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先进陶瓷知识问答:氮化铝陶瓷有哪些优缺点?气象法制备纳米材料的优势有哪些?

先进陶瓷知识问答:氮化铝陶瓷有哪些优缺点?气象法制备纳米材料的优势有哪些? CERADIR先进陶瓷在线
2022-12-21
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导读:先进陶瓷材料问答知多少,都在CERADIR

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氮化铝陶瓷有哪些优缺点?


优点:

氮化铝(AlN)具有高强度、高体积电阻率、高绝缘耐压、热膨胀系数、与硅匹配好等特性,除了结构陶瓷,陶瓷电子基板和封装材料是氮化铝陶瓷最具潜力的应用方向。

拓展阅读《电路基板封装材料的一把好手:氮化铝陶瓷

氮化铝陶瓷基板

在氮化铝一系列重要的性质中,最为显著的是较高热导率。

关于氮化铝的导热机理,国内外已做了大量的研究,并已形成了较为完善的理论体系。主要机理为:通过点阵或晶格振动,即借助晶格波或热波进行热的传递。量子力学的研究结果告诉我们,晶格波可以作为一种粒子——声子的运动来处理。声子也具有波粒二象性,载热声子通过结构基元(原子、离子或分子)间进行相互制约、相互协调的振动来实现热的传递。

缺点:

晶体缺陷、声子散射是制约陶瓷热导率的最主要因素。如果晶体是完全理想结构的非弹性体,则热可以自由的由晶体的热端不受任何干扰和散射向冷端传递,热导率可以达到很高的数值。理论上AlN陶瓷的热导率可达320W/(m·K),然而实际上AlN晶体并不具备完美无瑕的结构,晶体内存在着杂质和缺陷,声子在晶体内/间的传播,总会受到干扰或发生声子散射,因而AlN陶瓷的实际热导率很难做到200W/(m·K)以上。

除此之外,氮化铝也存在一些问题。

易水解。AlN粉体在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝,在AlN粉体表面形成氧化铝层,氧化铝晶格溶入大量的氧,极大降低了AlN陶瓷的热导率。因此,抑制AlN粉末的水解至关重要,目前主要的应对措施是:借助化学键或物理吸附作用,在AlN颗粒表面涂覆一种物质,使之与水隔离,从而避免其水解反应的发生。目前抑制水解处理的方法主要有:表面化学改性和表面物理包覆。

成本高。氮化铝粉体的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。首先,制备氮化铝粉末一般都需要较高的温度(一般大于1500度以上),导致生产能耗过高,这也是高温制备法的主要弊端。其次,AlN粉体的制备过程中,残留的反应物或生成的副产物,例如碳化还原反应时过量的碳粉,或是化学气相沉积法的副产物氯化氢,均增加额外的工序进行剔除以提纯AlN,进一步增加了AlN粉体的成本。


Q from @匿名用户




气象法制备纳米材料的优势有哪些?


气相法是指在真空条件下,利用各种手段将物质转变成气体,继而再通过一些实验方法,使物质在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后经过冷却的处理手段制备出纳米粒子的方法。因为在该过程中会发生化学或物理变化,所以分为物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD,但在实验过程的操作中,这两种气相法各有优缺点且各有不同。

PVD 法是将原料加热至高温(用电弧或等离子流等加热),使之汽化,接着在电弧焰和等离子焰与冷却环境造成的较大温度梯度条件下急冷,凝聚成微粒状物料的方法。这一过程不伴随化学反应。采用这种方法能制得颗粒直径在5~100nm 的微粉,其纯度、粒度、晶形都很好,成核均匀,粒径分布窄,颗粒尺寸能够得到有效控制,这种方法适用于制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物或金属的微粉。

视频推荐:物理气相沉积溅射工艺介绍 (PVD)

CVD法是将挥发性金属化合物的蒸气通过化学反应合成所需物质的方法。具有如下特点:

(1)金属化合物具有挥发性,容易提纯,而且生成粉料不需要粉碎,同时生成物纯度高;

(2)生成颗粒的分散性良好;

(3)只要控制反应条件,就能容易获得粒径分布窄的微细粉末;

(4)气氛控制容易。气相反应法除适用于制备氧化物外,还适用于制备液相法难于直接合成的金属、氮化物、碳化物、硼化物等非氧化物。ZnO、 TiO2、SiO2、SbO3、Al2O3以及高熔点的氮化物和碳化物粉料的合成已达到工业生产水平。


Q from @匿名用户


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