En el campo de los materiales de alta tecnología, las cerámicas de nitruro de aluminio (AlN), con su excelente conductividad térmica, excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y excelente resistencia mecánica, se han convertido en el material central en campos clave como el embalaje electrónico, la electrónica de potencia y los equipos de comunicación por microondas. . Sin embargo, la preparación del sustrato de nitruro de aluminio es un proceso complejo, en el que el proceso de sinterización y la selección de los aditivos de sinterización tienen efectos importantes en las propiedades del producto final. En este artículo, a partir del proceso de preparación del sustrato cerámico aln, se discutirá en detalle la selección de aditivos de sinterización y su influencia en el rendimiento del sustrato, y se combinará con investigaciones de vanguardia sobre cómo mejorar el rendimiento integral del sustrato de nitruro de aluminio. Se analizará optimizando los aditivos de sinterización y el proceso de sinterización.
Tecnología de preparación de sustrato de nitruro de aluminio
La preparación del sustrato de nitruro de aluminio incluye principalmente la preparación de la materia prima, la mezcla, el moldeado, la sinterización y otros pasos clave.
1. Preparación de materia prima
La preparación de la materia prima es el primer paso en la preparación del sustrato cerámico de nitruro de aluminio, que incluye principalmente la selección y proporción de polvo de nitruro de aluminio, polvo de alúmina y aditivos. Como material principal, se requiere que el polvo de nitruro de aluminio tenga las características de alta pureza, tamaño de partícula pequeño, área de superficie específica grande, bajo contenido de carbono y bajo contenido de oxígeno. El polvo de alúmina se utiliza generalmente como parte del auxiliar de sinterización para formar un óxido compuesto de bajo punto de fusión durante el proceso de sinterización para promover la densificación de las cerámicas de nitruro de aluminio. Los aditivos se utilizan para regular las propiedades de moldeo, las propiedades de sinterización y las propiedades mecánicas del material.
2. Mezclar y formar
En el proceso de mezcla, es necesario mezclar polvo de nitruro de aluminio, polvo de alúmina y aditivos según una proporción determinada para garantizar la uniformidad y estabilidad del moldeo posterior. La mezcla se puede realizar por método seco o húmedo. El moldeado generalmente se realiza mediante moldeo por prensado, moldeo por inyección o moldeo por matriz, etc., las materias primas mezcladas se convierten en palanquillas con una determinada forma y tamaño.
3. Sinterización
La sinterización es el último proceso y el paso más crítico en la preparación de un sustrato cerámico de nitruro de aluminio. En condiciones de alta temperatura, las partículas del tocho se combinan mediante sinterización para formar un sustrato cerámico denso. En el proceso de sinterización, es necesario controlar la temperatura, la atmósfera y el tiempo para garantizar la calidad de formación y el rendimiento del sustrato cerámico. Los procesos de sinterización comúnmente utilizados incluyen sinterización por prensado en caliente, sinterización sin prensado, sinterización por microondas, sinterización por plasma de descarga y sinterización autopropagante.
La selección de aditivos de sinterización y su influencia en las propiedades del sustrato
Los aditivos de sinterización juegan un papel importante en la preparación de sustratos cerámicos de nitruro de aluminio. Reaccionan con la composición de alúmina en la superficie de la partícula de nitruro de aluminio para formar un óxido compuesto con un punto de fusión bajo, lo que da como resultado una fase líquida en el cuerpo sinterizado. Estas fases líquidas rodean las partículas de nitruro de aluminio, y la reorganización de las partículas y la descarga de los poros internos ocurren bajo la acción de la fuerza capilar, y finalmente se realiza la sinterización compacta de las cerámicas de nitruro de aluminio.
1. Aditivos de sinterización de uso común
Los auxiliares de sinterización comúnmente utilizados para sustratos cerámicos de nitruro de aluminio incluyen CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 y CeO2. Estos materiales desempeñan un doble papel en el proceso de sinterización: primero, se combinan con el óxido de aluminio en la superficie de las partículas de nitruro de aluminio para formar aluminato líquido, acelerando la transferencia de masa y promoviendo la sinterización; En segundo lugar, pueden reaccionar con el oxígeno para reducir el contenido de oxígeno de la red y aumentar la conductividad térmica de las cerámicas de nitruro de aluminio.
2. Principio de selección de aditivos de sinterización
Al seleccionar aditivos de sinterización, es necesario considerar su influencia en las propiedades del sustrato cerámico de nitruro de aluminio. Por un lado, los aditivos de sinterización deberían favorecer la densificación de las cerámicas de nitruro de aluminio, mejorar la conductividad térmica y la resistencia mecánica; Por otro lado, los aditivos de sinterización deben evitar la introducción de impurezas excesivas, para no afectar las propiedades de aislamiento eléctrico y la estabilidad química de las cerámicas de nitruro de aluminio. Por lo tanto, al seleccionar los aditivos de sinterización, se necesitan muchos experimentos y optimización para determinar la mejor fórmula de aditivos de sinterización.
3. Influencia de los aditivos de sinterización en el rendimiento del sustrato
La selección y el contenido de los aditivos de sinterización tienen una influencia significativa en el rendimiento del sustrato cerámico de nitruro de aluminio. Por ejemplo, el Y2O3, como uno de los aditivos de sinterización comúnmente utilizados, puede mejorar significativamente la conductividad térmica y la resistencia a la flexión de las cerámicas de nitruro de aluminio cuando el contenido es moderado. Sin embargo, cuando el contenido de Y2O3 es demasiado alto, se formará la fase Y-Al-O, lo que provocará una disminución significativa de la conductividad térmica. Por lo tanto, al preparar un sustrato cerámico de nitruro de aluminio, es necesario controlar con precisión el contenido de aditivos de sinterización para obtener el mejor rendimiento.
Rendimiento mejorado del sustrato AlN
Para cumplir con los altos requisitos de rendimiento de los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio en diferentes campos de aplicación, los investigadores exploran constantemente nuevos aditivos de sinterización, optimizan los procesos de sinterización y desarrollan nuevas tecnologías de preparación.
1. Desarrollo de nuevos aditivos de sinterización
Para mejorar aún más el rendimiento de los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio, los investigadores están desarrollando activamente nuevos aditivos de sinterización. Por ejemplo, mediante la introducción de elementos de tierras raras o elementos de metales de transición, la estructura reticular de las cerámicas de nitruro de aluminio se puede optimizar para mejorar la conductividad térmica y las propiedades mecánicas. Además, se pueden lograr una variedad de propiedades mediante el uso de aditivos de sinterización de compuestos.
2. Optimización del proceso de sinterización
La optimización del proceso de sinterización es la clave para mejorar el rendimiento del sustrato cerámico de nitruro de aluminio. Al ajustar la temperatura de sinterización, el tiempo de mantenimiento y la atmósfera, se puede controlar con precisión la microestructura de las cerámicas de nitruro de aluminio. Por ejemplo, los métodos de sinterización rápida, como la sinterización por microondas o la sinterización por plasma de descarga, pueden acortar significativamente el tiempo de sinterización y mejorar la eficiencia de la producción. Al mismo tiempo, la microestructura y las propiedades de las cerámicas de nitruro de Al se pueden optimizar aún más controlando con precisión el contenido de oxígeno y el gradiente de temperatura en la atmósfera de sinterización.
3. Innovación de la tecnología de preparación
Con el desarrollo continuo de la tecnología de preparación, los investigadores exploran constantemente nuevos métodos de preparación para mejorar el rendimiento de los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio. Por ejemplo, la preparación precisa de un sustrato cerámico de nitruro de aluminio se puede lograr mediante el uso de tecnologías de moldeo avanzadas, como el moldeo por fundición y el moldeo por inyección. Además, el rendimiento de la soldadura, la estabilidad y la resistencia a la corrosión del sustrato cerámico de nitruro de aluminio se pueden mejorar aún más mediante el revestimiento de cobre no electrolítico, la encapsulación del sustrato cerámico y otros procesos de postratamiento.
Conclusión
En resumen, la preparación del sustrato cerámico de nitruro de aluminio y la selección de aditivos de sinterización tienen efectos importantes sobre sus propiedades. Las propiedades integrales del sustrato cerámico de nitruro de aluminio se pueden mejorar significativamente optimizando la fórmula auxiliar de sinterización, mejorando el proceso de sinterización y desarrollando nueva tecnología de preparación. En el futuro, con el desarrollo continuo de la ciencia de materiales y la tecnología de preparación, el campo de aplicación del sustrato cerámico de nitruro de aluminio se ampliará aún más, brindando un fuerte apoyo para el desarrollo de envases electrónicos, dispositivos electrónicos de potencia y equipos de comunicación por microondas. Al mismo tiempo, también debemos prestar mucha atención a la tendencia de desarrollo de nuevas tecnologías y nuevos materiales, ampliar constantemente el horizonte de investigación y promover el progreso y la innovación continuos de la tecnología de sustrato cerámico de nitruro de aluminio.
