Céramiques en nitrure d'aluminium (AlN) Les AIN sont largement utilisés dans le conditionnement électronique et la dissipation thermique en raison de leur excellente conductivité thermique. Cependant, les impuretés et les conditions de frittage affectent considérablement leurs performances. Cet article présente les principales approches pour améliorer la conductivité thermique de l'AIN, notamment la purification des poudres, les auxiliaires de frittage, l'optimisation des procédés et le frittage prolongé.
(1) Contrôle de la qualité de la poudre d'AlN et réduction de la teneur en impuretés d'oxygène
Amélioration de la méthode de synthèse de Poudre d'AlN La production de poudre de haute pureté, d'une granulométrie inférieure à 1 μm et d'une teneur en oxygène de 1 %, est indispensable à la préparation de céramiques AlN à haute conductivité thermique. De plus, pour les poudres AlN contenant des adjuvants de frittage, l'introduction d'une quantité appropriée de carbone permet de réduire et de carburer les oxydes présents à la surface de la poudre AlN pendant le frittage avant la densification, améliorant ainsi la conductivité thermique des céramiques AlN. De ce point de vue, la poudre AlN préparée par réduction carbothermique pourrait être plus propice à l'amélioration de la conductivité thermique des céramiques AlN.
(2) Sélection des types et des quantités appropriés d'additifs de frittage
Des recherches approfondies ont montré que les oxydes et fluorures de métaux des terres rares, les oxydes et fluorures de métaux alcalino-terreux, etc., peuvent servir d'adjuvants de frittage pour améliorer la conductivité thermique de l'AlN. Ces adjuvants réagissent avec l'alumine de l'AlN pour former des phases liquides d'aluminate, facilitant ainsi le frittage en phase liquide et la densification du corps cru. D'autre part, ils peuvent réduire la teneur en oxygène du réseau d'AlN tout en améliorant le contact entre les particules d'AlN, améliorant ainsi la conductivité thermique. Cependant, la quantité d'additifs doit être appropriée : une quantité excessive augmente la teneur en impuretés et altère la conductivité thermique, tandis qu'une quantité insuffisante ne constitue pas un adjuvant de frittage efficace. Comme mentionné précédemment, des études récentes ont montré que les additifs composites sont plus efficaces que les additifs simples pour améliorer la conductivité thermique tout en abaissant la température de frittage.
L'efficacité des additifs pour améliorer la conductivité thermique a été confirmée par de nombreuses expériences. L'introduction d'additifs adaptés est actuellement une méthode largement adoptée. Cependant, il n'existe pas de conclusion unifiée concernant le choix et la combinaison des additifs, leurs quantités optimales ou les méthodes d'ajout, ce qui nécessite une exploration plus approfondie et systématique.
(3) Optimisation des processus de frittage
Pour les céramiques AlN, un chauffage lent pendant le frittage est plus avantageux qu'un chauffage rapide, car il réduit non seulement la déformation mais améliore également la densification du corps vert, améliorant ainsi les performances des céramiques AlN.
Le processus de frittage nécessite également une température optimale. Une température trop élevée entraîne une croissance excessive des grains, une augmentation de la phase limite des grains et une densification réduite, ce qui affecte négativement la conductivité thermique.
Une prolongation appropriée du temps de frittage peut purifier davantage le réseau cristallin, favoriser la croissance des grains et réduire considérablement la porosité, augmentant ainsi la conductivité thermique.
En général, le frittage dans une atmosphère réductrice sous protection d'azote peut réduire les impuretés d'oxygène dans l'AlN grâce à nitruration carbothermique et la réduction, ce qui améliore la conductivité thermique. Le frittage sous pression améliore considérablement les performances de frittage de l'AlN et réduit la quantité d'adjuvants de frittage nécessaires. L'augmentation de la pression améliore la densification de l'AlN, ce qui contribue à de meilleures performances des céramiques AlN. De plus, la méthode du lit de poudre affecte également la conductivité thermique des céramiques AlN.
(4) Prolongation du temps de frittage
Outre l'introduction d'adjuvants de frittage et l'optimisation des procédés de frittage, l'allongement du temps de frittage peut également améliorer la conductivité thermique des céramiques en AlN. Par exemple, le recuit en atmosphère réductrice peut éliminer l'oxygène et les phases secondaires de l'AlN. Nakano et al. ont utilisé une méthode similaire, en traitant thermiquement de l'AlN fritté (avec Y₂O₃) sous atmosphère réductrice d'azote à 1900 °C. Après 20 heures, la conductivité thermique a atteint 220 W/m·K, puis 272 W/m·K après 100 heures.
À propos de Xiamen Juci Technology
Juci Technology, avec ses matières premières de haute pureté, sa technologie additive composite, son processus de frittage précis et ses capacités de personnalisation flexibles, est devenue l'une des rares entreprises nationales capables de produire en masse de manière stable céramique AlN à haute conductivité thermique, particulièrement adapté aux exigences des domaines haut de gamme tels que les LED haute puissance, les modules IGBT et l'aérospatiale.
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