Le nitrure d'aluminium (AlN) est un matériau hautes performances doté d'une conductivité thermique élevée (320 W·m⁻¹·K⁻¹), d'une excellente isolation électrique (> 10¹⁴ Ω·cm) et de solides propriétés mécaniques. Sa faible constante diélectrique (8,0 à 1 MHz) et ses faibles pertes diélectriques (tanδ = 10⁻⁴) en font un matériau idéal pour l'électronique..
Les principales applications comprennent :
Emballage de l'appareil d'alimentation
Substrats céramiques AlN à haute conductivité thermique
Matériau des mandrins électrostatiques pour le traitement des semi-conducteurs
Excellente isolation en céramique composants ( radiateurs en céramique,buses en céramique)
L'AlN combine gestion thermique, résistance électrique et durabilité pour une utilisation industrielle avancée.
Les céramiques AlN sont frittées à partir de poudre d'AlN. Une poudre d'AlN de haute qualité est indispensable pour obtenir des céramiques AlN hautes performances. La préparation de la poudre d'AlN a un impact significatif sur le frittage, le formage et la conductivité thermique du produit final. Industriellement, il existe trois principales méthodes de production de poudre d'AlN : la nitruration directe, la synthèse auto-propagée à haute température (SHS) et la réduction carbothermique.
1. Principe de la méthode de réduction carbothermique
La méthode de réduction carbothermique utilise généralement des composés d'aluminium (tels que l'alumine ou l'hydroxyde d'aluminium) et un excès de carbone élémentaire ou organique comme matières premières. Ces composés réagissent sous atmosphère d'azote (N₂) ou d'ammoniac (NH₃) à haute température. Le produit est ensuite décarburé sous atmosphère oxydante à 500–700 °C pour obtenir de la poudre d'AlN. Cette méthode produit une poudre à faible teneur en oxygène, d'une grande pureté, présentant une distribution granulométrique étroite et une morphologie particulaire régulière.
Le mécanisme de réaction peut être résumé comme suit :
1Réduction de l'alumine : Le carbone réduit l'alumine pour former des produits intermédiaires tels que Al(g) et Al₂O(g).
2. Nitruration : l’aluminium réagit avec l’azote pour former de l’AlN.
Le mécanisme réactionnel de la réduction carbothermique peut être classé en réactions gaz-solide et solide-solide. Les observations expérimentales de pics d'émission de vapeur d'aluminium corroborent la formation d'intermédiaires gazeux d'aluminium dans des conditions spécifiques. La réaction gaz-solide explique la perte de masse au cours du processus et le transfert de masse impliqué dans la croissance des barbes. Le mécanisme réactionnel solide-solide, quant à lui, explique la continuité morphologique entre le produit et le précurseur, ainsi que la formation de composés intermédiaires tels que Al-OC et Al-CN lors de la conversion d'Al₂O₃. Ce mécanisme est plus largement accepté.
Le processus de fabrication de poudre d'AlN comprend principalement le broyage et le mélange à boulets, la synthèse par nitruration, la décarburation à basse température et le broyage/récupération d'AlN.
2. Caractéristiques du processus de réduction carbothermique
La méthode de réduction carbothermique offre des avantages tels qu'une abondance de matières premières, une mise en œuvre simple et une production à grande échelle. La poudre synthétisée présente une sphéricité et une pureté élevées, une granulométrie fine, une distribution granulométrique étroite et une bonne dispersibilité, ce qui en fait la principale méthode industrielle de production de poudre d'AlN. Comparée à la nitruration directe et à la SHS, la réduction carbothermique présente des rendements supérieurs. une meilleure sphéricité et poudre d'AlN de plus grande pureté .
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