Em aplicações práticas, além de alta condutividade térmica e altas propriedades de isolamento elétrico, substratos de nitreto de alumínio também precisam ter alta resistência à flexão em muitos campos. Atualmente, a resistência à flexão de três pontos do nitreto de alumínio em circulação no mercado é geralmente de 400 ~ 500 MPa, o que limita seriamente a promoção e aplicação de substratos cerâmicos de nitreto de alumínio, especialmente no campo de dispositivos de energia IGBT com altos requisitos de confiabilidade. Devido ao complexo processo de produção e ao alto custo de produção dos materiais de AlN, a maioria dos materiais domésticos de AlN ainda não consegue atender aos requisitos de aplicação de alta condutividade térmica e alta resistência.
Na preparação de substrato cerâmico de nitreto de alumínio, a seleção de métodos de sinterização e aditivos de sinterização costuma ser o dobro do resultado com metade do esforço, e a introdução de aditivos de sinterização é atualmente um método comum para sinterizar cerâmica de nitreto de alumínio. Por um lado, a formação da fase eutética de baixa temperatura, a realização da sinterização da fase líquida, promovem o corpo compacto; Por outro lado, a impureza de oxigênio no nitreto de alumínio é removida, a estrutura é melhorada e a condutividade térmica é aumentada. Atualmente, os aditivos de sinterização usados na sinterização de cerâmica de AlN incluem principalmente Y2O3, CaO, Yb2O3, Sm2O3, Li2O3, B2O3, CaF2, YF3, CaC2, etc., ou suas misturas.
No sistema de fórmula cerâmica de nitreto de alumínio sinterizado, quando Y2O3 é superior a 3,5% em peso, o teor de Y-Al-O aumenta significativamente e agrega no processo de sinterização. Devido à baixa condutividade térmica do Y3Al5O12 (cerca de 9 W/(m·K)), a condutividade térmica dos produtos cerâmicos de nitreto de alumínio após a sinterização é seriamente afetada. Quando o teor de CaF2 e Li2O é superior a 1,33% em peso, devido à volatilização de compostos contendo flúor e Li, a porosidade do corpo cerâmico de nitreto de alumínio sinterizado aumenta durante o processo de sinterização e a densidade da cerâmica é reduzida , resultando em um declínio acentuado na resistência à flexão dos produtos cerâmicos de nitreto de alumínio após a sinterização. Quando cada aditivo é inferior ao valor mínimo, o efeito de melhoria das propriedades mecânicas não pode ser reproduzido ou o efeito é muito pequeno.
Em resumo, o substrato cerâmico de nitreto de alumínio em aplicações práticas enfrenta os requisitos abrangentes de alta condutividade térmica, altas propriedades de isolamento elétrico e alta resistência à flexão, mas a resistência à flexão dos produtos em circulação no mercado é geralmente baixa, limitando sua ampla aplicação no campo de alta confiabilidade, como dispositivos de energia IGBT. Ao mesmo tempo, o material doméstico de AlN é difícil de atender às necessidades de aplicação de alta condutividade térmica e alta resistência devido ao complexo processo de produção e ao alto custo de produção. Portanto, na preparação do substrato cerâmico de nitreto de alumínio, é muito importante selecionar o método de sinterização e os aditivos de sinterização adequados, não apenas para formar uma fase eutética de baixa temperatura para promover o corpo compacto, mas também para remover impurezas de oxigênio para melhorar a temperatura térmica. condutividade. No entanto, a seleção e dosagem dos aditivos de sinterização precisam ser rigorosamente controladas para evitar efeitos negativos na condutividade térmica e na resistência à flexão. No futuro, a fim de melhorar o desempenho dos substratos cerâmicos de nitreto de alumínio, ainda é necessário otimizar ainda mais o processo de sinterização e o sistema de formulação para atender às necessidades de níveis mais elevados de aplicação.
