de nitrure d'aluminium. Par conséquent, lors de la sélection des additifs de frittage, de nombreuses expériences et optimisations sont nécessaires pour déterminer la meilleure formule d’additifs de frittage.
3. Influence des additifs de frittage sur les performances du substrat
La sélection et la teneur en additifs de frittage ont une influence significative sur les performances du substrat céramique en nitrure d'aluminium. Par exemple, Y2O3, en tant qu'additif de frittage couramment utilisé, peut améliorer considérablement la conductivité thermique et la résistance à la flexion des céramiques de nitrure d'aluminium lorsque la teneur est modérée. Cependant, lorsque la teneur en Y2O3 est trop élevée, une phase Y-Al-O se forme, entraînant une diminution significative de la conductivité thermique. Par conséquent, lors de la préparation d’un substrat céramique en nitrure d’aluminium, il est nécessaire de contrôler avec précision la teneur en additifs de frittage pour obtenir les meilleures performances.
Performances améliorées du substrat AlN
Afin de répondre aux exigences élevées en matière de performances des substrats céramiques de nitrure d'aluminium dans différents domaines d'application, les chercheurs explorent constamment de nouveaux additifs de frittage, optimisent les processus de frittage et développent de nouvelles technologies de préparation.
1. Développement de nouveaux additifs de frittage
Afin d’améliorer encore les performances des substrats céramiques en nitrure d’aluminium, les chercheurs développent activement de nouveaux additifs de frittage. Par exemple, en introduisant des éléments de terres rares ou des éléments de métaux de transition, la structure réticulaire des céramiques de nitrure d'aluminium peut être optimisée pour améliorer la conductivité thermique et les propriétés mécaniques. De plus, diverses propriétés peuvent être obtenues grâce à l'utilisation d'additifs de frittage composites.
2. Optimisation du processus de frittage
L'optimisation du processus de frittage est la clé pour améliorer les performances du substrat céramique en nitrure d'aluminium. En ajustant la température de frittage, le temps de maintien et l’atmosphère, la microstructure des céramiques de nitrure d’aluminium peut être contrôlée avec précision. Par exemple, les méthodes de frittage rapides telles que le frittage par micro-ondes ou le frittage par décharge plasma peuvent réduire considérablement le temps de frittage et améliorer l'efficacité de la production. Dans le même temps, la microstructure et les propriétés des céramiques de nitrure d'Al peuvent être encore optimisées en contrôlant avec précision la teneur en oxygène et le gradient de température dans l'atmosphère de frittage.
3. Innovation de la technologie de préparation
Avec le développement continu de la technologie de préparation, les chercheurs explorent constamment de nouvelles méthodes de préparation pour améliorer les performances des substrats céramiques en nitrure d'aluminium. Par exemple, la préparation précise d'un substrat céramique en nitrure d'aluminium peut être obtenue en utilisant des technologies de moulage avancées telles que le moulage par coulée et le moulage par injection. De plus, les performances de soudage, la stabilité et la résistance à la corrosion du substrat céramique en nitrure d'aluminium peuvent être encore améliorées par le cuivrage autocatalytique, l'encapsulation du substrat céramique et d'autres processus de post-traitement.
Conclusion
En résumé, la préparation du substrat céramique en nitrure d’aluminium et la sélection des additifs de frittage ont des effets importants sur ses propriétés. Les propriétés complètes du substrat céramique en nitrure d'aluminium peuvent être considérablement améliorées en optimisant la formule auxiliaire de frittage, en améliorant le processus de frittage et en développant une nouvelle technologie de préparation. À l'avenir, avec le développement continu de la science des matériaux et de la technologie de préparation, le domaine d'application du substrat céramique de nitrure d'aluminium sera encore élargi, offrant ainsi un soutien important au développement de boîtiers électroniques, de dispositifs électroniques de puissance et d'équipements de communication micro-ondes. Dans le même temps, nous devons également accorder une attention particulière à la tendance au développement de nouvelles technologies et de nouveaux matériaux, élargir constamment l'horizon de recherche et promouvoir le progrès et l'innovation continus de la technologie des substrats céramiques en nitrure d'aluminium.
