氮化铝陶瓷烧结

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]。

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！。

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（AlN）陶瓷常见的坯体成型与烧结方法概
述
氮化铝（AlN）是一种六方纤锌矿结构的共价键化合物，晶体结构和微观组织如图1所示。

室温强度高、热膨胀系数小、抗熔融金属侵蚀的能力强、介电性能良好，这些得天独厚的优点使其成为高导热材料而引起国内外的普遍关注。

作为高性能的介电陶瓷，氮化铝可以取代碳化硅，甚至部分取代氧化铝，被视为新一代很有发展前途的优良的基片材料。

 图1 纳米AlN陶瓷显微组织图
 一、常见的AlN坯体成型方法由氮化铝粉末制备氮化铝陶瓷坯体，需要利用成型工艺把粉体制备成坯体，然后再进行烧结工作。

氮化铝成型工艺主要有干压成型、等静压成型、流延法成型和注射成型等。

 1、干压成型图2为干压成型机。

干压成型（轴向压制成型）是将经表面活性剂改性等预处理的
AlN
 粉体加入至金属模具中，缓慢施加压力使其成为致密的坯体成型工艺。

实质是借助外部施压，依靠AlN粉末颗粒之间的相互作用力使坯体保持一定的形状和致密度高致密坯体，其有利于陶瓷烧结，可以降低烧结温度，提高陶瓷致密度。

由于AlN粉末易水解，干压成型中常用的水-聚乙烯醇（PVA）不能用于AlN粉末的压制，可选用石蜡与有机溶剂代替。

AIN陶瓷烧结和显微结构影响AIN陶瓷基板的性能AIN陶瓷基板具有热导率高、热膨胀系数与单晶硅接近、机械强度高、电绝缘性好且无毒等优异性，是一种理想的基片材料。

AIN的热热导率约为三氧化二铝的8倍，又能客服三氧化二铝瓷与硅片间存在热失配缺陷，同时还可以进行多层布线。

今天小编主要讲述一下氮化铝陶瓷烧结和显微结构。

致密度和纯度是影响AIN陶瓷热导率的两个因素。

大量气孔的存在，会导致AIN热导率的显著下降。

除致密度或气孔率的影响外，AIN的热导率对杂质非常敏感。

随着氧在AINJ晶体中的固溶度增加，AIN晶体常数将减低。

任何杂质的固溶都会显著减低高热导率材料的导热性能。

如果固溶时随着晶格空位的出现，则降低热导率的作用更强。

这是因为晶格原子被其他原子取代或空位的出现都将增加对载热声子的散射作用。

AIN晶格中的氧杂质之所以能显著降低材料的热导率，其原因就在这里。

当然杂质的部位不同，其对热导率的影响也不同。

AIN陶瓷基板其AIN陶瓷在烧结的时候，烧结助剂及其显微结构会强烈影响氮化铝陶瓷的热导率。

为此，在烧结过程中，有以下几个目标：1，烧鸡终了时，烧结助剂所形成的第二相存在于AIN陶瓷中药少；2，尽量减少陶瓷晶界面第二相数量，以净化晶界，有利于AIN晶粒间的相互接触；3，AIN陶瓷第二相应大量或完全处于三叉晶界之处。

氮化铝陶瓷当今的核心和关键的性能指标是高热导率，这也是氮化铝陶瓷品质分级的依据。

美国CMC将AIN陶瓷按热导率分四档：1导热率大于等于100W；导热系数大于等于170w；高导热级别大于等于190W的，以及超导热系数大于等于240W.热导率树脂越高，其价格也应上调。

目前日本丸和、京瓷和德山曹达等公司都有大于等于230W的产品出售，但是价格昂贵。

氮化铝陶瓷的显微结构直接影响其各种性能，烧结助剂的组分和数量对AIN 陶瓷的烧结和最终显微结构优良与否是十分重要的。

以上是小编分享的AIN陶瓷烧结和显微结构对AIN陶瓷基板的性能的影响。