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07
2022
-
09
氮化铝陶瓷——高导热的陶瓷材料
作者：
氮化铝陶瓷是什么材料？
氮化铝 (AIN) 以其高导热性和卓越的电绝缘性能而闻名。它是一种常见的陶瓷材料，用于各种电气设备。除了热膨胀系数和电绝缘能力外，氮化铝陶瓷还能抵抗大多数熔融金属的侵蚀，例如铜、锂和铝。
氮化铝（AlN）是一种基本由铝和氮（Al-65.81%，N-34.19）组成的非氧化物陶瓷材料，化学式为AlN。它是一种铝的固体氮化物，具有高达 321 W 的高导热性，并且还可以用作出色的电绝缘体。氮化铝纤锌矿相在室温下的带隙约为 6 eV。由于这些特性，这种陶瓷已被证明可用于许多应用，例如在深紫外频率下工作的光电子学。
氮化铝由F. Briegleb和A. Geuther于1862年首先合成。陶瓷材料主要以六方纤锌矿晶体结构存在。然而，它也可用于亚稳态立方闪锌矿相，主要合成为薄膜。研究预测，AlN 的立方相实际上可以在高压下表现出超导性。
氮化铝 (AlN) 的多晶结构具有高导热性，因此具有电绝缘性能。就密度而言，氮化铝是一种共价键化合物，理论密度为3.26g/cm3。
氮化铝陶瓷的性能
氮化铝具有使其适用于各种工业应用的多种特性：
高导热性（170W/mK以上）。这接近 BeO 和 SiC 的值，是氧化铝 (Al2O3) 的五倍以上。
其热膨胀系数为4.5 *10-6℃，与硅相同（3.5-4 *10-6℃）。
具有良好的透光特性。
它不具有毒性。
导电性好。氮化铝的电性能包括其介电常数、介电损耗、体电阻率和介电强度——所有这些都使其成为一种出色的绝缘材料。
良好的机械性能：铝的机械性能也是其在工业过程中广泛使用的原因。它具有比氧化铝（Al2O3）和氧化铍（BeO）陶瓷更高的抗弯强度。
为什么氮化铝陶瓷被广泛的应用
氮化铝陶瓷因其良好的性能而被用于许多领域，包括高导热性、低介电常数和介电损耗、高绝缘强度以及显着的抗等离子体侵蚀性。这种材料的一些常见应用是：
芯片散热和支持；
氮化铝陶瓷基板（陶瓷托盘）在半导体器件中的应用；
氮化铝蚀刻屏蔽；
用于 OLED 的氮化铝蒸发舟；
氮化铝陶瓷的另一个重要用例是塑料和树脂的制造。这些材料通常具有低热导率（小于 0.3W/mk）。通过将氮化铝粉末添加到塑料和树脂中，他们生产出具有高导热率的导热灌封化合物和导热垫，通常高于 10W/mk。它们还用于各种电子元件的包装。
越来越多的研究人员正在研究使用氮化镓基半导体生产在紫外线区域工作的发光二极管。这些研究表明，使用氮化铝镓合金有可能实现短至 250 nm 的波长。
氮化铝陶瓷的用途
散热器和散热器；
钢铁和半导体制造；
电绝缘体；
硅晶片处理和加工；
用作生长砷化镓晶体的坩埚；
用作微电子器件的基板和绝缘体；
电子封装基板；
传感器和探测器的芯片载体；
激光热管理组件；
在光存储介质中用作电介质层；
熔融金属夹具；
微波器件封装；
光电。
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