氮化铝陶瓷烧结

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氮化铝透明陶瓷的烧结技术研究

氮化铝透明陶瓷的烧结技术研究（材料复合新技术国家重点实验室武汉 430070）摘要：氮化铝(AlN)透明陶瓷因具有高热导率、低介电常数、高绝缘性、与硅相匹配的热膨胀系数及其他优良的物理特性,在新材料领域越来越引起人们的广泛关注。

本文主要介绍AlN透明陶瓷的烧结技术，如，热压烧结、无压烧结、放电等离子烧结及微波烧结，并分析了AlN陶瓷的应用领域与前景。

关键词：氮化铝透明陶瓷；热压烧结；无压烧结；放电等离子烧结；微波烧结The sintering technology research of aluminum nitride transparentceramics(State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan, 43007) Abstract：Aluminum nitride (AlN) transparent ceramic is more and more aroused people's wide concern in the field of new materials, because of its high heat conductivity, low dielectric constant, high insulating property, the thermal expansion coefficient that match the silicon and other excellent physical properties.The sintering technologies of AlN transparent ceramic were introduced in this paper, like Hot Pressed Sintering, Pressureless Sintering, Spark Plasma Sintering and Microwave Sintering and analyzes the application fields and prospect of AlN ceramics.Key words: aluminum nitride transparent ceramic; hot pressed sintering; pressureless sintering; spark plasma sintering; microwave sintering1、引言1957年，美国陶瓷学家Coble成功制备了世界上第一块透明氧化铝陶瓷[1]。

【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

氮化铝陶瓷烧结工艺

氮化铝陶瓷烧结工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊氮化铝陶瓷烧结工艺，这可真是个有趣又重要的事儿呢！你知道吗，氮化铝陶瓷就像是陶瓷家族里的一颗明星，它有着好多优秀的特性。

要让它闪闪发光，烧结工艺可太关键啦！就好像做饭一样，火候、调料都得恰到好处，才能做出美味佳肴。

那这氮化铝陶瓷烧结工艺到底是咋回事呢？简单来说，就是要让氮化铝粉末乖乖地团结在一起，变成坚固又好用的陶瓷。

这可不是件容易的事儿啊！就好比让一群调皮的小孩子排好队，得有合适的方法才行。

首先呢，得选好氮化铝粉末，这就像是挑食材，得新鲜、质量好。

然后就是温度啦，温度太高不行，太低也不行，得刚刚好，这多像烤蛋糕时要掌握好烤箱的温度呀！温度不合适，蛋糕可就烤砸了。

在烧结过程中，还得注意气氛呢，就像人在不同的环境里心情不一样，氮化铝陶瓷在不同的气氛中也会有不同的表现。

说到这，我想起之前有一次尝试烧结氮化铝陶瓷，哎呀，那可真是状况百出！温度没控制好，结果出来的陶瓷不是这里有瑕疵就是那里不完美，真让人哭笑不得。

这就提醒我们，做这个可得细心再细心，不能有一点马虎。

还有啊，不同的烧结方法也有不同的特点呢！就像不同的烹饪方式能做出不同口味的菜一样。

有些方法速度快，有些方法质量好，得根据实际需求来选择。

这可不能瞎搞，不然就像做菜乱加调料，最后味道怪怪的。

而且哦，这氮化铝陶瓷烧结工艺还在不断发展呢！就像我们的生活一样，一直在进步。

以后肯定会有更先进、更好的方法出现，让氮化铝陶瓷变得更厉害。

总之呢，氮化铝陶瓷烧结工艺可不简单，它需要我们认真对待，不断探索。

只有这样，我们才能让氮化铝陶瓷发挥出它最大的价值。

你说是不是呢？所以啊，大家可别小瞧了这看似普通的工艺，它里面的学问可大着呢！让我们一起加油，把这门工艺学好、用好，为我们的生活增添更多的精彩吧！。

【精品文章】氮化铝粉体制备及氮化铝陶瓷烧结方法简介

氮化铝粉体制备及氮化铝陶瓷烧结方法简介
纯氮化铝呈蓝白色，通常为灰色或灰白色。

氮化铝的理论密度为
3.26g/cm3，常压下在2450°C升华分解。

氮化铝材料的优点是室温强度高，且强度随温度升高而下降较缓。

此外，氮化铝陶瓷具有高热导率，是一种良好的耐热冲击材料。

利用它的较高的体积电阻率、绝缘强度、导热率、较低的热膨胀系数和介电常数，可用作大功率半导体器件的绝缘基片、大规模和超大规模集成电路的散热基片和封装基片。

利用它的高声波传导速度特性，可用作高频信息处理机中的表面波器件。

利用它的高耐火性及高温化学稳定性，可用来制作在1300～2000℃下工作的制取熔融铝、锡、镓、玻璃、硼酐等用的坩埚。

氮化铝已成为新材料领域的重要分支。

一、氮化铝粉体制备
氮化铝陶瓷的制备工艺和性能均受到粉体特性的直接影响，要获得高性能的氮化铝陶瓷，必须有纯度高、烧结活性好的粉体作原料。

氮化铝粉体中的氧杂质会严重降低热导率，而粉体粒度、粒子形态则对成形和烧结有重要的影响。

因此，粉体合成是氮化铝陶瓷生产的一个重要环节。

氮化铝粉体合成的方法很多，其中用于大规模生产的主要有三种，其他一些方法尚未获得普遍应用。

1、铝粉直接氮化法
金属直接氮化法的实质在于金属铝在高温下与氮(或氨)直接反应，生成氮化铝。

铝与氮的反应是放热反应。

当反应开始后停止外部加热，则反应可在加大氮气流量的条件下继续进行到底。

金属铝颗粒表面上逐渐生成氮化物膜，会使氮难以进一步渗透，氮化速度减慢。

所以需要进行2次氮化。

氮化铝陶瓷的烧结简介及调控

氮化铝陶瓷的烧结简介及调控公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]氮化铝陶瓷的烧结简介及调控摘要：AlN陶瓷以其高的热导率、低的介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数等优点，在模块电路、可控硅整流器、大功率晶体管、大功率集成电路等电子器件上的应用日益广泛。

然而AlN共价性强，烧结非常困难，通常使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物添加剂形成液相来促进烧结。

关键词：氮化铝陶瓷烧结烧结助剂Introduction and regulation of sintering of aluminum nitrideceramicsAbstract: Aluminum nitride is being used more widely in electronic device for module circuit,silicon controlledrectifier,high power transistor and high power integrated circuit because of its high thermal conductivity, low dielectricconstant and thermal expansion coefficient close to that of silicon. However, AlN is difficult to sinter due to its high covalent bonding. For full densification, rare-earth and/or alkaline earth oxides are often added as sintering aids in the fabrication of A1N ceramics.Keywords: AlN ceramic; Sinter; Conventional sintered目录1氮化铝陶瓷简介随着信息技术和智能终端设备的飞速发展，大规模集成电路向着高速化、高效率、多功能、小型化的方向发展，各种应用对高性能、高密度电路的需求越来高。

氮化铝陶瓷的烧结简介及调控

氮化铝陶瓷的烧结简介及调控摘要：AlN陶瓷以其高的热导率、低的介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数等优点，在模块电路、可控硅整流器、大功率晶体管、大功率集成电路等电子器件上的应用日益广泛。

然而AlN共价性强，烧结非常困难，通常使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物添加剂形成液相来促进烧结。

关键词：氮化铝陶瓷烧结烧结助剂Introduction and regulation of sintering of aluminum nitrideceramicsAbstract: Aluminum nitride is being used more widely in electronic device for module circuit,silicon controlled rectifier,high power transistor and high power integrated circuit because of its high thermal conductivity, low dielectric constant and thermal expansion coefficient close to that of silicon. However, AlN is difficult to sinter due to its high covalent bonding. For full densification, rare-earth and/or alkaline earth oxides are often added as sintering aids in the fabrication of A1N ceramics.Keywords: AlN ceramic; Sinter; Conventional sintered目录氮化铝陶瓷的烧结简介及调控 (1)摘要 (1)关键词 (1)1氮化铝陶瓷简介 (3)2氮化铝陶瓷的烧结 (3)3 氮化铝烧结助剂 (5)4 氮化铝陶瓷的应用 (6)4.1电子工业方面 (6)4.2高温耐蚀材料方面 (6)4.3复合材料方面 (6)5 展望 (7)参考文献 (7)1氮化铝陶瓷简介随着信息技术和智能终端设备的飞速发展，大规模集成电路向着高速化、高效率、多功能、小型化的方向发展，各种应用对高性能、高密度电路的需求越来高。

氮化铝陶瓷基板烧结工艺

氮化铝陶瓷基板烧结工艺氮化铝陶瓷基板烧结工艺简介•氮化铝陶瓷基板是一种具有高导热性、高抗腐蚀性和高机械强度的先进材料。

•烧结工艺是将氮化铝陶瓷粉末在高温、高压下进行加热处理，使其颗粒间发生结合，形成致密的陶瓷基板。

工艺步骤1.原材料准备–购买高纯度的氮化铝陶瓷粉末。

–对粉末进行筛选、研磨，确保粉末的均匀性和细度。

2.粉末制备–将氮化铝陶瓷粉末与有机增塑剂和溶剂混合，形成浆状物。

–使用搅拌器对浆料进行充分搅拌，使成分均匀混合。

3.成型–使用模具将浆料进行成型，可以采用注射成型、压制成型等方式。

–根据需要，决定陶瓷基板的形状和尺寸。

4.干燥–将成型后的陶瓷基板进行自然干燥或采用烘干设备进行加热干燥。

–控制干燥温度和时间，确保基板内部水分蒸发完全。

5.烧结–将干燥后的陶瓷基板置于烧结设备中。

–升温至高温区，保持一段时间，使粉末颗粒间发生结合反应。

–快速冷却，降温至室温。

6.加工与测试–对烧结后的陶瓷基板进行加工，如打磨、光面处理等，以获得所需的平滑度和尺寸精度。

–对烧结基板进行物理和化学测试，如导热系数、抗腐蚀性、机械强度等，保证产品质量。

工艺优势•高导热性：氮化铝陶瓷基板具有较高的热导率，能够有效传导热量。

•高机械强度：经过烧结工艺处理后的陶瓷基板具有良好的机械性能，能够承受较大压力和冲击。

•高抗腐蚀性：氮化铝陶瓷基板具有优异的耐腐蚀性，能够在恶劣环境下长期稳定运行。

•尺寸精度高：采用烧结工艺进行制作，能够实现精确的尺寸控制和表面处理。

应用领域•电子行业：用于高功率LED封装、半导体器件散热等。

•光电子行业：作为光学元件载体和激光器散热基板。

•汽车工业：用于发动机散热系统和车载电子设备散热。

结论氮化铝陶瓷基板烧结工艺是一种重要的制备方法，可以得到高导热性、高机械强度和优异抗腐蚀性的陶瓷基板。

通过控制工艺步骤和优化工艺参数，可以实现高质量的氮化铝陶瓷基板制备，并在多个领域中得到广泛应用。

氮化铝陶瓷基板烧结工艺（续）工艺参数优化•升温速率：影响烧结过程中粉末颗粒的结合和表面形貌的形成。

氮化铝陶瓷低温真空热压烧结研究

ｔｒｎｔｉｓｃｎｌｗｅｈｉｔｒｎｔｍｅＴｈｅｏｔｕｔｒｆｔｅｓｎｅｅｏｉｓｉｈｍｏｅｅｕｅｅａｕｅａｄｅｉｇｗｉｈａｄａｏｒｔｅｓｎｅｉｇｉ．ｅｍｉｒｓｒｃｕｅｏｈｉｔｒｄｂｄｅｓｏｇｎｏｓｔｍｐｒｔｒｎ
结能够有效降低ＡＩ陶瓷的烧结温度并缩短烧结时间，烧结体的结构致密。烧结温度１５０Ｃ条件下，空热压烧结Ｎ使５。真
９ｎ时，到的ＡＩ陶瓷的致密度最高。Ｏｍｉ得Ｎ
关键词ＡＩ陶瓷低烧结温度真空热压烧结Ｎ
ｓｒｅｈｅｓｎｅｉｈｏｔｎｔｉｔｒｎｇＴｈｅｒｌｔｖｅｉｙｏｆＡＩｃｒｍｉｓＡＩｃｒｍｉｓｈａｅｔｇｈｅｔｄｅｉｙｕｎｒｔｏｅａｉｅｄｎｓｔＮｅａｃ．Ｎｅａｃｖｈｅｈｉｓｎｓｔｄｅｈｅｃｎｄｉｉｆｓｎ— ｔｏｎｏｉｔｉｅｐｒｔｒ５０ ℃ ｈｄｉｉｅ９ｉ．ｅｒｎｇｔｍｅａｕｅ１５ｏｌｎｇｔｍ０ｒｎａＫｅｒｓ：Ｉｃｒｍｉｓ；ｙｗｏｄＡＮｅａｃＬｏｗｉｅｉｇｔｍｐｅａｕｒＶａｃｕｍｔｐｒｓｉｉｅｉｇｓｎｔｒｎｅｒｔｅ；ｃｈｏｅｓｎｇｓｎｔｒｎ
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氮化铝陶瓷烧结
氮化铝陶瓷是一种具有优异性能的高温结构陶瓷材料。

它由氨气和熔融铝反应得到的氮化铝粉末经过成型、烧结等工艺制成。

氮化铝陶瓷具有高硬度、高强度、高熔点、耐高温、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、电子器件、光学仪器等领域。

氮化铝陶瓷的烧结过程是制备氮化铝陶瓷的关键步骤之一。

烧结是指将粉末颗粒通过加热使其互相结合，形成致密的陶瓷体。

氮化铝粉末在烧结过程中会发生晶粒长大和结合的过程，最终形成具有高密度和高强度的陶瓷材料。

烧结过程主要包括压制、预烧和烧结三个步骤。

首先，将氮化铝粉末按一定的比例混合，并通过压制工艺将其压制成所需形状的坯体。

然后，将坯体进行预烧，以去除粉末中的有机物和水分，提高烧结体的致密性。

最后，将预烧后的坯体置于高温炉中进行烧结，使粉末颗粒结合成陶瓷体。

烧结温度和时间的选择对于陶瓷材料的性能具有重要影响，需要根据具体材料的要求进行优化。

氮化铝陶瓷的烧结过程中存在一些关键技术和问题需要解决。

首先，烧结温度的选择需要考虑到氮化铝粉末的热稳定性和烧结体的致密性，过高的温度会导致晶粒长大过快，而过低的温度则无法实现有效的结合。

其次，烧结时间的控制也十分重要，过长的时间会导致晶粒长大过大，而过短的时间则无法实现充分的结合。

此外，烧结
过程中还需要考虑烧结气氛的选择，以及应对可能出现的氧化和脱氮问题。

氮化铝陶瓷的烧结过程还可以通过添加适量的助烧剂来改善烧结效果。

助烧剂可以促进氮化铝粉末的烧结，提高烧结体的致密性和强度。

常用的助烧剂有氧化铝、氧化钙等。

助烧剂的添加量需要根据具体材料和烧结条件进行优化。

氮化铝陶瓷烧结是制备氮化铝陶瓷的关键步骤之一。

通过控制烧结温度、时间和气氛，以及添加适量的助烧剂，可以获得高密度、高强度的氮化铝陶瓷材料。

氮化铝陶瓷的优异性能使其在航空航天、电子器件、光学仪器等领域有着广泛的应用前景。

未来，随着材料科学和工艺技术的不断发展，氮化铝陶瓷烧结技术将进一步完善，为各个领域提供更高性能的陶瓷材料。