熱導率K在聲子傳熱中的關系式為:K=1/3cvλ;上式c為陶瓷體本身的熱容,v為聲子的平均運動速度,λ為聲子的平均自由程。材料本身的熱容(c)接近常數,氮化鋁的熱容大是氮化鋁的熱導率高的原因之一,聲子速度(v)與晶體密度和彈性力學性質有關,也可視為常數,所以,聲子的傳播距離(平均自由程),是影響很終宏觀上氮化鋁陶瓷的熱導率表現的關鍵。所以我們通過氮化鋁內部聲子的熱傳導機理可知,要想熱導率高,就要使聲子的傳播更遠(自由程大),也即減少傳播的阻力,這種阻力一般來自于聲子擴散過程中的各種散射。燒結后的陶瓷內部通常會有各種晶體缺陷、雜質、氣孔以及引入的第二相,這些因素的作用使聲子發生散射,也就影響了很終的熱導率。通過不斷研究證實,在眾多影響AlN陶瓷熱導率因素中,AlN陶瓷的顯微結構、氧雜質含量尤為突出。氮化鋁可通過氧化鋁和碳的還原作用或直接氮化金屬鋁來制備。紹興納米氮化鋁
氮化鋁粉體的制備工藝:碳熱還原法:碳熱還原法就是將混合均勻的Al2O3和C在N2氣氛中加熱,首先Al2O3被還原,所得產物Al再與N2反應生成AlN,其化學反應式為:Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)→2AlN(s)+3CO(g);其優點是原料豐富,工藝簡單;粉體純度高,粒徑小且分布均勻。其缺點是合成時間長,氮化溫度較高,反應后還需對過量的碳進行除碳處理,導致生產成本較高。高能球磨法:高能球磨法是指在氮氣或氨氣氣氛下,利用球磨機的轉動或振動,使硬質球對氧化鋁或鋁粉等原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌,從而直接氮化生成氮化鋁粉體的方法。其優點是:高能球磨法具有設備簡單、工藝流程短、生產效率高等優點。其缺點是:氮化難以完全,且在球磨過程中容易引入雜質,導致粉體的質量較低。紹興納米氮化鋁氮化鋁膜很早用化學氣相沉積(CVI)制備,其沉積溫度高達1000攝氏度以上。
氮化鋁是氮和鋁的化合物,化學式為AIN,六方晶系。顏色淡藍或綠色。莫氏硬度5。理論密度3.26g/cm2。升華分解溫度2450C,導熱系數高(0.072cal/(cm·C))膨脹系數6.09×10~/C,抗熱震性能好,能耐2200~20℃的急冷急熱。AIN在800C可能被氧化,因而作耐火材料時需加注意,但在1300C左右具有較好的抗氧化性能。溫度更高,因氧化物保護層開裂破壞,氧化加速。AIN不易被液體銅、鋁、鉛潤濕。它與AI2O2非常相容,在1600C下可形成y一氧氮化鋁(y-AION)。y-AION即Sialon(塞隆),化學式3AIN·7ALO2。7-AION的機械性質與AIN相近,而抗化學侵蝕性能比AIN更好,可制造AIN基耐火材料。”-AION抗熱震性優于ALO3和MgO等氧化物耐火材料而其抗腐蝕性又優于SiC和Si,N,等非氧化物耐火材料。AIN容易水解。介電常數8.5.電阻率2×10"Q-cm,是良好的電絕緣體。作為耐火材料領域的應用,可用AIN質堆塌拉制四、N族元素單晶,還可用AIN制磚砌筑金屬精煉爐內襯,以及用AIN制造金屬熔池用的浸入式熱電偶套管。
AlN陶瓷基片一般采用無壓燒結,該燒結方法是一種很普通的燒結,雖然工藝簡單、成本較低、可制備形狀復雜,但燒結溫度一般偏高,再不添加燒結助劑的情況下,一般無法制備高性能陶瓷基片。傳統燒結方式一般通過外部熱源對AlN坯體進行加熱,熱傳導不均且速度較慢,將影響燒結質量。微波燒結通過坯體吸收微波能量從而進行自身加熱,加熱過程是在整個材料內部同時進行,升溫速度快,溫度分散均勻,防止AlN陶瓷晶粒的過度生長。這種快速燒結技術能充分發揮亞微米級和納米級粉末的性能,具有很強的發展前景。放電等離子燒結技術主要利用放電脈沖壓力、脈沖能和焦耳熱產生瞬間高溫場實現快速燒結。放電等離子燒結技術的主要特點是升溫速度快,燒結時間短,燒結溫度低,可實現AlN陶瓷的快速低溫燒結。通過該燒結方法,燒結體的各個顆粒可類似于微波燒結那樣均勻地自身發熱以活化顆粒表面,可在短時間內得到致密化、高熱導燒結體。氮化鋁膜是指用氣相沉積、液相沉積、表面轉化或其它表面技術制備的氮化鋁覆蓋層 。
氮化鋁(AlN)具有高導熱、絕緣、低膨脹、無磁等優異性能,是半導體、電真空等領域裝備的關鍵材料,特別是在航空航天、軌道交通、新能源汽車、高功率LED、5G通訊、電力傳輸、工業控制等領域功率器件中具有不可取代的作用。目前用于制備復雜形狀AlN陶瓷零部件的精密制備技術主要有模壓成型、注射成型、凝膠注模成型,它們均為有模制造技術。此外,陶瓷3D打印成型也可實現AlN陶瓷零部件的精密制造,但該方法用于氮化鋁陶瓷成型方面的研究較少,實際應用還有待于進一步的研究,故不在的討論范圍之內。影響氮化鋁陶瓷熱導率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、顯微結構、粉體純度等。紹興納米氮化鋁
氮化鋁很高可穩定到2200℃,室溫強度高,且強度隨溫度的升高下降較慢。紹興納米氮化鋁
喂料體系的流變性能對注射成形起著至關重要的作用,優良的喂料體系應該具備低粘度、度和良好的溫度穩定性。在成型工藝工程中,既要使喂料具有良好的流動性,能完好地填充模具,同時也應有合適的粘度,避免兩相分離,溫度過高則容易引起粘結劑的分解,分解出的氣體易造成坯體內部氣孔;溫度過低則粘度過高,喂料流動性差,造成充模不完全。注射壓力也對生坯質量有較大影響,壓力過低則不能完全排空模具型腔內的氣體,造成注射不飽滿,壓力過高則造成生坯應力較大,不易脫模以及脫模后應力的釋放造成坯體的變形及開裂。注射速度也對坯體質量有較大影響,較低則喂料填充模具過慢,填充過程中冷卻后流動性降低,不能完整填充模具,注射速度過高則容易造成噴射及兩相分離,造成零件表面流紋痕。綜上所述,應綜合考慮并選擇適合的注射參數,制備出完好的氮化鋁陶瓷生坯。紹興納米氮化鋁
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