Os substratos cerâmicos de nitreto de alumínio apresentam condutividade térmica extremamente alta, alta taxa de isolamento elétrico e propriedades de expansão térmica semelhantes às de materiais semicondutores, como as bolachas de silício. Eles são amplamente utilizados na indústria de embalagens eletrônicas.
O líder de mercado em pó de matéria -prima de nitreto de alumínio é a Tokuyama Corporation do Japão. Possui uma produção anual de 840 toneladas de nitreto de alumínio em pó e representa cerca de 75% da participação de mercado global. Tokuyama usa principalmente o método de redução carbotérmica para produzir e preparar o pó de nitreto de alumínio eletrônico de alta pureza.
As vantagens do método de redução carbotérmica são que ele pode usar uma ampla gama de matérias -primas (AL2O3) e obter controle estável de processo ao mesmo tempo. O princípio do processo do método de redução carbotérmica é o seguinte: quando os Al2O3 e C uniformemente misturados são aquecidos em uma atmosfera N2, o AL2O3 é reduzido pela primeira vez e, em seguida, o produto resultante reage com N2 para gerar ALN. Sua fórmula de reação química é al2O3 (s) + 3c (s) + n2 (g) → 2aln (s) + 3co (g). Este método tem um processo simples, alta pureza em pó, tamanho de partícula pequena e distribuição uniforme. No entanto, o tempo de síntese é longo, a temperatura da nitretação é relativamente alta e o carbono excessivo precisa ser removido após a reação. Se a remoção de carbono não for completa e o teor de carbono residual no pó de nitreto de alumínio estiver muito alto, terá um grande impacto no desempenho do pó. O pó de grau H de Tokuyama pode controlar o teor de carbono residual ≤ 280 ppm, e o pó de grau G pode controlá-lo como ≤ 200 ppm.
O conteúdo excessivo de carbono residual tem os seguintes impactos principais nos substratos de cerâmica de nitreto de alumínio:
Impacto no processo de sinterização: Durante o processo de sinterização da cerâmica de nitreto de alumínio, o teor de carbono residual afetará o grau de densificação e a microestrutura do corpo sinterizado. O teor de carbono residual muito alto pode levar ao aparecimento de orifícios ou rachaduras no corpo sinterizado, reduzindo assim as propriedades mecânicas e a estabilidade térmica do material.
Impacto na condutividade térmica: a existência de teor de carbono residual afetará diretamente a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio. Como a condutividade térmica do carbono é muito menor que a do nitreto de alumínio, um aumento no teor de carbono residual levará a uma diminuição na condutividade térmica geral da cerâmica de nitreto de alumínio.
Impacto nas propriedades mecânicas: o teor de carbono residual também afetará as propriedades mecânicas da cerâmica de nitreto de alumínio, como resistência à flexão e tenacidade à fratura. Estudos experimentais mostraram que, à medida que a temperatura diminui, a resistência à flexão e a resistência à fratura da cerâmica de nitreto de alumínio que contêm uma quantidade apropriada de carbono residual aumentarão até certo ponto. No entanto, se o teor de carbono residual for muito alto, pode levar à concentração de tensão dentro do material e depois reduzir suas propriedades mecânicas.
Impacto nas propriedades elétricas: Para campos de aplicação que requerem alto isolamento elétrico, a existência de teor de carbono residual pode reduzir o desempenho do isolamento elétrico da cerâmica de nitreto de alumínio. Como o próprio carbono é um material condutor, um teor de carbono residual muito alto aumentará a condutividade elétrica do material, afetando assim sua aplicação no campo eletrônico.
