Os cientistas descobriram que a microestrutura e o teor de impurezas de oxigênio são os dois fatores mais importantes que afetam a condutividade térmica da cerâmica AlN. Portanto, a fim de melhorar a condutividade térmica da cerâmica AlN, mais atenção deve ser dada à preparação de matérias-primas em pó cerâmico e ao processo de sinterização - e pesquisas experimentais contínuas mostram que o refino do pó de nitreto de alumínio original e a adição de aditivos apropriados de sinterização em baixa temperatura são soluções eficazes.
A seleção de matérias-primas em pó
O pó de nitreto de alumínio é o pré-requisito e a chave para a preparação de materiais cerâmicos de nitreto de alumínio com excelentes propriedades. A força motriz do processo de sinterização de nitreto de alumínio é a energia superficial, e partículas finas de pó de AlN podem aumentar a atividade de sinterização, aumentar a força de sinterização e acelerar o processo de sinterização. Confirma-se que quando o tamanho inicial da partícula do pó de nitreto de alumínio original for 20 vezes menor, a taxa de sinterização da cerâmica aumentará 147 vezes.
Ao mesmo tempo, para evitar a recristalização secundária, o tamanho das partículas do pó original também deve ser fino e uniforme, se houver um pequeno número de partículas grandes na partícula, é fácil ocorrer crescimento anormal de grãos e não é propício à densificação e sinterização; Se a distribuição das partículas não for uniforme, é fácil ocorrer o crescimento anormal de cristais individuais durante o processo de sinterização e afetar a sinterização.
Além disso, o mecanismo de sinterização da cerâmica de nitreto de alumínio às vezes é afetado pelo tamanho do pó original. O pó de nitreto de alumínio micrométrico é sinterizado de acordo com o mecanismo de difusão de volume, enquanto o pó em nanoescala é sinterizado de acordo com a difusão do limite de grão ou mecanismo de difusão de superfície.
Kuramot et al. mostraram que sob a premissa de não adicionar quaisquer aditivos de sinterização a baixa temperatura, quando a área superficial específica do pó de nitreto de alumínio era de cerca de 3m 2 /g, o nitreto de alumínio não conseguia atingir uma queima densa mesmo a uma temperatura elevada de 1900°C, enquanto o o tamanho da partícula era de 80-100 nm, a área superficial específica era de 40~50m2/g e o tamanho da partícula era de cerca de 0,11 μm. O pó de nitreto de alumínio com área superficial específica de 16,6 m2 /g pode basicamente atingir a densidade teórica quando sinterizado a 1700°C.
Hashimoto, Panchula e Ying confirmaram que a adição de uma quantidade apropriada de pó de nitreto de alumínio nanométrico ao pó de nitreto de alumínio original pode alcançar a sinterização compacta de cerâmica de nitreto de alumínio a 1700°C sob pressão normal. Watari et al. A pesquisa também mostra que o desempenho de sinterização da cerâmica de nitreto AL é diretamente proporcional à finura do pó original, ou seja, quanto mais fino o pó original, melhor será o desempenho de sinterização.
Embora a seleção de pó de tamanho de partícula fino e uniforme possa reduzir a temperatura de sinterização da cerâmica de nitreto de alumínio até certo ponto, mas o sistema de pó de nitreto de alumínio fino e uniforme é difícil de preparar, principalmente através do método químico úmido combinado com o método de redução carbotérmica, não apenas o processo de sinterização é complexo e o consumo de energia é grande, não sendo adequado para promoção e aplicação em larga escala. A adição de aditivos de sinterização adequados pode reduzir significativamente a temperatura de sinterização da cerâmica AlN e melhorar algumas propriedades da cerâmica AlN. Atualmente, este método tem sido amplamente aplicado e estudado.
A seleção de aditivos de sinterização
Atualmente, o método mais popular para sinterização substrato de nitreto de alumínio é adicionar aditivos de sinterização adequados e sinterizar sob pressão normal. Este método pode não apenas reduzir significativamente o consumo de energia, mas também preparar cerâmicas AlN de alto desempenho. Os resultados mostram que a fase líquida pode ser produzida no processo de sinterização de nitreto de Al adicionando alguns aditivos de sinterização com baixo ponto de fusão, e a sinterização densa do embrião de nitreto de Al pode ser promovida.
Além disso, alguns aditivos de sinterização podem não apenas produzir fase líquida para promover a sinterização, mas também reagir com impurezas de oxigênio na rede de nitreto de alumínio para remover impurezas de oxigênio e purificar a rede, melhorando assim a condutividade térmica da cerâmica AlN. Porém, os aditivos de sinterização não podem ser adicionados às cegas, a quantidade adicionada também deve ser adequada, caso contrário pode ter um efeito adverso. Por exemplo, a adição excessiva de aditivos de sinterização levará ao surgimento de um grande número de segundas fases, o que reduzirá significativamente a condutividade térmica do AlN.
Hirano et al. obteve cerâmica de AlN densificada com condutividade térmica de apenas 114W/m·K mantendo o pó de AlN sem adição de aditivos de sinterização a 1900°C por 8h, enquanto a condutividade térmica aumentou para 218W/m·K adicionando 4% de Y2O3 nas mesmas condições. Liu et al. estudaram a sinterização de cerâmicas de AlN sob atmosfera de N2 a 1650°C sem pressão com Dy 23 como agente de sinterização, e obtiveram cerâmicas de AlN com condutividade térmica de 156W/m·k. Os resultados mostraram que o Dy 23 pode remover efetivamente as impurezas de oxigênio no nitreto de alumínio e melhorar a condutividade térmica da cerâmica ALN. Watari et al. adicionou LiYO 2-CaO e sinterizou a 1600°C para obter cerâmica de AlN com condutividade térmica superior a 170W/m·K. Zhou Heping e Qiao Liang alcançaram a sinterização compacta de cerâmica de nitreto de alumínio a uma baixa temperatura de sinterização de 1650°C adicionando um agente de sinterização composto CaF 2-y 2 O 3-Li 2 CO 3 ao nitreto de alumínio, e a condutividade térmica foi tão até 177W/m·K.
