提高AlN_陶瓷热导率
aln陶瓷导热系数
aln陶瓷导热系数ALN陶瓷是一种具有优异导热性能的无机非金属材料。
其导热系数因制备工艺、掺杂剂种类和含量、微观结构和热处理温度等因素而有所差异。
下面将详细介绍ALN陶瓷导热系数的相关内容。
一、ALN陶瓷的导热原理ALN陶瓷的导热主要依靠晶格振动和自由电子的迁移。
在高温下，晶格振动强烈，使得声子（晶格振动的量子）数目增多，导热系数增大。
而在低温下，声子数目减少，导热系数降低。
此外，自由电子的迁移也会对导热系数产生影响。
二、影响ALN陶瓷导热系数的因素1.掺杂剂种类和含量：通过掺杂不同种类的元素（如Mg、Ti等），可以改变ALN陶瓷的晶格结构和电子输运性质，从而影响其导热系数。
此外，掺杂剂的含量也会对导热系数产生影响。
2.微观结构：ALN陶瓷的微观结构（如晶粒大小、气孔率等）对其导热系数具有显著影响。
一般来说，晶粒越细小、气孔率越低，ALN陶瓷的导热系数越高。
3.热处理温度：热处理温度对ALN陶瓷的导热系数也有重要影响。
在一定的温度范围内，随着热处理温度的升高，晶格缺陷减少，晶格振动减弱，导热系数增大。
三、ALN陶瓷导热系数的应用1.电子设备散热：ALN陶瓷具有优异的导热性能，可用于电子设备（如集成电路、功率器件等）的散热。
通过将ALN陶瓷与电子器件接触，可以有效地将热量从器件传导到环境中，从而避免过热和性能下降。
2.热管理：在能源转换和利用过程中，ALN陶瓷可用于高效地管理热量。
例如，在太阳能电池中，ALN陶瓷可以作为热沉材料，将光生热迅速导出，避免器件过热失效。
3.声学器件：由于ALN陶瓷具有高热导率和优良的声学性能，可用于制造高音扬声器、滤波器等声学器件。
这些器件具有优异的声音传输效率和频率响应特性。
4.光学器件：ALN陶瓷的热导率高且对红外波段具有高透过性，因此可用于制造高功率激光器的光学器件。
这些器件能够有效地导出激光能量并保持高的光学质量。
总之，ALN陶瓷的导热系数对于其应用具有重要意义。
【精品文章】氮化铝(AlN)烧结助剂的选择方法及分类
AlN 属于共价化合物，原子间结合力强，自扩散系数小。根据烧结理
论，盐类的烧结温度(Ts)和熔点(Tm)的关系为：
Ts≈ 0.57 Tm
AlN 熔点为 3300℃，因此 AlN 陶瓷的烧结温度高达 1900 ℃以上，严重
制约了其在工业上的应用，添加合适的烧结助剂是降低 AlN 陶瓷烧结温度
的重要方法。
2、与氧杂质反应，在晶界以 Y-Al2O3 和 Ca-Al2O3 化合物的形式析出，
降低 AlN 晶格的氧含量，起到纯化晶格的作用，从而提高 AlN 烧结体的热
导率。
图 1 AlN 陶瓷烧结助剂作用过程示意图 三、烧结助剂选用原则 1、在较低温度下能与 AlN 颗粒表层的 Al2O3 发生共熔，生成液相，且 产生的液相对 AlN 颗粒具有良好的浸润性； 2、液相的流动性好，烧结后期在 AlN 晶粒生长过程的驱动下向三叉晶界 流动，不至于形成 AlN 晶粒间的热阻层； 3、添加剂与 Al2O3 有较强的结合能力，以利于脱除氧杂质，净化 AlN 晶格； 4、添加剂最好不与 AlN 发生反应，否则容易产生晶格缺陷。 四、烧结助剂的主要分类 1、单一烧结助剂 AlN 陶瓷热力学研究表明，符合条件的低温烧结助剂主要是一些稀土金 属氧化物及氟化物 Y2O3、YF3 碱土金属氧化物 CaO、CaF2 及氟化物和少 量具有还原性的化合物（Li2O、B2O 等）。表 1 为常见的 AlN 烧结助剂的 分类及特点汇总。 表 1 常见 AlN 烧结助剂分类及特点汇总 种类 助剂 优点 缺点 稀土类化合物 Y2O3 驱氧能力强，稳定性好
YF3 不引入氧，且比 Y2O3 有着较低的熔点，因此可作为烧结助剂被使 用。CaF2-YF3 体系在高温下，液相化合物在 AlN 颗粒之间流动与重新分 布，使得其中的 YF3 有充足的机会与 AlN 颗粒表面的氧，从而有效地降低 了 AlN 颗粒表面的氧含量，减少了高温下 AlN 晶格中氧缺陷的形成。加入 CaF2 -YF3 系烧结助剂的试样有更高的热导率。 （4）Y2O3-CaO-Li2O 系 添加 Y2O3-CaO-Li2O 系烧结助剂，在 AlN 陶瓷烧结过程中，Y2O3、 CaO 和 Al2O3 结合形成的铝酸盐液相，且保温时间越长，液相量越多。该 液相分布于 AlN 晶界，促进了烧结致密化及杂质在 AlN 晶界的聚集，将氧 原子束缚在晶界第二相中，AlN 陶瓷的热导率也逐渐增加。随着烧结时间 的延长，AlN 晶格内部的氧原子逐步向表面扩散，进一步净化了 AlN 晶 格，热导率迅速增长。该助烧剂体系中 Li2O 的助烧作用就是明显降低反应 温度，改善液相与 AlN 晶粒的润湿性，促进低温烧结 AlN 陶瓷的致密化。 表 2 常见 AlN 陶瓷多元烧结助剂对烧结性能影响 烧结助剂体系 含量% 烧结工艺 密度 g/cm3 热导率 W/(m•K) Y2O3-CaO 热压，25Mpa，1700℃，4h 3.26
陶瓷材料热导率的影响因素及提高方法
陶瓷材料热导率的影响因素及提高方法陶瓷材料的热导率是指在单位时间内，单位面积上的热量通过材料传递的能力。
热导率是一个重要的材料性能参数，对于陶瓷材料的热传导、热阻和热稳定性等方面具有重要影响。
本文将从材料的组成、结构以及制备工艺等方面探讨影响陶瓷材料热导率的因素，并提出提高热导率的方法。
一、材料的组成对热导率的影响陶瓷材料的组成是影响热导率的重要因素之一。
一般来说，陶瓷材料的主要成分是氧化物，如氧化铝、氧化锆等。
这些氧化物的热导率较低，因此陶瓷材料的热导率也相对较低。
另外，如果陶瓷材料中含有其他元素，如金属元素或有机物等，会对热导率产生一定的影响。
一些金属元素具有较高的热导率，可以提高陶瓷材料的热导率。
二、材料的结构对热导率的影响陶瓷材料的结构也是影响热导率的重要因素之一。
陶瓷材料的结构可以分为晶态和非晶态两种。
晶态结构的陶瓷材料具有较高的热导率，因为晶体结构中原子之间的距离较小，热量传递的路径较短。
而非晶态结构的陶瓷材料由于没有明确的晶体结构，原子之间的距离较大，热量传递的路径较长，导致热导率较低。
三、制备工艺对热导率的影响陶瓷材料的制备工艺也会对热导率产生一定的影响。
制备工艺可以改变陶瓷材料的微观结构和物理性质，从而影响热导率。
例如，控制陶瓷材料的烧结温度和时间，可以改变材料的晶粒尺寸和形态，进而影响热导率。
此外，添加适量的添加剂和助剂，可以提高陶瓷材料的致密性和结晶度，从而改善热导率。
提高陶瓷材料热导率的方法：1. 优化材料组成：选择具有较高热导率的成分，如金属元素，合理控制不同元素的比例，以提高材料的热导率。
2. 调节材料结构：通过调整材料的晶粒尺寸、形态和结晶度等，优化材料的结构，减少热阻，提高热导率。
3. 优化制备工艺：控制烧结温度和时间，合理选择添加剂和助剂，优化陶瓷材料的致密性和结晶度，从而提高热导率。
4. 复合材料的设计：将陶瓷材料与其他具有较高热导率的材料进行复合，形成复合材料，以提高整体材料的热导率。
氮化铝陶瓷的研究和应用进展
氮化铝陶瓷的研究和应用进展摘要从氮化铝陶瓷的实际应用领域进行了氮化铝陶瓷应用现状及前景的介绍;从其制备工艺介绍了氮化铝陶瓷的研究状况,并指出了低成本的粉末制备工艺和氮化铝陶瓷的复杂形状成形技术是目前很有价值的氮化铝陶瓷的研究方向。
关键词氮化铝陶瓷;高热导率;应用领域;制备工艺中图分类号 o614文献标识码 a文章编号1674-6708(2010)14-0052-02氮化铝(aln)是一种综合性能优良新型陶瓷材料,具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料,受到了国内外研究者的广泛重视.在理论上,aln的热导率为320w/(m),工业上实际制备的多晶氮化铝的热导率也可达100~250 w/(m),该数值是传统基片材料氧化铝热导率的5倍~10倍,接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用。
与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。
1 aln陶瓷的直接应用1.1 aln作为基板材料高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求。
封装用基片还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本等特点和一定的力学性能。
大多数陶瓷是离子键或共价键极强的材料,具有优异的综合性能,是电子封装中常用的基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,化学性能非常稳定且热导率高。
长期以来,绝大多数大功率混合集成电路的基板材料一直沿用a1203和beo陶瓷,但a1203基板的热导率低,热膨胀系数和si不太匹配;beo虽然具有优良的综合性能,但其较高的生产成本和剧毒的缺点限制了它的应用推广。
因此,从性能、成本和环保等因素考虑,二者已不能完全满足现代电子功率器件发展的需要。
AlN材料的研究现状与进展
AlN材料的研究现状与进展一：AlN颗粒和AlN电子基片的研究现状与进展理论上，AlN的热导率为320W·m-1•K-1，工业上实际制备的多晶氮化铝的热导率也可达100 ～150W·m－1·K－1，该数值是传统基片材料一氧化铝热导率的5～8倍。
与其它陶瓷材料制备工艺相同，氮化铝陶瓷的制备包括粉体的合成、成形、烧结3个工艺进程。
氮化铝的导热性能受杂质含量和微观结构阻碍严峻，而杂质含量和微观结构与制备工艺密不可分。
1：粉末的制备AlN粉末是制备AlN陶瓷的原料。
它的纯度、粒度、氧含量及其它杂质含量对制备出的氮化铝陶瓷的热导率和后续烧结、成形工艺有重要阻碍。
一样以为：要取得性能优良的AlN陶瓷材料，必需第一制备出高纯度、细粒度、窄粒度散布和性能稳固的AlN粉末。
目前，氮化铝粉末的合成方式要紧有6种。
铝粉直接氮化法、碳热还原法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、含Al-N键的有机物裂解法和复分解反映法。
其中，前2种方式已应用于工业化大规模生产，自蔓延高温合成法和化学气相沉积法也开始在工业生产中应用，而含Al-N键的有机物裂解法和复分解反映法还处于实验室时期。
铝粉直接氮化法直接氮化法确实是在高温氮气气氛中，铝粉直接与氮气化合生成氮化铝粉末。
反映温度一样在800～1200℃之间。
化学反映式为：→AlNAl＋N2铝粉直接氮化法优势是原料丰硕、工艺简单、适宜大规模生产。
目前已经应用于工业生产。
可是该方式也存在明显不足。
由于铝粉氮化反映为强放热反映，反映进程不易操纵，放出的大量热量易使铝形成融块，阻碍氮气的扩散，造成反映不完全，反映产物往往需要粉碎处置，因此难以合成高纯度、细粒度的产品AlN。
为了提高反映速度和铝粉的转化，Komeya [1]研究了添加剂Li、Ca和Y对铝粉氮化的阻碍。
研究结果发觉：Li、Ca和Y可明显提高氮化速度，其中Li的作用最明显。
1. 2碳热还原法碳热还原法是将氧化铝粉末和碳粉的混合粉末在高温下(1 400～1800 ℃)的流动氮气或NH3中发生还原氮化反映生成AlN粉末，反映式为：Al2O3＋3C＋N2→2AlN＋3CO为了提高反映速度和转化率，一样要求加入过量的碳，反映后过量的碳可在600 ~700℃的空气中氧化除去。
添加CaF2-YF3的AlN陶瓷的热导率
添加CaF2-YF3的AlN陶瓷的热导率
乔梁;周和平;陈可新;傅仁利
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2003(000)001
【摘要】用CaF2和YF3做添加剂,在1750℃制备了热导率高于170W/m.K的AlN陶瓷,并用XRD和SEM研究了AlN陶瓷在烧结过程中的相组成、微结构以及晶格参数的变化,并讨论了其对热导率的影响.研究发现,当使用CaF2-YF3做添加剂时,微结构差异对AlN陶瓷热导率的影响很小,AlN陶瓷的热导率主要由AlN晶格氧缺陷浓度决定.由于CaF2-YF3能有效降低AlN颗粒表面的氧含量,从而有利于获得高的热导率.
【总页数】4页(P10-13)
【作者】乔梁;周和平;陈可新;傅仁利
【作者单位】清华大学材料科学与工程系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京,100084;清华大学材料科学与工程系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京,100084;清华大学材料科学与工程系,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京,100084;中国矿业大学机电与材料学院,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】TB321
【相关文献】
1.烧结助剂及Mo含量对AlN-Mo复合陶瓷热导率的影响 [J], 董桂霞;胡建岗;刘秋香;贾成厂
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3.衰减剂对AlN陶瓷热导率的影响 [J], 吴华忠;徐清艳;李晓云
4.AlN-C复相陶瓷热导率影响因素分析 [J], 吴华忠;李华;徐清艳
5.热压烧结AlN(Y_2O_3)陶瓷热导率的温度关系 [J], 袁文杰;李晓云;丘泰;陆万泽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
从四个维度充分了解氮化铝陶瓷
从四个维度充分了解氮化铝陶瓷氮化铝陶瓷在电子电路方面应用广泛，今天小编就从氮化铝陶瓷特性、产品应用、介电常数、以及加工方法方面全面阐述氮化铝陶瓷。
氮化铝陶瓷特性氮化铝陶瓷（Aluminum Nitride Ceramic）是以氮化铝(AIN)为主晶相的陶瓷。
特性导热高、绝缘性好、介电常数低等特点。
主要有以下四个性能指标：(1)热导率高(约320W/m·K)，接近BeO和SiC，是Al2O3的5倍以上；(2)热膨胀系数(4.5×10-6℃)与Si(3.5-4×10-6℃)和GaAs(6×10-6℃)匹配；(3)各种电性能(介电常数、介质损耗、体电阻率、介电强度)优良；(4)机械性能好，抗折强度高于Al2O3和BeO陶瓷，可以常压烧结；(5)光传输特性好；(6)无毒。
氮化铝陶瓷介电常数低有什么优势？一般而言，介电常数是会随温度变化的，在0-70度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20%。
介电常数的变化会导致线路延时10%的变化，温度越高，延时越大。
介电常数还会随信号频率变化，频率越高介电常数越小。
介电常数（Dk,ε，Er）决定了电信号在该介质中传播的速度。
电信号传播的速度与介电常数平方根成反比。
介电常数越低，信号传送速度越快。
氮化铝陶瓷的介电常数(25℃为8.8MHz)，传输是速度是很快的。
可以和罗杰斯等高频板材一起做成高频陶瓷pcb。
氮化铝陶瓷都应用在哪些领域？氮化铝陶瓷制品都有哪些？一制作成氮化铝陶瓷基片，作为陶瓷电路板的基板。
二，氮化铝陶瓷基片，热导率高，膨胀系数低，强度高，耐高温，耐化学腐蚀，电阻率高，介电损耗小，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。
三，通过AIN陶瓷的金属化，可替代有毒性的氧化铍瓷在电子工业中广泛应用。
四，利用AIN陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性，可制作GaAs晶体坩埚、Al 蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件，利用其光学性能可作红外线窗口。
高导热氮化铝陶瓷烧结技术研究进展
摘 要：AlN陶瓷具有热导率高、热膨胀系数低且与硅相匹配、绝缘性能好、环保无毒等优点，已成为目料。该文总结了当前氮化铝陶瓷致密烧结技术的研究进展以及几种常见方
法的利弊，包括添加助烧剂、热压烧结、放电等离子体烧结以及微波烧结。文章最 后笔者对低温烧结A l N陶瓷的
特点，已成 为目前最 理 想的新一 代 基 板和电子 封 装材 料。世 界范围内普 遍认 为A l N陶瓷取代 B e O 是 科 技 发 展的必然趋势。
1 AlN陶瓷存在问题 A lN 稳定结 构为六方纤 锌矿，属于P63mc点群空
间。氮化铝 属于共 价化合 物，其 热 传导是 依 靠晶 格 振 动 来实 现。晶 格 振 动的 能 量 是 量 子 化 的，热 传 导可以 看作连续性的非谐振弹性波通过声子或热能与声子 相互作用的量子来传播。氧与AlN有较强的亲合力，它
发展趋势提出了一些看法。
关键词：AlN 烧结技术 热导率 烧结温度
中图分类号：TQ174. 1
文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2020)11(c)-0056-03
Research Progress of Sintering Technology in AlN Ceramics with High Thermal Conductivity
①基金项目：四川省科技计划项目“氮化铝高导热特种陶瓷产业化关键技术开发”(项目编号：2019YFG0234)。 通 信作者：张云（1989—），女，汉族，河北保定人，博士研究生，副教授，研究方向为电子陶瓷，E-mail：yunzhang_
17@。
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科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2 AlN陶瓷烧结技术进展 2.1 添加助烧剂
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AlN 陶瓷因具有高的热导率( 室温下理论热导率为319W/(m·K))、低的介电常数(25℃为8.8MHz)、与Si相匹配的热膨胀系数(20～400℃时为4.3×10-6/ ℃)、良好的绝缘性(25℃时电阻率大于1014Ω·cm)
然而,AlN 陶瓷属于共价化合物,自扩散系数很小(小于10-13cm2/s) ,难于烧结致密,且杂质等各种缺陷的存在对其热导率亦有很大的损害。
导热机理
在AlN 陶瓷材料中,热量是由晶格振动的格波来传递的。
根据量子理论,晶格振动的能量是量子化的,这种量子化的能量被称为声子。
格波在晶体中传播时遇到的散射可被看作是声子与质点的碰撞,而理想晶体中的热阻可归结为声子与声子之间的碰撞,由此Debye 首先引入声子的概念来解释陶瓷的热传导现象,并得出类似气体热传导的公式:
式中：λ为陶瓷的热导率,c为陶瓷的体积热容,…v为声子的平均速度, l为声子的平均自由程。
由此可知,热导率与声子的平均自由程成正比。
理想的AlN 陶瓷烧结体热导率主要由声子的平均自由程决定。
声子的平均自由程l主要受到2个因素的影响：(1) 声子-声子的碰撞使声子的平均自由程减小。
晶格振动的格波相互作用越强，声子间的碰撞概率越大，相应的平均自由程越小；(2) 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，从而使得声子平均自由程减小。
Watari 等的研究表明热导率在室温附近达到最大值。
高温时,热传导主要由声子-声子散射决定，且随着温度的升高，声子-声子散射加剧,平均自由程减小,热导率降低；低温时,热传导主要由声子-缺陷散射和/或声子-晶界散射决定，且随着温度的降低,平均自由程亦减小,热导率降低。
热导率的影响因素
影响AlN 陶瓷热导率的因素主要有：晶格中杂质元素的含量，特别是氧元素的含量；烧结体的致密度；显微结构及烧结工艺等。
(1) 杂质
氧杂质是影响AlN 陶瓷热导率的主要因素。
AlN 与氧有很强的亲和性,在AlN 晶格内容易形成空位、八面体、多型体和堆垛层错等与氧有关的缺陷,这些缺陷对声子的散射大大降低了AlN 陶瓷的热导率。
AlN 晶格中的本征缺陷主要由固溶于AlN 中的Al2O3造成。
缺陷种类与氧即Al2O3 的含量有关。
根据AlN 晶格中氧含量的不同, Harris 等提出了3 种缺陷形式：①当[O] < 0. 75 %(原子分数)时,O 原子均匀分布于AlN晶格中,取代N 位,形成Al 空位,如式所示。
Al2O3 -------2Al Al + 3O N + V Al
式中:O N为O 占据AlN 中N 点阵的替位缺陷，V Al为Al 的空位; ②当[O] ≥0. 75 %时,孤立的缺陷会产生团聚,铝原子与氧原子形成八面体缺陷,每形成1 个八面体缺陷,就会消
失2 个V Al ; ③当[O] m 0. 75 %时,将形成含O 的堆垛层错、反演畴界和多型体等缺陷。
图1 为AlN 烧结体中氧含量(质量分数) 与热导率的关系图。
从图1 中可以看出随着氧含量的增加,热导率明显降低。
因此,为了得到高导热性能的AlN 陶瓷,必须尽可能降低AlN 烧结体中的氧含量。
为此,一方面可以选择优质的AlN 粉体进行烧结;另一方面,可以通过改善烧结工艺达到降低烧结体中氧杂质的目的。
值得一提的是,测量AlN 晶格中的氧含量,除了采用直接测量的方法外,还可以通过测量AlN 晶格常数的大小间接获得。
由于氧杂质的增多而产生的铝空位使AlN 晶格的c轴值降低,所以较低的c 轴常数与较高的氧含量、较低的热导率相一致。
因此可以通过测量AlN 晶格常数值来表征AlN 晶格中氧含量的多少和热导率的高低。
除O 外,其它杂质如Fe 、Si 、Mg 及SiO2 等的存在也会降低AlN 的热导率。
(2) 致密度
高致密度是AlN 陶瓷烧结体获得高热导率的前提。
如果烧结体不致密,存在的大量气孔会散射声子,进而降低热导率。
一般认为,AlN 陶瓷的热导率随着其致密度的提高而提高。
当然这种关系也不是线性的,因为AlN 陶瓷晶格中的氧含量对其热导率有着决定性的影响。
另一方面,随着致密度的提高,机械性能也会得到改善。
因此,为了得到高性能的AlN 陶瓷,首先要提高其致密度。
为了得到致密的AlN陶瓷,一般采用提高烧结温度、加入烧结助剂、热压烧结等方法。
Qiu J Y等通过在一般AlN 粉末中添加纳米级颗粒的AlN 颗粒进行烧结,结果显示加入一定量纳米级AlN 颗粒也可以促进AlN 陶瓷的致密化。
(3) 显微结构
一般而言,AlN 陶瓷烧结体主要由AlN 晶相、铝酸盐第二相(晶界相) 以及气孔等组成,而AlN 陶瓷热导率与各相显微结构密切相关。
除因氧等杂质的引入而造成的AlN 晶格缺陷和气孔等对热导率损害较大外,第二相的存在也有重要影响,其中第二相的分布状态对热导率的影响尤为重要。
第二相在AlN 陶瓷中主要以2 种形式分布,即孤岛状分布和连续分布。
第二相孤岛状分布于三叉晶界处比连续分布于AlN 晶界更有利于提高热导率。
因此,烧结AlN 陶瓷过程中,应尽可能使第二相位于三叉晶界处,为此,可以通过改善烧结工艺来实现,如提高烧结温度、延长保温时间、热处理等。
另外, 烧结过程中引入的烧结助剂与AlN 粉体中的Al2O3 发生反应,形成低热导率的晶界第二相(如Y3Al5O12的热导率仅为11W/ (m ·K) ) 。
大量第二相的存在必然会降低AlN 陶瓷的热导率。
计。
(4) 烧结工艺
烧结工艺对AlN 陶瓷烧结体热导率的影响很大。
常压烧结和热压烧结是现阶段主要采用的2 种烧结工艺,常压烧结是AlN 陶瓷烧结中最常用的方法。
一般来讲,常压烧结的烧结温度较高,除氧能力较差且不易致密化。
与常压烧结相比,热压烧结的烧结温度要低得多(低200～300 ℃) ,除氧能力强,且烧结体致密度高,但热压烧结只能制备形状不太复杂的样品,且设备昂贵。
黄小丽等分别采用常压烧结和热压烧结工艺,获得了晶格氧含量为1. 25 %和0.
49 %的AlN 陶瓷,对应热导率分别为170W/ (m ·K) 和200W/ (m ·K) [ 22 ] 。
在AlN 陶瓷烧结过程中,为了降低AlN 晶格中的氧含量,无论采用何种烧结工艺,均需在一定的保护气氛下进行。
一般认为,采用流动N2 保护下的还原气氛能够在烧结后期通过碳热氮化还原反应减少AlN 中的杂质氧含量,从而有利于提高AlN 陶瓷烧结体的热导率。
另外, Yoshioka T 等[ 23 ]采用在N2 中加入3 %H2 (体积分数) 作为保护气氛,结果显示比单独N2 气氛下获得的AlN 陶瓷热导率高。
综上所述,高热导率的AlN 陶瓷的显微结构应为:烧结体致密度高、晶粒间面2面接触、含少量晶界相且分布于三叉晶界处、晶型完整。